Ю. М. ОТРЯ ШЕНКОВ
юный
кивернетик
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ДЕТСКАЯ ЛИТЕРАТУРА»


Москва
«Детская литература»
1978

6Ф (072) ББК32-81
0—86
Научно-популярная литература
Оформление
Т. ПЕРСКОЙ
Технические рисунки
В. ГРИГОРЬЕВА
70803—336
О----------412—77
№101(03)78
(§) ИЗДАТЕЛЬСТВО «ДЕТСКАЯ ЛИТЕРАТУРА», 1978г
О ЧЕМ ЭТА КНИГА!
О кибернетике каждый из вас немало слышал, а может быть, и читал.
Сейчас всякий школьник знает, что такое электронная вычислительная ма-
шина, луноход и робот. Все это — кибернетические машины. Удивительное
и кибернетика — рядом. Трудно даже поверить во все ее чудеса.
Наверное, у каждого из вас таится мысль: а как бы поближе познакомить-
ся с кибернетикой, как в школьном кружке или дома с товарищем построить
ту или иную кибернетическую модель. Разве не интересно сконструировать
своего кибернетического Тузика или небольшую электронную вычислитель-
ную машину? Найдутся и такие ребята, которых больше интересует «тео-
рия»: какой «алгеброй» пользуются вычислительные машины или как подсчи-
тать количество информации в прочитанной книге? ..
Вся жизнь человека — это труд. В процессе труда люди пользуются теми
или иными орудиями. Все машины, которые человек создавал до сих пор,
облегчали его физический труд. Автомобиль-самосвал освободил от тя-
желого бремени грузчика, экскаватор заменил труд землекопа, один поворот
рукоятки подъемного крана позволил легко переносить десятки тонн груза.
А кибернетические машины предназначены для облегчения умственного
0000000101
5
труда человека, они следят за работой «механических помощников» и управ-
ляют ими. Кибернетика призвана помогать человеку в области мышления.
Но прежде чем создать кибернетические машины, ученым пришлось изу-
чить законы, по которым человек управляет всевозможными станками и ма-
шинами, теоретически сформулировать эти законы. Значительный вклад
в эту работу внесли советские инженеры и ученые: физиолог И. П. Павлов,
математик А. Н. Колмогоров, радиофизик А. И. Берг, кибернетик В. М. Глуш-
ков.
Кибернетика стала математической основой для специальных управляю-
щих машин, которые способны управлять работой других машин, станков
и даже целых заводов. Кибернетика изучает и обосновывает как сходство,
так и различие в поведении живых организмов и машин-автоматов.
На первый взгляд кажется, что общего может быть между машиной и
живым организмом? Живой организм и машина по своей природе отли-
чаются друг от друга. Живому организму присуще прежде всего самообнов-
ление, машина же в этом смысле мертва.
И все же между ними есть много общего. Это общее заключается преж-
де всего в поведении, в работе как живых организмов, так и кибернети-
ческих машин.
Проследим действия продавца газированной воды и автомата по про-
даже газированной воды.
.. .В жаркий летний день, чтобы утолить жажду, вы подходите к про-
давцу газированной воды и подаете ему трехкопеечную монету. Продавец
быстрым взглядом оценивает монету и говорит, что если вы хотите с сиро-
пом, то не хватает еще одной копейки. Получив недостающую монету, он
открывает кран и наполняет стакан. Потом закрывает кран и предлагает
вам взять стакан с водой.
А автомат? Как он это делает?
Вы опускаете в отверстие монету. Автомат определяет по весу, та ли это
монета. Если та, то монета пропускается дальше. Падая, она замыкает элек-
трическую цепь электромагнита, связанного с рычагом. Рычаг открывает
клапан (кран) на время, достаточное для наполнения стакана водой. Когда
стакан наполнен, кран автоматически закрывается.
Если же вы опустили монету, которая не соответствует стоимости ста-
кана воды, то автомат воды не нальет.
Как видите, действия автомата совершенно такие же, как действия про-
давца газированной воды.
И в живых организмах, и в машинах-автоматах есть чувствительные
органы. Это уши, глаза — у человека, микрофоны и фотоэлементы — у ма-
шины. Они осуществляют связь с внешним миром. Как у тех, так и у дру-
гих есть центр управления, определяющий порядок действий в соответствии
с теми сведениями, которые получены извне. Как те, так и другие имеют
исполнительные механизмы, выполняющие указания, выработанные в
«центре».
Чувствительными элементами машины, или, как их еще называют, дат-
чиками, занимается наука автоматика. Исполнительные органы машины —
тоже один из ее разделов. Задачами управления в машинах, а также за-
дачами обмена информацией между ее отдельными частями ведает кибер-
нетика.
«Процессы управления, где бы они ни протекали — в живых организ-
мах, машинах или обществе, — происходят по одним и тем же законам»,—
провозгласила кибернетика. А значит, и те, пусть еще не познанные до
6
0000000110
конца, процессы, что протекают в голове человека и позволяют ему гибко
приспосабливаться к изменяющейся обстановке, можно воспроизвести ис-
кусственно в сложных автоматических устройствах.
Что может помешать человеку создать такую кибернетическую машину,
которая, подобно мозгу, будет мыслить самостоятельно?
В отличие от человека, кибернетической машине, как бы совершенна она
ни была, нужна программа действий. Машина создана человеком и может
делать только то, что он для нее запрограммировал.
Разве нельзя предусмотреть в программе машины заранее все, вплоть
до мелочей? Нет, всего не предусмотришь. Это было бы возможно, если
бы речь шла о предмете, имеющем вполне определенное число признаков,
каждый из которых можно моделировать и воспроизвести в машине. Но
мозг человека обладает бесконечным количеством свойств. Создать его искус-
ственно, воспроизведя в отдельности каждое из этих свойств, конечно, невоз-
можно. Нельзя учесть все признаки (хотя они и подчиняются законам физи-
ки!), если их бесконечное множество. К тому же человеческий мозг в про-
цессе жизни постоянно совершенствуется.
Кибернетическая машина способна выполнять те мыслительные функ-
ции человека, которые могут быть формализованы, то есть записаны при по-
мощи конечного числа конечных формул. Например, машина может отлично
считать, потому что вычисления, как правило, легко записать при помощи
формул.
Уже сегодня созданные человеком электронные вычислительные маши-
ны не только заменяют человека, но и значительно опередили его в скорости
счета. Если счетный работник способен за одну секунду произвести одно,
максимум два арифметических действия, то машина их делает сотни тысяч!
Может возникнуть вопрос: зачем нужны такие большие скорости счета?
Не все ли равно, делает ли машина, например, 10 000 умножений в секунду
или только 1000? Зачем ученые стремятся к тому, чтобы все больше и боль-
ше увеличивать скорость?
Машина должна не только вычислять, не только решать сложные мате-
матические задачи, для которых требуется произвести множество арифмети-
ческих операций, но и «раздумывать», на что уходит довольно много вре-
мени. В некоторых задачах встречается громадное число вариантов, из кото-
рых требуется выбрать лучший. Электронная машина должна перебрать все
эти возможности, оценить их, а затем уже остановиться на каком-нибудь
одном.
Где же пределы, которых могут достигнуть кибернетические машины?
Смогут ли они обучаться, воспроизводить подобные себе машины или даже
более совершенные, будут ли они способны к творческой деятельности, со-
ставлять вопросы и критиковать, обладать эмоциями? Эти и сотни других
вопросов принесла с собой кибернетика. На некоторые из них ученые уже
ответили, и ответили утвердительно, другие остаются пока открытыми.

АНДРОИДЫ
ТЕЛЕГРАФНЫЙ
БУДИЛЬНИК
ЭДИСОНА
ПРОГРАММНОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
МОДЕЛЯМИ
СТАНОК
С ПРОГРАММНЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ
АВТОМАТЫ
ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
ЭЛЕКТРОГИРЛЯНД
АВТОМАТ-
ЭКСКУРСОВОД
«ЧТО ПОСЕЕШЬ,
ТО И ПОЖНЕШЬ»
ПРОГРАММА
— Слышали? В Швейцарии какой-то часов-
щик сделал механического человека, который
умеет писать.
— Как же, слышал! А знаете ли вы, что его
АНДРОИДЫ	сын изготовил еще одного механического челове-
ка, который умеет рисовать.
— Что вы говорите? Вот интересно было бы
посмотреть!
Такие разговоры можно было слышать везде
и всюду в Западной Европе около двухсот лет
тому назад. Механические люди швейцарского
часовщика Пьера-Жака Дро и его сына Анри
вызывали всеобщее удивление. О них много гово-
рили и писали.
Чтобы на них посмотреть, целые толпы при-
бывали в Шо де Фон, швейцарскую деревню на
границе с Францией, где жили и работали Дро.
0000001001
9
Почти все жители этой деревни занимались производством часов. Одни де-
лали часовые пружины, другие изготовляли циферблаты, третьи — зубчатые
.колеса, винтики и цилиндры. Труд был разделен вплоть до того, что были
специалисты по изготовлению корпусов, полировке колес, винтов, рисоваль-
щики цифр, эмалировщики, золотильщики. Вся деревня представляла од-
ну мануфактуру, производящую в год несколько тысяч разнообразных
часов.
Тикание маятников, медленное вращение зубчатых колес, бег секундных
стрелок — весь этот блестящий точный мирок механизмов, умещающийся
на ладони или в маленькой коробке на стене, очаровал в юности Пьера
Дро, и он, несмотря на успешное окончание духовного училища, не заду-
мываясь, занялся часовым ремеслом.
Успехи Пьера в часовом деле были так велики, что изготовление обыч-
ных часов скоро перестало приносить удовлетворение, и он по примеру дру-
гих искусных мастеров начинает изобретать и пристраивать к часам разные
дополнительные механизмы — всякие самодвижущиеся фигурки.
ПРОГРАММА
Одно из первых своих изделий — замечательные маятниковые часы с па-
стушком и собачкой — Дро повез в столицу Испании город Мадрид к ко-
ролю Фердинанду IV. Демонстрация производилась в присутствии много-
численной придворной знати. Возбужденный Дро показал им созданное
произведение. Когда часовая стрелка подходила к какому-либо часу, пасту-
шок подносил ко рту флейту и свистел столько раз, сколько должно было
пробить часов.
У ног пастушка лежала собачка, охранявшая корзинку с яблоками.
Стоило кому-нибудь из придворных дотронуться до фруктов, как собачка
начинала лаять. Сняли руку с фруктов — лай тут же прекращался. Королю
понравилось изобретение Пьера Дро, и он, хорошо заплатив, купил часы.
Ободренный успехами, Дро по возвращении домой задумал сделать ме-
ханизм, похожий на человека и совершающий человеческие движения. Это
был дерзкий замысел мастера, который почувствовал свою власть над коле-
сиками и рычажками. Чтобы построить механического человека, нужно
было обладать тонким знанием механики и огромной изобретательностью.
И тем не менее Пьер Дро горячо принялся за ее разрешение.
10
0000001010
Двадцать месяцев продолжалась упорная работа. Часто Дро засижи-
вался далеко за полночь при свете масляного светильника. Наконец, в
1770 году, весной, появился на свет первый механический человек. Это был
механический «пишущий мальчик».
Писец был ростом с пятилетнего ребенка. Он сидел на скамейке перед
столиком, а весь приводной механизм размещался внутри куклы, отчего она
выглядела еще изящнее (рис. 1).
В правой руке маленького механического человека было гусиное перо
(в те времена стальных перьев еще не знали). Писец макал перо в стоящую
перед ним чернильницу и писал разные слова и даже фразы без всякого
участия человека.
Буквы были крупные, красивые, даже с нажимом и располагались в ров-
ные строчки. Между словами оставлялись промежутки.
Когда механический человек писал, он двигал головой, и казалось, сле-
дил за тем, что пишет. Окончив работу, писец посыпал лист бумаги песком
для высушивания чернил, а потом стряхивал его.
По чистой случайности «пишущий мальчик» и часть его «рукописей»,
а также и другие изобретения отца и сына Дро сохранились до наших дней.
После долгих странствий сейчас они находятся .в Швейцарии, в музее изящ-
ных искусств города Невшателя. О высоком качестве письма пишущего ме-
ханического человека вы сами можете судить по приведенному отрывку на
рисунке 1, где на французском языке написано «Своему родному городу.
Жак Дро».
За работой над изготовлением «пишущего мальчика» наблюдал шест-
надцатилетний сын Пьера Дро — Анри. Мальчик унаследовал от отца
исключительную способность к механике и через три года сам принялся за
постройку нового механического человека, который по замыслу должен был
рисовать. По размеру рисовальщик был таким же, как и его «старший брат».
В правой руке он держал карандаш и рисовал различные фигурки, а также
писал.
Например, он мог изобразить маленькую собачонку и подписать под ри-
сунком «мой Туту». А портреты Людовиков XV и XVI и Марии Антуанетты
и сейчас приводят в восхищение посетителей музея в Невшателе.
ооооооюн
11
Рис. 3 Приводной механизм музыкантши
ПРОГРАММА
В процессе работы рисовальщик останавливался, как бы созерцая на-
рисованное, а также иногда сдувал с листа бумаги соринки.
Спустя некоторое время оба механика, отец и сын Дро, занялись вместе
изобретением и постройкой третьего механического человека — музыкант-
ши (рис. 2). По сложности она намного превосходила своих «братьев». Эта
кукла играла на фисгармонии, ударяя пальцами по клавишам. Четко и легко
удавались ей трели и быстрые пассажи. Перед началом игры музыкантша
осматривала ноты и делала рукой некоторые предварительные движения.
Кроме того, она поворачивала голову и глаза, как бы следя за положением
рук. Ее грудь подымалась и опускалась, как будто она дышала. Окончив
игру, музыкантша наклоняла голову, благодаря слушателей за одобрение.
Свои изобретения Пьер и Анри Дро в 1774 году демонстрировали на вы-
ставке в Париже. Движения всех трех механических людей были так есте-
ственны, что многие из зрителей готовы были их считать живыми людьми.
И только когда Дро открывали со стороны спины сложный часовой механизм
своих творений, зрители начинали верить, что перед ними находятся дей-
ствительно произведения техники, а не живые существа.
12
0000001100
С тех пор подобные автоматы стали называть андроидами в честь
молодого талантливого изобретателя механических людей — Анри Дро.
Из рисунка 3, конечно, трудно представить полную картину управления
всеми движениями механической музыкантши. Но важно понять одно, что
источником движения всех трех описанных автоматов является часовой ме-
ханизм с заводной пружиной.
Пружина приводит в действие сложнейшие системы зубчатых колес, ры-
чажков, штанг и кулачков — все то, что в дальнейшем стали называть про-
граммным механизмом.
Само слово программа происходит от греческого слова «грамма»—
«писание» и приставки «про», которая здесь означает «наперед». Общий
смысл слова «программа» — предначертание, нечто написанное для будуще-
го. В нашем случае программный механизм определяет всю последователь-
ность поведения механических людей. И ни одного движения автомата, даже
самого незначительного, нельзя изменить, не внеся в программу поправки!
Ну, а что произойдет, если что-то изменится во внешних условиях при
работе автомата? Ну, скажем, если попытаться задержать руку писца, когда
он пишет? Случится одно из двух: или автомат остановится, или.. . в нем
что-то затрещит и он сломается. Все эти автоматы не могут реагировать на
изменения внешних условий, происходящих в процессе их работы. Точнее
говоря, все они «мертвы», хотя и воспроизводят некоторые движения, что
и делает их похожими на человека.
На первый взгляд может показаться, что «игрушки» Пьера и Анри Дро
не имеют никакого отношения к развитию техники и о них можно было бы
не вспоминать. Но это не совсем так. Механические люди Дро сыграли очень
важную роль в общем процессе человеческого познания природы и заложили
основу автоматов с программным управлением.
Уже в начале XIX века появляются прядильные и ткацкие станки-ав-
томаты с программным управлением.
В грозное для Европы время, когда Наполеон завоевывал одну страну
за другой и армии нужно было много тканей, французский изобретатель
Жозеф Мари Жаккар нашел способ, которым можно было бы воздейство-
вать на сложную работу механизмов ткацкого станка. Для этого изобрета-
тель использовал набор картонных карт с разным расположением отверстий.
Именно отверстия и были условным обозначением порядка работы ма-
шины— ее программой. Карта проходила под щупами. Когда щупы попа-
дали в отверстия, они опускались и с помощью особых устройств переме-
щали нити на ткацком станке. Так на тканях получались сложные узоры.
Новая карта, новая программа, а значит, и новый узор. Смена листа кар-
тонной карты равносильна замене одного жестко запрограммированного
станка другим, новой конструкции. Это уже был безусловно значительный
шаг вперед по сравнению с автоматами Дро. Ведь там каждый механический
человек имел свою программу последовательности действия и переход на
новую программу был связан с переделкой всего механизма управления.
Действительно, вряд ли имело смысл строить ткацкие станки, способные вы-
рабатывать только один, свойственный данной конструкции узор ткани: этот
узор людям быстро надоедал.
Идея ввода программы работы автомата с помощью картонных карт
и набора щупов оказалась очень удачной.
Со дня изобретения Жаккара прошло более ста пятидесяти лет, однако
до сих пор не найдено лучшего способа выработки тканей, украшенных
сложным рисунком.
0000001101
13
ТЕЛЕГРАФНЫЙ
БУДИЛЬНИК
ЭДИСОНА
ПРОГРАММА
Схожие карты, выполненные из плотной бумаги, нашли широкое ис-
пользование и в современных вычислительных машинах. Называются они
перфокартами. «Перфо» — просверливаю, прокалываю. Отсюда и на-
звание карты. Вам они, наверное, попадались. Их размер 187x83 мм, верх-
ний левый угол немного скошен. В одной такой перфокарте может быть про-
делано до 960 отверстий, 12 горизонтальных рядов и по 80 вертикальных ко-
лонок в каждом ряду.
Если считать, что каждое отверстие определяет свою команду управле-
ния, то можете представить себе, насколько сложна может быть программа,
заложенная в одной перфокарте.
От андроидов Пьера и Анри Дро до станков с программным .управле-
нием, использующих перфокарты, прошли механические автоматы с про-
граммным управлением. Но как бы ни были совершенны станки с механи-
ческим приводом программы, в работе они всегда менее надежны, чем эле-
ктрические автоматы, и тем более электронные.
Будущее, несомненно, принадлежит автоматам с электронным мозгом!
Пожалуй, первым устройством с программным
управлением в электроавтоматике было изобре-
тение Томаса Альвы Эдисона.
Об Эдисоне вы, конечно, не раз слышали как
о выдающемся американском электротехнике.
Программный механизм был первым изобрете-
нием, которое он сделал шестнадцатилетним юно-
шей, работая ночным телеграфистом в Стрэтфор-
де (Канада).
Начальник телеграфной станции был очень
придирчив, и для того, чтобы служащие не спали
по ночам, даже тогда, когда не было работы, он
заставлял их каждые полчаса телеграфировать
слово «six» — шесть.
Этот контроль очень стеснял Томаса и не поз-
волял заниматься любимым делом — чтением книг
и экспериментированием. В это время будущий
великий изобретатель интересуется и механикой, и астрономией, и биологией,
но главным образом электричеством. Служба на телеграфе, работа над
книгами и эксперименты занимали у Тома от восемнадцати до двадцати
часов в сутки. На сон оставалось 3—5 часов!
Долго Эдисон думал, как избавиться от бессмысленного выстукивания
шестерок, и наконец приспособил к часовому механизму особый диск (ку-
лачок), который при вращении замыкал и размыкал электрический контакт.
Получился автоматически работающий телеграфный ключ. Прибор был
устроен так, что сам каждые полчаса передавал контрольную цифру. Свой
автомат молодой изобретатель назвал телеграфным будильником. Разо-
браться в работе будильника вам поможет рисунок 4.
При подаче азбукой Морзе текста, вручную нажимая и отпуская теле-
графный ключ, сигнал точка занимает приблизительно 1/24 с, сигнал ти-
ре— 1/8 с, промежутки между сигналами равны 1/24 с и, наконец, между
буквами— 1/8 с. Нетрудно подсчитать, что передача слова «six» займет не-
многим больше одной секунды.
Для работы телеграфного будильника Эдисону потребовалось два часо-
14
0000001110
вых механизма. Один из них должен был обеспечить вращение кулачка I
с двумя прорезями со скоростью 1 об/час (один оборот в час), а второй —
вращение кулачка II со скоростью 0,5 об/с. Выступы и впадины на втором
кулачке строго соответствовали знакам азбуки Морзе передаваемого слова
«six». Это и была программа работы автоматического телеграфного ключа.
Если бы кулачок вращался непрерывно, то через каждые две секунды
автомат Эдисона передавал бы закодированное слово. Но этого не происхо-
дило, поскольку ось кулачка II стопорилась припаянной к ней защелкой.
Защелка упиралась в выступ планки, которая в свою очередь пружиной
прижималась к кулачку I. И только когда под планкой появлялась впадина,
защелка освобождалась и кулачок II начинал вращаться, передавая в линию
злополучную шестерку. Протелеграфировав контрольное слово 2—3 раза,
защелка снова упиралась в выступ планки, прекращая передачу.
Однажды начальник телеграфной станции решил сам проверить работу
подчиненных. Для этого он вне времени, установленного для подачи конт-
рольных сигналов, вызвал Стрэтфорд. Там в это время дежурил Эдисон. Не
получив ответа и опасаясь, что с молодым телеграфистом произошло какое-
нибудь несчастье, начальник поспешно отправился на расследование и за-
стал Эдисона беззаботно спящим за раскрытой книгой. Рядом стояло его
детище — телеграфный будильник... На этот раз Томас отделался строгим
выговором.
Как вы думаете, какие изменения в конструкцию автомата нужно внести,
чтобы он передавал какое-либо другое слово или даже целое предложение?
Ну, скажем, нужно передавать «red box» — красная коробка.
Оказывается, достаточно заменить кулачок II новым, с другой програм-
мой, и телеграфный будильник будет автоматически передавать контроль-
ное предложение. А как рассчитать профиль кулачка, то есть его выступы
и впадины, вам уже знакомо. Все исходные данные в ваших руках.
Идея, заложенная Эдисоном в его телеграфном будильнике, широко ис-
пользуется в настоящее время в так называемых кодовых преобразовате-
лях. Только теперь кулачок с прорезями называют кодовым диском.
Телеграфный будильник Эдисона может выручить и вас, ребята, осо-
бенно в военных играх. Там, где требуется через определенные промежутки
0000001111
15
5
1/24 с	1/24 с	1/8 с
6 с
М ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
Рис. 5. Автомат посылки позывных
ПРОГРАММА
времени подавать азбукой Морзе какие-либо команды или свои позывные,
автомат полностью заменит «бойца». Но главное даже не в этом. Автомат
с жесткой программой всегда в работе надежнее человека и уж, конечно,
никогда не «заснет».
Допустим, что позывной вашего отряда «сосна» и передавать его нужно
через каждые четверть часа. Что будет являться передатчиком команд, не
играет никакой роли. Это может быть или радиопередатчик, или передатчик
световых команд, или какой-либо еще другой. Автоматически работающий
телеграфный ключ будет управлять работой передатчика — включать его
и выключать, строго придерживаясь заданной программы.
Начинать изготовление автомата надо с составления программы. Пере-
ведите позывной «сосна» в код Морзе и составьте временное расписание
работы передатчика, то есть когда он включен и когда выключен. Необхо-
димые данные по продолжительностям посылок точки и тире, а также ин-
тервалов между ними возьмите из описания работы телеграфного будильни-
ка Эдисона. Полученное расписание нанесите на лист клетчатой бумаги в
масштабе, так чтобы 1/8 с соответствовала одной клетке (5 мм). В результате
16
0000010000
у вас должен получиться график, схожий с тем, что показан на рисунке 5.
Это и есть программа работы передатчика при передаче слова «сосна». Об-
щая продолжительность посылки равна 6 с.
Если теперь приложить полученный график к окружности диска диамет-
ром 76 мм, то легко сделать чертеж профиля кодового диска, определяю-
щего программу работы автомата. Заштрихованные участки графика соот-
ветствуют выступам на диске, промежутки — впадинам. Диск можно изгото-
вить из листового гетинакса, текстолита или плексигласа толщиной 3—4 мм.
При вращении кодового диска против часовой стрелки со скоростью один
оборот за шесть секунд контактная пара полностью повторяет записанную
программу. Когда выступ приходится против контактной пары, цепь пере-
датчика включена. Как только под контактной пластиной будет впадина, цепь
разомкнется и передатчик выключится.
Для вращения диска с заданной скоростью (один оборот за 6 с) лучше
всего подойдет микроэлектродвигатель типа ДП с редуктором. Нужный дви-
гатель можно купить в магазине, где продаются игрушки. Питается он от
одной батарейки 3336Л и потребляет ток около 100 мА. Предельная на-
грузка на валу 4—5 гем. Скорость вращения электродвигателя сильно за-
висит от нагрузки, причем обороты падают по мере ее увеличения. Но это
не должно вас огорчать, так как в нашем случае нагрузка не превышает
1 гем. При этом число оборотов колеблется от 35 до 40 об/с. Поэтому, что-
бы получить требуемую скорость вращения кодового диска в один оборот
за 6 с, передаточное число редуктора должно быть равно около 1:200.
Укрепите электродвигатель и редуктор на деревянной подставке. Ось ко-
дового диска жестко свяжите с осью редуктора. Установите контактную
пару. Для этой целц .лучше всего подойдут контакты от телефонного реле.
Подключите электродвигатель к батарейке от карманного фонаря типа
3336Л последовательно с резистором Е5.Если скорость вращения диска зна-
чительно отличается от требуемой, подберите величину резистора. При слиш-
ком быстром вращении резистор следует увеличивать, и наоборот.
Здесь я должен немного отклониться от дальнейшего описания автомата.
Это для того, чтобы вы поняли, почему, не закончив изготовления задуман-
ной конструкции, я вам сразу же предложил приступить к испытанию ее от-
дельной части.
Помните, какую бы кибернетическую модель вы ни делали, даже самую
простую, налаживание ее лучше производить по частям. Это вам резко со-
кратит общее время изготовления всего устройства. Найти неисправность
в отдельном узле автомата и произвести его наладку всегда значительно
проще, чем когда конструкция полностью собрана.
Может случиться, что в самоделке окажется сразу не одна, а несколько
ошибок. Отыскать их будет довольно сложно даже опытному руководителю.
Он обязательно вначале разобьет устройство на отдельные узлы, убедится
в их исправной работе и только после этого приступит к испытанию автомата
в целом. При этом, как правило, никакой наладки и не потребуется. Следует
только внимательно проверить монтажную схему соединений между узлами,
работа которых теперь уже не вызывает сомнений.
Вот этой методики я вам советую придерживаться в своей практической
деятельности. Тогда ни одно из кибернетических устройств, даже самое, ка-
залось бы, сложное, не застанет вас врасплох. Вы легко разберетесь в его
работе, вначале по узлам, а потом и в целом.
Рассмотрим теперь работу полной схемы нашего автомата, которая при-
ведена на рисунке 5, справа.
0000010001
17
Вы можете спросить: зачем такое нагромождение деталей? Разве не
проще было бы электродвигатель питать по схеме рисунка 5, слева?
Как только минутная стрелка коснется одного из четырех контактов, распо-
ложенных по периферии циферблата, начнет вращаться двигатель.
Вот здесь-то и кроется недостаток предложенного вами варианта. Как ни
кратковременно касание стрелки часов с контактом, сделать его меньше
2—3 мин вряд ли вам удастся. За это время кодовый диск успеет сделать
минимум 20 полных оборотов, и, следовательно, столько же раз передатчик
передаст свой позывной. А нам нужно, чтобы автомат выдавал только одну
кодовую посылку через каждые 15 мин. Вы сами теперь убедились, что упро-
щенная схема нас не устраивает. Приходится соглашаться с ее усложнением.
Разбор работы электрической схемы автомата (рис. 6) начнем с поло-
жения стрелки часов, когда она находится между контактами.
Контактная пара кулачка Ki разомкнута, поскольку ее нижняя пластинка
находится в выемке диска. Контактная пара кодового диска Кг также разом-
кнута. Под ее нижней пластинкой расположена впадина начала посылки.
Т4 МП39-МП42
Рис. 6. Электрическая схема автомата для посылки позывных
ПРОГРАММА
Такое состояние автомата будем считать нулевым. Передатчик сигнала не
посылает.
В это время конденсатор Ci заряжен до напряжения источника питания
через резистор Rb Транзистор Ti заперт, поскольку его база через рези-
стор R4 соединена с эмиттером. Через обмотку реле Pi ток не течет. Его кон-
такты разомкнуты, и на электродвигатель М напряжение не подается. Ко-
довый диск и жестко с ним связанный кулачок не вращаются и находятся
в нулевом положении.
При касании конца минутной стрелки одного из четырех контактов напря-
жение конденсатора Ci через резистор R2 прикладывается к базе транзи-
стора Ti, вводя его в насыщение. При этом проходное сопротивление тран-
зистора коллектор—эмиттер падает до долей ома. Реле Pj тотчас же сраба-
тывает и подает напряжение на электродвигатель М. Кулачок и кодовый
диск начинают вращаться с заданной скоростью один оборот за 6 с.
Через 2—3 с конденсатор Ci через цепочку, состоящую из резистора R2
и сопротивления цепи база-эмиттер, разрядится настолько, что транзистор
снова должен будет запереться. Но этого не произойдет, и вот почему.
18
0000010010
Как только кулачок повернется на угол 5—10°, нижняя пластинка контак-
та Ki выйдет из впадины. Контактная пара Ki замкнется и соединит резистор
R3 с проводом—4,5 В. База транзистора Ti через R3 соединится с отрицатель-
ным зажимом источника напряжения. В результате потечет ток базы, кото-
рый будет вполне достаточен, чтобы обеспечить режим насыщения транзи-
стора. Реле Pi останется во включенном состоянии.
Рассмотренный режим будет сохраняться до тех пор, пока кулачок не
повернется точно на один оборот и не займет нулевого положения. Вот
только теперь контактная пара Ki разомкнется, в результате чего транзи-
стор Ti запрется. Электродвигатель остановится и будет ждать,когда ровно
через 15 мин стрелка часов не коснется следующего контакта. К этому вре-
мени конденсатор Ci снова успеет зарядиться и все повторится. Кодовый
диск повернется на один оборот и обеспечит выдачу еще одной посылки.. .
В качестве реле Pi можно использовать любое электромагнитное реле,
которое надежно срабатывает от напряжения 2,5—3 В и имеет сопротивле-
ние обмотки 70—200 Ом.
ПРОГРАММНОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
МОДЕЛЯМИ
Установить на модель автомобиля или кораб-
ля механизм программного управления — это все
равно что «вдохнуть в них жизнь». Из малоинте-
ресной игрушки модель сразу же превратится в «ра-
зумное существо».
Правда, «разум» модели будет полностью на-
ходиться в ваших руках. Какую программу за-
ложите в программное устройство, только такие
операции и сможет выполнять модель. Управле-
ние будет происходить полностью автоматически
по заданной программе. Например, для модели
корабля программа может выглядеть так:
Малый вперед.
Полный вперед.
Лево руля.
Право руля.
Маневр на полном ходу.
Пуск ракеты.
Стоп.
Полный назад, и так далее.
Ни последовательность операций, ни время их исполнения, ни количество
команд практически ничем не ограничены и задаются полностью конструк-
тором программного устройства, то есть вами. На изготовление механизма
у вас уйдет не более двух-трех дней. Внимательно разберитесь в рисунке 7
и приступайте к работе.
Барабан 1 соберите из нескольких дисков, каждый из которых предна-
значен для подачи команд на свой исполнительный механизм. Сколько ис-
полнительных механизмов, столько должно быть дисков в барабане.
Диски изготовьте из гетинакса, текстолита или другого листового изо-
ляционного материала толщиной 4—5 мм. Насадите их на ось 3 диамет-
ром 3 мм, поставьте между дисками шайбы толщиной 1,5 мм и вместе с ше-
стерней 4 стяните двумя винтами с гайками 5. Все вместе составит про-
граммный барабан. Ось у собранного барабана должна свободно выни-
маться.
0000010011
19
ТРАЕКТОРИЯ ДВИЖЕНИЯ МОДЕЛИ
Рис. 7. Механизм программного управления на 4 команды
ПРОГРАММА
Плата с контактами 2 также представляет собою самостоятельный узел.
Между тремя пластинками 6, выполненными из листового гетинакса или тек-
столита толщиной 2 мм, зажмите контактные пластинки. Их число равно
количеству исполнительных механизмов плюс одна, для управления работой
электродвигателя привода программного механизма. Сами контактов не
делайте, а возьмите готовые из электромагнитных реле типа РЭС-6 или РСМ.
Основание 7 согните из листовой латуни или стали толщиной 1 —1,2 мм.
Установите на нем барабан и двумя винтами 8 прикрепите плату с контак-
тами. Прокладками 9 подберите зазор между платой и основанием так,
чтобы каждая из контактных пар, опираясь на свой диск, замыкала элек-
трическую цепь.
Составьте график движения модели, то есть очередность выполнения
команд и их продолжительность. Считая, что один оборот программного ба-
рабана соответствует выполнению всей программы, отметьте на каждом
диске положения выступов и впадин. После этого разберите барабан, сде-
лайте на дисках вырезы глубиной 3 мм и вновь соберите.
Когда при вращении барабана по часовой стрелке под одним из кон-
20
0000010100
тактов появится выступ, цепь питания соответствующего исполнительного
механизма замкнется. Продолжая скользить по вращающемуся диску, через
некоторое время контактная пара попадет во впадину и разорвет цепь пи-
тания. Но в этот же момент, а может быть, и раньше — все зависит от
составленного вами графика движения модели, появится выступ под другой
контактной парой. Замкнется цепь питания следующего исполнительного
механизма. Такое чередующееся включение и выключение различных испол-
нительных устройств будет продолжаться до тех пор, пока барабан не сде-
лает полный оборот и не пройдет всю программу. В ее конце все контактные
пары попадут во впадины своих дисков, электродвигатели и соленоиды вы-
ключатся, и модель остановится.
Для повторного запуска модели достаточно кратковременно нажать на
кнопку Ki (рис. 7), установленную на корпусе модели. Дайте возможность
повернуться барабану настолько, чтобы выступ на диске включения элек-
тродвигателя программного механизма достиг своей контактной пары. Теперь
кнопку можете отпустить, так как контактная пара заблокирует ее, и бара-
бан будет самостоятельно продолжать вращение. Модель повторит пол-
ностью программное задание.
Чтобы сделать время выполнения программы равным 60 с, между элек-
тродвигателем привода программного механизма и его барабаном устано-
вите редуктор с передаточным числом 1:200. На выходную ось редуктора
насадите шестерню 10, которая входит в зацепление с шестерней бараба-
на 4, обеспечивая дополнительное замедление еще в 6 раз. В качестве элек-
тродвигателя подойдет микроэлектродвигатель типа ДП. Подробно о нем
можете прочитать на стр. 17.
Установив программный механизм на модели, проверьте точность вы-
полнения заданной программы. Если заметите отклонения движения модели
от задуманного графика, замените соответствующие диски барабана на но-
вые, внеся в них необходимые исправления. Если программный механизм
аккуратно изготовлен и отрегулирован, модель четко выполнит заданную
программу движения.
А если вы решили сменить программу, выполняемую моделью? Придется
заменить в барабане диски, заложив в них новую программу.
В цехе все необычно. Очень светло. Просторно.
Не видно рабочих. Лишь мерный гул электродви
гателей и резкие звуки инструмента, вгрызающе-
СТАНОК	гося в металл, говорят о том, что здесь идет ра-
С ПРОГРАММНЫМ бота. Мы с вами попали на завод-автомат.
УПРАВЛЕНИЕМ	Вам, наверное, не раз приходилось наблюдать
за работой обычного токарного станка, а может
быть, и самим работать на нем. Токарь то под-
крутит небольшое колесико — штурвал, то тронет
чуть-чуть рычаг, то вдруг пустит станок потише,
то быстрее. Вы смотрите, и вам все понятно, что
к чему, зачем нужны все эти манипуляции.
Здесь же, у самообрабатывающего станка, ни-
чего не понятно: вращается деталь, двигается ре-
зец, меняя еле заметно свой ход, а кто им управ-
ляет? Как станок без человека, сам разбирается
в сложном процессе обработки детали?
0000010101
21
Выручает программа! Поэтому-то такие станки и называют станками с
программным управлением. В программе подробно записывается весь тех-
нологический процесс обработки детали. При работе на обычном станке
эту задачу выполняет чертеж, по которому рабочий изготавливает нужную
деталь.
В станках с программным управлением чаще всего все необходимые для
изготовления детали сведения записываются на лентах. Применяется много
различных способов записи программы. В первых станках использовалась
световая запись в виде различных прозрачных штрихов на киноленте, как
показано на рисунке 8. Довольно широко применяется перфорированная
лента, где необходимые данные записываются в виде системы отверстий,
пробиваемых в бумажной ленте или в той же киноленте. Но чаще всего для
этих целей используется запись программы на магнитной ленте. К станку
придается аппаратура, похожая на магнитофон (рис. 9), на ленте которого
записана не музыка или речь, а программа изготовления детали — ее
чертеж!
ПРОГРАММА
Специальная аппаратура расшифровывает записанные команды. Сраба-
тывают соответствующие исполнительные механизмы, которые, собственно,
и управляют работой станка. То включится один электродвигатель и пере-
местит резец немного к центру — проточка готова, то другой электродвига-
тель переместит резец к задней бабке — деталь обрабатывается на конус,
то. . . И так до тех пор, пока деталь не будет изготовлена строго в соответ-
ствии с заданной программой, то есть точно по заданному чертежу. Испол-
нительные механизмы заменяют руки рабочего, а его мозг — электронная
аппаратура.
Каждому единичному перемещению детали или инструмента на какой-то
выбранный шаг соответствует серия значков на программной ленте.
Чем чаще следуют импульсы-команды, тем точнее станок изготавливает
деталь.
Точность самообрабатывающего станка выше, чем у обычных станков,
и достигает двух тысячных миллиметра. Но и это далеко не предел. Ведь
числа, заданные программой, можно уточнять и уточнять. Единственное
препятствие — сам станок, его конструкция и вибрация частей.
22
0000010110
Рис. 9. Станок с программным управлением
Возможности программного управления станками очень широки.
На ленте можно записать программу не только одного станка, но и целой
группы станков и связывающих их транспортирующих, контролирующих и
других устройств. С помощью такой программной ленты можно управлять
целым заводом.
А если сменить одну ленту другой, завод быстро перестроится на выпуск
нового изделия.
Заводам-автоматам, оборудованным станками с программным управле-
нием, несомненно, принадлежит будущее.
Многим из вас, ребята, придется участвовать в разработке таких заво-
дов и в их пуске.
В автоматах с программным управлением, описанных ниже, программа
тоже записывается на магнитной ленте. А отсюда и все их преимущества
по сравнению с кулачковыми программными механизмами. Для смены про-
граммы достаточно заменить одну магнитную ленту на другую с новой про-
граммой, и все.
Никаких других переделок наши автоматы не потребуют!
0000010111
23
АВТОМАТЫ
ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
ЭЛЕКТРОГИРЛЯНД
Иллюминировать школьный новогодний бал,
выпускной вечер или здание школы — задача не
из легких. Как это сделать попроще и в то же
время вызвать у всех восторг?
В праздничные дни вы, наверное, не раз
наблюдали, как многие здания в вашем городе
разукрашены сверкающими огнями. Из электри-
ческих лампочек составляются буквы, из букв —
слова, из слов — целые фразы и даже узоры или
рисунки, которые горят разноцветными огнями. Но
вдруг все тухнет, и чья-то неведомая рука, как
волшебным карандашом, начинает вновь чертить
огненные линии, пока опять все не засияет в осле-
пительном блеске.
Но вот в другом месте загорается лозунг, то-
же состоящий из электрических лампочек. По
ПРОГРАММА
контуру букв все время как будто «зайчик» бегает и по очереди включает
на мгновение одну лампочку за другой.
Находясь на новогодней елке, вы могли видеть очень красивый эффект
«переливания» елочных огней всеми цветами радуги. Такой режим включе-
ния лампочек создает еще впечатление перемещения освещенного предмета.
Иллюминируя, например, траекторию полета ракеты, можно получить ими-
тацию ее движения. Но для этого лампочки гирлянды должны переклю-
чаться строго по определенной программе.
Постараемся разгадать все секреты программного управления электро-
гирляндами. А заодно рассмотрим несколько конкретных конструкции ав-
томатов.
Как переключать две электрогирлянды, даже с различными временами
включения, вы, наверное, знаете. Для этого чаще всего используется муль-
тивибратор с усилителем тока на выходе. Нагрузкой выходного каскада слу-
жит электромагнитное реле с контактной группой на переключение. Полная
схема автомата дана на рисунке 10. В нее входит плата мультивибратора,
плата источника питания на 9 В и две гирлянды электроламп.
24
0000011000
О работе мультивибратора прочтите на стр. 125. Там же даны все дан-
ные деталей (рис. 64), конструкция платы и ее монтажная схема (рис. 65).
Период переключения гирлянд Т можно менять, изменяя величины кон-
денсаторов Ci и С2. При Ci = С2 = 1 мкФ Т = 0,1 с, при Ci = С2= 10 мкФ
Т = 1 с и при Cj= С2= 50 мкФ Т = 5с. Переменный резистор R3 служит
для изменения отношения времени горения гирлянды I (/J к времени горе-
ния гирлянды II (/г) - Когда движок резистора находится в крайнем левом
положении, первая гирлянда горит дольше второй с соотношением примерно
t\ = 10/ 2, и наоборот. В среднем положении движка время включения обеих
гирлянд равно, то есть t\ = /2.
Плата источника питания на 9—15 В. Все необходимые данные платы
приведены на рисунке И. Трансформатор Tpi намотайте на железе Ш-14
или Ш-16, толщина набора — 25 мм. Первичная обмотка 1 содержит 3000
витков провода ПЭЛ 0,14 для напряжения 220 В, с отводом от 1750-го витка
для напряжения 127 В. Обмотка II имеет 210 витков провода ПЭ 0,4 с отво-
дом от 125-го витка для выпрямленного напряжения 9 В. Если использовать
Рис. И. Плата источника питания на 9—15 В
всю обмотку, то выпрямленное напряжение равно 15 В. Монтаж платы сде-
лайте на гвоздиках. Максимальный ток, который может обеспечить источник,
равен 300 мА.
Автомат на одном мультивибраторе может выполнять самую простую
программу переключения двух электрогирлянд. А как выполнить программу
переключения для более сложных случаев? В них уже нужно переключать
не две цепи, а 10, а то и 20!
Поставленная задача близка к той, что пришлось решать конструкторам
станков с программным управлением. Только им нужно было включать по
определенной программе электродвигатели, перемещающие режущий ин-
струмент или деталь, а в нашем случае по программе включаются электро-
лампы.
Для записи программы переключения электрогирлянд лучше всего ис-
пользовать магнитную ленту. Нам подойдет любой магнитофон, включая
самодельный. Скорость протяжки ленты установите самую низкую. Тогда
одной бобины хватит на 1—2 часа непрерывной работы переключателя.
Работу автомата проще всего цонять, разбирая конкретный пример.
0000011001
25
На рисунке 12» а приведена программа переключения светящихся букв
в лозунге «МИРУ МИР». Разбор начнем с момента, когда лампочки всех
букв включены.
Первыми загораются электролампы буквы М. Через 5 с включаются
лампы буквы И, и еще через 5 с — лампы буквы Р и так далее.
В течение 20 с все буквы освещены ярким светом, потом все тухнет,
чтобы через 10 с снова повторить всю программу.
Как вы скоро поймете сами, время включения и выключения электро-
ламп выбраны мною совершенно произвольно и практически ничем не огра-
ничены. Да и количество светящихся букв можно увеличивать до 9—12 без
каких-либо усложнений в схеме.
С программой переключения электроламп в иллюминированном лозунге
вы познакомились. Но как ее реализовать? Каким должен быть автомат
переключения ламп по заданной программе? Разобраться в устройстве та-
кого автомата вам поможет блок-схема, приведенная на том же рисунке, где
и программа.
VWWVdJOdU
Читать электрическую схему того или иного устройства вы, наверное,
научились, занимаясь радиолюбительством. Вы должны знать, как условно
обозначаются резистор, конденсатор или транзистор, что значит линия, со-
единяющая их. А вот что такое блок-схема вам, возможно, и неизвестно.
В технической кибернетике ими очень часто пользуются. Схемы получаются
не такими запутанными, как электрические, и по ним проще понять работу
устройства в целом.
Пусть требуется с помощью чертежа рассказать об устройстве и дейст-
вии некоторого прибора, например обычного электрического звонка. Такой
прибор должен содержать источник электроэнергии, кнопку и сам звонок.
Все части, а также связи между ними можно изобразить, как показано на
рисунке 13, двояко. Здесь первый прямоугольник условно представляет со-
бою источник питания, второй — кнопку, третий — электрический звонок.
Каждую независимую часть прибора или установки принято называть
блоком, а весь чертеж блок-схемой. По такому чертежу легко устано-
вить, из каких блоков состоит устройство, а самое главное — как блоки связа-
ны между собою.
26
0000011010
Внутреннее содержание блоков на блок-схеме не раскрывается. Это дает
известные преимущества при обдумывании установки: не отвлекается внима-
ние на детали, которые на первом этапе ознакомления с прибором не су-
щественны. В нашем примере не уточняется, какой именно источник энергии
используется для питания звонка — батарея, осветительная сеть или пони-
жающий трансформатор. Блок-схема просто указывает, что без источника
питания система работать не может.
Познакомившись с новым для вас начертанием схем сложных автома-
тов, вернемся к разбору блок-схемы автомата (рис. 12, б).
Блок 1 —обычный звуковой генератор типа ЗГ-10. Можно использовать
и любой самодельный. Лишь бы он на выходе выдавал сигнал с частотой от
1000 Гц до 10 000 Гц. Нужен звуковой генератор, чтобы записать на маг-
нитную ленту программу работы автомата.
Началу каждой буквы на ленте должен соответствовать сигнал с опреде-
ленной частотой. Например, для первой буквы, «М», запишем сигнал с часто-
той 1400 Гц. Продолжительность записи равна 5 с. В течение последующих
б — блок-схема автомата
5 с записывается сигнал с частотой 2000 Гц. Он определяет вторую бук-
ву, и так далее. Сигнал для последней буквы имеет частоту 6900 Гц.
Через 60 с запись сигналов повторяется начиная с первой буквы, и так
для всей бобины. Чтобы погасить все лампочки одновременно, в программе
требуется отдельная команда сброса. Ей соответствует сигнал с частотой
8000 Гц. Записывается он через 20 с после начала последней буквы.
Программа готова. Переключайте магнитофон на воспроизведение.
К магнитофону (блок 2) подключен блок усилителя 3. С его выхода сиг-
нал одновременно поступает на входы электрических фильтров звуковых
частот (блоки 4). Общее число фильтров равно числу букв в лозунге плюс
один для команды сброса. В разбираемом примере их 8.
На выходе каждого из фильтров включено электромагнитное реле
Pi—Р8. Если частота сигнала, записанного на ленте, близка к частоте одного
из фильтров, на которую он настроен, то сигнал пройдет без потерь именно
только через этот фильтр и вызовет срабатывание соответствующего реле.
В то же самое время через другие фильтры сигнал не пройдет, и их реле
останутся выключенными.
0000011011
27
В результате срабатывания того или иного электромагнитного реле вклю-
чится группа электролампочек, освещающих определенную букву. Так, на-
пример, если частота сигнала, записанного на пленке, равна резонансной
частоте фильтра 3, то сработает реле Р3 и загорятся лампочки буквы Р.
Разобравшись в работе блок-схемы автомата, можете приступать к его
изготовлению.
Приведенная на рисунке 12 программа освещения лозунга, да и сам ло-
зунг могут меняться. Стерли с ленты одну программу и записали другую...
Плата электрических фильтров. Принципиальная схема (рис. 14) вклю-
чает каскад усиления, собранный на транзисторе Тн и три электрических
фильтра на транзисторах Т2 —Т4.
Первый каскад нужен не только как усилитель, но и как ограничитель
сигнала. Для надежной работы электрических фильтров на их входы нужно
подавать достаточно стабильное по амплитуде напряжение, равное 3,5 В.
Но вот беда, сигнал на выходе магнитофона при его работе очень сильно
меняется, а также зависит от частоты.
Рис. 13. Так выглядит блок-схема электрического звонка
ПРОГРАММА
Чтобы избежать непредвиденных неприятностей, на усилительный каскад
возложена задача не только обеспечить усиление сигнала в 20 раз, но и
ограничивать его по максимуму. Данные каскада подобраны таким обра-
зом, что начиная с напряжения входного сигнала в 200 мВ сигнал на вы-
ходе (точки а-а, рис. 14) равен 3,5 В. При налаживании величина рези-
стора Rj подбирается из условия, чтобы ограничение выходного сигнала на-
ступало одновременно как сверху, так и снизу. Никаких других регулировок
каскад не требует.
С выхода первого каскада усиленный и ограниченный сигнал через раз-
делительный конденсатор С2 подается одновременно на входы всех трех
фильтров. При совпадении частоты сигнала с частотой настройки одного из
фильтров сработает соответствующее реле Pi — Р3 и включит цепь питания
одной из гирлянд электроламп.
Разберем работу одного из фильтров, ну, скажем, самого верхнего, со-
бранного на транзисторе Т2.
При отсутствии сигнала на его входе транзистор Т2 заперт. При этом
коллекторный ток не должен превышать 0,5 мА. Такой режим обеспечивает
28
0000011100
Рис. 14. Схема платы электрических фильтров R*— резисторы со звездочкой подбираются
максимальный перепад тока в обмотке реле Pi и хорошую защиту каскада от
случайных сигналов помехи.
При поступлении на вход фильтра сигнала с частотой, не равной резо-
нансной частоте Lj С5 контура, транзистор продолжает оставаться в запертом
состоянии. Почему так происходит? Да потому, что параллельный LC-koh-
тур на всех частотах, кроме резонансной, представляет очень малое сопро-
тивление и тем самым шунтирует вход транзистора. В этом случае все на-
пряжение сигнала падает на резистор R4.
На резонансной частоте сопротивление LC-контура резко возрастает. По-
этому, если частота входного сигнала равна резонансной частоте контура, то
сигнал без заметных потерь прикладывается к базе транзистора. Далее он
им усиливается в 10—15 раз, выпрямляется диодом Д! и через обмотку ка-
тушки индуктивности Li снова поступает на базу. Выпрямленный сигнал
имеет отрицательную полярность по отношению к общему проводу и вполне
достаточен по величине, чтобы ввести транзистор в насыщение.
Таким образом, один и тот же транзисторный каскад проходит сигнал
дважды. Первый раз — как усилитель переменного напряжения, а второй—
0000011101
29
как усилитель постоянного тока. Такой режим работы каскада в радио-
электронике называется рефлексным. С ним вы могли встречаться при по-
стройке карманных приемников.
В режиме насыщения сопротивление транзистора эмиттер — коллектор
равно долям ома, и поэтому все напряжение питания схемы (Е = 9 В) при-
ложится к обмотке реле Рн отчего оно должно обязательно сработать.
Чтобы закрепить знания, соберите фильтр звуковых частот отдельно на
макетном шасси и снимите частотную характеристику. Данные деталей возь-
мите из рисунка 15. Катушку К намотайте, используя ферритовый броневой
сердечник типа СБ-14 или ОБ-12, число витков 400—500, провод — ПЭ 0,1.
Электромагнитное реле Pj возьмите типа РЭС-6, паспорт 105. Сопротивле-
ние катушки равно 200 Ом. Ослабив натяжение контактных пластин, до-
бейтесь четкого срабатывания реле от одной батарейки 3336Л (4,5 В).
Если нужного реле достать не удастся, можете использовать реле РЭС-6
любого паспорта с двумя контактными группами на переключение. Пе-
ремотайте его катушку проводом ПЭ 0,1 до заполнения и отрегулируйте
Рис. 15. Электрический фильтр
ПРОГРАММА
контакты. В плате электрических фильтров можно ставить те реле, кото-
рые имеются в вашем распоряжении, лишь бы они надежно срабатывали
от напряжения 4,5 В и имели сопротивление обмотки 200—600 Ом.
Для снятия частотной характеристики вам понадобится звуковой гене-
ратор. Подайте с него на вход испытываемой схемы переменное напряже-
ние 3,5 В. Следите за тем, чтобы на всех частотах эта величина не меня-
лась, иначе полученные результаты не будут соответствовать действитель-
ности. В разрыв цепи между катушкой реле и проводом питания включите
миллиамперметр с током полного отклонения 30 мА.
Подайте на схему питание и изменяйте частоту сигнала от самых низ-
ких значений до 10 000 Гц. Вначале прибор будет показывать ток 0,5—1 мА.
На частотах, близких к 3000 Гц, ток резко возрастет до 20—25 мА и снова
упадет до 0,5—1 мА при дальнейшем увеличении частоты. Такое поведение
миллиамперметра говорит о том, что схема фильтра работает исправно.
Построив график, вы должны получить кривую, близкую к кривой 1 на
рисунке 16.
Если раньше вам никогда не приходилось самостоятельно строить гра-
30
0000011110
фик частотной характеристики электронного каскада, то советую придер-
живаться следующей последовательности.
Возьмите лист клетчатой бумаги и начертите на нем две перпендику-
лярно расположенные оси По вертикальной оси будете откладывать показа-
ния миллиамперметра для каждого значения частоты через 100 Гц. Значе-
ния частот откладывайте по горизонтальной оси. Еще раз напоминаю: преж-
де чем делать отсчет тока по прибору, убедитесь, что величина сигнала
равна 3,5 В.
Чем острее получится кривая, то есть чем резче будет изменяться ток
в обмотке реле при изменении частоты входного сигнала, тем лучше. Гово-
рят, что чем острее кривая частотной характеристики фильтра, тем выше его
селективные свойства. Частота, на которой показания миллиамперметра
максимальны, называется резонансной частотой фильтра.
Измените величину конденсатора С5 на 0,05 мкФ и снова снимите частот-
ную характеристику, построив график рядом с кривой 1. В результате резо-
нансная частота сместится в сторону низких частот (влево) и для нашей
ТОК СРАБАТЫВАНИЯ
ТРАНЗИСТОРА
f рез = 2000 Гц f рез = 3000 Гц Грез = 5200 Гц /рц/
Рис. 16. Частотная характеристика электрического фильтр
схемы будет равна 2000 Гц (кривая 2). А если величину конденсатора
уменьшить до 0,01 мкФ, то резонанс сместится в сторону высоких частот
(кривая 3, /рез = 5200 Гц).
Тот же эффект вы получите, если будете менять величину индуктивности
катушки LH то есть число витков. Чем больше число витков у катушки, тем
ниже резонансная частота фильтра, и наоборот. В схеме платы величина ин-
дуктивности всех катушек равна 0,5 Г. Требуемые значения резонансных
частот фильтров проще получать подбором конденсаторов, чем отматывать
или доматывать витки катушки.
На селективные свойства испытываемой схемы большое влияние оказы-
вает величина резистора R4. Если снимать частотные характеристики при
трех значениях резистора R4, то получим три различные кривые, показанные
на рисунке 16 (R4 = 10 кОм — кривая 4, R4 = 150 кОм — кривая 5 и R4 =
47 кОм — кривая 1).
Из кривой 4 видно, что при сопротивлении резистора, равном 10 кОм,
транзистор Т2 находится в насыщении не только на резонансной частоте, но
и в большом диапазоне частот. В этом, конечно, нет ничего хорошего, по-
0000011111
31
скольку реле Pi будет срабатывать не только от своего сигнала команды, но
и от остальных командных частот.
Если R4 = 150 кОм, то входной сигнал даже на резонансной частоте
не достигает базы транзистора, а почти весь падает на резисторе R4. Тран-
зистор вообще не может войти в насыщение, и перепад тока в его коллектор-
ной цепи недостаточен для срабатывания реле Р|. Этого также следует опа-
саться.
При подборе величины резистора R4 нужно иметь в виду, чтобы при вход-
ном сигнале 3,5 В на резонансной частоте фильтра транзистор все же вхо-
дил в насыщение. При этом плоская часть площадки резонансной кривой
должна быть не больше 20—30 Гц.
К сожалению, ширина площадки зависит не только от величины рези-
стора R4, но и от коэффициента усиления транзистора. Так что для каждого
фильтра величина резистора должна подбираться отдельно.
Только после того, как вы хорошо разберетесь в схеме рисунка 15, при-
ступайте к изготовлению плат. Всего вам понадобится 3 платы. Делать их
ПРОГРАММА
нужно все сразу. Вырежьте из листового гетинакса или текстолита толщи-
ной 2—2,5 мм три пластинки размером 120 X 80 мм. Согласно чертежу
(рис. 17) на плате произведите разметку отверстий. Для простоты чертеж
платы вначале можно перенести на клетчатую бумагу, которую затем на-
клейте на гетинакс.
Отверстия, залитые краской, просверлите сверлом диаметром 1 мм.
Вставьте в них кусочки медного провода — «гвоздики» диаметром 1 мм,
длиной 10 мм. Материал, из которого будете нарезать гвоздики, предвари-
тельно тщательно зачистите и пролудите оловом. Следите, чтобы длина вы-
ступающего конца гвоздика со стороны деталей была равна 5 мм, а со сто-
роны монтажа — 2—2,5 мм.
Все детали, включая транзисторы Ti—Т4, диоды Д!—Д3, конденсаторы
Ci—С9 и резисторы Ri—R8, монтируются на гвоздиках. Как это сделать, по-
казано на рисунке 18. Броневые сердечники катушек С—L3 укрепите на пла-
те винтами диаметром 2,5 мм.
При расположении деталей на плате строго придерживайтесь монтажной
схемы. Из рисунка 17 видно, что со стороны транзисторов никаких соеди-
32
0000100000
нений между гвоздиками не делается. Все они выполняются с обратной сто-
роны платы медным проводом диаметром 0,4—0,5 мм в хлорвиниловой изо-
ляции.
Транзисторы крепятся за счет пайки их гибких выводов непосредственно
к гвоздикам. Наденьте на них кусочки хлорвиниловых трубочек, которые
предотвратят возможные замыкания корпуса с монтажными гвоздиками.
Транзисторы должны иметь коэффициент усиления по току 30—100, на-
чальный ток коллектора — не более 30 мкА.
Настройку платы начинайте с проверки работы транзисторов по постоян-
ному току.
Подключите между коллектором и эмиттером транзистора Ti (рис. 14)
вольтметр постоянного тока. Он должен показать напряжение 4,5 В. В про-
тивном случае подберите величину резистора Ri.
В разрыв цепи между катушкой реле Pi и проводом питания —9 В вклю-
чите миллиамперметр. Прибор должен показать ток не более 1 мА. Если ток
больше 30 мА, пробит транзистор или допустили ошибку в монтаже.
120
б — монтажная схема
Повторите измерение режимов работы транзисторов Т3 и Т4. Они должны
быть такими же, как и для транзистора Т2. Схемы всех трех электрических
фильтров совершенно одинаковые, значит, и режимы транзисторов должны
повторять друг друга.
Для снятия частотных характеристик фильтров подайте на вход схемы
(точки 2—3) от звукового генератора переменное напряжение 0,3—1 В.
Как это сделать, описывалось на стр. 30. Начинайте с первого фильтра.
Подбором величины конденсатора С5 получите резонансную частоту, равную
1400 Гц. Изменяя R4, добейтесь, чтобы плоский участок характеристики не
превышал 30—50 Гц. Постройте график на клетчатой бумаге. Если он сов-
падает с кривой 1 на рисунке 20, то можете считать, что с наладкой филь-
тра 1 вы справились.
Переходите к настройке фильтра 2. Его частотная характеристика долж-
на быть близка к кривой 2. Коллекторный ток транзистора Т2 на резонансной
частоте фильтра 2 не должен превышать 3—5 мА. За этим нужно строго
следить и во всех последующих фильтрах. Если этого условия не выполнять,
то одновременно могут срабатывать несколько реле. Это недопустимо!
0000100001
33
Частотные характеристики фильтров 3—8 и их резонансные частоты сде-
лайте близкими к кривым 3—8 (рис. 20).
Иногда, чтобы работал автомат, число фильтров приходится увеличи-
вать до 12 и более. В таких схемах частоты дополнительных фильтров
можно располагать справа и слева от характеристик уже собранных кас-
кадов.
Переходим к сборке автомата из изготовленных и налаженных плат.
Это, пожалуй, самая приятная работа. Она и времени требует немного,
а главное, начинаешь ощущать результаты затраченных усилий. Но если
допустите ошибку в монтаже, найти ее будет значительно труднее, чем
в плате. Так что будьте внимательны. Если над изготовлением автомата тру-
дится несколько ребят, то поручить общий монтаж схемы следует самому
опытному.
Полная электрическая схема автомата переключения электрогирлянд по
программе рисунка 12 дана на рисунке 19. Она включает в себя три платы
электрических фильтров и плату источника питания на 9 В.
Рис. 18. Распайка деталей на плате:
а — распайка резистора и транзистора.
ПРОГРАММА
Вот как она работает. Сигнал с магнитофона напряжением 0,2—1,0 В
подается одновременно на все три платы фильтров. Для этого входы плат
(точки 2—3) соединены вместе.
С работой электрических фильтров (рис. 14) вы уже познакомились
раньше. Flo там ничего не говорилось о назначении резисторов R3, R5 и R7.
Как видно из рисунков 14 и 19, верхние пластины нормально разомкну-
тых контактов реле Рн Р2 и Р3 платы I и II (точки 5,10 и 14), а также реле Р}
платы III (точка 5) соединены вместе. Далее провод через нормально зам-
кнутый контакт реле Р2 платы III (точки 11 и 12) подходит к — 9В (точка 6).
Как только частота сигнала с магнитофона будет равна резонансной ча-
стоте одного из фильтров, сработает соответствующее реле Р. Его нормаль-
но разомкнутый контакт замкнется и через резистор R = 4,7 кОм соединит
базу транзистора с отрицательным проводом источника питания. Такой ре-
жим работы схемы называется режимом самоблокировки. Теперь даже после
прекращения входного сигнала транзистор остается открытым, а реле — во
включенном состоянии. В то же время до тех пор, пока реле включено, через
резистор в базу течет ток, достаточный для удержания транзистора в режиме
34
0000100010
насыщения. При этом схема фильтра становится совершенно безразличной
к входному сигналу. Есть он или отсутствует, реле включено.
С работой схем с самоблокировкой вы еще не раз встретитесь в кон-
струкциях, описываемых в книге. Они используются везде, где нужно крат-
ковременным сигналом включать релейную схему на продолжительное
время. В только что рассмотренном примере сигнал длился 5 с, после чего
схема остается включенной до тех пор, пока на нее подается напряжение
питания.
Чтобы снова привести заблокированную схему в начальное состояние,
нужно прекратить подачу тока. Для этого достаточно разорвать цепь между
резистором базы и проводом питания. При этом говорят, что схема разбло-
кирована. Вот для этого-то и используется нормально замкнутая контактная
пара реле Р2 платы III. А чтобы реле Р2 сработало, нужно подать команду
сброса, что соответствует частоте сигнала на магнитной ленте, равной
8000 Гц. При этом должен сработать средний фильтр платы III, а реле Р2
включиться.
ПЕРЕД УСТАНОВКОЙ НА КОРПУС
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО КОНДЕНСА-
ТОРА НАДЕВАЕТСЯ ХЛОРВИНИЛО-
ВАЯ ТРУБОЧКА
КРЕПЛЕНИЕ КАТУШКИ ФИЛЬТРА И
МОНТАЖ КОНДЕНСАТОРА НА
ГВОЗДИКАХ
РЕЛЕ СВОИМИ КОНЦАМИ ВХОДИТ
В ОТВЕРСТИЯ И ДЕРЖИТСЯ НА
ПЛАТЕ ЗА СЧЕТ ПАЙКИ
б — распайка конденсатора, реле и катушки
Остался невыясненным еще один вопрос: для чего нужны реле Pi—Р7,
показанные на рисунке 19, справа?
На выходе электрических фильтров стоят достаточно маломощные элек-
тромагнитные реле. Их контакты допускают надежное переключение цепей
с током не более 0,3 А. Использовать такие реле для переключения электро-
гирлянд — значит вывести их из строя через 10—20 включений. Поэтому кон-
такты реле фильтров включают мощные электромагнитные реле Р}—Р7, а те
в свою очередь — гирлянды электроламп.
Лучше всего подойдут мощные реле типа МКУ-48 или РПТ-100. С ними
вы можете смело подключать гирлянды, потребляющие ток до 5 А. Такой
ток потребляют примерно 20—40 осветительных электроламп мощностью
25—40 Вт.
Конструкцию автомата переключения светящихся букв придумайте сами.
Укрепите плату источника питания, три платы фильтров и мощные реле на
общей панели. Монтаж панели сделайте по рисунку 19. Его лучше всего
вести многожильным проводом в хлорвиниловой изоляции сечением 0,35—
0,5 мм2. Для изготовления панели подойдет листовой гетинакс или тексто-
0000100011
35
Рис. 19. Схема автомата переключения светящихся букв
ПРОГРАММА
лит толщиной 5—6 мм. Можно использовать и кусок фанеры. Наверх вы-
ведите две клеммы для подключения напряжения питания, две клеммы для
подачи сигнала с магнитофона и восемь клемм для подключения электро-
гирлянд. Из них одна клемма общая, а семь — по числу светящихся гир-
лянд.
Автомат готов! Подключите магнитофон с записанной программой и ис-
пытайте все в работе. Звуковые сигналы помогут вам точнее определить
моменты смены программ, то есть моменты переключения электрогирлянд.
Поэтому отключать громкоговорители в магнитофоне не советую. Если же
решили все же это сделать, то не забудьте взамен впаять резисторы. Их
величина берется равной сопротивлению звуковых катушек. В противном
случае может выйти из строя выходной каскад усилителя твоего магнито-
фона.
Переключить сделанный автомат на другой режим работы, ну, скажем,
для получения эффекта «переливания» огней на новогодней елке, совсем
не сложно.
Программа переключения электрогирлянд на елке дана на рисунке 21.
36
0000100100
Рис. 21. Программа переключения елочных гирлянд
В отличие от предыдущей программы, теперь каждая из гирлянд вклю-
чается отдельно от остальных.
Через 1—5 с гирлянда выключается, после чего тут же загорается сле-
дующая и так далее.
Время включения гирлянд не обязательно выбирается одинаковым. Имен-
но за счет этого достигается видимость «переливания» огней.
Здесь придется немного поэкспериментировать и перепробовать несколь-
ко программ.
Самоблокировка электромагнитных реле фильтров для выполнения новой
программы не нужна.
Придется отпаять провод, идущий от гвоздика 12 к гвоздику 6 (рис. 19,
плата III). Вот и вся переделка схемы.
Запишите на магнитную ленту новую программу и испытайте, как она
будет «смотреться» на елке.
Время включения той или другой гирлянды лучше всего подобрать опыт-
ным путем.
ПРОГРАММА
Два года назад на выставке детского техниче-
ского творчества ВДНХ мне понравилась модель
ракетоносца. Ее стартовые установки позволяют
АВТОМАТ-	производить запуск ракет под любым углом. За-
ЭКСКУРСОВОД пал включается по секундомеру, смонтированному
на пульте управления. Полет ракет — 200—300 м.
Управление дистанционное по проводам.
А вот кибернетический лабиринт поразил меня
своей логикой. По лабиринту как бы бегают зеле-
ные лампочки и отыскивают правильный путь.
Рядом с кибернетическим лабиринтом экспо-
нировался маленький паровозик на рельсах, уло-
женных по кругу. Я попытался нажать кнопку на
пульте управления, но паровозик и не думал тро-
гаться с места.
— Он ждет вашей команды... — подсказал
мне стоящий рядом маленький мальчик.
Я не поверил. Какой еще команды? Но, чтобы не обижать мальчугана,
громко сказал:
— Иди!
Паровозик вздрогнул и... покатился по рельсам.
— Стой!
Машина послушно остановилась.
— А теперь... назад!
И снова застучали рельсы на стыках.
«Перцептрон», — прочитал я на таблице под экспонатом.
После паровозика я заинтересовался цветомузыкой...
Всюду стояли прекрасно выполненные конструкции юных техников, но
большинство посетителей выставки они не очень-то волновали. Для боль-
шинства модели были мертвы. Узнать поподробнее о творческих замыслах
юных конструкторов, о том, на что способен тот или иной экспонат, было не
у кого. Где-то в противоположной стороне обширного выставочного зала,
окруженный тесным кольцом ребят, о чем-то рассказывал экскурсовод. Под-
ступиться к нему было невозможно...
38	0000100110
ЦЕПИ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭКСПОНАТОВ
Рис. 22. Схема автомата-экскурсовода
Вот здесь-то и пришла мне в голову мысль о создании автомата-экскур-
совода. Решить ее помог экспонат, который назывался «Информатор город-
ского транспорта», сконструированный ленинградскими школьниками.
Жители крупных городов уже привыкли к тому, что автобусы, трамваи
и троллейбусы работают без кондуктора. Пассажиры сами опускают деньги
в кассы и сами отрывают билеты. А вот остановки все еще объявляет во-
дитель.
Чтобы облегчить работу водителя — не рассеивать его внимание такими
объявлениями, ребята и разработали специальный прибор. Для этого они
использовали самый обычный портативный магнитофон, а на магнитной
ленте записали голос водителя, объявляющего остановки одна за другой
по маршруту транспорта. Чтобы после каждой остановки лента автомати-
чески выключалась, на ней пробили специальные отверстия.
Вот эту же идею мы и решили использовать в своем автомате.
На магнитной ленте записывается голос экскурсовода, который по оче-
реди рассказывает о всех экспонатах, размещенных в выставочном зале.
Но этого оказалось недостаточно. Чтобы демонстрацию сделать более инте-
0000100111
39
ПРОГРАММА
реснои, каждый из экспонатов нужно в определенное время включать, а
в конце объяснения — выключать. И так со всеми конструкциями.
Конечно, можно было воспользоваться тем же решением, что у ленин-
градских ребят. В начале каждого объяснения по экспонату на магнитной
ленте делается отверстие, которое через специальный контактный щуп вклю-
чает самоделку. Такое же отверстие в конце рассказа — для выключения.
Сколько экспонатов — столько пар отверстий.
Вначале я так и сделал. Но от этого пришлось скоро отказаться. Лента
постоянно терлась между контактами и оттого часто обрывалась в местах
отверстий. К тому же, когда прокол проходил под головкой воспроизведе-
ния, в громкоговорителе раздавался довольно громкий щелчок, что отвле-
кало внимание.
Взамен отверстий я стал записывать на длине 1—2 см сигналы от зву-
кового генератора. А чтобы они не прослушивались, частоту взял достаточно
высокой — 8—10 кГц. Автомат в своих решениях получился очень похожим
на переключатель елочных гирлянд, описанный раньше.
Первоначально на магнитную ленту нужно записать диктора, объясняю-
щего работу экспонатов в желаемой последовательности. Далее, в тех мо-
ментах рассказа, где требуется включить ту или иную конструкцию, на ленте
запишите от звукового генератора сигнал с частотой 9300 Гц. Это и будет
программа работы автомата.
При воспроизведении записи сигнал одновременно подается на группу
громкоговорителей, установленных в выставочном зале, и на автомат-экс-
курсовод.
Полная схема автомата дана на рисунке 22. Она включает всего две
платы: плату источника питания на 9 В и плату электрических фильтров.
Об их работе и изготовлении я уже рассказывал.
Новым для вас будет устройство, обозначенное на схеме ШИ-25. Это
электромагнитный переключатель на 25 цепей, или, как его еще называют,
шаговый искатель.
Конструкция шагового искателя, как и электромагнитного реле, состоит
из электромагнита 1, якоря 2 и контактной группы 3 (рис. 22, справа).
В контактную группу входят несколько рядов жестко закрепленных кон-
тактов, которые называются ламельками, и подвижных контактов — щеток.
Поступательное движение якоря преобразуется в прерывистое вращение
щеток с помощью системы рычагов и зубчатого колеса.
Наша промышленность выпускает шаговые искатели с различным числом
ламелей от 11 до 50. Обозначение ШИ-25 означает, что шаговый искатель
имеет 25 ламелей и может обеспечить переключение 25 цепей. Такой пере-
ключатель вас полностью устроит, так как число экспонатов вряд ли будет
больше 25. Кроме того, обмотка катушки искателя может быть рассчитана
на разное напряжение — 24 В, 48 В и 60 В. Вот почему на схеме рисунка 22
не приведены данные понижающего трансформатора Тр]. Рассчитайте его
сами, исходя из рабочего напряжения катушки электромагнита.
Когда на плату электрических фильтров поступает сигнал с магнитофона
с частотой 9300 Гц, срабатывает электромагнитное реле Р. Для того, чтобы
включилось это реле, резонансная частота одного из фильтров выбрана рав-
ной частоте сигнала, записанного на магнитной ленте.
При этом сработает шаговый искатель и его щетка с ламели 0 перейдет
на ламель 1.
Первый экспонат включился!
При поступлении второго программного сигнала щетка переключится
40
0000101000
на ламель 2. Первый экспонат выключится, а второй включится. И так
далее...
Вот, собственно, и вся работа автомата-экскурсовода.
Величину резистора R i подберите такой, чтобы напряжение на входе
платы фильтров от сигнала с частотой 9300 Гц находилось в пределах 0,2—
0,5 В.
При этом напряжение речевого сигнала не должно превышать 0,1 В, что
исключит ложные срабатывания автоматики.
Если число экспонатов меньше 25, в конце выступления диктора запишите
столько звуковых импульсов, чтобы щетка встала на нулевую ламель. В этом
случае необходимость в кнопке установки нуля Ki отпадет.
При числе экспонатов больше 25 шаговый искатель ШИ-25 замените
на ШИ-50.
Теперь выставка, на которой вы установите автомат-экскурсовод, не по-
кажется ребятам скучной и непременно будет пользоваться успехом. Не за-
будьте только, чтобы в конце экскурсии автомат рассказал и о себе!
Любой крестьянин знает эту простую истину.
Он был бы крайне удивлен, если бы, посеяв овес,
увидел на поле выросшую пшеницу.
«ЧТО ПОСЕЕШЬ,	Ветер несет пушинку одуванчика с крохотным
ТО И ПОЖНЕШЬ»	зернышком. Оно может упасть на мягкую влаж-
ную землю, но может быть также унесено в озеро
или попасть на асфальт.
Но если зернышко попадет на почву, пригод-
ную для вырастания одуванчиков, дальнейшее
его поведение будет определяться в основном
только заложенной в нем программой. Зернышко
набухнет, выбросит вверх стебелек с двумя ли-
сточками, а вниз тоненький корешок. Растение,
ежечасно изменяясь, превратится в одуванчик.
Почему из этого зернышка получился не дуб,
не огурец, а именно одуванчик? Да потому, что
зернышко несло в себе программу роста, видоиз-
менений и других действий, которые обусловили появление именно оду-
ванчика.
Эта программа, «записанная» в зернышке, образовалась в результате
совершенствования наследственных признаков, изменявшихся в борьбе за
существование. Что же общего между «программным механизмом» зерныш-
ка одуванчика и автоматами с программным управлением? Ответа на этот
вопрос наука еще не дала. Ученые пока очень мало знают о «программном
механизме» зародышевой клетки. Дело усложняется еще тем, что «програм-
мный механизм» живого организма не всегда заключен в зернышке или
в зародышевой клетке.
Вам, наверное, известно растение под названием бегония. Его разводят
в комнате ради красивых листьев. Так вот, чтобы получить бегонию, не обя-
зательно высаживать ее семя. Из любой клетки, срезанной с бегонии и по-
саженной в подходящую почву, можно получить новое растение. Вырастут
и корень, и стебель, и листья, и цветы. Листья обязательно будут кососерд-
цевидные и неравнобокие. А рисунок листа и его форма непременно будут
повторяться! Проделайте такой опыт и убедитесь сами.
0000101001
41
И в животном мире есть своя «бегония» — гидра. Гидру, живущую
в пресной воде, оттого и назвали мифическим именем, что программа, зало-
женная в каждой ее клетке, содержит все «чертежи», необходимые для по-
строения нового организма. Даже трудно себе представить, какой сложной
должна быть эта программа.
Программа, заложенная в клетке, не только определяет развитие нового
организма, но и задает его поведение в течение всей жизни. Пчелы делают
шестигранные соты не потому, что они так воспитаны. Земляных ос никто
не учит заготавливать питание для своих личинок хитроумнейшим спосо-
бом. Свою жертву они не убивают, а парализуют жалом, попадая точно
в двигательный нерв. А инстинкт кукушки подкладывать яйца в чужие
гнезда... Ведь так поступали и поступают все без исключения кукушки!
Как же устроен и работает программный механизм живого организма?
Если бы попытаться записать сведения, уместившиеся в малюсенькой
зародышевой клетке, обычным способом, наверное, понадобился бы десяток
томов. В этих книгах должны быть перечислены все черты сходства между
Рис. 23. Клетка живой ткани при увеличении в 100 000 раз
ПРОГРАММА
родителями и их потомством: внешнее сходство и сходство характеров, об-
щие вкусы, склонности и привычки. И все-таки это была бы лишь малая
доля сведений, содержащихся в зародышевой клетке. Чтобы получить более
полные данные, пришлось бы разобрать прародителя буквально по отдель-
ным клеткам, потому что во всех тканях и органах можно обнаружить
унаследованные признаки. Чтобы запрограммировать развитие нового орга-
низма, природа использовала весьма совершенный механизм.
И человек задался целью во что бы то ни стало разгадать этот меха-
низм. Вооружившись биофизикой, биохимией и теорией информации, био-
логи перешли в наступление. Это было 30—40 лет назад.
Страницы научных журналов известили мир о первых успехах. В заро-
дышевой клетке было найдено вещество, способное хранить наследственные
признаки, — дезоксирибонуклеиновая кислота. Сокращенно ее
стали называть ДНК (дезоксирибо — Д, нуклеиновая — Н, кислота — К).
Итак, было установлено, что наследственная программа записана в опре-
деленной части зародышевой клетки, в так называемых хромосомах. Именно
хромосомы содержат в себе ДНК.
42
0000101010
На фотографии клетки (рис. 23), сделанной при помощи электронного
микроскопа, видно ядро, расположенное в центре. Оно более плотное, чем
окружающая его цитоплазма. На долю ядра приходится примерно одна
треть веса клетки. Лишенная ядра, клетка погибает.
В ядре находятся различные по форме образования — хромосомы и яд-
рышки. В хромосомах-то и сосредоточена, как сейчас принято говорить, гене-
тическая программа организма, то есть все «чертежи» будущих потомков.
Основной структурный материал хромосом — нуклеопротеид. Это
сложный белок, состоящий из собственно белка и ДНК.
Молекула ДНК состоит из четырех «сортов» азотистых веществ (нуклео-
тидов), образующих длинную цепочку. Как азбукой Морзе можно передать
любую программу действий, так и этими четырьмя веществами можно за-
шифровать и хранить любую информацию.
Хотя ДНК всех видов растений и животных состоит из четырех различ-
ных веществ, но для ДНК каждого вида характерен свой порядок и чередо-
вание. Это и есть запись генетической программы организма.
Из биологии вам известно, что клетки размножаются делением. Оказы-
вается, за 6—12 часов до деления молекула ДНК вначале строит себе по-
добную и только потом делится на две части. На языке кибернетики можно
сказать так: «программный механизм» клетки вначале точно повторяет себя,
после чего «машина» делится на две равные части. В каждой из «машин»
остается по программе.
При таком делении ДНК хотя и редко, но все же случаются ошибки.
Именно этим ошибкам — отклонениям в генетической программе разви-
тия — живой мир обязан своему прогрессу. Ошибки бывают самые различ-
ные. Организмы с «полезными» ошибками в программе всегда подхваты-
ваются естественным отбором, и, наоборот, организмы погибают, когда
изменения им вредны.
То, что вы узнали о генетическом развитии живой клетки, конечно, да-
леко не полно. «Программный механизм» клетки найден, но еще полностью
не изучен...
И может быть, одному из читателей этой книги удастся разгадать основ-
ную тайну живой природы — научиться читать код наследственности и
искусственно менять программу формирования организма, а следовательно,
активно вмешиваться в развитие природы. Только человеку под силу эта
задача!

СТРАННЫЙ
СЛУЧАЙ
ВЕРОЯТНОСТЬ
СЛУЧАЙНЫХ
СОБЫТИЙ
ЭЛЕКТРОННАЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ
МАШИНА
«ОРЛЕНОК-1»
ЭЛЕКТРОННАЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ
МАШИНА
«ОРЛЕНОК-11»
ГЕНЕРАТОР
СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ
МОДЕЛЬЮ
УПРАВЛЯЕТ СЛУЧАЙ
СЛУЧАЙ
.. .Несколько лет назад наши рыбаки столкну-
лись с неразрешимой на первый взгляд пробле-
мой. В одном месте Атлантики всегда ловилась
СТРАННЫЙ	довольно ценная промысловая рыба из семейства
СЛУЧАЙ	тресковых — пикша, правда в весьма малом ко-
личестве. В другом месте редко попадался мор-
ской окунь, но уж зато большими косяками. Ка-
залось, разумного решения принять тут нельзя.
Осторожный капитан всегда предпочитает «си-
ницу в руках» и ловит пикшу, и только любитель
риска, понадеявшись на «журавля в небе», забро-
сит трал на окуня. Лишь случай может решить,
кто из капитанов прав.
Советский ученый М. Н. Андреев посмотрел
на эту дилемму глазами современного математи-
ка: ловля рыбы — это обычная стратегическая
игра.
0000101101
45
Математики начали скрупулезно исследовать данные о ловле и пикши
и окуня за довольно продолжительное время. Удачи и неудачи рыбаков день
за днем, неделя за неделей превращались в беспристрастные цифры, кото-
рыми заполнялись клетки таблиц. Потом ученые взяли в руки испытанное
оружие — метод Монте-Карло. Он дает возможность по известным результа-
там в прошлом узнать, как распределятся аналогичные случайные события
в будущем. Расчеты показали, что самая надежная стратегия в ловле рыбы
выражается соотношением 3:1. Это значит, что каждый раз перед выбором
места ловли капитаны должны кидать жребий с четырьмя одинаковыми
(равновероятными) исходами. В случае выпадания одного, заранее обуслов-
ленного исхода следует ловить окуня. В остальных трех случаях — пикшу.
Исход правильно принятого решения определяет жребий! И все потому,
что рыба бродит по морю, подчиняясь лишь закону случая или каким-то
своим, «рыбьим», законам, которых мы пока не знаем, а значит, не можем
и учитывать.
Раз случайно само событие, то и выбор, который предстоит сделать капи-
тану, тоже должен быть совершенно случайным. Нельзя, скажем, решать
для себя заранее: первые три раза идем ловить пикшу и только четвертый—
будем ловить окуня. Как только в поведение рыболова будет внесена хоть
какая-нибудь закономерность, это тут же приведет к поражению. Итак, ре-
шение может дать только жребий!
А как бросать жребий — это уже безразлично. Можно взять из карточ-
ной колоды четыре туза, тщательно их перетасовать и тянуть одного из них
на счастье, загадав на окуня, скажем трефового. Можно взять ручные часы,
и если при случайном взгляде на циферблат минутная стрелка окажется
против числа, делящегося на четыре, следует ловить окуня.
— Почему так? Да потому что, если вы внимательно рассмотрите нату-
ральный ряд чисел от 1 до 60, то убедитесь, что только 15 из них делятся
на 4, то есть каждое четвертое число.
123456789 10
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
И	12	13	14	15	16	17	18	19	20
31	32	33	34	35	36	37	38	39	40
51	52	53	54	55	56	57	58	59	60
СЛУЧАЙ
Здесь более жирным шрифтом выделены числа, делящиеся на 4. Так что
возможность случайно остановиться на выделенной цифре будет равна 15
из 60. Вот тогда и ловите окуня!
Именно так и поступали в течение всего лова на траулере «Гранат». Ре-
зультаты этого простого опыта выглядели просто ошеломляюще. За две не-
дели на палубу высыпалось 60 тонн «лишней» рыбы!
Никакой, абсолютно никакой новой техники, один только новый подход
к старой, как мир, проблеме. Помог случай.
Что же такое случай и как понимать это слово?
Предположим, например, что мы бросаем монету. Может выпасть орел,
а может выпасть и решка. То и другое из этих двух явлений произойдет на
основании общих физических законов и будет зависеть от толчка, который
мы дадим монете при бросании, веса и формы монеты, сопротивления воз-
духа и прочих условий. Все эти условия, однако, столь разнообразны, много-
численны и сложны, что нет никакой возможности произвести их исследова-
ния для того, чтобы предсказать, что же выпадет в результате подбрасыва-
ния: орел или решка? При этом мы говорим, что появление орла или решки
при бросании монеты есть явление случайное.
46
0000101110
Но ученые не сразу пришли к такому пониманию «случая» и случайных
событий. Даже великие из них допускали ошибку. Им казалось, что слу-
чайных явлений в природе быть не может. Все зависит только от меры и сте-
пени нашего знания. И некоторые совершающиеся на наших глазах явления
мы называем случайными только потому, что всех причин и законов, вызы-
вающих непременное появление именно этого, а не другого события, мы не
в состоянии изучить.
Другими словами, ученые этого ложного направления считали: явления,
которых мы точно предусмотреть или предсказать не можем — потому ли,
что не знаем их причин, или потому, что эти причины слишком сложны и
разнообразны, — мы называем случайными явлениями. В их числе был вы-
дающийся французский астроном, математик и физик Пьер Симон Лап-
лас (1749—1827). Вот что он писал на этот счет:
«Все явления, даже те, которые по своей незначительности как будто не
зависят от великих законов природы, суть следствия столь же неизбежный
этих законов, как обращение Солнца.. .»
И далее: «Припомним, что в былое время, в эпоху, не очень от нас от-
даленную, на дождь или на чрезвычайную засуху, на комету с сильно растя-
нутым хвостом, на солнечное затмение, на северное сияние и вообще на не-
обычайные явления смотрели как на знак небесного гнева. Взывали к небу,
чтобы отвратить их пагубное влияние. Небо не молили остановить движение
планет или Солнца: наблюдение скоро дало бы почувствовать всю бесполез-
ность таких молений. Но так как те явления, наступающие и исчезающие
через длинные промежутки времени, казалось, противоречили порядку, уста-
новившемуся в природе, то люди предположили, что небо порождало и изме-
няло их по своему усмотрению в наказание земных грехов.
Так, длинный хвост кометы 1456 года вызвал панику в Европе, уже при-
веденной в ужас быстрыми победами турок, от которых только что пала
Византийская империя. После того, как это небесное светило совершило че-
тыре своих обращения, оно возбудило среди нас очень различный интерес.
Знакомство с законами системы мира, приобретенное за этот промежуток
времени, рассеяло страх, порожденный незнанием истинных отношений че-
ловека к Вселенной; и Галлей \ признав тождество этой кометы с кометою
1531, 1607 и 1682 годов, предсказал следующее ее возвращение в конце
1758 или в начале 1759 года.
Ученый мир ждал с нетерпением этого возвращения, которое должно
было подтвердить одно из самых великих открытий, сделанных в науке,
и исполнить предсказание Сенеки 2, сказавшего об обращении небесных све-
тил, которые спускаются из громадных расстояний:
«Наступит день, когда, благодаря длившемуся несколько столетий изуче-
нию, вещи, ныне скрытые, явятся со всею своею очевидностью, и потомки
наши изумятся, что столь очевидные истины ускользали от нас».
Тогда Клеро 3 взялся подвергнуть анализу те возмущения, которые ко-
мета испытала под влиянием двух самых больших планет — Юпитера и Са-
турна. После громадных вычислений он назначил ее ближайшее прохожде-
ние через перигелий на начало апреля 1759 года, и наблюдения не замед-
лили подтвердить это.
1	Г а л л е й, Халли (1656—1742)—английский астроном и геофизик.
2	Сенека, Луций Анней — римский философ. Родился около 4-го года до нашей эры,
умер в 65-м году нашей эры
3	Клеро,Алекси Клод (1713—1765)—французский математик и астроном.
0000101111
47
СЛУЧАЙ
Правильность, которую обнаруживает нам астрономия, без всякого со-
мнения, имеет место во всех явлениях. Кривая, описанная простою молеку-
лою воздуха или пара, определена так же точно, как и орбита планет. Раз-
ницу между ними делает только наше сознание».
Но время внесло поправку в утверждения великого ученого и мыслителя.
Оказывается, в природе имеется целый ряд явлений, где наука считает бес-
смысленным делать достоверные предсказания события. Никто не может ска-
зать, в какую точку земной поверхности упадет листок, сорванный ветром
с дерева. Невозможность таких предсказаний особенно касается квантовой
механики — механики микромира. Никто не может заранее утверждать, под
каким углом отправится путешествовать электрон, выбитый из катода элек-
тронно-лучевой трубки вашего телевизора. Практически невозможно учесть
все обстоятельства, которые привели к интересующему нас событию. Ни-
чего не поделаешь. Здесь придется согласиться с тем, что такое событие
непредсказуемо.
Наличие в природе случайных событий ни в малейшей степени не озна-
чает, что есть какая-то возможность выбраться из подчинения законам
природы.
Случайные явления — это те, которые обусловлены очень большим чис-
лом факторов и о которых заранее человек не может сказать ничего опре-
деленного. Но все случайные явления имеют физическую природу, и об этом
не следует никогда забывать.
Вот, например, теплота — это результат движения молекул вещества, из
которых оно состоит.
Температура вещества говорит о том, как велика интенсивность хаотиче-
ского движения молекул в теле. Заявление выдающегося английского фи-
зика Джемса Максвелла (1831 —1879) о том, что в мире молекул «господ-
ствует случай», было по своей смелости одним из величайших подвигов
в науке.
О целом ряде явлений мы не можем сказать ничего определенного, если
они случайны. И в самых разнообразных вопросах науки и техники возни-
кает необходимость иметь объективную оценку вероятности существования
тех или иных случайных событий.
Сразу хочу, ребята, вас огорчить. Никаких со-
ветов и предсказаний по выбору счастливых номе-
ров лотерейных билетов, на которые непременно
выпадут крупные выигрыши, скажем автомобиль
«Москвич» или «Запорожец», я дать не смогу. Да
таких рецептов и не существует в науке о случай-
ных событиях, которая называется теорией ве-
роятностей.
Законы теории вероятностей нашли примене-
ние в кибернетике так же широко, как закон Ома
в электротехнике. Что же касается азартных игр,
то в них никакая теория не поможет. Хотя и бы-
туют различные мнения, как определить номер
счастливого лотерейного билета. Вот один из них.
Его мне по секрету рассказал мой знакомый, заве-
рив в беспроигрышное™ нужно взять таблицы
трех предыдущих розыгрышей и выписать все но-
ВЕРОЯТНОСТЬ
СЛУЧАЙНЫХ
СОБЫТИИ
48
0000110000
мера, которые в них не попали. Те из них, чья сумма цифр делится на 3,
обязательно счастливые!
Все это вздор и выдумки. Почему?
Чтобы легче понять, разберем несколько простых примеров.
Если подбросить пятикопеечную монету, как вы думаете, что выпадет:
«орел» или «решка»? Не знаете? И я не знаю.
А если подбрасывать монету десять раз подряд? Я не знаю. А вы? Един-
ственное, что я могу утверждать более или менее определенно, что раза два-
три орел обязательно выпадет.
В этом эксперименте, как и во всех дальнейших, предполагается, что мо-
нета совершенно однородна, симметрична и что вообще в ней нет никаких
физических причин, заставляющих падать на одну сторону предпочтитель-
нее, чем на другую.
Иначе получится, как у Смока Белью из рассказа Джека Лондона «Ма-
лыш видит сны». В нем рассказывается, как в одном из заполярных посе-
лений Северной Америки в период золотой горячки золотоискатели зимними
вечерами собирались в игорном доме и играли в рулетку.
Рулетка — это азартная игра, состоящая из круга, разделенного на
37 равных секторов, и легко вращающейся стрелки, помещенной в центре.
Каждый из секторов пронумерован цифрами от 1 до 37. Игроки ставят став-
ки на любой из номеров, кроме одного, принадлежащего хозяину рулетки.
После этого заставляют вращаться стрелку; выигравшим считается тот,
против чьего номера остановится стрелка.
Много дней подряд наблюдал герой рассказа Смок Белью за игрой, не
рискуя играть сам. Его поведение вызывало насмешки, но он упорно про-
должал свои наблюдения.
Каково же было всеобщее удивление, когда в один из вечеров он вдруг
начал игру и выиграл один, другой и третий раз. То же самое произошло
на второй, третий и следующие вечера, пока содержатели игорного дома не
приобрели у Смока «секрет» столь поразительного выигрыша. Оказалось,
что стол с рулеткой находился рядом с жарко натопленной печкой. Крышка
от стола покоробилась, в результате чего стрелка останавливалась предпоч-
тительнее перед одними делениями, чем перед другими.
Игроки рассказа находились не в равных условиях. Для одних все сек-
тора были равнозначащими, остановка стрелки против того или другого де-
ления представлялась им случайностью. А для Смока Белью, предвари-
тельно проведшего длительные наблюдения, условия игры были уже дру-
гими, и он играл, не доверяя себя случаю, почти наверняка.
Прежде чем продолжать эксперимент с подбрасыванием монеты, давайте
условимся, что наша монета совершенно симметрична и что выпадание орла
или решки — события равновероятные. Это интуитивно ясное понятие за-
ложено в основу всех наших дальнейших кибернетических конструкций, и
его нужно строго придерживаться. Нельзя ничего утверждать о правильно-
сти работы вычислительной машины, использующей законы теории вероят-
ностей, пока еще и еще раз не убедитесь в равновероятности наступления
событий в ее элементах.
После всех сделанных оговорок, вернемся к эксперименту. Каков будет
результат, если монету подбрасывать несколько тысяч раз подряд?
Вот теперь я с уверенностью могу утверждать, что в половине случаев
обязательно выпадет орел, а в другой половине — решка. И чем продолжи-
тельнее будет эксперимент, тем с большей точностью будет выполняться
мое утверждение.
0000110001
49
Не верите? Проверьте сами.
Подбрасывая монету 30 раз подряд, заполните, как это показано, таб-
лицу.
Таблица
№	О/Р		№	О/Р	т п	№	Р/О	т п 	
1	О	1	11	р	0,45	21	О	0,48
2	Р	0,5	12	О	0,5	22	О	0,5
3	Р	0,33	13	О	0,54	23	О	0,52
4	О	0,5	14	О	0,57	24	Р	0,5
5	О	0,6	15	р	0,53	25	Р	0,48
6	Р	0,5	16	р	0,5	26	О	0,5
7	Р	0,43	17	р	0,47	27	Р	0,48
8	Р	0,38	18	О	0,5	28	О	0,5
9	О	0,44	19	р	0,47	29	Р	0,485
10	О	0,5	20	р	0,45	30	Р	0,47
СЛУЧАЙ
В первой колонке ставьте порядковый номер опыта. В своем примере мы
ограничились тридцатикратным подбрасыванием. Уменьшать число подбра-
сываний не стоит. Об этом уже говорилось несколько раньше. Увеличивать
число опытов больше ста тоже не следует. Слишком затянется эксперимент,
хотя точность полученных результатов несколько и увеличится.
Во второй колонке отмечайте результат события каждого опыта. Бук-
вой О обозначается выпадание орла и буквой Р — решки. Так, из таблицы
следует, что в первом опыте выпал орел, во втором и в третьем — решка,
в четвертом — орел и так далее.
В третьей колонке пишите значения частоты появления орла. Пусть при
/И	V
п опытах орел выпал ди раз. Тогда отношение — и является частотой этого
события, или такое отношение еще называют вероятностью события. Таким
образом, вероятность события есть дробь, у которой в знаменателе стоит
общее число всех возможностей при данном случайном явлении, а в числи-
теле— число тех возможностей, при которых интересующее нас событие на-
ступало при многократном его повторении.
Остановимся на подсчете частоты события для нашего эксперимента.
При первом опыте с подбрасыванием монеты появился орел. Поэтому для
п = 1 оказалось т= 1 и ~= 1. Для второго опыта п = 2, а значение т
осталось прежним, поскольку выпала решка. Общее число выпадания орла
в двух опытах равно т = 1. Отсюда -- = 1/2. Точно так же получим частоту
появления события для п = 3. В третьем опыте выпала решка, и следова-
тельно, т= 1. Значит — = 1/3. В четвертом опыте при п = 4 выпал орел,
m = 2, и = 2/4 = 1/2 и так далее.
50
оооопоою
Теперь постройте график полученных значений частоты появления слу-
чайного события в зависимости от номера опыта. Данные возьмите из таб-
лицы, заполненной результатами опытов. При п, близком к 30, значения ча-
стоты события все ближе и ближе приближаются к 0,5. График на рисун-
ке 24 построен по данным из таблицы, приведенной в книге.
Теперь вы убедились в справедливости утверждения относительно зна-
чения вероятности выпадания орла и решки? При многократном подбрасы-
вании монеты в половине случаев обязательно выпадет орел и в половине—
решка.
Аналогичные опыты с бросанием монеты были проведены многими иссле-
дователями.
Известный французский естествоиспытатель XVIII века Жорж Бюффон
подбросил монету 4040 раз, в результате чего орел выпал 2048 раз. Частота
появления интересующего Бюффона события равнялась 0,50693.
А когда английский биолог Карл Пирсон ради эксперимента подбросил
монету 24 000 раз, частота выпадания орла составила 0,5005.
Рис. 24. График частоты появления «орла» при подбрасывании монеты
Обратите внимание на результаты, полученные двумя учеными. Чем боль-
ше число проведенных опытов, тем ближе частота появления случайного
события к своему предельному значению 0,5.
Вот видите, если об одном единичном случайном событии мы ничего не
могли сказать определенного, то когда таких событий совершается большое
множество, о результате их возможно заранее получить довольно точ-
ное представление.
Теперь попробуйте самостоятельно ответить на такой вопрос: какова
вероятность появления на игральной кости цифры 4?
В игральной кости (кубике) шесть граней. Каждая из них отмечена чис-
лом от 1 до 6.
Подброшенная кость может лечь вверх любой из этих шести граней и
показать любое число от 1 до 6.
Итак, если кубик строго симметричен, то имеется всего 6 равновозмож-
ных случайных событий. Появлению же числа 4 благоприятствует только
один случай из шести. Следовательно, вероятность того, что выпадет именно
цифра 4, равна 1/6.
0000110011
51
СЛУЧАИ
Обращаю ваше внимание еще раз. Полученный результат справедлив
только при многократном повторении опытов с костью. Именно только при
большом числе подбрасываний игральной кости частота появления грани
с числом 4 будет равна 1/6. Вы смело можете утверждать, что при подбра-
сывании кости 1000 раз число 4 непременно появится около 166 раз!
А если вы не получите близкого результата? Значит, кость не симметрич-
на и выпадание чисел от 1 до 6 представляет собою не равновозможные
события.
Чем больше вероятность события, тем больше у вас оснований ожидать
его наступления. Вы легко сообразите, что если событие почти наверняка
должно наступить, то вероятность его близка к 1, например 0,999. Напро-
тив, если вам известно, что событие почти наверняка не состоится, вероят-
ность его очень мала, например 0,001.
Вероятность появления грани игральной кости с любой цифрой от 1 до 6
равна 1, а вероятность появления цифры 7 равна 0. Такое событие невоз-
можно.
Приведенными понятиями теории вероятностей очень широко пользуются
специалисты по кибернетике, и вы с ними должны быть хорошо знакомы.
Здесь я хочу вас уберечь от наивных заблуждений, которые разорили уже
не одного игрока. Предположим, из шести возможных цифр на игральной
кости четверка выпала пять раз подряд. Невероятно, чтобы она появилась
еще раз, рассуждает спорящий и предлагает соответствующее пари. И про-
игрывает.
Случайные события не могут зависеть от предыдущих результатов, и по-
этому вероятность появления четверки, как и любой другой цифры, каждый
раз равна 1/6. Кубик же не имеет памяти!
Случайность, неопределенность в единичном, закономерность и точное
значение в массе — вот что характеризует все описанные здесь примеры.
Множественность событий создает точные и незыблемые законы, которых
нет и не может быть в одном каком-нибудь факте.
Вам никогда не случалось опускать в почтовый ящик письмо, забыв на-
писать на конверте адрес?
Сколь бы глупой случайностью ни показался вам этот досадный факт,
но и он подчиняется законам массовых явлений. Статистика почтовых отде-
лений показывает, что процент таких писем из месяца в месяц, из года
в год остается неизменным. Можно даже предсказать, сколько таких неле-
пых случаев произойдет в течение ближайшего времени.
Каково происхождение всех этих массовых закономерностей? Как можно
изучить и предсказать их? На все эти вопросы, очень важные как для тео-
ретических наук, так и для человеческой практики, дает ответ интересная
и своеобразная математическая теория массовых случайных явлений. Я уже
говорил несколько раньше, что эту науку называют теорией вероятностей.
Называют так потому, что основным ее понятием служит вероятность того
или иного случайного события.
И кем бы вы ни пожелали быть в будущем, в какой бы институт ни по-
шли учиться, везде теория вероятностей будет для вас одним из основных
методов в познании живой и неживой природы. Математик и физик, инже-
нер и биолог, даже лингвист — все должны владеть теорией вероятностей.
И не случайно теперь ее начали изучать в школе.
А если вы собираетесь посвятить себя кибернетике, то методы вероят-
ностных расчетов для вас будут такими же необходимыми, как знание че-
тырех действий арифметики.
52
0000110100
ЭЛЕКТРОННАЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ
МАШИНА
«ОРЛЕНОК-1»
Если кто-либо из вас захочет повторить экспе-
римент Жоржа Бюффона и Карла Пирсона, отло-
жите на время чтение книги и приступайте к из-
готовлению электронной вычислительной машины
«Орленок-1». Машина не только значительно
ускорит всю работу по эксперименту, но и помо-
жет уточнить основные законы теории вероятно-
стей.
Условимся прежде всего, что в дальнейшем
в книге электронную вычислительную машину мы
сокращенно будем называть ЭВМ. Это же сокра-
щение принято и в технической литературе.
Чтобы убедиться в выигрыше времени при ис-
пользовании ЭВМ, проведем небольшие пред-
варительные расчеты. К подобным прикидкам
следует всегда прибегать не только в начале
Рис. 25. Электромеханическая модель ЭВМ «Орленок-1»
разработки любой машины или прибора, но и в процессе налаживания. Они
вам помогут быстрее представить преимущества и недостатки выбранного
решения и уточнить всю задачу.
На подбрасывание монеты, скажем 24 000 раз, у вас уйдет около 120 ча-
сов рабочего времени. Подсчитайте сами: каждый опыт требует взять монету
в руку (3—5 с), подбросить (2 с), посмотреть результат (5—8 с) и занести
его в специально заготовленную таблицу (5 с). И так 24 000 раз!
Вместо подбрасывания монеты можно проделать любой другой опыт
с двумя равновозможными исходами. Такие эксперименты легко провести
на настоящей ЭВМ, где вместо орла и решки будут равновероятно появ-
ляться цифры 0 и 1. На подобный эксперимент с 24 000 опытов надо будет
затратить менее минуты машинного времени!
Так вы впервые, может быть, в своей жизни непосредственно столкну-
лись с возможностью использования ЭВМ и воочию почувствовали основное
ее преимущество — быстродействие. В нашей, довольно несложной, задаче
машине требуется времени в 6000 раз меньше, чем человеку! Есть над чем
призадуматься. ЭВМ — поистине великий помощник человеку.
0000110101
53
Приступаем к постройке первой ЭВМ. Правда, наша машина будет при-
годна для решения только ограниченного числа задач и не сможет произ-
водить ни сложения, ни вычитания чисел. Подобный класс вычислительных
машин в технике называется специализированными ЭВМ.
В дальнейшем, за счет небольших доработок и некоторого усложнения
схемы, мы расширим возможности ЭВМ «Орленок-1» и сделаем ее более уни-
версальной. Модернизированный вариант мы назвали ЭВМ «Орленок-П».
Она будет описана в следующем разделе.
Лучше всего понять работу машины «Орленок-1» поможет ее электроме-
ханическая модель, показанная на рисунке 25.
Здесь я немного отклонюсь от основной темы, с тем чтобы остановить
ваше внимание на одном очень важном вопросе.
Перед вами незнакомая схема какого-либо автомата. Как разобраться
в ее работе? Как вообще подходить к разбору электрических схем? Имеются
ли здесь свои строгие правила, как, скажем, при решении математических
задач? Да, такие правила имеются.
ЭЛЕКТРОННЫЙ
ВОЛЧОК
Рис. 26. Схема ЭВМ «Орленок-1»
СЛУЧАЙ
С чего вы начинаете решение задачки по математике?
Вначале внимательно читаете условие и стараетесь понять, что в задаче
известно, а что требуется найти. Вы как бы в целом хотите оценить все, что
дано и что требуется отыскать.
Вторым действием вы составляете схему задачи, сопровождая ее рисун-
ком или графиком. Например, если задача дана на поезда, вышедшие из
пунктов А и В, то, нарисовав картину их движения, вам легче представить
логический ход дальнейших поисков.
Если первые два пункта правил проведены достаточно внимательно, то
переход к третьему этапу для вас не представит уже никакого труда. Оста-
нется составить к задаче вопросы и найти на них ответы. Решая последний
вопрос, вы находите неизвестное.
Чтобы понять работу какой-либо электрической схемы, придерживайтесь
тех же правил, что и при решении задач по математике. Вы сами вскоре
убедитесь, насколько такой подход лучше бессистемного разбора схемы.
А главное, он вам поможет развить логическое мышление и отбросить фор-
мальность в познании. Сразу же появятся тысячи «почему?». Вас увлечет
54
0000110110
не только логическая сторона работы схемы, но и физика процессов, проте-
кающих в ее отдельных участках и цепях.
Разбор неизвестной схемы всегда начинайте с внимательного чтения ма-
териала, где описывается ее назначение. Постарайтесь понять, для решения
каких задач предназначено устройство в целом. Для этого мысленно пред-
ставьте интересующий вас прибор в виде «черного ящика». «Черного» по-
тому, что пока вам о приборе ничего не известно.
На первом этапе разбора вас должно интересовать только одно: какие
сигналы подаются на «черный ящик» и что «ящик» выдает на выходе? Метод
«черного ящика» является, пожалуй, одним из основных при разборе слож-
ных электронных устройств в кибернетике. Вы его должны обязательно
хорошо освоить.
В нашей повседневной жизни мы на каждом шагу сталкиваемся с устрой-
ствами, внутренний механизм которых не открыт полностью для наблюдения.
Вот здесь-то и выручает метод «черного ящика», о котором многие из вас,
наверное, ничего не слыхали. Кто из ребят более любознателен, тот, конечно,
не пропустит ни одной новой вещи или прибора, чтобы не попытаться систе-
мой логических догадок получить представление о его работе.
Те из вас, кто в будущем поступит в институт, научатся находить мате-
матическое уравнение поведения «черного ящика». Для этого, оказывается,
достаточно знать все, что на него подается и что выходит. А имея уравне-
ние, не представляет большого труда составить логическую схему устройства
и даже полную электрическую схему.
Наша задача значительно проще. Все электрические схемы автоматов,
которые будете собирать, в книге уже приведены и разобраны. Остается по-
нять их работу.
При знакомстве с электрической схемой постарайтесь разбить ее на от-
дельные участки (каскады), с работой каждого из которых вы хорошо зна-
комы. Для этого в памяти нужно хранить некоторый запас похожих элемен-
тарных схем. Не огорчайтесь, если у вас их еще не так много. Это приходит
с годами.
Ну, а если встретится какой-либо незнакомый каскад, работа которого
не ясна? Как здесь быть? Не жалейте времени, перечитайте всю доступную
0000110111
55
вам литературу, посоветуйтесь с товарищами, обратитесь к учителям, но
обязательно во всем разберитесь до конца. Знание отдельных каскадов —
это все равно, что знание букв алфавита. Не зная букв, вы никогда не на-
учитесь читать книг. Вот так же, не понимая работы каскадов, из которых
собираются электрические схемы, вы не сможете понять работу автоматов,
описываемых в книге.
На последнем этапе разбора электрической схемы производится увязка
в работе известных вам каскадов в одно целое устройство. Нужно будет
найти ответ на следующий вопрос: как взаимодействуют разобранные ранее
части схемы, теперь уже в «открытом ящике»? Заодно проследите, какие на-
пряжения и сигналы должны быть в местах соединения каскадов. При нала-
живании автомата эти точки для вас будут контрольными. По ним вы будете
находить неисправные места и судить о работоспособности схемы.
Осталось начертить временные диаграммы работы схемы в контрольных
точках. В литературе они называются осциллограммами, поскольку сни-
маются при помощи осциллографа. По горизонтальной оси откладывается
СЛУЧАИ
время в выбранном масштабе, а по вертикальной — один из электрических
параметров сигнала: напряжение или сила тока.
Вот, пожалуй, и все, что можно было посоветовать о разборе неизвест-
ной электрической схемы.
После сделанного отступления вернемся к разбору схемы электромеха-
нической модели ЭВМ «Орленок-1», приведенной на рисунке 25.
Воспользуемся только что описанной методикой «черного ящика».
На входе устройства непрерывно вращается диск. Он воспроизводит до
некоторой степени поведение монеты, когда она еще не упала и находится
в воздухе. Половина диска с выступающим полукольцом условно соответ-
ствует орлу, а вторая половина — решке.
На выходе «черного ящика» подключены два электромеханических счет-
чика. Нам подойдут любые, например типа СЭИ-1. Работа верхнего из счет-
чиков не требует никаких пояснений. При каждом переключении переключа-
теля П1 счетчик считает общее число включений. Как работает нижний
счетчик — пока неясно. И что счетчики считают вместе — тоже не совсем
ясно.
56
0000111000
Подключите параллельно конденсатору С вольтметр постоянного тока
и медленно от руки вращайте диск Д. Когда контактная пара К придется
против выступа диска, цепь замкнется и вольтметр покажет напряжение ба-
тареи Bj. Во второй половине диска контакт К разомкнут. Напряжение на
конденсатор при этом не подается, а оставшийся на нем заряд быстро сте-
кает через резистор R. Вольтметр покажет отсутствие напряжения.
При вращении диска от электродвигателя с числом оборотов 1200—
2400 об/мин рассмотренная картина повторяется с частотой 20—40 Гц. Это
значительно быстрее, чем вращается монета, подброшенная от руки.
Осталось на модели сымитировать падение монеты, то есть ее оконча-
тельное положение после подбрасывания.
Переключите П1 вправо. Если конденсатор в момент переключения был
заряжен, то реле Р включится, поскольку весь разрядный ток пойдет по его
катушке. В результате сработает нижний счетчик и прибавит к предыдущему
показанию одну единицу. Это состояние равнозначно появлению орла при
подбрасывании монеты.
| ГАРМ0НИКА5
Рис. 29 Синтез сигнала прямоугольной формы из отдельных гармоник
Если же в момент переключения П1 контакт К приходится против впа-
дины вращающегося диска, конденсатор С разряжен и реле Р остается в от-
ключенном состоянии. Показания нижнего счетчика не изменятся, в то время
как верхний счетчик сосчитает еще одну единицу.
Каждое переключение П] эквивалентно подбрасыванию монеты. Общее
число таких «подбрасываний» отмечает верхний счетчик, а количество услов-
ных орлов фиксирует нижний счетчик. Пусть при п опытах условный орел
_	т
выпадет т раз. 1огда отношение — , как мы уже разбирали, есть частота
случайного события или его вероятность.
Если диск точно разделен на две равные половины, то частота событий
должна получиться близкой к 0,5. А если она больше или меньше 0,5? Зна-
чит, недостаточно аккуратно изготовлен диск. Когда монета погнута, при
ее подбрасывании одна из сторон также выпадает чаще, чем другая. Оба
примера очень схожи между собою.
Конструкцию электромеханического варианта машины разработайте
сами и приступайте к эксперименту. В качестве реле Р подойдет любое
0000111001
57
электромагнитное реле типа РЭС-6, РЭС-9, РЭС-10 и РСМ с напряжением
срабатывания 4,5 В. Сопротивление катушки реле 200—600 Ом.
Электродвигатель возьмите типа ДП от любой электрической игрушки.
Конденсатор С имеет достаточно большую емкость, 100 мкФ X 12 В.
Его можно составить из нескольких конденсаторов, включив их параллель-
но. Резистор R типа МЛТ-0,5 или МЛТ-1.
Контактную пару К лучше всего использовать от телефонного реле. Же-
лательно, чтобы сами контакты были серебряными. От этого в большой сте-
пени зависит надежная работа ЭВМ.
Питается электромеханический вариант ЭВМ «Орленок-1» от двух источ-
ников. Один из них Bi —две последовательно включенные батарейки 3336Л.
Напряжение источника В2 определяется напряжением, на которое рассчита-
ны электромеханические счетчики Сч1 и Сч2.
Тем, кто собирал карманный приемник или имеет небольшой опыт в ра-
боте с транзисторами, я советую делать электронный вариант ЭВМ «Орле-
нок-1». Работает он более надежно и проще в налаживании.
СЛУЧАИ
крашенный квадрат в середине рисунка заменяет диск Д, вращающийся от
электродвигателя М (рис. 25). Чтобы понять работу всей схемы, необхо-
димо разобраться в «черном ящике». На рисунке он назван «электронным
волчком».
Плата электронного волчка. Почему мы ее так назвали? Да потому, что
в работе она очень схожа с обычным вращающимся волчком, показанным
на рисунке 27.
Наш волчок разделен на две равные половины — красную и черную. Если
его раскрутить, он будет вращаться до тех пор, пока не остановится, ка-
саясь стола одной из точек своей окружности. Ясно, что если волчок сделан
симметричным, то при большом количестве опытов частота появления точки
касания на красном секторе будет колебаться вблизи числа 0,5. Чтобы в этом
убедиться, проделайте подобный опыт сами. В качестве волчка можете ис-
пользовать обычную детскую игрушку — юлу. Нам подойдет .любая юла,
заводная или приводимая в движение шнурком или пальцами.
Ответьте на такой вопрос. Если красный сектор будет занимать не поло-
58
0000111010
вину окружности, а только одну четверть. Какова будет частота появления
точки касания на красном секторе в этом случае?
Из опыта легко убедиться, что она равна 0,25.
Схема электронного волчка дана на рисунке 28. В ней каскады на тран-
зисторах Ti и Т2 заменяют волчок или вращающийся диск Д в схеме рисун-
ка 25. Это самый обычный мультивибратор. О его работе вы узнаете, читая
следующую главу.
Мультивибратор — это генератор электрических колебаний прямоуголь-
ной формы. В отличие от других типов генераторов, он одновременно гене-
рирует множество синусоидальных колебаний. Отсюда и название: мульти-
вибратор — от латинских слов multum — много и vibro — колеблю.
Каждая из генерируемых составляющих называется гармоникой. Как
и любое синусоидальное колебание, гармоника характеризуется частотой
и амплитудой. В сумме гармоники образуют периодический сигнал прямо-
угольной формы. Попробуйте сами сложить несколько синусоидальных кри-
вых, как показано на рисунке 29. Чем больше гармонических составляющих
б — монтажная схема
участвует в сложении, тем форма результирующей кривой ближе к прямо-
угольной.
Частота генерируемых мультивибратором колебаний определяется в ос-
новном резисторами R2— R4 и конденсаторами Ci—С2. В нашем случае она
близка к 50 Гц. Резистор R3 служит для регулировки длительности прямо-
угольника. Он как бы устанавливает величину сектора в волчке. Перемещая
движок R3 вправо или влево, легко добиться строго симметричного сигнала.
С выхода мультивибратора через усилитель на транзисторе Т3 и контакт-
ную пару реле Pi сигнал подается на конденсатор С3. А дальше повторяется
все то же, что и в схеме электромеханического варианта ЭВМ. Напряжение
на конденсаторе С3 полностью повторяет «вращение» мультивибратора. Вре-
менная диаграмма напряжения на конденсаторе С3 дана на рисунке 27.
При переключении П1 вправо (рис. 26) сработает реле ?! (рис. 28), под-
ключая к конденсатору С3 цепь базы транзистора Т4. Если в момент переклю-
чения контактов Pi конденсатор был заряжен, то транзистор Т4 откроется,
а реле Р2 сработает. При отсутствии в моме*нт переключения напряжения на
С3 транзистор Т4 останется в запертом состоянии, а реле Р2 отключенным.
0000111011
59
СЛ УЧ А И
Включение реле Р2 равноценно появлению орла при бросании монеты,
выключение равноценно появлению решки. Общее число испытаний подсчи-
тывает счетчик Сч! (рис. 26), появление орла подсчитывает счетчик Сч2.
Изготовление платы начинайте с основания. Вырежьте его из куска ге-
тинакса или текстолита толщиной 2,0—2,5 мм. Размеры возьмите из рисун-
ка 30. Монтажными стойками служат кусочки медной проволоки (гвоздики)
толщиной 1 мм.
Данные радиодеталей приведены на рисунке 28. В качестве электромаг-
нитных реле Pi и Р2 лучше всего подойдут реле типа РЭС-6, паспорт 105.
Они должны иметь по две контактные группы на переключение и уверенно
срабатывать от одной батарейки 3336Л. Для этого придется несколько осла-
бить натяжение пружинящих пластин.
Если нужного паспорта реле РЭС-6 достать не удастся, подойдут любые
из этого типа, правда с небольшими переделками. Реле придется разобрать,
катушку перемотать проводом ПЭ 0,1 до заполнения, а контакты отрегули-
ровать так, чтобы реле надежно срабатывало от напряжения 4,5 В. Сопро-
тивление катушки перемотанного реле должно получиться равным 200 —
220 Ом.
Транзисторы Т—Т4 перед установкой в схему проверьте на тестере. Коэф-
фициент усиления каждого из них должен находиться в пределах 30—100.
Подойдут транзисторы не только указанного на схеме типа, но и П13—П16.
При распайке деталей строго придерживайтесь монтажной схемы и поста-
райтесь это сделать как можно аккуратнее.
Конструкцию ЭВМ «Орленок-1» продумайте сами. Габариты панели, на
которую устанавливается плата электронного волчка, переключатель пуска
Пь а также батареи Bi и Б2 определяются в основном размерами счетчиков
Сч! и Сч2. При желании взамен батарей Bi и В2 можно использовать два сете-
вых выпрямителя. Нам полностью подходят платы источника питания на
9—15 В (рис. 11). Если счетчики работают от 9 В, то можно обойтись одной
платой выпрямителя.
Электронная вычислительная машина «Орленок-1» готова. Осталось про-
вести испытания схемы мультивибратора на симметричность вырабатывае-
мого сигнала. При переключении Hj 100 раз счетчик Сч2 отсчета орла должен
показать число в пределах 48—52. В противном случае подберите положе-
ние движка резистора R3.
Советую обратить внимание на регулировку симметричности в работе эле-
ктронных волчков всех трех плат. Подробно об этом я уже рассказывал
в разделе «Электронная вычислительная машина «Орленок-1». Если не про-
вести такой регулировки, то при работе нашей машины какие-то цифры бу-
дут высвечиваться чаще, чем остальные.
Для испытания каждой из трех плат лучше всего собрать несложный
стенд и на нем добиться симметричной работы. Хорошо, если индикаторная
лампочка из 100 срабатываний будет зажигаться 49—51 раз.
Работа на нашей машине сводится к переключению тумблера пуска П^
В одну секунду, без каких-либо напряжений, можно проводить два испыта-
ния. Отсюда, для проверки эксперимента Карла Пирса потребуется около
3 часов. В нашем довольно несложном примере машине требуется времени
в 40 раз меньше, чем человеку для проведения тех же опытов!
С усложнением решаемых вероятностных задач выигрыш во времени
будет еще значительнее. Но для них придется несколько усложнить и саму
машину.
60
0000111100
ЭЛЕКТРОННАЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ
МАШИНА
«ОРЛЕНОК-11»
Многократно подбрасывая одну монету, в по-
ловине испытаний обязательно выпадет орел. Ве-
роятность такого случайного события равна 0,5.
Теперь вы об этом знаете и легко можете прове-
рить на ЭВМ «Орленок-1».
А если подбрасывать сразу две монеты, то ка-
кова будет вероятность выпадания одновременно
двух орлов? Конечно, это событие более редкое,
чем с одной монетой. Но какова же все-таки ве-
роятность такого события?
Подбрасывая 3 монеты или, скажем, 4 или 5,
одновременное выпадание на всех из них орлов
еще менее вероятно. Как вы узнаете несколько
позднее, из тысячи подбрасываний 6 монет подоб-
ных случаев будет только 15! А какова вероят-
ность появления одного орла на трех подброшен-
ных монетах? Конечно, она больше 0,5. Сколько?
Только не подумайте, что все эти вопросы встречаются при решении
задач об игре в орлянку или в кости. На законах теории вероятностей
основана теория газов, ядерная физика, радиофизика и, конечно, киберне-
тика. Последующие четыре самоделки помогут вам самим в этом убедиться.
Ответить на поставленные выше вопросы вам поможет ЭВМ «Орленок-П».
Кроме того, с ее помощью вы сможете найти ответы на такие вопросы:
1.	Вероятность выигрыша по одному лотерейному билету равна 0,1. Ка-
кова вероятность выигрыша по двум лотерейным билетам?
2.	Какой лотерейный билет имеет больше шансов на выигрыш: № 77777
или № 58694?
3.	Какие номера чаще встречаются в тиражной таблице: такие, как
77777, 88888 и так далее, или номера, цифры которых различны?
4.	Некто решил купить десять лотерейных билетов. В каком случае у него
больше шансов на выигрыш: когда номера билетов случайны или ко-
гда они идут подряд?
Эти вопросы уже посложнее, чем с монетами. Ответы на них приведены
в конце раздела.
Прежде чем приступать к изготовлению ЭВМ, советую немного позна-
комиться с теорией случайных событий. Это не только ускорит налажива-
ние машины, но и поможет лучше понять логику ее работы.
Перечислим все возможные случаи, какие только могут получиться при
одновременном подбрасывании двух монет. Таких случаев может получиться
четыре. Все четыре случая при этом равновозможны. Вот они:
1.	Орел на первой монете
Орел на второй монете.
2.	Орел на первой монете
Решка на второй монете.
3.	Решка на первой монете
Орел на второй монете.
4.	Решка на первой монете
Решка на второй монете.
0000111101
61
В случае подбрасывания еще и третьей монеты мы получим, что каждый
из перечисленных четырех случаев может соединиться с появлением или
орла или решки на третьей монете. В результате мы будем иметь восемь рав-
новозможных случаев и так далее.
Для большей наглядности давайте изобразим все эти случаи следующим
образом.
Обозначив через букву Р решку и через букву О — орел:
Для одной монеты
(два случая)
О Р
Для двух монет
(четыре случая)
ОО ОР РР
РО
Для трех монет
(восемь случаев)
ООО
OOP
ОРО
РОО
РРО
POP
OPP
ppp
оооо
Для четырех монет
(шестнадцать случаев)
ОООР	ООРР	РРРО	рррр
ООРО	ОРОР	РРОР	
ОРОО	ОРРО	РОРР	
РООО	POOP РРОО РОРО	ОРРР	
СЛУЧАИ
Для пяти монет
(тридцать два случая)
ооооо	ООООР	ОООРР	РРРОО	РРРРО	ррррр
	ОООРО	ООРРО	РРООР	РРРОР	
	ООРОО	ОРРОО	РООРР	РРОРР	
	ОРООО	ООРОР	РРОРО	РОРРР	
	РОООО	ОРООР	РОРРО	ОРРРР	
		ОРОРО	РОРОР		
		РРООО	ООРРР		
		РОООР	ОРРРО		
		РОРОО	ОРОРР		
		РООРО	ОРРОР		
62
0000111110
Для шести монет (шестьдесят четыре случая)
ОООООО ОООООР ООООРР ОООРРР РРРРОО РРРРРО РРРРРР
ООООРО ОООРОР ООРОРР РРРОРО РРРРОР
ОООРОО ОООРРО ООРРОР РРРООР РРРОРР
ООРООО ООРООР ООРРРО РРОРРО РРОРРР
ОРОООО ООРОРО ОРООРР РРОРОР РОРРРР
РООООО ООРРОО ОРОРОР РРООРР ОРРРРР
ОРРООО ОРРРОО РООРРР
ОРОООР ОРОРРО РОРРРО
ОРООРО OPPOOP POPPOP
ОРОРОО ОРРОРО РОРОРР
РООООР РОООРР ОРРРРО
РОООРО РООРОР ОРРРОР
РООРОО РООРРО ОРРОРР
РОРООО РОРООР ОРОРРР
РРОООО РОРОРО ООРРРР
POPPOO
РРОООР
PPOOPO
PPOPOO
PPPOOO
Просматривая полученные схемы, легко составить таблички, по которым
можно определить общее число появления орла или решки. При этом не об-
ращается никакого внимания на их порядок, а только на число выпадания
той или иной комбинации.
Число комбинаций
Для одной монеты
О	Р
1	1
Для двух монет
ОО	ОР	РР
1	2	1
Для трех монет
ООО OOP OPP PPP
13	3	1
Для четырех монет
ОООО ОООР	ООРР	ОРРР	РРРР
14	6	4	1
Для пяти монет
ООООО ООООР ОООРР ООРРР ОРРРР РРРРР
1	5	10	10	5	1
Для шести монет
ОООООО ОООООР ООООРР ОООРРР ООРРРР ОРРРРР РРРРРР
16	15	20	15	6	1
0000111111
63
СЛУЧАИ
Имея эти числа перед глазами, мы можем вычислить вероятность появ-
ления любой комбинации при подбрасывании одновременно нескольких мо-
нет. Например, при тысяче подбрасываний одновременно шести монет веро-
ятность появления четырех решек и двух орлов составит 234 на 1000 и будет
равна 15/64, или 0,234.
Для вычисления числа комбинаций при бросании любого количества мо-
нет во многом может помочь так называемый треугольник Паскаля.
Арифметический треугольник Паскаля является замечательным матема-
тическим открытием. Он позволяет заменять многие весьма сложные вычис-
ления простыми арифметическими действиями. Воспользуемся им и мы.
Строится треугольник так:
1 1
1	2	1
13	3 1
14	6	4	1
1	5	10	10 5	1
1	6	15	20	15	6	1
и так далее...
Числа каждого последующего ряда получаются путем сложения двух
цифр ряда, расположенного над ним. Те из вас, кто уже изучал бином Нью-
тона, легко узнают в числах треугольника коэффициенты разложения би-
нома.
График распределения чисел треугольника Паскаля выглядит так, как
показано на рисунке 31. Крупнейший немецкий математик Карл Гаусс тща-
тельно исследовал различные свойства получающейся кривой, которая но-
сит название биноминальной кривой распределения частот, или гауссовой
нормальной кривой, или, наконец, просто кривой вероятности.
Вот что интересно. Оказывается, многие случайные явления имеют нор-
мальное распределение своих параметров. Конечно, когда их очень много.
Впервые на это обратил внимание в XIX веке бельгийский ученый Адольф
Кетли. Изучая распределение по росту 26 000 солдат американской армии,
Кетли пришел к удивительному выводу. Полученная им кривая распределе-
ния роста солдат совпадала с кривой вероятности.
Вы сами можете убедиться в справедливости результатов Кетли. Для
этого проведите небольшой эксперимент. Измерьте рост 100—200 учеников,
которые учатся в первом классе вашей школы. Возьмите 3—4 полные группы
и ни в коем случае не делайте никаких выборок. Иначе результат будет лож-
ным.
Постройте кривую распределения роста учеников через 1 см, и вы не-
пременно получите график, близкий к кривой на рисунке 31.
Существует интересная возможность более точного экспериментального
подтверждения нормальной кривой распределения при помощи остроумной
машины вероятностей, изобретенной Фрэнсисом Гальтоном. Вы спросите,
чем не совершенен был эксперимент с учениками? Слишком мало опытов,
а отсюда и возможные отклонения. А вот машина Гальтона строит кривую
при помощи очень большого числа мелких дробинок. При этом полностью
выполняются те условия случайности, которые необходимы для получения
кривой вероятности.
64
0001000000
В простейшем виде машина состоит из наклонно поставленной доски.
Чертеж машины дан на рисунке 32. На доску через особую воронку сверху
постепенно высыпается мелкая дробь.
На пути движения потока дробинок в доске, в виде мелких препятствий,
в строгом порядке вколочено множество отдельных гвоздиков или игл. Ниж-
няя часть доски разгорожена несколькими вертикальными перегородками.
В промежутках между ними и накапливается дробь, скатывающаяся по
доске.
Если бы дробь беспрепятственно ссыпалась вниз, она вся скопилась бы
в нескольких средних отсеках. Это легко представить себе и без опыта.
Однако на самом деле препятствия в виде игл отклоняют дробинки в раз-
ные стороны.
Как при подбрасывании монеты случайностью является, упадет ли она
на орел или решку, так и для отдельной дробинки случайностью оказывается
то, скатится ли она направо или налево от препятствия. Предсказать, что
станется с отдельной дробинкой, падающей в машине Гальтона, нельзя.
КОЛИЧЕСТВО КОМБИНАЦИЙ
Так же нельзя, отметив одну из дробинок каким-либо значком, предсказать,
в какой отсек она попадет.
Однако, что произойдет со всей совокупностью дробинок, мы легко можем
увидеть. Вся дробь обязательно распределится по отсекам согласно закону
нормального распределения. Дробинки расположатся так, что в своей сово-
купности образуют как раз нормальную кривую распределения.
Полученная кривая будет тем точнее, чем мельче дробь и чем равномер-
нее распределены на доске иглы.
Экспериментом с машиной Гальтона мы закончим рассмотрение теории,
необходимой для понимания работы ЭВМ «Орленок-П». Если какие-то во-
просы окажутся для вас слишком сложными, обратитесь к учителю матема-
тики. Лучше всего понять материал вам помогут описанные в разделе опыты.
Жалеть времени на их проведение — значит заранее соглашаться на непо-
нимание основных положений теории вероятностей.
Приступим к изготовлению ЭВМ «Орленок-П». Ее полная схема дана на
рисунке 33. Понять работу машины будет не трудно, но для этого еще раз
перечитайте все об электронном волчке.
0001000001
65
СЧЕТЧИК 2
Рис. 33. Схема ЭВМ «Орленок-П»
Машина включает три таких платы электронного волчка, два электроме-
ханических счетчика Сч! и Сч2, переключатель П1 и три обычных тумблера
на переключение одной цепи. Вот и все «внутренности» нашей ЭВМ.
Для питания ЭВМ требуются две батареи — Bi и Б2, которые при жела-
нии, без каких-либо переделок в схеме, могут быть заменены двумя сете-
выми выпрямителями. Как их сделать, прочтете на странице 25. Если счет-
чики СЧ1 и Сч2, которые вам удастся достать, надежно работают от напря-
жения 9 В, то необходимость в источнике питания Б2 отпадет. При этом
общая схема несколько упростится.
Разберем логическую схему работы ЭВМ. Каждая из трех плат — это
наш электронный волчок. При включении реле Pi реле Р2 может сработать,
а может остаться в отключенном состоянии. Закономерности в этом ника-
кой нет. Здесь действует случай.
Схема, приведенная на рисунке 33, решает задачу, эквивалентную под-
брасыванию трех монет. При этом неизвестным является вероятность выпа-
дания одновременно трех орлов.
Появление орла при бросании монеты в плате соответствует включению
реле Р2. Поскольку все три тумблера Bki—Вк3 переключены, вправо, счетчик
Сч2 сосчитает единицу только при срабатывании сразу всех трех реле Р2.
Такая комбинация соответствует ООО — одновременному появлению трех
орлов. Достаточно одному из реле остаться в отключенном состоянии, как
Сч2 никак не прореагирует на нажатие кнопки пуска Пь Собственно, так и
должно быть, поскольку комбинации OOP и ОРР нас не интересуют.
Счетчик СЧ1 считает каждое переключение Пь
Произведите на машине несколько сот опытов, то есть нажмите и отпу-
стите сто—двести раз тумблер П^ После этого разделите показания счет-
чика Сч2 на показания счетчика C4i. Полученная дробь равна вероятности
наступления трех равновозможных событий, каждое из которых имеет два
исхода. Вы получите число, близкое к 1/8, что полностью согласуется с ра-
нее разобранной теорией.
Если один из тумблеров Bki—Вк3 переключен влево, то соответствующий
электронный волчок из рассмотрения исключается. Полученный вариант рав-
ноценен «машине» с подбрасыванием двух монет. Подсчет вероятности на-
ступления двух равновозможных событий, каждое из которых имеет два
исхода, такой же, как и при работе трех плат.
При отключении двух плат, ЭВМ «Орленок-П» становится похожей на
ЭВМ «Орленок-1». Такой режим работы поможет в налаживании схемы каж-
дой из трех плат. Например, отключив платы II и III (переключив тумб-
леры Вк2 и Вк3), вы легко проверите симметричность работы мультивибра-
тора платы I.
Проведите опыт 100 раз. Счетчик Сч1 покажет цифру 100, а счетчик
Сч2 —48—52. Если это не так, подберите положение движка резистора R3.
Повторите эксперимент несколько раз, пока не получите нужных резуль-
татов.
По только что описанной методике проведите налаживание платы II
и III. Для проверки платы II тумблеры Вк! и Вк3 переключите влево. При
проверке платы III переключите тумблеры Bki и Вк2.
Вы познакомились с логикой работы схемы ЭВМ «Орленок-П», а заодно
разобрали методику ее налаживания. Можете приступать к изготовлению
машины. Примером конструкции, включая расположение плат на общей па-
нели, может служить рисунок 34. В машине используются два счетчика им-
пульсов от телефонных станций и отдельный источник питания на 9 В.
0001000011
67
Рис. 34. Конструкция ЭВМ «Орленок-П»
СЛУЧАЙ
В книге мы разобрали всего несколько примеров использования ЭВМ
«Орленок-П». А возможности ее велики. Значительно полнее вы это смо-
жете сделать сами в математическом кружке или в кружке кибернетики.
Для решения задачи «Какова вероятность появления хотя бы одного
орла на трех подброшенных монетах?» схему соединений плат нужно не-
сколько изменить. Счетчик Сч2 теперь должен срабатывать при включении
любого из трех реле Р2. Для этого выходы плат I—III через тумблеры
Вк1-Зподключите параллельно к счетчику Сч2. Схема такого включения от-
дельно дана на рисунке 35.
В конце раздела привожу ответы к задачам с лотерейными билетами.
1.	Вероятность того, что первый билет не выиграет, равна 0,9. Вероят-
ность того, что не выиграют оба билета, составляет 0,9 X 0,9 = 0,81.
Следовательно, вероятность выигрыша по двум лотерейным билетам
равна: 1 —0,81 = 0,19.
2.	Шансы на выигрыш одинаковы.
3.	Номера, цифры которых различны.
4.	Шансы на выигрыш одинаковы.
68
0001000100
В предыдущем разделе вы познакомились со случайными событиями,
а теперь вы знаете, как определить их вероятность. Но в жизни каждый из
нас часто сталкивается с такими «случайностями», вероятность которых под-
считать нельзя. Вероятности просто у них нет, поскольку событие одиночно.
Французский химик Бенедиктус случайно уронил со шкафа колбу с кол-
лодием. И удивительно: колба хотя и растрескалась, а на куски не разлете-
лась. Коллодий образовал тонкую пленку на внутренней поверхности колбы.
Она-то и удержала осколки.
Так случай подсказал, какой должна быть технология небьющегося
стекла.
Юный шотландец Перкин во время каникул решил изготовить искусствен-
ный хинищ Смешав в нескольких колбах продукты перегонки угля, он полу-
чил густую черную массу: опыт не удался. Чтобы отмыть посуду, пришлось
растворять осадки в спирте. И вот тут-то Перкин обнаружил, что спирт при-
дал некоторым из них великолепный пурпурный цвет.
Это были первые искусственные красители. Снова помог случай...
Рис. 35. Схема параллельного включения плат электронного волчка
В лаборатории немецкого ученого Вильма в 1909 году испытывались
материалы, способные заменить дорогую латунь в ружейных гильзах.
Однажды вечером лаборант, у которого случилось дома несчастье, оставил
образец из сплава алюминия и меди в испытательной машине. Спустя не-
сколько дней сам по себе образовался новый материал.
Если бы лаборант не прервал испытания, этих результатов получить бы
не удалось: ведь, как выяснили позднее, этот сплав упрочнялся из-за само-
произвольного старения при комнатной температуре. Так случай помог обна-
ружить достоинства важнейшего материала нашеко века — дюралюминия.
Юноша, ожидавший автобуса, случайно увидел на тротуаре шпильку
для волос. Подняв ее, он начал бездумно гнуть в руках железную прово-
лочку. И вдруг у него мелькнула мысль, что соответствующим образом изо-
гнутая проволока может отлично скреплять бумаги.
Так случай помог изобрести скрепку для бумаг.
Можно привести множество еще подобных примеров. Но вывод из них
следует один — одиночные случайные события не имеют вероятности, они
случайны...
0001000101
69
ГЕНЕРАТОР
СЛУЧАЙНЫХ
ЧИСЕЛ
СЛУЧАЙ
Попробуйте заполнить лист чистой бумаги слу-
чайной последовательностью чисел от 0 до 9.
Сделать это не так-то просто. Анализ получен-
ных таким путем данных тотчас покажет, что вы
питаете странную склонность к начертанию вось-
мерки, игнорируете существование цифры 7 и по-
чему-то склонны четные цифры ставить обяза-
тельно после нечетных.
Не поленитесь и доведите эксперимент до кон-
ца. Предложите своему товарищу написать
1000 цифр от 0 до 9 в случайной последователь-
ности. Подсчитайте количество нулей или восьме-
рок, их обязательно будет больше, чем семерок.
Где же здесь случайность?
Вот видите, оказывается написать «абсолют-
ную бессмыслицу» не так-то просто. Получить
случайную последовательность чисел вручную, заставив человека совершен-
но наугад, без всякой связи, выписывать на бумаге последовательности
из десяти цифр, практически невозможно.
ЭВМ в этой части более совершенна, чем человек. Но и машина не без-
грешна. При очень большом числе испытаний в полученных на машине слу-
чайных последовательностях также иногда проявляется несовершенство.
Даже очень древний генератор случайных чисел — игральная кость — под-
водит; обнаруживается влияние неточности изготовления. В 1900 году мате-
матик Уэлдон, набравшись завидного терпения, бросал кость 26306 раз,
записывая после каждого броска результат опыта. Полученные данные не-
сколько отклонялись от значений, полученных на основании теории.
Необходимость в генераторе случайных чисел возрастает с каждым днем.
При решении сложных задач на электронных вычислительных машинах все
чаще используется математический метод Монте-Карло, требующий введе-
ния в процесс вычислений последовательности случайных чисел. Для этого
применяются специальные таблицы случайных чисел или генераторы случай-
ных чисел. Получение «числовой чепухи» становится сложной инженерной
задачей.
Играющие автоматы тоже не обходятся без генератора случайных чисел.
Например, знаменитые американские играющие автоматы — «однорукие бан-
диты». Они очень похожи на те кассовые аппараты, что стоят в наших мага-
зинах, но только с длинной ручкой. Опустив монету и дернув за ручку, мож-
но набрать любую комбинацию цифр и выиграть деньги, а можно и про-
играть. Игроки сутками торчат у автомата, записывая чередование выигры-
шей и проигрышей, чтобы отыскать какую-нибудь «программу», какую-
нибудь закономерность и обыграть его. Но они только впустую теряют
время, так как механизм автомата представляет собой надежный генератор
случайных чисел. Машина работает, впрочем, с одним ограничением: часть
монет она прячет в недрах ящика для своего хозяина.
Применение генератора случайных чисел в наших кибернетических кон-
струкциях сделает их более интересными и «живыми». Им больше не пона-
добится программа поведения. Машина сама себя будет программировать
и, подобно человеку, сможет принимать самостоятельные решения. Больше
того, кибернетическая машина с генератором случайных чисел сможет обу-
чаться, и тогда принятые ею решения не будут так запутаны.
Во всем этом вы сами убедитесь, когда установите генератор случайных
70
0001000110
Рис. 36. Схема генератора случайных чисел
чисел на модель автомобиля или соберете автомат зажигания елочных гир-
лянд, лампы которых будут включаться не по программе, а по закону слу-
чая. Просто невозможно оторвать свой взор, наблюдая за такой картиной.
Она чем-то напоминает языки пламени костра. Та же случайность!
Но особенно интересными становятся играющие автоматы. Сделанные
вами два автомата будут играть между собою в «крестики-нолики» так же
упорно и нисколько не хуже, чем ваши товарищи.
И уже совсем трудно поверить, что кибернетический автомат, снабжен-
ный генератором случайных чисел, сможет сочинять музыку. Эффект на-
столько потрясающий, что, слушая ее, забываешь, что играет не джаз, а
электронная машина.
Полная схема генератора случайных чисел приведена на рисунке 36.
С работой трех плат электронных волчков вы уже знакомы. Новым для вас
будет плата, обозначенная на рисунке «дешифратор». Что это такое?
Плата дешифратора. Дешифратор — от французского слова de-
chiffrer — разгадывать. Это устройство для разгадывания той или иной ком-
бинации сигналов. Оно-то нам и нужно.
0001000111
71
Рис. 37. Работа восьмиканального дешифратора
Вспомните, сколько различных комбинаций возникает при одновременном
подбрасывании трех монет? Из теории работы ЭВМ «Орленок-Н» вам изве-
стно, что их восемь. Вот они:
ООО OOP
ОРО
РОО
ОРР РРР
POP
РРО
СЛУЧАЙ
В схеме рисунка 36 три электронных волчка, каждый из которых пол-
ностью эквивалентен подброшенной монете. При нажатии на кнопку пуска
П1 может возникнуть одна из восьми комбинаций:
7 — сработают все три реле Р2
6 — сработают реле Р2 плат II и I
5 — сработают реле Р2 плат I и III
4 — сработает реле Р2 платы I
3 — сработают реле Р2 плат III и II
2 — сработает реле Р2 платы II
72
0001001000
1 —сработает реле Р2 платы III
О — не сработает ни одно реле из Р2.
Каждой из перечисленных комбинаций соответствует своя цифра, кото-
рую вырабатывает генератор случайных чисел. Осталось эти комбинации на-
учиться различать. Вот эту задачу и решает плата дешифратора.
Разобраться в работе дешифратора вам поможет машина Гальтона.
Представьте себе проведение такого эксперимента. По наклонной доске
машины Гальтона скатывается одна-единственная дробинка. На ее пути
в доске вбиты 7 иголок. Посмотрите на рисунок 37. Он вам поможет разо-
браться в устройстве такой машины. Ударившись об иглу а, дробинка может
отклониться вправо, а может и влево. Заранее ничего сказать нельзя. Пове-
дение дробинки случайно.
Допустим, дробинка отклонилась влево. Далее на своем пути она уда-
ряется в иглу b и снова меняет траекторию движения. Дробинка может по-
встречаться с иглой d, а может повстречаться и с иглой е. Опять заранее
сказать ничего нельзя.
Рис. 38. Схема дешифратора на восемь каналов
Всего для дробинки имеется 8 равновозможных траекторий. Проследить
их по рисунку нетрудно. Например, для того чтобы дробинка упала в 7-й от-
сек, ее траектория должна сложиться из следующих участков: иглой а дро-
бинка отклоняется влево, далее иглой Ь влево и иглой d снова влево.
Если вы сделаете машину Гальтона для рассмотренной задачи и будете,
дробинка за дробинкой, наблюдать их траектории движения, повторяя опыт
1000 раз, то в конце эксперимента в каждом отсеке в среднем будет около
125 дробинок. Вот видите, события попадания дробинок в тот или иной отсек
действительно равновозможные. Иначе не распределились бы дробинки рав-
номерно по всем отсекам. При изготовлении машины возможно точнее рас-
положите иглы. Придется немного поэкспериментировать и испортить не-
сколько досок. В экспериментальной работе это допускается.
Справа на рисунке 37 приведена схема дешифратора на трех электро-
магнитных реле Pi—Р3. Рядом с машиной я их расположил специально, что-
бы вы наглядно смогли сравнить работу машины Гальтона с дешифратором.
Состояние каждого из трех реле Pi—Р3 случайно, поскольку они вклю-
чаются от плат электронного волчка.
0001001001
73
Предположим, все три реле сработали. Ток от батареи Б! пойдет через
контакты трех реле и включит лампочку с цифрой 7. Это как раз то состоя-
ние, которое показано на рисунке 37. Пример эквивалентен отклонению дро-
бинки от игл a, b, d все три раза влево.
Если сработало бы только реле Рь а реле Р2 и Р3 остались выключенны-
ми, загорится лампа «4». Самостоятельно рассмотрите оставшиеся 6 возмож-
ных случаев. Полученные результаты сравните с приведенными на стр. 72.
Так работает схема восьмиканального дешифратора на трех электромаг-
нитных реле. Все восемь возможных комбинаций из трех равновозможных
случаев она однозначно разгадывает.
Схема платы дешифратора дана на рисунке 38, а рабочий чертеж, вклю-
чая монтажную схему, — на рисунке 39.
Изготовление платы дешифратора, как всегда, начинайте с основания.
Вырежьте его из куска листового гетинакса или текстолита размером 120Х
Х80 мм, толщина материала 2,0—2,5 мм. В отверстия, залитые краской,
вставьте гвоздики.
СЛУЧАЙ
В качестве реле Pi—Р3 желательно использовать готовые реле типа
РЭС-6 с двумя контактными группами на переключение. Перед тем как впаи-
вать в схему, реле необходимо переделать. Их катушки перемотайте прово-
дом ПЭ 0,1 до заполнения. Особое внимание при намотке следует обратить
на заделку выводов. Их лучше всего делать из того же провода, каким про-
изводится намотка, складывая его в четыре раза с последующим скручива-
нием. Должен получиться многожильный гибкий проводник длиной 100 —
150 мм. Такой способ заделки выводных концов очень надежен и полностью
исключает отказы в работе реле.
После сборки реле отрегулируйте их так, чтобы они уверенно срабаты-
вали от 4,5 В. Проще всего это сделать, подгибая пружинящие контакты.
В результате реле должно надежно срабатывать от одной батарейки
3336Л, то есть иметь двойной запас по напряжению. Не забывайте, что схема
дешифратора работает от напряжения 9 В.
При необходимости питать схему дешифратора от 4,5 В провод для пере-
мотки реле возьмите диаметром 0,14 мм. Сопротивление катушки должно по-
лучиться 70—75 Ом.
74
0001001010
Если готовых реле типа РЭС-6 с двумя контактными группами на пере-
ключение не достанете, можно использовать реле с одной контактной груп-
пой и даже реле типа РСМ-2. При этом число реле увеличится до 7, так как
обмотки трех реле придется включить параллельно. Места на плате доста-
точно, а компоновку придумайте сами.
При разборе схемы генератора случайных чисел (рис. 36) нерассмотрен-
ным осталось назначение кнопки сброса П2. Если ее не ставить, то при на-
жатии кнопки пуска П1 работа схемы протекала бы так: одновременно вклю-
чатся все три реле Pi на платах электронных волчков. На тех платах, где
конденсатор С3 оказался заряженным, на время его разряда через R 7 и цепь
база—эмиттер транзистора Т4 сработают реле Р2. Набранная комбинация де-
шифрируется релейной схемой. В результате на табло включится одна из
ламп Ло—Л7. Вот здесь-то и произойдет самое неприятное. Лампочка за-
жжется и через 2—3 с погаснет.
Как только конденсаторы С3 разрядятся, реле Р2 отключатся, образуя
комбинацию РРР.

б — монтажная схема
Чтобы лампочка табло горела сколь угодно долго, в выходных каскадах
электронных волчков предусмотрена цепь блокировки реле Р2. При срабаты-
вании Р2 база транзистора Т4 через резистор R 8 подключается к отрицатель-
ному проводу источника питания. Транзистор остается открытым даже то-
гда, когда конденсатор С3 разрядится. Перед каждым новым пуском гене-
ратора случайных чисел не забывайте нажимать на кнопку сброса П2. При
этом подача тока в базу всех трех транзисторов Т4 прекращается, а реле Р2
отключается. Схема приходит в исходное состояние — на табло горит «О».
Лампочки подсвета табло (3,5 В X 0,28 А) расположите на лицевой па-
нели генератора. Панель сделайте из фанеры или текстолита размером
200x300 мм, толщина материала 4—5 мм. Между лампочками поставьте
деревянные перегородки, а сверху лампочек на панели укрепите матовое
оргстекло, на котором напишите цифры от 0 до 7.
Размещение деталей на лицевой панели показано на рисунке 40.
Аккуратно сделанный генератор случайных чисел не нуждается ни в ка-
ком налаживании. Если все монтажные соединения выполнены правильно,
машина сразу же после включения готова к работе.
0001001011
75
Может случиться и так, что в одном из крайних положений движка пе-
ременного резистора R3 мультивибратор вообще не будет работать. Это не
имеет большого значения, так как движок резистора должен находиться
где-то близко к среднему положению. В противном случае вам придется по-
добрать величину одного из конденсаторов Ci или С2.
Ту же задачу можно решить, увеличивая величину резистора R2 или R4.
Для этого сопротивление R2 берется величиной 10—15 кОм, а последова-
тельно с R4 ставится переменный резистор 20—30 кОм. Подбирая его вели-
чину, легко добиться желаемого результата.
Привожу пример последовательности случайных чисел, полученных на-
шей машиной:
2676 1273 7670 2030
4417 2367 7032 1003
3271 8650 3430 0653
Вот видите, а человек составить таблицу случайных чисел не может!
Рис. 40. Генератор случайных чисел
МОДЕЛЬЮ
УПРАВЛЯЕТ
СЛУЧАИ
СЛУЧАИ
76
Предлагается самостоятельно решить такую
задачу. Ее условия проще всего разобрать, поль-
зуясь рисунком 41.
Из пункта А в пункт Б одновременно отправ-
ляются два автомобиля. Маршрут их не имеет
значения, лишь бы они достигли намеченной цели.
На пути движения встречаются несколько препят-
ствий, не объехать которые нельзя.
Движение одного автомобиля полностью за-
программировано. Его маршрут заранее опреде-
лен программой, заложенной в аппаратуре управ-
ления.
Второй автомобиль не имеет никакой програм-
мы. Он волен в выборе любого направления. Его
маршрут определяет «его величество Случай».
Когда автомобиль подъезжает к тому или иному
препятствию, заранее трудно сказать, как он себя
0001001100
Рис. 41. Кто первый достигнет пункта Б?
поведет. Куда, например, прыгнет кузнечик, если его спугнуть? Разнообра-
зие возможных состояний, в которые он может перейти, очень велико. Так
и с нашим автомобилем. Машина может «решить» попробовать отъехать от
препятствия назад, может дать задний ход с разворотом вправо или влево.
Она может попытаться объехать препятствие справа или слева или, наконец,
продолжать упрямо ехать прямо.
Всего автомобиль может делать 6 маневров. Из них двум отдается пред-
почтение: «прямо» и «назад» имеют вероятность равную 1/4, в то время как
вероятность остальных решений равна 1/8.
Требуется определить: какой из двух автомобилей первым приедет в
пункт Б? Этот вопрос не так уж бессмыслен, как может показаться с пер-
вого взгляда.
Многие из вас, не задумываясь, готовы поручиться, что автомобиль с про-
граммным управлением, конечно, приедет первым. Особенно, если программа
составлена правильно и учитывает все препятствия на пути. Движение вто-
рого автомобиля, скажете вы, настолько запутанно, что трудно решить,
когда он приедет в пункт назначения. Единственное, в чем можно быть уве-
0001001101
77
СЛУЧАЙ
ренным, так это в том, что он все же обязательно достигнет цели. Дело
только во времени.
Относительно второго автомобиля я с вами полностью согласен. Здесь
действительно невозможно определить заранее маршрут. Например, доехала
машина до первого препятствия и бросила жребий, куда ехать дальше. Слу-
чай определил дорогу назад с правым разворотом — машина делает круги,
пока не упрется в забор. Опять случай решает, как ей быть. И так весь путь,
пока автомобилю не выпадет удача попасть в пункт назначения.
А вот с первым вашим решением я не согласен и хочу кое в чем разу-
бедить.
В идеальных условиях запрограммированный автомобиль, возможно, дей-
ствительно был бы неплохим вариантом, но в наших земных условиях он не
годится. Достаточно в пути измениться ветру или, скажем, пойти дождю или
еще чему-нибудь случиться непредвиденному, как машина собьется с пути—
и все погибнет. С каждым километром пути станет заметнее ничтожная
ошибка в направлении: сокрушая препятствие или забор, автомобиль где-
нибудь завалится набок и будет рычать, пока не кончится в баке бензин.
Программное управление любой машиной слишком ограниченно и тре-
бует постоянного контроля со стороны человека. Можно с уверенностью ска-
зать, что программное управление бесперспективно. И не случайно, что в
природе оно встречается не так-то часто.
Построить модель автомобиля, управляемого случаем, очень интересно.
Машина получается как бы «живая». Она сама решает, куда ехать, и ника-
кая программа ей не нужна. Через два-три года на автомодельных соревно-
ваниях обязательно будет введен новый класс моделей с управлением по
закону случая!
Ходовой частью модели является четырехколесная тележка, приводимая
в движение реверсивным электродвигателем. Вал двигателя через редуктор
соединен с одним из задних колес. Кузов лучше всего использовать готовый
от игрушечного автомобиля или другой сухопутной модели и не тратить зря
времени на его изготовление. Изменение направления движения достигается
поворотом передних колес через специальный механизм поворота — руле-
вую машинку. Ее описание будет дано в конце раздела.
Системы управления ходовым двигателем Mi (рис. 42) и электродвигате-
лем рулевой машинки М2 настолько просты, что разбор их работы не должен
у вас вызвать никаких затруднений.
При срабатывании электромагнитных реле Ро и Pi включается цепь пита-
ния ходовым двигателем Mj. Модель едет вперед. Цепь питания электро-
двигателя М2 разорвана. Такое состояние является исходным при запуске
модели.
При срабатывании реле Р2 модель продолжает двигаться вперед. Одно-
временно с Mi включается электродвигатель М2, который вращается до тех
пор, пока не сработает концевой выключатель Ki- Как это делается, вы пой-
мете, когда будете знакомиться с работой рулевой машинки. Выключатели
Ki и Кг являются ее составными частями. Модель делает правые круги задан-
ного радиуса.
При срабатывании реле Р3 модель кружится влево. Концевой выключа-
тель Кг ограничивает левый разворот.
Включение одного из реле Р4—Р7 повторяет рассмотренные маневры с той
лишь разницей, что модель их выполняет задним ходом.
При чем же здесь случай, если срабатывание одного из восьми реле
Ро —Р7 однозначно определяет маневр модели?
78
0001001110
Вы наверное сами догадались, что состояние реле Ро—Р? определяется
законом случая. Именно случайное включение одного из них делает поведе-
ние модели «живым» и позволяет достигнуть пункта назначения. Управляет
работой реле аппаратура, собранная на пяти платах. Три из них — это знако-
мые вам электронные волчки. Кроме того, имеются плата мультивибратора
и плата дешифратора.
Прежде чем приступать к разбору полной схемы, приведенной на рисун-
ке 42, перечитайте предыдущий раздел. Основным элементом аппаратуры
управления является генератор случайных чисел. Он выбирает, куда ехать
машине. От его решения зависит, какое реле из Ро —Р? сработает при дости-
жении моделью какого-либо препятствия.
На работе плат электронных волчков и платы дешифратора я останав-
ливаться не буду. Вместе они работают как генератор случайных чисел.
Единственным отличием новой схемы от схемы генератора является аппа-
ратура пуска электронных волчков. Здесь кнопка пуска П1 (рис. 36) заме-
нена нормально включенной контактной парой реле Pi. Это реле расположено
на плате мультивибратора. Кнопка сброса П2 устанавливает нулевое состоя-
0001001111
79
Рис. 43. Один из вариантов сборки аппаратуры из типовых плат
СЛУЧАЙ
ние волчков, при котором их реле выключены. При этом дешифратор выдает
цифру 0, в результате чего сработает реле Ро. Как ведет себя модель в этом
случае, мы уже разобрали.
Из рисунка 42 следует, что управляет работой генератора не кнопка пу-
ска, как прежде, а мультивибратор. Как это делается?
Во-первых, немного о самой плате мультивибратора. Все необходимые
данные платы, включая схему и конструкцию, вы найдете на стр. 126.
Период переключения Т сделайте около 2 с. При этом Ci = С2 = 20 мкФ.
К симметричности формы кривой никаких особых требований не предъяв-
ляется. Здесь она не играет роли.
По коллекторному напряжению мультивибратор подключается к источ-
нику питания через одну из двух нормально разомкнутых кнопок Кп или
Кз. Устанавливаются кнопки на переднем (Кп) и заднем (Кз) бамперах
модели. При ударе модели о препятствие бампер подается немного назад,
отчего срабатывает соответствующая кнопка. Так что работают кнопки, как
настоящие контактные датчики. Конструкцию датчиков и установку их на
бампере продумайте сами. Важно одно, как бы модель ни подъезжала к пре-
80
0001010000
пятствию, одна из кнопок должна обязательно сработать. При отъезде от
препятствия датчик выключается.
Как только включится кнопка Кп или Кз, начинает работать мультиви-
братор с периодом 2 с.
В первый полупериод включится реле Рь отчего цепь пуска электронных
волчков и цепь блокировки их выходных каскадов разорвется.
Во второй полупериод работы мультивибратора три платы электронных
волчков выдадут одну из 8 возможных комбинаций, которая будет разга-
дана платой дешифратора. Сработает одно из восьми реле Ро —Р7, что, соб-
ственно, и определит дальнейшее поведение модели.
Если маневр окажется неудачным и машина не сможет миновать препят-
ствие, мультивибратор будет продолжать генерировать сигнал. В следующий
период его работы аппаратура управления снова выработает какую-либо
случайную команду. Автомобиль вновь попытается объехать препятствие.
И так до тех пор, пока модель не достигнет своей цели. Кнопка Кп—з тогда
разомкнется, а аппаратура «запомнит» принятое решение.
Рис. 44. Рулевая машинка
После того как все пять плат смонтированы, тщательно проверьте их
работу в отдельности. Как это сделать, прочтете в соответствующих разде-
лах книги.
При установке плат в кузове большое значение имеют габариты аппара-
туры в целом. Лучше всего собрать ее так, как показано на рисунке 43.
Более компактное решение найти трудно. Реле Ро —Р7 смонтируйте отдельно.
Питается аппаратура управления от отдельного источника постоянного
тока с напряжением 9 В. Расход по току не превышает 50 мА, так что ком-
плекта из двух батареек 3336Л практически хватит на 1—2 месяца.
Рулевая машинка. Общий вид машинки и необходимые чертежи даны на
рисунке 44. Она состоит из корпуса 1, электродвигателя с шестеренкой 2,
которая связана через шестерню 8 с валом 3, имеющим винтовую нарезку.
По валу перемещается тяга 4. Чтобы тяга не вращалась вместе с валом,
в нижнем ее конце сделан пропил, которым она входит в планку 5. На
задней стенке корпуса имеются два концевых выключателя 6, ограничиваю-
щих ход тяги в крайних положениях. К верхнему концу тяги крепится коро-
мысло, связанное с рулем поворота модели.
0001010001
81
Корпус машинки и направляющую планку сделайте из листовой латуни
толщиной 1,0—1,5 мм. Шестерни редуктора можно подобрать из старого
будильника. Важно, чтобы шаг зубцов как у одной, так и у другой шесте-
ренки был одинаковым. Примерное передаточное число шестеренок 2 и 8
должно быть 1:4 или 1:5. Тягу выточите из алюминиевого прутка. Концевые
выключатели Ki и Кг вырежьте из листовой фосфористой бронзы или сде-
лайте из контактных пластинок готовых электромагнитных реле. Крепятся
они на задней стенке корпуса, сделанного из текстолита или гетинакс'а. Для
крепления электродвигателя приклейте к нему фланец из оргстекла.
Второй вариант рулевой машинки, которая широко используется в кибер-
нетических конструкциях, — это так называемая рулевая машинка с меха-
ническим возвратом. В ней нейтральное положение органа управления обес-
печивается не электрической схемой, как в первой машинке, а механически,
с помощью пружины.
Рулевая машинка с механическим возвратом обладает достаточно боль-
шой скоростью срабатывания, что также является большим преимуществом.
СЛУЧАЙ
В качестве двигателя может быть использован любой электродвигатель из
серии ДП мощностью 1—2 Вт.
Работа машинки и ее конструкция хорошо видны на рисунке 45. Осно-
ванием служит пластинка 13, изготовленная из дюраля толщиной 2 мм. На
четырех винтах с гайками к пластинке крепится электродвигатель 1, для
чего на него предварительно приклейте фланец 14 из оргстекла. На ось дви-
гателя насаживается, а затем и припаивается шестерня 2. Шестерня 2 вхо-
дит в зацепление с шестерней 3 с передаточным числом 1:6 или 1:8. На одной
оси с шестерней 3 жестко насажены цилиндрическая шестерня 4 и ролик 12.
Ось обеих шестеренок и ролика надежно укрепляется в пластинке 13 спе-
циальной втулкой, но так, чтобы шестерни могли свободно вращаться. В за-
цеплении с шестерней 4 находится сектор 5, с которым на одной оси 10
жестко связан рычаг управления 6.
Теперь можете приступить к разбору работы рулевой машинки.
Предположим, что сектор 5 находится в среднем положении. Подали
команду. Двигатель начал вращаться, скажем, по часовой стрелке. Тогда
шестерня 3 начнет вращаться против часовой стрелки, а сектор — по часо-
82
0001010010
вой. Так что рычаг управления пойдет на вас до тех пор, пока ограничитель
сектора 8 не дойдет до своего упора 16. В этом положении электродвигатель
остановится и будет стоять, пока подается команда. Вот здесь-то в основном
и скажутся все недостатки рулевой машинки с механическим возвратом. За-
торможенный электродвигатель потребляет ток в три—пять раз больше, чем
при работе. Как только команда прекратится, рычаг управления должен
автоматически вернуться в нейтральное положение.
Но как?
А вот как. Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то увидите, что
на шестерне 3 жестко укреплен штифт 7. Между этим штифтом и штифтом
на оси рычага управления натянута пружина 9, которая к тому же находится
между роликами 11. Значит, когда при подаче сигнала управления сектор
отклонится до упора, пружина натянется, а когда сигнал прекращается,
пружина проворачивает все шестерни так, чтобы занять свое исходное поло-
жение. Рычаг управления при этом вернется в свое нейтральное положение.
Хотя работа машинки вам, вероятно, и показалась сложной, в изготов-
лении и эксплуатации она очень проста.
Сделайте все детали, как показано на рисунке 45, и аккуратно соберите
машинку. Шестерни 2, 3 и 4 нужно, конечно, подобрать из готовых, а сек-
тор 5 сделайте сами из латунной пластинки толщиной 1 мм. Вначале опили-
те окружность, а потом трехгранным надфилем по разметке нарежьте зубцы.
При сборке машинки обратите внимание на то, чтобы шестерни враща-
лись очень свободно. Иначе центрирующая пружина не сможет обеспечить
возврат сектора в нейтральное положение.
Электродвигатели Mi и М2, установленные на модели автомобиля, подой-
дут любые из серии ДП. Подробно о них можно прочитать на стр. 17.
Электромагнитные реле Ро—Р? типа РЭС-6. Необходимые намоточные
данные приведены при описании платы дешифратора. Там же сказано об
условиях проверки реле перед установкой в аппаратуру.
Весь монтаж схемы на модели сделайте многожильным проводом в хлор-
виниловой изоляции сечением 0,14—0,35 мм 2. Чтобы во время эксплуатации
аппаратуры выводные провода не ломались, в местах спая с гвоздиками,
а также с выводами реле на каждый такой спай плотно наденьте хлорви-
ниловую трубочку длиной 20—25 мм.
Модель автомобиля готова! Каждый раз при встрече с препятствием она
как бы «подумает», прежде чем сделать какой-либо маневр. Но это только
видимость, что модель анализирует создавшуюся обстановку. В действитель-
ности она принимает одно из равновозможных решений.
Моделью управляет случай!

«СПАЛЛАНЦАНИЕВА ПРОБЛЕМА»	ТРИГГЕР МУЛЬТИВИБРАТОР
РАДИОЭХО	ЖДУЩИИ
ЭХОЛОКАТОР «РЕДУТ-0001»	МУЛЬТИВИБРАТОР
МОДЕЛЬ
ЗВУКОВОГО
ЛОКАТОРА
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Хоть и велик человек, но не бесконечна его
жизнь. Перед ним необъятная ширь пространства
и необозримая глубь времени. Обо всем хочется
«СПАЛЛАНЦАНИЕВА узнать. Но вот беда — слишком быстро бегут
ПРОБЛЕМА»	годы.
Много ли человек может пройти, измерить
своими маленькими шагами? И много ли он мо-
жет сделать за те считанные дни, которые живет
на земле? Но он не один, и в этом его сила.
Ладзаро Спалланцани спешил. Ему уже было
за шестьдесят. Годы давали о себе знать. Не-
сколько лет выдающийся итальянский натуралист,
профессор университета в Павии, занимался ле-
тучими мышами. Эти небольшие животные охо-
тятся почти исключительно ночью, часто насти-
гая добычу сверху или в лесных зарослях. Ясно,
что визуальное обнаружение насекомых в таких
0001010101
85
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
условиях невозможно. Но тогда как же «видят» летучие мыши, как они на-
ходят дорогу в темноте? Вот вопрос, который мучил ученого.
Шел 1793 год. Только что кончилось время «высоких» и отвлеченных
умозрительных рассуждений, наука приступала к экспериментальной про-
верке всего того, что окружало человека.
Ранним летним утром на колокольню собора города Павии поднялся
старый человек. Это был Спалланцани. Сумрак только что начинал рассеи-
ваться, и летучие мыши, возвращаясь из ночных полетов, прятались по раз-
ным закоулкам под сводами старой башни. Ученый ловил летучих мышей и
сажал в мешок. Потом, нагруженный тяжелой ношей, он спустился с коло-
кольни и пошел домой.
Дома Спалланцани выпустил пойманных зверьков в большом зале. Он
решил вплотную заняться секретом ночных полетов летучих мышей. Только
эксперимент мог дать ответ на этот вопрос. От потолка к полу были натя-
нуты тонкие нити, они опутали всю комнату. Выпуская мышь из мешка,
экспериментатор заклеивал ей глаза воском. И вот по старому залу замета-
лись крылатые тени.
Но ни одна слепая летучая мышь не задела за нитку! Ни одна! Словно
глаза им были и не нужны, чтобы видеть.
Не удовлетворившись опытами, в которых летучие мыши продолжали
спокойно порхать с заклеенными глазами, Спалланцани решил продолжить
начатый эксперимент, изменив несколько условия. Он выпустил на волю не-
сколько зверьков, лишенных зрения, и через четыре дня снова отправился
на колокольню собора.
В этот раз ученый снова наловил целый мешок летучих мышей. Среди них
были и слепые мыши. В их желудках было полно комаров. Поймать в темно-
те насекомое—задача более сложная, чем пролететь между двумя натянуты-
ми нитями. Значит, чтобы охотиться, этим зверькам совсем не нужны глаза.
Спалланцани решил, что летучие мыши наделены каким-то особым, неведо-
мым нам шестым чувством, которое и помогает им ориентироваться в полете.
Еще на целом ряде опытов ученый убедился, что мыши великолепно обхо-
дятся без зрения, но зато всякое повреждение слуха для них губительно.
В чем дело? Не могут же они видеть ушами?
Так зародилось сомнение. Чтобы все это объяснить, нужны были новые
эксперименты. Для этого были изготовлены крошечные медные трубочки,
полые внутри, которые вставлялись в уши летучих мышей. Но они по-преж-
нему спокойно летали, свободно и уверенно лавируя между десятками тон-
ких нитей, натянутых в комнате. Зато стоило заткнуть трубочки пробками,
как мыши бессильно падали, натыкаясь на все подряд.
Но как слух заменял им зрение? На этот вопрос никто не мог ответить.
Мыши летали беззвучно, а стены и натянутые нити звуков не издавали, по-
этому отличную ориентацию мышей вовсе нельзя было объяснить обострен-
ным чувством слуха. Тогда как же видели летучие мыши? Этого Спаллан-
цани так и не узнал. Его открытия в те годы были отвергнуты, высмеяны, а
потом и забыты. Осталось только название «спалланцаниева проблема».
В середине нашего столетия решением этой проблемы ученые заинтересо-
вались одновременно в разных странах.
Любопытно, что первый, кто ею занялся, был не зоолог, а инженер —
американский изобретатель Хайрем Максим. В годы гражданской войны
его фамилией называли станковый пулемет, который он изобрел. Установ-
ленный на тачанке «максимка» был грозным оружием против белогвар-
дейцев.
86
0001010110
Плодовитый изобретатель, пытавшийся, между прочим, в свое время по-
строить самолет с паровым двигателем, заинтересовался навигационным ме-
тодом летучих мышей. Он предположил, что мыши издают звуки, неслыши-
мые для человеческого уха, и ориентируются по возвратившемуся эху. На
основании собственной биологической гипотезы Максим предложил новый
прибор — эхолокатор, который должен был предотвращать в тумане
столкновения судов с айсбергами.
Верная в принципе догадка была все же неточна. Ее автор считал, что
первичным сигналом у мышей является звук от взмахов их крыльев. Поэто-
му он рекомендовал оборудовать суда источником звука очень низкой часто-
ты, порядка 15 Гц. Приемник низкочастотных сигналов предполагалось уста-
новить в носовой части корабля. Слабое эхо, по замыслу изобретателя,
должно было приводить в действие маленький колокольчик, а сильное —
большой гонг, чтобы команда могла судить о серьезности опасности.
Новая идея навигации не привела ни к каким практическим результатам.
Ошибка Максима была в том, что он неправильно определил частоту звуко-
вого сигнала, на который работал его прибор. Летучие мыши действительно
пользуются в полете звуком, но не низких, а очень высоких частот — ультра-
звуком.
Другой ученый, голландец Свен Дийграаф, заметил, что летучая мышь
прежде, чем пуститься в полет, раскрывает рот. Очевидно, предположил уче-
ный, она издает неслышимые для человека звуки и «ощупывает» ими окрест-
ности. В полете летучие мыши тоже то и дело раскрывают рот, даже когда
не охотятся за насекомыми.
Дийграаф рассуждал так: поскольку стены и предметы, встречающиеся
летучей мыши в полете, не издают никаких звуков, значит, кричат сами
мыши. Эхо их собственного голоса, отраженное от окружающих предметов,
извещает зверьков о препятствии на пути.
Это наблюдение навело ученого на мысль проделать следующий опыт. Он
надел на голову зверька бумажный колпак. Спереди, точно забрало рыцар-
ского шлема, в колпаке открывалась и закрывалась маленькая дверка.
С закрытой дверкой на колпаке мышь совсем не могла лететь и то и дело
натыкалась на предметы. Стоило лишь в бумажном колпаке поднять забра-
ло, как зверек преображался, его полет вновь становился точным и уве-
ренным.
Результаты своих наблюдений Дийграаф опубликовал в 1940 году, а в
1946 году советский ученый Е. Я. Пумпер сделал очень интересное предпо-
ложение, которое хорошо объясняет физическую природу эхолокации. Он
считал, что летучие мыши каждый новый звук издают сразу же после того,
как услышат эхо предыдущего сигнала. Таким образом, ультразвуковые им-
пульсы рефлекторно следуют друг за другом, а раздражителем, вызываю-
щим их, служит эхо, воспринимаемое ухом.
Значит, чем ближе летучая мышь подлетает к препятствию, тем быстрее
возвращается эхо и, следовательно, тем чаще издает зверек новые крики.
Наконец, при непосредственном приближении к препятствию ультразвуковые
импульсы начинают следовать друг за другом с исключительной быстротой.
Это сигнал опасности. Летучая мышь инстинктивно изменяет курс полета,
уклоняясь от направления, откуда отраженные звуки приходят слишком
быстро.
Дальнейшие опыты показали, что летучая мышь перед стартом издает
в секунду лишь 5—10 импульсов. В полете учащает их до 30. При прибли-
жении к препятствию ультразвуковые сигналы следуют еще чаще: 50 —
0001010111
87
60 раз в секунду. Некоторые мыши во время охоты на ночных насекомых,
настигая добычу, издают даже 250 «криков» в секунду.
Но не все звуки, используемые летучими мышами для навигации, совер-
шенно не слышны.
Может быть, кому-нибудь из вас случалось теплым вечером наблюдать
за полетом мышей и слышать издаваемые ими звуки. Они настолько слабы,
что их легко принять за шорох листьев. Очевидно, поэтому-то их Спаллан-
цани и не заметил.
Длительность слабо слышимой части импульсного сигнала весьма мала.
Этот звук напоминает тиканье ручных часов. Однако, в отличие от часов,
частота тиканья, издаваемого летучей мышью, может заметно изменяться.
Когда летучая мышь летит прямо на удаленное от нее препятствие, то
она издает от пяти до двадцати тиканий в секунду. В тех случаях, когда
перед ней возникает более сложная навигационная задача, например когда
ей нужно избежать столкновения с живым предметом или с палкой, подня-
той над головой, можно услышать, что тиканье внезапно учащается, пока
не перейдет в слабое жужжание. То же самое происходит перед посадкой
летучей мыши. Звуки тиканья при этом настолько слабы, что услышать их
можно только в полной тишине и проявив значительное терпение.
Мы не случайно так подробно остановились на последнем вопросе. Ока-
зывается, именно слабо слышимое тиканье дает в наши руки ключ к раз-
гадке всей проблемы с летучими мышами. В разделе «Модель звукового
локатора» будет выведена формула, связывающая частоту тиканья с рас-
стоянием мыши до препятствия. Это вам позволит более полно разобраться
в «спалланцаниевой проблеме» и внести некоторые поправки в результаты
предыдущих исследователей.
Вы, наверное, знаете, что дельфины, так же как и летучие мыши, наделе-
ны эхолокацией. Проделывали такой опыт: дельфину плотно закрывали гла-
зами он выбирался из запутанного лабиринта, ни разу не задев стенок. Кста-
ти, дельфин с абсолютной точностью засекает дробинку, упавшую в воду на
расстоянии до 50 метров от него.
«Спалланцаниева проблема» полностью еще не разрешена. Проблема
ждет вас...
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
В туманные декабрьские дни 1943 года из пор-
тов Англии вышел большой караван грузовых ко-
раблей. Корабли везли военные грузы в один из
РАДИОЭХО	северных морских портов нашей Родины. У бере-
гов вражеская воздушная разведка обнаружила
караван. Немцы выслали наперерез англичанам
«карманный» линкор «Шарнхорст».
Военные корабли, охранявшие караван, с по-
мощью специальной радиоаппаратуры нащупали
немецкий линкор и встретили врага огнем. Во
мраке полярной ночи стрельба корректировалась
по наблюдениям на экранах радиолокационных
станций.
«Шарнхорст» попытался уйти от обстрела. Не-
сколько раз ему это удавалось. Но радиолуч, спо-
собный пройти сквозь тьму и туман, вновь и вновь
нащупывал немецкий линкор.
88
0001011000
Бой в черноте полярной ночи длился около десяти часов. «Шарнхорст»
пошел ко дну...
В том же 1943 году английская эскадра при помощи радио обнаружила
в просторах Атлантического океана немецкий линкор «Бисмарк». Из низко
нависших туч лил дождь. В этом морском сражении обе стороны применили
радиолокационную аппаратуру.
Бой продолжался три дня. «Бисмарк» пошел ко дну от попадания трех
торпед, после того как был предварительно поврежден огнем артиллерии.
Однако немецкий линкор своим огнем пустил ко дну самый большой в то
время в Англии крейсер «Худ».
По утверждению специалистов, гибель «Худа» последовала из-за кон-
сервативности командования английского крейсера.
Дистанцию до «Бисмарка» на «Худе» определили по показаниям опти-
ческого дальномера и показаниям радиолокационной станции. Когда между
ними оказалось расхождение, то командование предпочло довериться оп-
тике. Залп с «Худа» лег с недолетом: дистанцию правильно определила ра-
диолокационная станция и неверно оптический дальномер. Внести поправку
уже не удалось. Ответные снаряды с «Бисмарка» пробили броневой пояс
крейсера и по чистой случайности попали в артиллерийский погреб. После-
довал взрыв, и «Худ» быстро затонул.
Радиолокация была самой большой тайной в годы второй мировой вой-
ны. Не только гражданское население воюющих стран, но и не посвященные
в эту тайну военные могли только удивляться необычному искусству опе-
раторов радиолокационных станций обнаруживать вражеские корабли и са-
молеты в темноте и в тумане.
И только после войны в печати стали появляться сведения об их устрой-
стве и принципе действия. Оказалось, что действуют они точно так же, как
и летучие мыши. Разница только в том, что мыши расстояние до препят-
ствия определяют по запаздыванию звукового эха, а радиолокационные
станции — по эху радиоволн.
Вы стоите у скалы и, громко крикнув, слышите эхо своего голоса. Зная
скорость звука и измерив по часам время от начала крика до прихода эха,
легко определить расстояние до скалы. Подобно этому радиолокатор из-
лучает мощный электромагнитный сигнал, а затем принимает его слабое от-
ражение. Правда, скорость распространения радиоволн не 340 м/с, как у
звука, а 300 000 000 м/с. Почти в миллион раз больше! Поэтому и время про-
хождения сигнала до препятствия и обратно измеряется не в секундах, как
в первом примере, а в микросекундах.
Антенна большинства радиолокационных станций имеет форму вогнутого
прожекторного зеркала. Для уменьшения веса ее делают не из сплошных
металлических листов, а решетчатой или из сетки. Такая антенна посылает
радиоволны не во все стороны, как радиовещательная станция, а узким лу-
чом, подобно прожектору.
Направление радиолуча можно изменять по желанию: поворачивая ан-
тенну вверх или вниз, вправо или влево.
Если электромагнитный сигнал не встретит на своем пути препятствия,
то он уйдет в космическое пространство и там исчезнет. Если же встретится
какой-либо предмет — корабль, самолет, скала или айсберг, радиолуч отра-
зится от него и пойдет обратно. Далее отраженный сигнал улавливается
специальным приемником.
Следовательно, направление на цель с помощью радиолокатора опреде-
ляется довольно легко. Цель, например корабль или самолет, находится там,
0001011001
89
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
откуда вернулось эхо. Указателем направления служит зеркало антенны.
Оно «смотрит» точно на цель. Если цель движется, то оператор станции,
поворачивая антенну или изменяя ее наклон, может неотступно следить за
нею, как следят за самолетом прожектористы, когда его удается «поймать»
лучом прожектора.
Радиолокатор, как и летучая мышь, посылает свои сигналы отдельными,
отрывистыми импульсами. Импульсный сигнал должен быть очень мощным,
чтобы вообще можно было уловить его слабое эхо.
Длительность каждого импульса составляет несколько миллионных до-
лей секунды. Передатчик обязан прерывать работу, чтобы приемник в пау-
зах мог улавливать эхо, вернувшееся от цели. Здесь заложен такой прин-
цип — «рот» молчит, когда «уши» слушают. Кроме того, когда передатчик
излучает радиоимпульс, приемник должен быть закрыт для приема сигнала.
В противном случае он «оглохнет» и перестанет работать.
Ученых давно интересовал такой вопрос: как летучие мыши ухитряются
расслышать сравнительно негромкое эхо в том оглушительном ультразву-
ковом сигнале, который сами же излучают? Как им удается не оглохнуть?
Поиском ответа на этот вопрос занялся доктор О. Хенсон анатом
Йельского университета. Ему удалось доказать правоту своего предположе-
ния, высказанного лет двадцать назад. Оказалось, что у летучих мышей
есть мышцы, закрывающие уши в момент излучения разведывательных уль-
тразвуковых криков. Точно такое же устройство имеется в радиолокаторе.
Когда его передатчик излучает импульс огромной мощности, приемник на-
дежно заперт электронным устройством.
В первых радиолокаторах «рот» и «уши» — передающая и приемная
антенны — помещались вдали друг от друга. Но так как передатчик и
приемник все равно не могут работать одновременно, то такое разделение
оказалось бесполезным. Теперь одна и та же антенна поочередно обслу-
живает то передатчик, то приемник.
Время, которое потратит радиосигнал на путешествие до цели и обратно,
измеряет прибор, который называется индикатором радиолокационного
изображения. Внешне он похож на обычный школьный осциллограф. По его
экрану то и дело слева направо пробегает зеленый «зайчик», оставляя в виде
следа светящуюся прямую линию.
В момент посылки станцией радиосигнала световой луч получает боко-
вой толчок. От этого толчка светящаяся линия на экране подскакивает,
образуя зигзаг. Такой же толчок получит луч в момент возвращения радио-
эха. Светящаяся линия опять подскочит, образуя новый зигзаг. Расстояние
между двумя зигзагами на линии, прочерченной электронным лучом, дает
возможность определить расстояние до вражеского корабля или самолета.
При этом никаких сложных вычислений делать не приходится. На экран за-
ранее накладывается шкала с километровыми отметками.
Теперь грузовой или пассажирский пароход идет в туманной мгле или
ночью так же уверенно, как и в ясный солнечный день. Радиолокатор зара-
нее предупреждает капитана о приближении встречного судна или айсберга,
в тумане пересекающего путь кораблю. Штурман больше не сетует на об-
лака, скрывающие от него солнце и звезды, мешающие ориентироваться.
Он так же уверенно чувствует себя при отсутствии видимости, как и лету-
чая мышь ночью.
Для кибернетики и летучая мышь и радиолокационная станция — это
машины. А объединяет их тот обратный сигнал, который в том и в другом
случае несет информацию о расстоянии до препятствия.
90
0001011010
ЭХОЛОКАТОР
«РЕДУТ-0001»
В нашей стране первая радиолокационная
станция была создана в 1938 году. Называлась
она «Редут» и предназначалась для обнаружения
самолетов.
Не подумайте только, что эхолокатор «Редут-
0001» это бездействующая игрушка, которая толь-
ко внешне напоминает военный радиолокатор,
а в остальном мертва. По своим формам наш ло-
катор, конечно, уступает заводским конструкциям,
но зато работает он так же уверенно и надежно,
как и настоящий.
У эхолокатора «Редут-0001» имеется один не-
достаток— слишком ограничен радиус действия.
Максимальное расстояние, на котором он обна-
руживает предметы, не превышает 80—100 см.
Но для большинства задач, с которыми читатель
Рис. 46. Схема усилителя для эксперимента со звуком
столкнется при изготовлении кибернетических автоматов, этого вполне до-
статочно. Так, например, если решите установить эхолокатор на модель
автомобиля или корабля, то они больше не будут натыкаться на препятст-
вия и вовремя остановятся.
Когда модель приблизится к какому-либо препятствию с площадью отра-
жения не менее 100 см 2, то на расстоянии примерно одного метра локатор
обнаружит цель и начнет за нею следить. Не доезжая до препятствия 20—
30 см, модель остановится и через некоторое время отъедет назад.
Самодельный эхолокатор можно отнести в школу и использовать как на-
глядное учебное пособие. На принципе эха построена вся современная ра-
диолокация. Правда, вместо звуковых волн там применяются электромаг-
нитные.
Достаточно в схему «Редут-0001» внести незначительные изменения, как
с его помощью можно будет измерять скорость звука. Это не менее инте-
ресно, чем использовать эхолокатор на модели. Как это сделать, вы узнаете
из следующего раздела.
Если внимательно прочитали два предыдущих раздела, то у вас должно
0001011011
91
сложиться представление о работе локатора и об определении летучей
мышью расстояния до препятствия.
Зная время, за которое проходит сигнал до препятствия и обратно, и его
скорость, легко определить интересующее нас расстояние по формуле:
где: / — расстояние до препятствия в метрах, / — время в секундах, с — ско-
рость звука в метрах за секунду.
Скорость звука, как правило, известна. В воздухе при температуре 20° С
она равна 340 м/с. Остается определить время, и задача будет решена. На
первый взгляд все просто.
Но никакое объяснение не заменит эксперимента. В этом вы сами, на-
верное, не раз убеждались.
Для проведения эксперимента соберите на отдельной плате схему по ри-
сунку 46. Работа ее не должна вызывать у вас никаких затруднений. Это
Рис. 47. Весь эхолокатор разместился на столе:	а — эксперимент,
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
обычный усилитель на двух транзисторах Ti и Т2 .На входе включен угольный
микрофон, а на выходе — малогабаритный громкоговоритель типа 0,1ГД
или 0,2ГД.
Первый каскад работает как усилитель напряжения и обеспечивает уси-
ление сигнала, снимаемого с микрофона в 50—100 раз.
Второй каскад — усилитель мощности. Чтобы с каскада снять побольше
полезной мощности, поставлен трансформатор Tpj. Он согласует низкое со-
противление звуковой катушки громкоговорителя с высоким выходным со-
противлением транзистора Т2. Поэтому-то такой трансформатор и называет-
ся согласующим выходным трансформатором.
Как легко догадаться, эта схема отлично может работать в самодельном
телефоне. Громкость речи будет настолько велика, что предусмотрен регу-
лятор громкости на резисторе R 3.
Нам подойдет любой угольный микрофон, даже от детского телефона, или
капсюль от старой телефонной трубки.
Выходной трансформатор Tpi лучше всего использовать готовый. Он про-
дается в магазине вместе с громкоговорителем.
92
0001011100
Самодельный выходной трансформатор имеет следующие данные: пер-
вичная обмотка — 500 витков провода ПЭ 0,1, вторичная — 70 витков про-
вода ПЭ 0,35. Намотка производится на бумажный каркас. Сердечник со-
берите из пластин Ш-6, набранных в пакет толщиной 6 мм. Пластины долж-
ны быть отштампованы из пермаллоя толщиной 0,2 мм. Если подходящего
железа достать не удастся, возьмите железо Ш-9, оставив число витков
прежним.
Микрофон и громкоговоритель поставьте в разные комнаты и присту-
пайте к проверке работы схемы. Положите около микрофона ручные часы,
в громкоговорителе вы услышите достаточно громкие щелчки. Вращая ручку
переменного резистора, громкость щелчков можно уменьшить до нуля или,
наоборот, увеличить до максимума.
Для проведения эксперимента собранную аппаратуру расположите на
столе, как показано на рисунке 47.
Когда работает громкоговоритель, то звуковые колебания через крыш-
ку стола могут воздействовать непосредственно на микрофон. В нашем
ВРЕМЯ
б — блок-схема эхолокатора
эксперименте это недопустимо. Вот почему под громкоговоритель и мик-
рофон подложены ватные подушечки или куски поролоновой губки.
Движок регулятора громкости поставьте в такое положение, чтобы обес-
печить как можно большее усиление сигнала, но так, чтобы схема не «выла».
Если теперь приложите ухо к громкоговорителю, вы услышите беспорядоч-
ные шорохи — звуковые шумы. Дотроньтесь ногтем до мембраны микрофона,
из громкоговорителя раздастся треск.
Все подготовительные работы можно считать законченными. Переходите
к проведению эксперимента.
Возьмите кусок картона или обычную книгу и медленно подносите ее
к столу, держа параллельно плоскости крышки.
Что можно ждать от такого опыта?
Собрав экспериментальную схему на столе, вы случайно не задумались,
почему шумит громкоговоритель? Раньше уже говорилось, что если к диф-
фузору приложить ухо, то можно услышать беспорядочные шорохи. Откуда
они берутся?
Оказывается, шумит вовсе не громкоговоритель, а воздух, который нахо-
0001011101
93
О БРАТ Н АЯ СВЯЗЬ
дится в комнате. Его беспорядочные толчки непрерывно возбуждают мем-
брану. В микрофоне акустический шум преобразуется в электрический сиг-
нал, который усиливается двухкаскадным усилителем и снова громкоговори-
телем превращается в звук. Вот эти усиленные шумы мы и слышим.
Не правда ли, странно: чтобы усилить акустический сигнал, его пришлось
пропустить через три «черных ящика». Вначале превратить в электрический
сигнал, далее усилить электронным усилителем, а в конце снова преобразо-
вать в звук. Но странного здесь ничего нет. Только электронная аппаратура
позволяет ставить подобные эксперименты. Все остальные технические ре-
шения значительно сложнее.
Итак, в нашем опыте громкоговоритель непрерывно издает шумовой
акустический сигнал.
Как ни слабы шорохи от громкоговорителя, но микрофон их все же мо-
жет «услышать». Непосредственно через крышку стола звуковые волны не
пройдут. Для этого мы и подложили ватные подушечки. Здесь они работают
как звуковые изоляторы — изолируют громкоговоритель от микрофона.
Остается второй путь. Звуки шорохов через воздушное пространство по-
падут на плоскость книги, отразятся от нее и далее будут прослушиваться
микрофоном.
Если расстояние между плоскостью книги и столом больше одного метра,
то эхо шумов придет к микрофону настолько ослабленным, что никак не
сможет воздействовать на него. Это и есть то начальное состояние экспе-
римента, с чего мы начали его проведение.
А теперь попробуйте медленно приближать книгу к столу. При расстоя-
нии в 50—60 см вы услышите слабый писк, который по мере уменьшения
зазора становится все громче и громче. Частота писка тоже не остается
постоянной, она повышается.
Что же случилось с экспериментальной установкой? Почему схема стала
«выть», или, на языке радиотехники, стала генерировать звуковые коле-
бания?
Попробуем во всем разобраться с момента зарождения звуковых коле-
баний. Проще всего это сделать по блок-схеме, приведенной на рисунке 47,
справа.
Установим зазор между книгой и столом таким, чтобы схема генери-
ровала звуковые колебания, и выключим ее. Звук моментально прекра-
тится.
Спустя некоторое время снова включим тумблер Bki. С этого момента
будем рассматривать процесс образования колебаний.
На временной диаграмме он совпадает с началом координат.
Как только включим схему, в громкоговорителе появятся шумы. Их ам-
плитуда в среднем равна 10 (рис. 47). Часть шумов отразится от препят-
ствия (книги) и снова попадет в микрофон, правда не сразу, а с некоторой
задержкой. Обозначим эту задержку через /зад. Задержка равна времени,
которое необходимо для прохождения звуковому сигналу расстояния
/1 + /2, то есть от громкоговорителя до препятствия и обратно до микро-
фона. Это хорошо видно на блок-схеме установки и не должно вызывать
у вас никаких сомнений.
Чтобы получить время задержки сигнала /зад. нужно расстояние
/i + /2 разделить на скорость звука:
,	_ Pi + 41 (см) • 1000
*зад ~	34000 (см/с) мс>
94
0001011110
Например, если 1Х = 12= 100 см, как это имеет место в нашем экспери-
менте:
_ 100 см • 1000 q
Гзад — 34000 см/с —6 МС‘
Амплитуда отраженного сигнала, конечно, будет меньше 10, но обязатель-
но больше амплитуды шумов воздушной среды вблизи микрофона. Это яв-
ляется одним из необходимых условий зарождения звуковых колебаний. Не
будет оно выполняться — ни о какой генерации не может быть и речи.
Отраженный сигнал усиливается двухкаскадным усилителем и алгебраи-
чески складывается с шумами громкоговорителя. Причем усиленный сигнал
должен иметь противоположную полярность по отношению к первоначаль-
ному возбуждению. Это требование обеспечивается схемой усилителя.
Спустя время /зад после момента включения схема уже генерирует шумы
значительно большей амплитуды и обязательно обратного знака. Так будет
продолжаться до тех пор, пока отраженный сигнал через время 2/зад вто-
рично не достигнет микрофона. Теперь громкоговоритель излучает еще
больший шум, чем прежде...
Процесс нарастания амплитуды шума продолжается до тех пор, пока
усилитель не начнет его ограничивать. Такой режим подробно разобран
на рисунке 47.
Как видно из временной диаграммы работы экспериментальной установ-
ки, в результате ограничения нарастания сигнала как сверху, так и снизу
в схеме устанавливается стационарный колебательный процесс. Его период
повторения Т равен удвоенной задержке сигнала /зад. Это и есть режим ге-
нерации звуковых колебаний.
Вам должно 0ыть известно, что число периодов Т в одну секунду равно
частоте генерации колебаний. Измеряется частота в герцах (Гц). В нашем
примере период колебаний равен Т = 2/зад = 6 мс. Отсюда частота звуковых
колебаний равна:
1	- 1 - 1000 1АА Г
J ~~ 2бад (С) “ Т (С) “ 6 мс —100 1 Ц‘
На такой частоте генерирует схема, когда расстояние между книгой и
столом равно примерно 45—50 см.
Если в вашем кибернетическом кружке имеется звуковой генератор и
осциллограф, то обязательно сами убедитесь в справедливости выведенной
формулы. Частоту генерации проще всего измерить по фигуре Лиссажу.
Одно дело рассуждения, а другое дело эксперимент. Науке свойственно со-
мневаться. Все рассуждения следует проверять, даже если они кажутся по-
нятными. Не жалейте времени на проверку выведенных теоретическим путем
формул, основанных на фактах, какими бы убедительными они вам ни каза-
лись. Запомните, это может вам пригодиться.
Итак, круг рассуждений при рассмотрении схемы экспериментальной
установки замкнулся. Оказывается, все дело в отраженном сигнале, в сиг-
нале, который еще и еще раз возвращается усиленным в место, где он за-
родился. Если сигнал, возвращенный по каналу обратной связи, больше
первоначального возбуждения, то схема будет генерировать периодические
колебания. В нашем эксперименте это условие выполняется при расстоянии
между книгой и крышкой стола не более 50—60 см.
Когда отраженный сигнал меньше первоначального возбуждения — схе-
0001011111
95
ма не генерирует. Отнесите книгу на метр и более, и вы сами убедитесь
в этом.
Наконец-то мы добрались до обратной связи!
Выражение «обратная связь» в переводе с английского (feed beck) бук-
вально значит «обратное питание». В машине с обратной связью обязатель-
но должен иметься такой канал связи, по которому бы сигнал с ее выхода
мог попадать на вход. В экспериментальной установке сигналом обратной
связи являлся отраженный сигнал. Не будь отражающей поверхности (кни-
ги), канал обратной связи был бы нарушен и сигнал с громкоговорителя не
попадал бы в микрофон. В таком случае говорят, что обратная связь ра-
зорвана.
Чтобы компенсировать потери сигнала в цепи обратной связи, устройст-
во должно иметь усилитель с коэффициентом усиления больше единицы. Не
будет усилителя — не будет и генерации. Первоначальное возбуждение,
возникшее в каком-либо месте схемы, по кольцу обратной связи вернется
ослабленным, и процесс сам по себе затухнет.
Рис. 48. Эхолокатор «Редут-0001»:
а — электрическая схема,
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
В экспериментальной установке, показанной на рисунке 46, усилитель
собран на двух транзисторах и усиливает сигнал примерно в 1000 раз.
Этого вполне достаточно, чтобы схема генерировала звуковые колебания
при расстоянии между книгой и столом до 50—60 см. Попробуйте отключить
первый каскад в схеме усилителя, а микрофон подсоедините к базе транзи-
стора Т2. Книгу придется подносить на расстояние 5—10 см. Только при
этом условии схема будет генерировать.
А если потребуется увеличить радиус действия аппаратуры, скажем,
в 3—5 раз? Поставьте третий каскад, и задача будет решена. При этом
в еще большей степени следует опасаться прямой связи между громкогово-
рителем и микрофоном через крышку стола. Придется улучшить звуковую
изоляцию между ними и отодвинуть друг от друга на расстояние 40—50 см.
В проведенном эксперименте обратная связь вела себя довольно буйно.
Она все время старалась увеличить первоначальный сигнал возбуждения.
Если бы не ограничивающее действие усилителя, еще неизвестно, чем бы
все это кончилось. В природе такие случаи чаще всего заканчиваются взры-
вом. Примером может служить горение пороха или ядерная цепная реакция.
96
0001100000
Обратная связь, приводящая к лавинообразному нарастанию первоначаль-
ного возбуждения, называется положительной обратной связью.
Машина с положительной обратной связью может находиться в одном
из двух состояний. Или она генерирует периодический сигнал, или за счет
лавинообразного процесса вообще разрывает обратную связь и на этом
успокаивается. Подтверждением первого случая является наша эксперимен-
тальная установка. Со вторым случаем вы познакомитесь при разборе
триггера.
Имеется и отрицательная обратная связь. В противоположность поло-
жительной обратной связи она старается всеми силами уменьшить перво-
начальное возбуждение, возникшее в схеме.
Остается решить вопрос: как связать результаты проделанного экспери-
мента с эхолокатором? Вы, наверное, сами догадались, что книга в опыте
заменяла нам препятствие, которое должен обнаруживать «Редут-0001».
Конечно, не обязательно, чтобы громкоговоритель и микрофон были на-
правлены вверх. Укрепите их на куске фанеры и поставьте ее вертикально.
б — блок-схема эхолокатора
В таком варианте экспериментальная установка обнаруживает предметы,
находящиеся в горизонтальной плоскости. Точно так же располагаются
громкоговоритель и микрофон на модели. Приближаясь к любому препят-
ствию, будь то стена или ножка стола, аппаратура на расстоянии 50—60 см
подаст звуковой сигнал опасности.
К концу Великой Отечественной войны на всех советских истребителях
стояли радиолокаторы защиты хвоста. Когда вражеский самолет прибли-
жался на опасное расстояние сзади, в головных телефонах летчика разда-
вался звуковой сигнал тревоги. Чем дистанция до противника была меньше,
тем частота сигнала повышалась. Все было точно так же, как в нашем экс-
перименте!
Для летчика звуковая индикация была действительно очень удобна. Его
зрение и так перегружено: нужно смотреть за показаниями приборов и одно-
временно вести бой с противником. Свободными оставались только уши.
Они и были использованы для оповещения об опасности сзади.
А вот для эхолокатора «Редут-0001» звуковая индикация была бы недо-
статком. Хотелось бы, чтобы при приближении модели к препятствию сраба-
0001100001
97
О БРАТ Н АН СВЯЗЬ
тывало электромагнитное реле, которое своими контактами производило бы
необходимые переключения, ну, скажем, останавливало электродвигатель.
Сделать это очень просто. Достаточно рядом с громкоговорителем устано-
вить обычное акустическое реле. Реле будет срабатывать каждый раз, как
только аппаратура начнет генерировать звуковой сигнал.
В окончательной схеме эхолокатора (рис. 48), кроме известных вам эле-
ментов — громкоговорителя, микрофона и двухкаскадного усилителя на
транзисторах Ti иТ2,—используется схема электронного реле на транзи-
сторе Т3.
Что такое электронное реле? В отличие от электромагнитного реле оно
срабатывает от подачи на его вход не тока, а напряжения и обязательно
включает в себя радиолампу или транзистор. Отсюда чувствительность элек-
тронного реле определяется тем минимальным напряжением командного сиг-
нала, при котором транзистор Т3 входит в режим насыщения. В схеме ри-
сунка 48 чувствительность реле равна 15—20 мВ (в точках 1 — 1). При таком
напряжении коллекторный ток транзистора Т3 равен 25—30 мА, что обеспе-
чивает надежное срабатывание электромагнитного реле Рь
В качестве реле Pi подойдет любое электромагнитное реле, срабатываю-
щее от тока 20—30 мА и имеющее сопротивление обмотки 200—250 Ом.
Подключите такое реле к батарейке от карманного фонаря типа 3336Л,
и оно должно сработать. Как сделать самому нужное реле, в книге уже
описывалось.
Второй особенностью нашего электронного реле является то, что оно со-
вершенно нечувствительно к частоте командного сигнала от 100 Гц до
10 кГц. Этим рассматриваемая схема отличается от электрического филь-
тра (рис. 15).
С самого начала хочу вас уберечь от поисков в схеме электронного реле
какой-либо обратной связи. В ней действительно выход каскада через кон-
денсатор С4, диод Д1 и резистор R 6 соединен со входом. Познакомившись
с принципом обратной связи, вы теперь будете пытаться отыскивать ее по-
всюду. Так и должно быть. Обратная связь — краеугольный камень кибер-
нетики. Нужно уметь находить обратную связь в окружающих явлениях
и машинах.
В рассматриваемой схеме электронного реле никакой обратной связи нет.
Это обычная рефлексная схема, где транзисторный каскад используется два-
жды: один раз как усилитель переменного напряжения, а второй раз как
усилитель постоянного тока.
Работает схема так. Когда на ее вход (точки 1 — 1, рис. 48) ничего не
подается, транзистор Т3 немного приоткрыт. Для этого база транзистора че-
рез резистор R4 соединена с проводом —9 В. Миллиамперметр, включенный
в разрыв цепи между коллектором и реле, покажет ток около 1—3 мА.
Если же прибор показывает ток 40—50 мА, а реле Pi постоянно включено,
значит, пробит транзистор. Выпаивайте его и заменяйте новым. Другой при-
чиной может быть ошибка в монтаже: либо перепутали выводы транзистора
при пайке в схему, либо каким-то образом нижний конец обмотки реле со-
единился с общим проводом +9 В.
Подключите параллельно R4 резистор с сопротивлением 1—2 кОм. Тут же
должно сработать реле Рг Прибор при этом покажет ток 40—50 мА. Тран-
зистор и электромагнитное реле работают исправно.
При подаче на вход схемы электронного реле переменного напряжения
с частотой 100 Гц— 10 кГц оно усиливается в 15—20 раз транзисторным
усилителем. Нагрузкой усилителя в этом случае является обмотка реле.
98
0001100010
Рис. 49. Конструкция излучателя и приемника звука
Далее усиленное напряжение через конденсатор С4 подается на выпрямляю-
щую ячейку (Дь Д2, С5), работающую к тому же в режиме удвоения напря-
жения. Такая схема выпрямителя не только выпрямляет сигнал, но и уси-
ливает его в два раза.
Выпрямленный сигнал снимается с конденсатора С5 и через резистор R6
подается на базу транзистора, вводя его в режим насыщения. Реле должно
сработать.
Вся электрическая схема эхолокатора, включая электромагнитное реле,
монтируется на гетинаксовой или текстолитовой плате размером 120x80 мм,
толщиной 2,0 — 2,5 мм. Расположение деталей на плате продумайте сами.
Учтите рекомендации, данные на рисунке 18.
Питается схема от двух батареек 3336Л, включенных последовательно.
Потребляемый ток при отсутствии генерации не превышает 10 мА. Когда
схема генерирует звуковые колебания, а электронное реле сработало, общий
коллекторный ток равен около 40 мА.
Осталось изготовить громкоговоритель и микрофон, смонтировать их со-
вместно с электронной схемой на отдельной панели, и эхолокатор будет готов.
0001100011
99
Вспомните работу настоящего локатора. Чтобы повысить точность опре-
деления цели, его антенна имела форму вогнутого зеркала, как у прожек-
тора. В этом случае антенна излучает сигнал не равномерно во все стороны,
а узким пучком. Так же она его и принимает. В аппаратуре эхолокатора
желательно также иметь узконаправленный излучатель и приемник звуковой
энергии.
Обычные громкоговорители и микрофоны этим свойством не обладают.
Вот почему их пришлось заменить самодельными. Одновременно в 1,5—
2 раза повысился радиус действия аппаратуры.
Придется приобрести два телефонных капсюля типа ДЭМШ-1. Их можно
купить в магазине, где продаются радиодетали. Держатель капсюля выто-
чите из эбонита или дерева по рисунку 49. Делайте их сразу две штуки,
так как по конструкции громкоговоритель и микрофон в эхолокаторе совер-
шенно одинаковы.
Особенно будьте внимательны с выводными проводами. Припаяйте их
аккуратно к медным гвоздикам, утопленным в тело держателя. Включается
капсюль всей обмоткой, а средний вывод остается свободным.
Рупор, который, собственно, и обеспечивает узконаправленное излуче-
ние и прием сигнала, склейте из плотного тонкого картона. Отверстие вер-
шины конуса имеет в диаметре 4—5 мм. Рупор должен плотно входить в от-
верстие держателя, а необходимую прочность соединения обеспечивает клей
БФ-2 или БФ-6.
Одно из возможных решений крепления громкоговорителя и микрофона
на шасси тележки показано на рисунке 49. Здесь главное — обеспечить воз-
можно хорошую звуковую изоляцию их друг от друга. Чтобы в этом убе-
диться, проведите такой эксперимент. Движком переменного резистора R2
установите максимальное усиление усилителя. При этом схема, когда пре-
пятствие отсутствует, не должна генерировать. В противном случае вам
придется повозиться со звуковой изоляцией.
Возможные варианты использования эхолокатора «Редут-0001» на мо-
дели придумайте сами. Если от аппаратуры требуется радиус действия, не
превышающий одного метра, наш локатор отлично справится с поставлен-
ной задачей.
МОДЕЛЬ
ЗВУКОВОГО
ЛОКАТОРА
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
юо
Всем удобен эхолокатор «Редут-0001», но вот
беда — слишком мал радиус действия. Уметь
определять препятствия на расстоянии до одного
метра часто оказывается недостаточным.
Хорошо установить звуковой локатор на катер
и отправиться с товарищами в длительное путе-
шествие. Никакой туман не страшен, и можно уве-
ренно плыть в темноте. Но для этого нужно, чтобы
прибор определял дистанцию до препятствия на
расстоянии 4—5 м так же уверенно, как и на од-
ном метре.
А тем, кто увлекается спелеологией (наукой
об изучении пещер), усовершенствованный ва-
риант локатора поможет отлично «видеть» в пол-
ной темноте и хорошо ориентироваться в подзем-
ных лабиринтах. Кого заинтересовал такой лока-
тор, приступайте к делу!
0001100100
На рисунке 50 в самом верху приведена временная диаграмма импульс-
ных посылок летучей мыши. Там же дана формула, связывающая частоту
посылок с расстоянием до препятствия. Попробуйте вывести ее сами. Все
необходимые данные возьмите в предыдущем разделе.
В справедливости формулы можно убедиться, сравнивая эксперименталь-
ные данные, полученные американским ученым Дональдом Гриффином, с
расчетными. Зоолог был далек от рассмотрения летучей мыши как машины
с обратной связью и потому допустил неточность. Отсутствие кибернетиче-
ского подхода при рассмотрении механизма работы живого локатора не дало
ему возможности усмотреть имеющуюся закономерность. А то, что такая
связь существует, видно из таблицы. Для расстояний 1,5 и 4 м эксперимен-
тальные и расчетные данные почти сходятся.
Таблица
Расстояние до пре-
пятствия (в метрах)
Частота, полученная
из эксперимента
(в герцах)
Частота, полученная
расчетным путем
(в герцах)
5	4	3	2	1,5	1
22	—	50	57	105
17	21,3 28,3 42,5 56,8	85
Человеку есть чему поучиться у летучей мыши!
В книгах по зоологии вы могли читать, что пещеры служат убежищем
иногда для нескольких тысяч и даже миллионов летучих мышей. Известно,
что в Бракенской пещере, расположенной на юге США, обитает свыше
20 миллионов летучих мышей. Каждый вечер это огромное количество зверь-
ков покидает свое убежище, чтобы снова вернуться в него утром. При этом
мыши, как правило, не сталкиваются и не мешают друг другу. Можно только
удивляться совершенству их приемного аппарата, как при такой сложной
звуковой какофонии каждая мышь безошибочно выделяет и принимает эхо
именно принадлежащего ей сигнала.
Сейчас, когда в эфире работает столько радиостанций, порой мешающих
друг другу, отличные «мышиные» принципы селекции собственных звуков
привлекают внимание радиофизиков и инженеров.
Вы, конечно, читали о бионике? Бионика — это наука, которая изучает
основные процессы живой природы с целью их дальнейшего использования
при решении различных инженерных вопросов. Именно бионика призвана
помочь инженеру учиться у природы.
Создавая модель звукового локатора, мы также воспользовались реше-
ниями, используемыми летучей мышью. Блок-схема аппаратуры, данная на
рисунке 50, поможет вам разобраться в ее работе.
Всего в аппаратуре четыре «черных ящика», плюс громкоговоритель, ми-
крофон и частотомер со стрелочным прибором. Назначение усилителей не
0001100101
101
требует пояснений — они усиливают сигнал. Звуковой генератор — это при-
бор, вырабатывающий сигнал определенной частоты. В разбираемой схеме
частота равна 5000 Гц. Детектор выделяет из звукового импульса его оги-
бающую. Частотомер измеряет частоту сигнала. По показаниям стрелочного
прибора можно определять расстояние до препятствия, поскольку оно одно-
значно связано с частотой генерации.
Работает схема так. Сразу же после включения аппаратуры начинает
действовать звуковой генератор. Но мощность его выходного сигнала, к со-
жалению, невелика.
Поэтому между звуковым генератором и громкоговорителем поставлен
усилитель мощности. В результате громкоговоритель будет издавать доволь-
но громкий звук с частотою 5000 Гц.
2	I
По прошествии некоторого времени £зад — — эхо от посланного сигнала
попадет на микрофон. Далее оно усилится усилителем сигнала и поступит на
детектор. Как только на выходе детектора появится сигнал огибающей, он
Рис. 50. Блок-схема звукового локатора
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
тут же заставит замолчать звуковой генератор. Так специально устроена
схема. Пока на выходе детектора имеется какое-то напряжение, звуковой
генератор не работает. Значит, работал генератор ровно столько, сколько
времени потребовалось, чтобы сигнал от громкоговорителя дошел до микро-
фона. Столько же времени после этого громкоговоритель будет молчать.
Рассмотренный цикл, состоящий из звукового импульса и паузы, будет
повторяться через каждые Т с. В результате схема будет генерировать зву-
ковые посылки с частотой f = Остается измерить частоту генерации
и перевести ее в расстояние до препятствия. Эту задачу решает частотомер.
Расстояние до препятствия равно:
где с — скорость звука в метрах за секунду, f — частота генерации в герцах.
Вот так работает наш звуковой локатор. Примерно так же работает и
локатор летучей мыши.
102
0001100110
Как и большинство кибернетических конструкций, описываемых в книге,
модель звукового локатора разбита на самостоятельные платы. Всего плат
три: плата усилителя сигнала, плата усилителя мощности и плата звукового
генератора совместно с детектором. Начинать нужно с их изготовления и на-
ладки. Тогда сборка всей аппаратуры не займет у вас много времени и ло-
катор непременно сразу же заработает. При такой последовательности в ра-
боте вы не только глубже поймете функционирование каждого «черного
ящика», но и сможете внести усовершенствования в блок-схему. Схема ча-
стотомера настолько проста, что монтируется она вся на небольшой панель-
ке, укрепленной сзади стрелочного прибора.
Плата усилителя сигнала. Электрическая схема дана на рисунке 51. Это
трехкаскадный усилитель с коэффициентом усиления около 1000. Он оди-
наково хорошо усиливает переменное напряжение звуковой частоты в пре-
делах от 100 Гц до 10 кГц. В радиоэлектронике в таком случае говорят,
что усилитель имеет линейную частотную характеристику в пределах от
100 Гц до 10 кГц.
Рис. 51. Схема платы усилителя сигнала
Схема усилителя интересна для нас еще тем, что она имеет четыре отри-
цательных обратных связи. На три каскада — четыре обратных связи! Не
слишком ли много?
Поскольку все обратные связи отрицательные, то от усилителя можно
ожидать стабильной работы. Как бы ни менялись внешние условия, включая
температуру и питающее напряжение или параметры отдельных деталей,
его основные характеристики будут оставаться неизменными. Это прежде
всего относится к коэффициенту усиления.
Вам уже известно, что отрицательная обратная связь всячески старается
свести к нулю любое первоначальное возбуждение схемы и тем самым ста-
билизирует ее работу. Другое дело положительная обратная связь. Доста-
точно незначительного отклонения от состояния равновесия, как оно будет
все возрастать и возрастать, пока система не придет в другое, новое для
нее состояние.
Чтобы пояснить стабилизирующее действие отрицательной обратной
связи и дестабилизирующее действие положительной обратной связи, на ри-
сунке 52 приведены два примера из механики. Левый рисунок эквивалентен
0001100111
103
Рис. 52. Обратная связь в схемах радиоэлектроники
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
устойчивой системе, охваченной отрицательной обратной связью. Если по
каким-либо причинам шарик отклонится от состояния равновесия, то после
нескольких покачиваний он обязательно все же снова его займет. Что ка-
сается правого рисунка, то без пояснения понятно, что в этом случае поло-
жение шарика крайне неустойчиво. Он обязательно скатится вправо или
влево. Этот случай эквивалентен поведению схемы с положительной обрат-
ной связью.
К примерам с шариками мы еще не раз вернемся. Более наглядно, пожа-
луй, и не расскажешь, что такое устойчивая система и как ведет себя не-
устойчивая система.
Под рисунками с шариком даны четыре электрические схемы. Три из
них — различные усилители с отрицательной обратной связью. Четвертая
схема представляет генератор звуковых частот. Эта схема охвачена поло-
жительной обратной связью.
Рассмотрение начнем со схемы «а». Это обычный однокаскадный усили-
тель с обратной связью в цепи эмиттера. Как работает такая схема без об-
ратной связи при R3 = 0, вы должны знать. Об этом можете прочитать в
104
0001101000
книге В. Г. Борисова «Юный радиолюбитель» (1972). Один такой каскад
обеспечивает усиление сигнала в 50—100 раз.
Для чего понадобилось усложнять схему и включать резистор R3, а па-
раллельно ему еще конденсатор С3?
Больше всего неприятностей при работе транзистора доставляет зависи-
мость обратного тока коллектора 1к.о от температуры. При повышении тем-
пературы обратный ток транзистора увеличивается примерно в два раза на
каждые 10°С. Если, например, при температуре 20°С ток 1К0 составляет
5 мкА, то при повышении температуры до 50°С он возрастет примерно до
40 мкА. Само по себе такое изменение тока коллектора (всего на 35 мкА)
в большинстве случаев было бы не страшно. Но имеется одно «но», которое
портит все дело. При включении транзистора в схему «а» в цепи коллектора,
помимо тока, равного Ig-Д будет протекать так называемый сквозной ток
1к.о •
1к.о = I к.о • (Р + 1) ?
где ft—коэффициент усиления транзистора, а 1б — ток базы, определяемый
резистором Кб-
Из формулы следует, что увеличение тока 1к.о на величину Д1к.о =35 мкА
будет соответствовать, например при fi = 49, увеличению тока коллектора на
величину:
Д1к ~Д1ко • Q8+ 1)= 35(49 + 1) = 1,75 мА.
Обратный ток коллектора возрос на 35 мкА, а общий ток — на 1,75 мА.
С таким током уже нельзя не считаться.
Возрастание тока коллектора нежелательно по двум причинам. Во-пер-
вых, оно приведет к увеличению падения напряжения на резисторе RK.
Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора при этом резко
уменьшится и может упасть почти до нуля. Во-вторых, увеличение тока кол-
лектора влечет за собой изменение параметров транзистора и в первую оче-
редь коэффициента усиления Д
Обе разобранные причины и заставили нас прибегнуть к усложнению
схемы, чтобы повысить стабильность рабочего коллекторного тока при из-
менении температуры. Вот как теперь она работает.
Увеличение сквозного тока коллектора Д1к,о (рис. 52, а) при повышении
температуры приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R3.
Вследствие этого напряжение между точками 1 и 2 уменьшится, что при-
ведет к уменьшению тока 1б в резисторе R6, а также и в базе транзистора.
Составляющая тока коллектора 1к = 1б Р при этом уменьшится. Зная, что пол-
ный ток коллектора 1к состоит из двух составляющих
I к = I к.0 + 1б • Д
можно сделать такой вывод: температурные изменения первого слагаемого
(Гк.о) приведут к обратным по знаку изменениям второго слагаемого (1б*Д).
При правильном выборе параметров схемы оба слагаемых в некоторой мере
компенсируют друг друга так, что коллекторный ток транзистора при этом
остается неизменным.
Теперь вы тоже убедились, что в схеме на рисунке 52а показана отрица-
тельная обратная связь. А чтобы при этом каскад не терял усиления, рези-
стор R3 блокируется конденсатором С3.
0001101001
105
Усилитель — это, пожалуй, самый простой «черный ящик». К тому же он
чаще других встречается в кибернетических конструкциях.
Нигде обратная связь так широко не используется, как в радиоэлек-
тронике.
Каждый из двух каскадов схемы «б» (рис. 52) работает точно так же,
как схема «а». Их работа стабилизируется отрицательной обратной связью
за счет резисторов R3i и R32. Но этого оказалось недостаточно. За счет ре-
зистора Ro.c оба каскада охвачены еще третьей обратной связью. Разберем,
как она работает.
Допустим, по каким-либо причинам, включая повышение температуры,
несколько возрос коллекторный ток транзистора Тг Тут же уменьшится на-
пряжение между коллектором первого транзистора и общим проводом, и как
следствие упадет ток базы второго транзистора. При этом коллекторный ток
Т2 также уменьшится, что повлечет уменьшение падения напряжения на ре-
зисторе R Э2 • Поскольку ток базы транзистора Ti в основном определяется
этим напряжением, то он также уменьшится.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Кольцо обратной связи замкнулось, в результате чего коллекторный ток
первого транзистора восстановит свое прежнее значение. В схеме «б» мы
имеем дело с отрицательной обратной связью. Устойчивость работы схемы
обеспечена.
За счет отрицательной обратной связи, охватывающей оба каскада Ro.c,
схема «б» стабильно работает при изменении окружающей температуры от
— 10°С до +40°С. Общий коэффициент усиления равен 1000. По той же
причине входное сопротивление усилителя повысилось с 500—1000 Ом до
1,5—2,0 кОм.
Режим работы второго транзистора выбирается из условия, чтобы напря-
жение между коллектором Т2 и общим проводом было равно половине пи-
тающего напряжения. Это достигается подбором величины резистора R3i
в пределах 500—1000 Ом. Величина коллекторного напряжения первого
транзистора не критична и может меняться в зависимости от /5 транзи-
стора от 2 до 4 В.
Усилитель одинаково хорошо усиливает сигнал с частотами от 100 Гц
до 10 кГц.
106
0001101010
Очень интересна в работе схема «в» (рис. 52). В литературе она назы-
вается эмиттерным повторителем. На эмиттерном резисторе R3 полностью
повторяется входной сигнал с коэффициентом передачи, несколько меньшим
единицы.
Тут же возникает вопрос: для чего нужна такая схема, если она не уси-
ливает сигнала?
Эмиттерный повторитель — это каскад, имеющий большое входное сопро-
тивление (несколько сотен килоом) и очень малое выходное сопротивление,
равное 5—20 Ом. Это, собственно, не усилитель, а трансформатор сопро-
тивлений. Ставится он там, где нужно в схеме иметь низкоомный выход
и высокоомный вход.
Входное сопротивление эмиттерного повторителя примерно равной Вх ~
— Нэ-Д Сопротивление Рэ рекомендуется брать в пределах 1—4,7 кОм,
а /3 = 20—50. При этом R вх будет лежать в пределах 20—250 кОм.
Ни в одной другой схеме нет такой отрицательной обратной связи,
как в эмиттерном повторителе. Здесь она равна 100%. Это значит, что весь
120
б — монтажная схема
сигнал с выхода схемы полностью прикладывается к ее входу. Схема рабо-
тает очень стабильно. Разберите схему обратной связи самостоятельно.
Необходимый опыт у вас теперь есть.
Рассмотрев работу всех трех схем, «а», «б» и «в» (рис. 52), можно сде-
лать следующий вывод: отрицательная обратная связь всегда повышает
устойчивость работы аппаратуры. Этого никогда не следует забывать, и
надо стараться как можно чаще ею пользоваться.
Рассказывая об использовании обратной связи в радиоэлектронных схе-
мах, следует напомнить о генераторах синусоидальных колебаний. Без них
теперь не обходится ни радиопередатчик, ни радиоприемник. Схема, пока-
занная на рисунке 52, г, есть генератор звуковых частот. Ее подробный раз-
бор будет дан при описании платы «детектор — звуковой генератор».
Изготовление платы «усилитель сигнала» (рис. 51) начинайте с основа-
ния. Вырежьте его из куска гетинакса или текстолита толщиной 2,0—2,5 мм.
Размеры возьмите из рисунка 53. Монтажными стойками служат кусочки
медной проволоки (гвоздики) толщиной 1 мм, вставленные в отверстия
платы, залитые на рисунке черной краской.
0001101011
107
Данные деталей возьмите из электрической схемы. Распаивая их на пла-
те, строго придерживайтесь монтажной схемы и постарайтесь это сделать
как можно аккуратнее. Резистор R5 пока не ставьте. Сделаете это при на-
лаживании схемы.
Транзисторы Ti—Т3 перед установкой в схему проверьте на тестере. Коэф-
фициент усиления должен находиться в пределах 50—100. Нам подойдут не
только транзисторы, указанные на схеме, но и П13 — П16.
Налаживание платы сводится к подбору резистора R5. Временно поставь-
те вместо него переменный резистор 1,5—2,2 кОм. Подберите величину так,
чтобы вольтметр постоянного тока, подключенный параллельно R8, показы-
вал 4,5 В. Отпаяйте переменный резистор и замените постоянным. Его ве-
личина должна быть равна сопротивлению переменного резистора, заме-
ренному на омметре.
Для окончательной проверки работы схемы на вход усилителя (точки
2—3) от любого звукового генератора подайте сигнал в 1 мВ с частотой
1000 Гц. Движок переменного резистора R3 поставьте в крайнее верхнее
Рис. 54. Плата усилителя мощности
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
положение. На выходе (точки 6—7) вольтметр переменного тока должен
показать не менее 1 В. Разделив показания прибора на 1 мВ, вы получите
величину коэффициента усиления усилителя. Как уже говорилось, он не
должен быть меньше 1000. В крайнем нижнем положении движка резистора
Rs вольтметр покажет отсутствие сигнала.
Плата усилителя мощности. Не всегда от усилителя требуется, чтобы он
усиливал сигнал по напряжению. Иногда как раз все наоборот, на вход по-
дается сигнал, больший по амплитуде, чем снимается с выхода.
Значит, такой усилитель вовсе не усиливает? Нет, усиливает. Только
усиливает он сигнал не по напряжению, а по мощности. На вход его по-
ступает сигнал незначительной мощности, ну, скажем, в несколько микро-
ватт (мкВт), а с выхода снимаются сотни милливатт (мВт), а то и целые
ватты (Вт).
Выходная мощность нашего усилителя (рис. 54) составляет 0,2—0,25 Вт.
Питается схема от любого источника постоянного тока напряжением 9—12 В.
Одним из вариантов питания являются две последовательно соединенные ба-
тареи от карманного фонаря типа 3336Л.
108
0001101100
Усилитель потребляет ток 30—35 мА в режиме максимальной мощности.
Выход усилителя рассчитан на работу с электродинамическим громкогово-
рителем, имеющим сопротивление звуковой катушки 6—10 Ом. Нам подой-
дут малогабаритные громкоговорители типа 0,1 ГД, 0,15ГД, 0,2ГД и 0,25ГД.
Входное сопротивление усилителя составляет 2 кОм. Чувствительность, со-
ответствующая номинальной мощности, равна 0,2т—0,3 В.
Схема (рис. 54) имеет один каскад предварительного усиления напряже-
ния на транзисторе Ti и выходной двухтактный каскад, работающий в ре-
жиме класса В на транзисторах Т2 и Т3.
Выбранная схема выходного каскада делает усилитель очень экономич-
ным по питанию. Транзисторы Т2 и Т3 работают при токе покоя коллектора
в несколько миллиампер. Когда на схему не подается никакого сигнала, ток
коллектора Т2 и Т3 равен 1—2 мА.
Пожалуй, самыми ответственными деталями усилителя являются транс-
форматоры Tpi и Тр2. При их изготовлении нужно быть особенно вниматель-
ными. Лучше всего купить их в магазине. Спрашивайте междукаскадный
трансформатор и выходной трансформатор от карманных приемников
«Гауя», «Селга», «Сокол», «Альпинист», «Атмосфера» или «Юпитер». Мож-
но использовать и другие типы трансформаторов от малогабаритных прием-
ников, лишь бы их намоточные данные были близки к приводимым ниже.
Самодельный междукаскадный трансформатор Тр! выполнен на сердеч-
нике из пермаллоевых пластин Ш-6 или Ш-8, толщина набора — 6 мм. Пер-
вичная обмотка содержит 2000 витков провода ПЭ 0,1. Вторичная обмотка
состоит из двух секций по 500 витков провода ПЭ 0,1 в каждой.
Выходной трансформатор Тр2 собирается на таком же сердечнике, что и
междукаскадный. Первичная обмотка содержит две секции по 400 витков
провода ПЭ 0,14. Вторичная обмотка имеет 100 витков провода ПЭ 0,35.
Когда трансформаторы полностью собраны, проверьте их обмотки на обрыв.
Данные остальных деталей усилителя мощности приведены на рисун-
ке 54. Транзисторы Ti—Т3 перед тем, как впаивать в схему, обязательно про-
верьте на тестере. Нам подойдут транзисторы с коэффициентом усиления
от 30 до 60. Обратите обязательно внимание на начальный ток коллектора
1к.и- Отберите те транзисторы, у которых 1к н не превышает 5 мкА.
Вся электрическая схема, включая два трансформатора, монтируется на
гетинаксовой или текстолитовой плате размером 120x80 мм, толщиной
2,0—2,5 мм.
По рисунку 55, а на плате произведите разметку отверстий. Те из них,
что залиты краской, просверлите сверлом диаметром 1 мм. Затем во все
миллиметровые отверстия вставьте кусочки медного провода (гвоздики)
диаметром 1 мм и длиной 10 мм.
Расположение деталей на плате и сам монтаж сделайте строго по ри-
сунку 55, б. Особенно внимательны будьте при распайке выводных концов
трансформаторов. Напутаете в их подключении, усилитель работать не
будет. Отыскать такую ошибку бывает трудно даже опытному инженеру,
в распоряжении которого имеетсй вся необходимая измерительная аппа-
ратура.
Наладка схемы сводится в первую очередь к проверке монтажа. Необ-
ходимо тщательно проверить распайку выводов транзисторов. При этом же-
лательно убедиться в правильности номинальных значений резисторов. Кто
из вас не имеет еще достаточного опыта, именно в этом чаще всего допу-
скает ошибки. Если ошибочно впаяна деталь с другим номиналом, отыскать
неисправность бывает очень трудно.
0001101101
109
Необходимо в этой схеме замерить мощность сигнала, подаваемого
на громкоговоритель. Она и является выходной мощностью нашего уси-
лителя.
Подайте на вход платы (точки 2 —3, рис. 55) от звукового генератора
переменное напряжение 0,2 В, частотой 1000 Гц. К точкам 6—7 подключите
громкоговоритель нужного типа. Перемещая движок резистора R i вверх,
добейтесь максимальной громкости сигнала. Усилитель работает!
Любым вольтметром переменного тока измерьте напряжение сигнала,
подаваемого на громкоговоритель (точки 6—7). Подсчет выходной мощ-
ности производится по формуле:
Р = ^(Вт),
где U — напряжение по прибору в вольтах, R — сопротивление звуковой ка-
тушки громкоговорителя в омах.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Сопротивление звуковой катушки различных типов громкоговорителей
Тип громкоговорителя 0,1ГД-3 0,1ГД-6 0,1ГД-8 0,15ГД-1 0,2ГД-1
Сопротивление звуковой
катушки в омах	6,5	10,0	10,0	6,0	6,0
Предположим, что прибор покажет напряжение 1,5 В, а сопротивление
звуковой катушки равно 10 Ом. Тогда мощность сигнала, подаваемого на
громкоговоритель, равна р =	0,225 Вт. В этом случае из громкогово-
рителя должен раздаваться довольно громкий чистый звук.
Если полученная мощность окажется меньше 0,2 Вт, то следует подо-
брать величину резистора R 6. Эту операцию удобно проводить с помощью
переменного резистора несколько большего номинала, нежели рекомендуе-
мый. Последовательно с переменным резистором обязательно включите по-
стоянный резистор в 2—3 кОм. Он предохранит транзисторы от случайной
перегрузки большим током, который может возникнуть при выдвижении
движка в сторону минимального значения.
110
0001101110
Одновременно контролируется коллекторный ток обоих транзисторов.
В режиме покоя, то есть при отсутствии входного сигнала, он не должен
быть больше 1—2 мА. Миллиамперметр с током полного отклонения в 5 мА
включается между средней точкой трансформатора Тр2 и проводом питания.
Как ни проста схема усилителя мощности, но и в ней не удается обойтись
без обратной связи. Я уже говорил, в схемах радиоэлектроники они вас
будут преследовать всюду, и к этому будьте всегда готовы. В рассматри-
ваемой плате имеется одна отрицательная обратная связь за счет эмиттер-
ного резистора R4. Работа похожей схемы нами уже разбиралась. Такая
связь не только стабилизирует работу первого каскада по температуре, но
и увеличивает входное сопротивление до 4—5 кОм.
Плата звукового генератора и детектора. Полная электрическая схема
дана на рисунке 56.
Из всех плат, описанных в книге, эта, пожалуй, самая сложная. Тран-
зисторов в ней хотя и не так много, как, скажем, в плате электрических
фильтров (рис. 14), но разобраться в схеме будет не просто.
б — монтажная схема
С первого взгляда любая схема кажется сложной и запутанной. Но этого
не следует бояться, сложна она только вначале.
С чего начинать разбор электрической схемы неизвестного электронного
устройства?
Вначале все устройство постарайтесь представить в виде «черного ящи-
ка» и уясните, для чего он нужен, для решения каких задач предназначен.
Заодно уточните сигналы, которые подаются на «ящик» и которые с него
снимаются.
Как бы ни было сложно устройство, разобраться в нем поможет описа-
ние блок-схемы машины.
Назначение блок-схемы — разбить машину на блоки (устройства) и рас-
смотреть, как они взаимодействуют друг с другом.
А что значит на языке кибернетики «взаимодействуют друг с другом»?
Это значит, какими сигналами обмениваются между собою отдельные
устройства, какие сигналы подаются на их входы и какие снимаются с вы-
ходов.
В нашем случае «черный ящик» — это плата звукового генератора и де-
0001101111
111
тектора. Разбирая блок-схему модели звукового локатора, вы должны были
уяснить себе ее назначение. На вход платы (рис. 56, точки 2—3) подается
сигнал эха, который перед этим усиливается платой усилителя сигналов.
Входной сигнал имеет вид прерывистых звуковых импульсов с частотой за-
полнения около 5000 Гц.
Далее вам известно, что в плате имеется схема генератора звуковых ко-
лебаний, которая генерирует только тогда, когда сигнал на входе отсутст-
вует. При возвращении эха генератор тут же прекращает работать на время,
пока сигнал не исчезнет. Сигнал звукового генератора, работающего все
время вот в таком прерывистом режиме, и является выходным сигналом
платы.
Больше о работе разбираемой платы вам пока ничего не известно. Но,
оказывается, и того, что известно, вполне достаточно, чтобы самостоятельно
составить электрическую схему внутренностей «черного ящика». Вариантов
здесь будет, конечно, много. Каждый из вас захочет внести какие-либо
«усовершенствования». Но мудрить со схемами плат не советую. У вас для
Рис. 56. Схема платы звукового генератора и детектора
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
этого еще нет достаточно знаний и опыта. Берите их такими, какие они есть.
Все схемы тщательно проверены и надежно работают.
Разбирать работу незнакомой схемы советую всегда слева направо по
направлению прохождения сигнала. Вы уже могли заметить, что вход схемы
всегда чертится на рисунке слева, а выход — справа.
Прежде всего постарайтесь узнать в начертанных каскадах знакомые
вам схемы. Причем, как правило, если не все, то большинство каскадов вам
всегда будет знакомо. Тогда остается разобраться во взаимодействии их
друг с другом. Например, в плате рисунка 56 первые два каскада вам долж-
ны быть известны.
Каскад на транзисторе Ti —это электрический фильтр. Его работа по-
дробно описана на стр. 30. Работает он так же, как и электронное реле,
с той лишь разницей, что реагирует только на сигнал со строго определен-
ной частотой. Когда сигнал на вход каскада не подается или подается с ча-
стотой, не равной частоте настройки фильтра, транзистор заперт.
Как вы думаете, почему в плате используется селективное электронное
реле? То есть такое реле, которое реагирует на сигнал с определенной ча-
112
0001110000
стотой, равной резонансной частоте контура LjCi. Разве нельзя было бы ис-
пользовать обычное электронное реле, как в схеме рисунка 48? Там оно ра-
ботает в том же режиме, что и селективное реле. Его транзистор или заперт,
или открыт. Все зависит от того, есть сигнал на входе схемы или он отсут-
ствует.
Ответ на поставленный вопрос будет такой — использовать можно, но
в этом случае звуковой локатор будет реагировать не только на «свой»
сигнал, но и на любой «чужой». Такая система в работе будет ненадежна,
так как она никак не защищена от помехи.
Может быть, именно это решение помогает летучим мышам так успешно
разбираться в какофонии издаваемых ими же звуковых сигналов. По-види-
мому, каждая летучая мышь генерирует ультразвуковой сигнал с частотой,
чуть-чуть отличной от частоты своей соседки. Ее ухо принимает только
«свой» сигнал. У мыши тоже, наверное, имеется какой-либо фильтр! К со-
жалению, на этот вопрос ученые еще не дали ответа.
С выхода первого каскада (рис. 56) сигнал через резистор R4 поступает
на эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе Т2. Напряжение на
его выходе полностью повторяет сигнал на входе.
Нагрузкой эмиттерного повторителя служит каскад на транзисторе Т3.
Это и есть генератор звуковых частот. Когда транзистор Ti заперт, все на-
пряжение питания платы через резисторы R 3 и R 4 прикладывается к базе
транзистора Т2 и далее на схему генератора. В результате генератор генери-
рует звуковые колебания. Когда транзистор Ti открыт — генератор не рабо-
тает, напряжение на него не подается.
Генератор, генерировать... Как часто мы произносим эти слова. А что
такое генератор?
Если обратиться к «Словарю радиолюбителя» С. Э. Хайкина (1966), то
там сказано так: «Генератор — это прибор, генерирующий (создающий)
электрические напряжения или токи». Кибернетику трудно согласиться с та-
ким определением. На любое незнакомое устройство он смотрит как на
«черный ящик» и старается прежде всего исследовать его входной и выход-
ной сигналы.
Физика это положение тоже подтверждает. Из нее вы знаете, что перпе-
туум мобиле невозможен!
Чтобы генератор генерировал, на него нужно подавать питающее напря-
жение. Это и будет в конкретном случае входным сигналом разбираемого
«черного ящика». Выходным сигналом является генерируемое переменное
напряжение звуковой частоты. Если входной сигнал отсутствует, то есть
если на схему генератора не подается питающего напряжения, то, естест-
венно, выходной сигнал будет равен нулю.
Внутренности генератора могут быть самыми разными. Но во всех слу-
чаях в схеме должен быть усилитель с коэффициентом усиления больше
единицы, охваченный положительной обратной связью.
Разберем, как действует положительная обратная связь в схеме ри-
сунка 56.
Усилитель в схеме найти нетрудно. Он собран на транзисторе Т3. Его на-
грузкой является колебательный контур Ь2, С3, С4. Подобный усилитель в ра-
диотехнике называется резонансным усилителем. Ему не безразлично, какой
сигнал усиливать. Если частота входного сигнала близка к резонансной
частоте контура, коэффициент усиления резко возрастает. Для всех осталь-
ных частот он может быть даже меньше единицы. Вот почему рассматри-
ваемую схему еще называют селективным усилителем.
0001110001
из
Цепь положительной обратной связи — это провод, идущий от конденса-
торов С3—С4 к резистору R 7. Поскольку используется селективный усили-
тель, то схема будет генерировать сигнал только с частотой, равной резонанс-
ной частоте контура L2, С3, С4. Это потому, что положительная обратная
связь работает только на этой частоте. Перестройку частоты проще всего
производить, изменяя индуктивность катушки сердечником подстройки.
В схеме генератора можно использовать и обычный усилитель, где на-
грузкой является резистор. Но в этом случае условия генерации соблю-
даются одновременно для большого числа гармонических сигналов с раз-
личными частотами. Получится обычный мультивибратор, с работой кото-
рого вы уже знакомы по второй главе.
На этом разбор схемы звукового генератора и детектора закончим.
Как сделать плату, прочтите на стр. 32. Чертеж и монтажная схема
даны на рисунке 57.
Катушки Lj и L2 намотайте, используя ферритовый броневой сердечник
типа СБ-14 или ОБ-12. Число витков — 200—250, провод — ПЭ 0,1.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Налаживание платы лучше начинать с генератора. Подайте на него от
двух последовательно включенных батареек 3336Л необходимое напряже-
ние и подбором резистора R5 добейтесь, чтобы схема генерировала. Под-
ключите к точкам 6—7 высокоомные головные телефоны, и вы услышите
довольно громкий писклявый тон. Генератор работает. Измерьте частоту
выходного сигнала. Если она значительно отличается от 5000 Гц, то попро-
буйте сердечником катушки Ь2 перестроить индуктивность. Когда и это не
помогает, изменяйте число витков катушки.
Вторым настраивается селективное реле на транзисторе Ть Об этом по-
дробно рассказано на стр. 33. Резонансная частота должна равняться ча-
стоте сигнала генератора. В противном случае придется подстраивать кон-
тур ЦС1.
Для окончательной проверки платы восстановите схему и включите пи-
тание. В телефонах, подключенных на выход (точки 6—7), вы услышите
звук. Соедините коллектор транзистора Ц с общим проводом питания, звук
должен пропасть. Напряжение питания в этом случае на генератор не по-
дается. Вот почему он замолчал.
114
0001110010
Тот же результат вы получите, если точку 2 соедините с точкой 1. Тран-
зистор Ti откроется, и, как результат, напряжение на его коллекторе упадет
до нуля.
Испытания схемы подтвердят вам не только исправную работу всех трех
каскадов, но и правильное их совместное функционирование. Ни одну плату,
а тем более такую сложную, как эта, нельзя ставить в устройство без пред-
варительной проверки. Запомните этот совет, он не раз вас еще выручит.
Частотомер. Это прибор, на вход которого подается электрический сиг-
нал неизвестной частоты напряжением 1—5 В. Частота определяется непо-
средственно по стрелочному прибору, шкала которого размечена в герцах.
И что самое ценное, в описываемом частотомере никакой предварительной
градуировки не требуется. Все достигается расчетным путем с вполне доста-
точной для нас точностью.
При использовании частотомера в модели звукового локатора шкалу
удобнее разметить прямо в метрах до препятствия. Как перевести метры
в герцы и наоборот, я уже писал в начале раздела.
120------------------------1
б — монтажная схема
Схема частотомера приведена на рисунке 58. Принцип измерения осно-
ван на заряде и разряде конденсатора С2. Проследим с самого начала, как
все получается. Во-первых, это поможет понять работу прибора, а во-вто-
рых, нам нужно вывести формулу, которая бы связала показания милли-
амперметра с измеряемой частотой сигнала.
Измеряемый сигнал через конденсатор Ci и ограничительный резистор
R2 поступает на базу транзистора Ть Посмотрите повнимательнее на схему:
то, что нарисовано слева, — это самый обычный каскад усиления напряже-
ния. Единственное, что может вас смутить, так это несколько необычная его
нагрузка, состоящая из двух диодов Д! и Д2 и стрелочного прибора.
Рабочая точка транзистора выбирается строго на середине линейного
участка, что достигается соответствующим подбором резистора Rb В ре-
зультате на выходе каскада на резисторе R 3 имеем ограниченное с двух сто-
рон переменное напряжение неизвестной частоты. Но это только тогда,
когда величина входного сигнала превышает 1 В. Вот почему каждый раз
перед определением частоты неизвестного сигнала требуется измерить его
напряжение.
0001110011
115
Когда транзистор Ti заперт, все напряжение источника питания прикла-
дывается к конденсатору С2, последовательно включенному с диодом Д! и
миллиамперметром. Диод Д2 в этот момент заперт, так как включен в обрат-
ном направлении. Конденсатор С2 будет заряжаться. Его зарядный ток, про-
ходя по рамке прибора, вызовет отклонение стрелки, пропорциональное
среднему значению проходящего тока.
В тот момент, когда транзистор Ti открыт, конденсатор С2 разряжается
через диод Д2 и проходное сопротивление коллектор—эмиттер транзистора.
Постоянные времени цепей заряда и разряда выбраны таким образом,
что при каждом цикле заряд — разряд конденсатор успевает зарядиться до
напряжения источника питания и разрядиться до нуля. Поэтому можно счи-
тать, что полный электрический заряд конденсатора равен:
Q = С2 • Eg,
где Q—заряд конденсатора, а Еб — напряжение источника. Об этой форму-
ле вы можете прочитать в учебнике по физике для 10-го класса.
Рис. 58. Частотомер
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Весь ток электрического заряда протекает через миллиамперметр за вре-
мя одного периода измеряемого сигнала — Тизм. Отсюда среднее значение
тока, то есть ток, который показывает прибор, равен:
I пр — 7Z- ~ /иЗМ ’ С2 * Еб ,
1 изм
где /изм — частота в герцах. Остальные обозначения вам уже известны.
Чтобы получить окончательное выражение формулы, Q мы заменили на
С2 • Еб, а тт; на Уизм.
1 изм
Теперь решим полученное выражение относительно /изм и получим
искомую формулу, связывающую частоту сигнала с показаниями миллиам-
перметра:
/	— 1пр • 1000 /р ч
/изм - Сз . Е6 и НЬ
где С2 — емкость в микрофарадах, 1пр — показания стрелочного прибора в
миллиамперах, Еб—напряжение источника питания в вольтах, Еб = 9 В.
116
0001110100
Емкость конденсатора и напряжение питания постоянны. Следовательно,
ток, проходящий через прибор, зависит только от измеряемой частоты сиг-
нала. При конденсаторе С2 = 1,1 мкФ расчетная формула принимает вид:
f ИЗМ = 1пр (мА) • 100 (Гц),
Например, прибор показывает ток, равный 0,5 мА. В этом случае измеряе-
мая частота равна 50 Гц.
В схеме частотомера используется миллиамперметр с током полного от-
клонения в 1 мА, что будет соответствовать частоте 100 Гц.
При С2 =0,11 мкФ расчетная формула принимает вид:
fизм = 1пр (мА)1000 (Гц)^
что соответствует 1000 Гц при полном отклонении стрелки прибора.
Изготовление частотомера начинайте с подбора необходимых радиоде-
талей согласно электрической схеме (рис. 58).
Рис. 59. Схема звукового локатора
В качестве миллиамперметра подойдет любой стрелочный прибор по-
стоянного тока с чувствительностью 1 мА на всю шкалу.
Необходимую величину емкости С2 проще всего получить из двух парал-
лельно включенных конденсаторов.
Транзистор Т] может быть любого типа из МП39—МП42. Лишь бы он
был исправен и имел коэффициент усиления 50—100. Перед тем, как его
впаивать в схему, не забудьте проверить на тестере.
Величина резистора R! подбирается в зависимости от /3 транзистора из
условия работы каскада строго на середине линейной характеристики.
При проверке диодов Д1 и Д2 на омметре обратите внимание на величину
прямого сопротивления. Отберите те, у которых наименьшее прямое сопро-
тивление. Схема настолько проста, что предварительно собирать ее на макет-
ном шасси нет необходимости. Один из вариантов расположения деталей на
плате, а также общий вид прибора показаны на рисунке 58.
После того, как прибор смонтирован и подобрана величина резистора
R ь еще раз проверьте полярность подключения диодов. Шкалу стрелочного
прибора разметьте в герцах или метрах.
0001110101
117
Сборка звукового локатора. Полная схема звукового локатора дана на
рисунке 59. Она включает три платы: плату усилителя сигналов, плату уси-
лителя мощности и плату звукового генератора с детектором. С работой
и изготовлением всех трех плат вы познакомились. Как работает частото-
мер, тоже знаете. Микрофон и громкоговоритель можно использовать от
эхолокатора «Редут-0001». Не забудьте, что громкоговоритель подключается
без выходного трансформатора, прямо к точкам а-а (рис. 54).
Из физики вы знаете, как подсчитать длину волны звуковых колебаний,
зная их частоту и скорость звука. Формула такая:
л _ С 34000 /	\
л - у- = —-— (см),
где л — длина волны звука в воздухе в сантиметрах, с — скорость звука в
воздухе в сантиметрах за секунду, f — частота звуковых колебаний в герцах.
В нашем локаторе частота звуковых колебаний выбрана равной 5000 Гц.
Отсюда длина волны звуковых колебаний в воздухе равна 6,8 см.
ОБРАТ Н АЯ СВЯЗЬ
Рупор будет тогда излучать и принимать звук узким пучком, когда его
размеры больше длины волны. Рупор от локатора «Редут-0001» этому усло-
вию полностью не удовлетворяет. Лучше сделать другой рупор, большего
размера, а капсюль оставить от ДЭМШ-1. Одно плохо: сразу же увеличатся
габариты аппаратуры в целом.
Конструктивно локатор может быть выполнен в двух вариантах (рис. 60).
Один из них рассчитан на установку аппаратуры на катер или автомобиль,
второй — чтобы держать в руках. Оба варианта питаются от комплекта ба-
тарей из двух 3336Л.
Пожалуй, самым трудным будет добиться хорошей звуковой изоляции
между громкоговорителем и микрофоном. Для этого можете воспользоваться
рекомендациями, приведенными в описании эхолокатора «Редут-0001».
Проверку работы локатора начинайте на предметах, имеющих большую
поверхность отражения, таких, как забор или стена дома. Убедившись, что
все работает, переходите к обнаружению стволов деревьев и густых кустар-
ников. При некотором опыте вы и их будете уверенно «видеть» на расстоя-
нии до 5 м.
118
0001110110
Используя звуковой локатор для измерения скорости звука, частоту им-
пульсных посылок придется определять с большей точностью. Описанный
частотомер для этих целей уже не подойдет. Он слишком груб. Здесь по-
дойдет метод измерения частоты с помощью осциллографа и звукового гене-
ратора по фигуре Лиссажу.
Установите жестко локатор на расстоянии пяти метров от глухой стены
здания и измерьте частоту звуковых импульсов в герцах. Скорость звука при
этом определяется по формуле:
с= 41 -f (м/с),
где / — расстояние от рупора до стены в метрах.
Чем точнее измерите расстояние до препятствия и частоту импульсов,
тем точнее получите результат. Эксперимент можно усложнить и попытаться
определить зависимость скорости звука от температуры и влажности воздуха.
Хотя звуковой локатор мы и назвали моделью, но работает он отлично,
как настоящий!
Ни одна электронная вычислительная машина
не обходится без триггеров. Триггер «запоминает»
числа, работает в счетчиках, он же заменил в ЭВМ
ТРИГГЕР	электромагнитное реле. К какой бы схеме циф-
ровой техники мы ни обратились, везде триггеры.
В принципе триггер — это двухкаскадный уси-
литель постоянного тока с положительной обрат-
ной связью (рис. 61, а). Понять его работу нам
поможет электромеханическая модель.
В схеме на рисунке 61,6 реле 2 включено и
его контакт замыкает на общий провод обмотку
возбуждения реле 1. В таком состоянии модель
может находиться сколь угодно долго.
Чтобы заставить схему перейти в противопо-
ложное состояние, достаточно на мгновение зам-
кнуть точку В на общий провод. Внимательно
проследите, что же произойдет в этом случае.
Обмотка реле 2 окажется закороченной, и ток в ней прекратится. Ее
контакт разомкнется, в результате чего тут же сработает реле 1 и своим
контактом зашунтирует обмотку реле 2. После этого точку В можете от-
соединить от общего провода. Больше это никакой роли не играет. Устойчи-
вым состоянием схемы теперь будет то, при котором реле 1 включено, а реле
2 выключено. Картина полностью изменилась. Если до начала опыта реле 2
было включено, а реле 1 выключено, то после кратковременного присоедине-
ния точки В на общий провод все стало наоборот.
Закоротите на долю секунды обмотку реле 1 и проследите, как поведет
себя схема. Она вернется в первоначальное состояние. Реле 1 выключится,
а взамен сработает реле 2.
Разобрав поведение электромеханической модели триггера, не
трудно сделать такой вывод: схема имеет два устойчивых состояния. Всегда
должно быть включено одно из двух реле: или реле 1, или реле 2. Одновре-
менно оба реле включены быть не могут, так же как не может быть положе-
ния, при котором оба реле выключены. И еще важно отметить одну особен-
ность в работе триггера. Чтобы его перевести из одного состояния в другое,
0001110111
119
достаточно очень кратковременного воздействия на схему. Вспомните, мы
замыкали точку В или А на общий провод буквально на доли секунды, после
чего воздействие больше не нужно.
Так работает модель триггера. Точно так же работает схема электронного
триггера. Только взамен реле в ней включены два транзистора.
Но ведь транзистор, да еще работающий в режиме переключения, —
это и есть реле, электронное реле. Не зря же, когда впервые появилась ра-
диолампа, ее называли катодным реле. Да и изобретение ее было связано
с необходимостью заменить электромагнитное реле каким-либо менее инер-
ционным прибором.
Отбросьте на время из рассмотрения транзисторы Ti и Т4 (рис. 61, а). Луч-
ше всего это сделать, закрыв их полосками бумаги. Схема триггера сразу
стала похожа на свою электромеханическую модель. Те же два резистора,
только взамен реле включены транзисторы Т3 и Т2. Коллектор транзистора
Т2 соединен с базой транзистора Т3, и, наоборот, коллектор Т3 соединен с ба-
зой Т2.
ТЬ4-МП39-МП42
Рис. 61. Триггер:	а — электрическая схема,
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Внимательно разберем работу схемы.
Пусть транзистор Т2 открыт; тогда напряжение на его коллекторе почти
равно нулю. Поскольку коллектор непосредственно соединен с базой тран-
зистора Т3, то напряжение на базе также близко к нулю и транзистор Т3
практически заперт. В то же время в базу транзистора Т2 поступает доста-
точно большой ток, поддерживая его в открытом состоянии. В таком поло-
жении схема может находиться сколь угодно долго. Рассмотренное состоя-
ние схемы устойчиво.
Для перехода схемы в другое устойчивое состояние достаточно точку В
на мгновение замкнуть с общим проводом. Моментально напряжение на
базе Т2 упадет до нуля, и транзистор запрется. Как результат, напряжение
на коллекторе Т2 возрастет настолько, что откроет транзистор Т3. Теперь
можно точку В отключить от общего провода. Больше в этом никакой необ-
ходимости нет. Схема приняла второе устойчивое состояние.
Чтобы каждый раз не возиться с закорачиванием точек А и В, в схему
добавлены два транзистора Ti и Т4. В работе самого триггера они не прини-
мают никакого участия, а лишь управляют его работой.
120
0001111000
Вместо того, чтобы закорачивать точку А с общим проводом, подайте на
транзистор Ti отрицательный импульс. Транзистор откроется, и его проход-
ное сопротивление практически снизится до нуля. В этом случае транзистор
нам заменил кусок проволоки, которым мы точку А соединяли с общим про-
водом.
Транзистор Т3 запрется, а транзистор Т2 откроется. Схема займет свое
первоначальное состояние.
При подаче отрицательного импульса на транзистор Т4 схема триггера
примет второе устойчивое состояние, противоположное тому, что было толь-
ко что разобрано.
Что касается длительности управляющих импульсов, то она буквально
может равняться нескольким микросекундам. Трудно даже себе представить
такой короткий промежуток времени, в несколько миллионных долей се-
кунды!
За одну секунду триггер может переключиться из одного устойчивого
состояния в другое более миллиона раз, то есть его быстродействие равно
BAB АВ ABABA
б — временная диаграмма работы триггера
0,000001 с. Подобная скорость переключения недоступна обычному электро-
магнитному реле. Более того, быстродействие нейрона (нервной клетки на-
шего мозга, работающей по принципу триггера) составляет 0,0005 с. А чтобы
вернуть нейрон в исходное положение, при котором он вновь будет готов
к восприятию внешнего воздействия, требуется еще более длительное вре-
мя — примерно 0,005 с. Стало быть, «электронный нейрон» способен проде-
лывать вычисления чуть ли не в 5000 раз быстрее человеческого! Для срав-
нения скажу, что скорость «ТУ-104» превышает скорость деревенской телеги
всего в 100 раз.
Как же протекает столь мгновенный процесс переключения триггера из
одного состояния в другое? Оказывается, все дело в обратной связи.
Схема триггера, показанная на рисунке 61, а, — это два усилителя по-
стоянного тока, включенных один за другим. Каскад на транзисторе Т2 —
первый усилитель, на транзисторе Т3 — второй усилитель. Выход первого уси-
лителя (точка А) соединен со входом второго усилителя. С его выхода
(точка В) сигнал прямо поступает на вход первого каскада. Получилась
обратная связь.
0001111001
121
Рассмотрим, как эта связь действует. Только после этого можно будет
определить, какая это связь — положительная или отрицательная. Пока нам
еще ничего не известно.
Мы уже разобрали, что в схеме триггера невозможно устойчивое со-
стояние, при котором оба транзистора работали бы в линейном режиме. Лю-
бое случайное изменение величины тока или напряжения тут же приведет
к нарастанию тока в одном транзисторе и к уменьшению в другом.
Допустим, что коллекторный ток транзистора Т2 немного возрос. Это вы-
зовет уменьшение напряжения в точке А и тока базы транзистора Т3. По-
следнее в свою очередь приведет к уменьшению коллекторного тока Т3. Уве-
личение напряжения в точке В по цепи обратной связи передастся на базу
транзистора Т2 и еще больше увеличит его коллекторный ток. Первоначаль-
ный сигнал возбуждения таким образом несколько раз обернется по рассмат-
риваемому кольцу, с каждым разом увеличивая свое воздействие на схему.
Вот почему рассматриваемый процесс называется лавинообразным про-
цессом.
Рис. 62. Схема платы триггера
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Лавинообразный процесс возникает, когда усилитель охвачен положи-
тельной обратной связью. А уж если процесс начался, то прекратить его
невозможно до тех пор, пока схема не займет новое устойчивое состояние.
Это произойдет, когда либо транзистор Т3 запрется, либо Т2 полностью от-
кроется. В том и в другом случае прервется действие обратной связи, по-
скольку коэффициент усиления одного из каскадов упадет до нуля. Вспо-
мните, разве может усиливать каскад, когда его транзистор заперт или
находится в режиме насыщения?
Под воздействием внешнего запускающего импульса запертый транзи-
стор откроется, восстановится положительная обратная связь и в схеме
вновь возникнет лавинообразный процесс. Схема перейдет в первоначальное
состояние, когда транзистор Т2 был заперт, а Т3 — открыт.
Запуск (переключение) триггера из одного устойчивого состояния в дру-
гое может осуществляться в основном двумя способами. Один из них на-
зывают раздельным запуском, а другой — счетным запуском.
Раздельный запуск мы уже рассмотрели, разбирая работу схемы, при-
веденной на рисунке 61, а. Запуск производится от двух отдельных импуль-
122
0001111010
сов, подаваемых на два входа (Ti и Т4). Левый импульс вызовет опрокиды-
вание триггера только в том случае, если до этого транзистор Т2 был заперт,
а Т3 — открыт. В случае же обратной картины схема триггера никак не от-
реагирует на запускающий импульс, подаваемый слева. В то же время она
будет чувствительна к запускающему импульсу справа.
Вспомните опыт с шариком (рис. 52). Чтобы шарик перебросить через
горку, скажем слева направо, вначале его нужно забросить на вершину.
Дальше уже не нужно прикладывать никаких усилий, шарик сам скатится
вправо.
Так же дело обстоит и в триггере. Запускающий импульс должен
вывести схему на «вершину», а дальше сделает свое дело положительная
обратная связь.
В некоторых случаях запуск схемы требуется осуществлять от одного и
того же источника импульсов, подаваемых на один, так называемый счет-
ный, вход триггера. Отсюда и возникло название счетного запуска. Вот как
это получается. Запускающие импульсы положительной или отрицательной
полярности подаются одновременно через диоды или разделительные кон-
денсаторы на базы или коллекторы сразу обоих транзисторов.
Опыт с шариком поможет нам более наглядно понять и такой режим ра-
боты триггера.
Представьте себе, что с обеих сторон горки стоят два ваших помощ-
ника. В руках одного из них, например у левого, находится шарик. По ва-
шей команде оба помощника резко пытаются забросить шарик на вер-
шину и тут же опускают руки. Левому мальчику это удается, так как шарик
был у него в руках. В результате шарик скатится направо. Правый помощ-
ник в то же время просто попусту махал руками.
При повторной команде шарик будет переброшен влево от вершины. На
третью команду шарик вернется в первоначальное состояние, и так далее.
Получился делитель команд на два!
Плата триггера. Схема, приведенная на рисунке 62, имеет два раздель-
ных входа (точки 2 и 3) и два выхода (точки 6 и 7). Работа такой схемы по-
дробно разбиралась на предыдущих страницах.
Если запускающие импульсы положительной полярности подавать от
двух источников каждый на свой вход, то триггер будет работать в режиме
раздельного запуска. Амплитуда импульсов запуска не должна быть меньше
1 В. Схему можно запускать и отрицательными импульсами, но для этого
придется поменять полярность включения диодов Д1 и Д2.
Достаточно соединить между собою оба входа (точки 2 и 3), как триггер
приобретает счетный запуск. Теперь он будет работать как делитель импуль-
сов запуска на два. Чаще всего в электронных вычислительных машинах
триггер так и используется.
Новым в схеме триггера по сравнению с рисунком 61, а для вас будет
включение конденсаторов С3 и С4.
Для чего они нужны?
Кратко расскажу об этих конденсаторах.
Кто из вас строил приемную или передающую аппаратуру на УКВ, тот
знает, как важно правильно разместить детали и сократить по возможности
длину соединительных проводников. Взаимная емкость между проводни-
ками, расположенными неподалеку друг от друга, создает так называемые
паразитные связи. Именно от этого работа аппаратуры становится неустой-
чивой и ненадежной.
Нежелательные, паразитные емкости транзистора — это в основном
0001111011
123
входная емкость база—эмиттер и выходная емкость коллектор — эмиттер.
Обе они замедляют лавинообразный процесс в триггере.
Наличие паразитных емкостей монтажа и транзисторов приводит к тому,
что переход триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит
не мгновенно, а за какое-то конечное время. Хотя, как я уже рассказывал,
это время очень маленькое, но и его желательно свести к минимуму. Вот
для этого в схему и поставлены так называемые ускоряющие конденсаторы
С3 и С4. Благодаря им изменения напряжения на коллекторе одного из тран-
зисторов практически без ослабления и мгновенно передаются на базу дру-
гого транзистора, что увеличивает быстродействие триггера.
Отклонения в величинах радиодеталей на ±20% от указанных на схеме
не повлияют на работу триггера.
Но при этом нужно стараться, чтобы у симметрично расположенных
радиодеталей была одна и та же величина.
Например, величину резистора R3 можно безболезненно увеличить до
5,1 кОм, но тогда и R4 следует брать 5,1 кОм.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Транзисторы Ti и Т2 перед тем,как ставить в схему, обязательно проверьте
на тестере. Нам подойдут транзисторы с коэффициентом усиления от 30 до
100, но по возможности одинаковые.
Плату сделайте из гетинакса или текстолита, размером 120 X 80 мм, тол-
щиной 2,0—2,5 мм. Чертеж платы дан на рисунке 63. Все детали, включая
транзисторы, диоды, конденсаторы и резисторы, смонтируйте на гвоздиках,
строго придерживаясь монтажной схемы.
Никакой регулировки плата не требует. Ее проверка также займет у вас
немного времени.
Подайте на плату питание и измерьте вольтметром постоянного тока на-
пряжение между коллектором и общим проводом у обоих транзисторов.
Один из них, все равно какой, должен быть обязательно открыт, и прибор
на открытом транзисторе покажет: напряжения на нем нет.
В это же время второй транзистор будет заперт. Напряжение на его кол-
лекторе равно —9 В.
Чтобы проверить раздельный запуск триггера, потребуется отдельная ба-
тарейка 3336Л. Ее отрицательный зажим соедините с общим проводом, а по-
124
0001111100
ложительный пока оставьте свободным. Подключите параллельно транзи-
стору Т2 (точки 6—8) вольтметр постоянного тока со шкалою 0—10 В. При-
бор покажет одно из двух равновозможных состояний транзистора: или он
заперт, или находится в режиме насыщения.
В первом случае стрелка будет находиться около 8,5 В, а во втором —
около 0 В.
Если транзистор Т2 открыт, то достаточно на долю секунды присоединить
положительный зажим батарейки к точке 2, как схема опрокинется и займет
второе устойчивое состояние. Вольтметр покажет напряжение —8,5 В. После
этого коснитесь зажимом батарейки точки 3, и триггер мгновенно опроки-
нется в первоначальное состояние. Вольтметр покажет отсутствие напря-
жения.
Аналогично проверяется счетный запуск триггера. Но для этого не за-
будьте соединить проводником оба входа (точки 2 и 3).
С использованием триггера в кибернетических конструкциях вы познако-
митесь во второй половине книги.
120	У
б — монтажная схема
МУЛЬТИВИБРАТОР
Мультивибратор — это генератор периодиче-
ской последовательности импульсов прямоуголь-
ной формы. Обычно он применяется в устройст-
вах кибернетики в качестве автоматического
переключателя. С таким его использованием вы
уже сталкивались в переключателе елочных гир-
лянд и в плате электронного волчка.
Триггер имеет два устойчивых состояния, а вот
мультивибратор не имеет ни одного. Это все рав-
но, что шарик на рисунке 52 полежал бы некото-
рое время слева от вершины горки,после чего его
кто-то перебросил вправо. Но и справа он долго
не задержится, немного полежит и перебросится
влево. Слева направо, справа налево.. . Так ша-
рик и не находит себе постоянного места, а все
время перебрасывается с одной стороны вершины
на другую.
0001111101
125
Мультивибратор непрерывно, автоматически занимает то одно, то дру-
гое состояние. Но ни одно из них считать устойчивым нельзя. Побудет муль-
тивибратор в одном из двух возможных состояний некоторое время и пере-
бросится в другое. Там тоже некоторое время задержится и вернется в преж-
нее состояние. И так все время, пока на схему подается напряжение от
источника питания.
Оба рассматриваемых временных промежутка могут быть одинаковыми,
тогда мультивибратор называется симметричным. При этом длительность
импульса, генерируемого схемой, равна паузе. Когда мультивибратор в од-
ном из двух возможных состояний задерживается дольше, чем в другом, то
он называется несимметричным мультивибратором.
Время, в течение которого схема мультивибратора находится в одном или
в другом состоянии, может меняться от микросекунд до нескольких секунд.
Делается это очень просто. Для этого достаточно изменить номиналы двух
резисторов или двух конденсаторов. Когда такие изменения требуется про-
изводить плавно, то в схему ставится переменный резистор.
Рис. 64. Схема платы мультивибратора
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Плата мультивибратора. Мультивибратор, схема которого приведена на
рисунке 64, представляет два связанных между собою усилительных каскада
на резисторах. Выходное напряжение первого из них (транзистор TJ воз-
действует на вход* второго (транзистор Т2), а выходное напряжение вто-
рого — на вход первого.
Мультивибратор, как и триггер, — это усилитель, охваченный положи-
тельной обратной связью. Существенной особенностью работы мультиви-
братора является то, что положительная обратная связь здесь осущест-
вляется через накопитель энергии, то есть через обычный конденсатор
(Ci и С2). В триггере никаких конденсаторов связи нет. Там все обстоит зна-
чительно проще. Каскады непосредственно связаны один с другим; правда,
иногда связь осуществляется через резисторы. Что касается лавинообраз-
ного процесса при переходе из одного состояния схемы в другое, то он про-
текает точно так же, как в триггере.
Как видите, в поведении мультивибратора имеется очень много схожего
с триггером.
Время задержки мультивибратора в одном из двух возможных состояний
126
0001111110
определяется процессом разрядки одного из конденсаторов — Ci или С2. Кон-
денсатор Ci разряжается на резистор R 2 + 1/2R 3 через открытый в это время
транзистор Т2, а конденсатор С2 —на R4 + 1/2R 3 через транзистор Ть Пе-
риод колебаний мультивибратора, таким образом, определяется постоянны-
ми времени цепей разряда этих конденсаторов. Если они одинаковы, то есть
Ci = Q2, a R2 = R4, то период колебаний такого симметричного мультивиб-
ратора будет равен:
1	1000
где R = R2 + 1/2 R3 (кОм), С = Cj = С2 (мкФ).
Приведенная формула дает хорошее совпадение с экспериментом для
частот генерации ниже 10 кГц. На более высоких частотах начинают замет-
но сказываться паразитные емкости. Величина резистора R может нахо-
диться в пределах от 4,7 кОм до 100 кОм.
Пользоваться приведенной формулой не так-то уж сложно. Допустим,
вам нужно, чтобы мультивибратор генерировал симметричный сигнал с ча-
стотою 1 Гц. В этом случае его период равен 1 с, поскольку частота и пе-
риод связаны хорошо известной вам формулой:
f (Гц) = 1(c).
Чтобы емкость конденсатора была поменьше (такой конденсатор стоит
дешевле), величину резистора возьмите как можно больше. Выберите ее
в пределах от 47 кОм до 100 кОм, например 75 кОм. Величину конденса-
тора С = Cj = С2 подсчитайте по формуле:
Т • 1000
С ~ 1,3 • R ’
Эта формула нами выведена из формулы периода мультивибратора. Подста-
вив в нее время периода Т в секундах (Т = 1 с) и сопротивление резистора
R в килоомах (R = 75 кОм), получим значение емкости С в микрофарадах.
Т-1000	11000
C=T3-R-=L3T75 = 10 МкФ’
Иногда бывает проще подобрать нужный резистор, чем конденсатор.
Ориентируйтесь на конденсатор, которым вы располагаете, а величину рези-
стора подсчитайте по формуле:
п Т.ЮОО ~
R =	—-----зг кОм.
1,3 • С мкФ
Не забудьте только, что конденсаторов вам нужно два и столько же рези-
сторов.
Перемещая движок переменного резистора R 3, можно в довольно широ-
ких пределах менять отношение длительности импульса к периоду колеба-
ний. Этим приходится пользоваться, когда требуется, чтобы время включе-
ния какого-либо устройства было меньше, чем время, в течение которого оно
выключено. Иногда может случиться, что время включения устройства боль-
ше, чем время паузы.
В схеме рисунка 64 сигнал с выхода мультивибратора подается на базу
транзистора Т3, управляя его работой. Когда транзистор Т2 заперт, ток базы
0001111111
127
транзистора Т3 равен нулю и этот каскад также заперт. Электромагнитное
реле Pi при этом отключено. Включится реле Pi только тогда, когда транзи-
стор Т2 будет открыт. В симметричной схеме мультивибратора реле Pi в те-
чение половины периода будет включено, а во вторую половину периода —
выключено.
Осталось разобрать назначение резистора R 6 и конденсатора С4, а также
R 7 и С5. Это искрогасящие цепочки. Они предохраняют контакты реле от
подгорания во время переключения. Обе цепочки ставятся в непосредствен-
ной близости от реле. На практике обычно выбирают С= 0,1—0,5 мкФ,
a R = 50—100 Ом.
Как сделать реле Pi самим, описано на стр. 30. Оно должно надежно
срабатывать от одной батарейки карманного фонаря и иметь сопротив-
ление катушки в пределах 200—220 Ом.
Схему мультивибратора соберите на отдельной панели из гетинакса или
текстолита (рис. 65). Размеры платы— 120x80 мм, толщина материала —
2,0—2,5 мм.
ОБРАТ Н АЯ СВЯЗЬ
Соединения всех деталей сделайте на гвоздиках согласно монтажной
схеме.
При подключении мультивибратора с данными деталей по рисунку 64
к источнику питания реле Pi должно то включиться, то выключиться с перио-
дом около 0,4 с. Схема генерирует! Если потребуется изменить частоту ге-
нерации, поставьте другие величины конденсаторов Ci и С2. Требуемую вели-
чину рассчитайте по формуле, которая приводилась на предыдущей странице.
В главе «Случай» при разборе принципа действия электронного волчка
работа мультивибратора дана в несколько ином варианте, чем тот, который
только что рассматривался. Оба они справедливы, просто один дополняет
другой.
Кроме того, мультивибратор можно еще рассматривать как преобразова-
тель постоянного тока в колебательный. В технике такие преобразователи
называются автоколебательными системами.
Если присмотреться к окружающему нас миру, то оказывается, что авто-
колебательные системы самого различного свойства встречаются нам по-
всюду.
128
0010000000
Вы идете вдоль дороги, подгоняемые ветром, и слышите, как ровно звенят те-
леграфные провода. Это автоколебания, то есть колебания, генерируемые
автоколебательной системой.
Вы едете на автомобиле и слышите, как работает двигатель внутреннего
сгорания. Это тоже автоколебания. Вдруг машина резко затормозила, по-
слышался скрип колес об асфальт — это тоже результат автоколебаний.
Часы — автоколебательная система.
Транзисторный звуковой генератор, электрический звонок, духовые му-
зыкальные инструменты — все это автоколебательные системы. Колебания,
возникающие в них, — это автоколебания.
Целый ряд явлений природы имеет автоколебательный характер. Многие
процессы в живом организме представляют собой автоколебания. Например,
дыхание и работа сердца — автоколебания.
Вот видите, сколько «братьев» и «сестер» у мультивибратора! И всех их
объединяет наличие положительной обратной связи, связывающей выход
системы с ее входом.
б — монтажная схема
ЖДУЩИИ
МУЛЬТИВИБРАТОР
Название говорит само за себя. Ждущий муль-
тивибратор — это мультивибратор, работающий
в ждущем режиме.
Если триггер имеет два устойчивых состояния
равновесия, а в схеме мультивибратора оба они
неустойчивы, то у ждущего мультивибратора одно
состояние устойчиво, а другое неустойчиво.
Используется ждущий мультивибратор в ки-
бернетических конструкциях там, где необходимо
по разовой или периодической команде получать
сигнал определенной длительности. При однора-
зовом запуске новая схема очень схожа с реле
времени и может его полностью заменить. Разни-
ца только в том, что реле времени управляется от
тумблера, а ждущий мультивибратор управляется
электрическим импульсным сигналом.
Случается, что устройство должно срабаты-
0010000001
129
вать с некоторой задержкой после командного сигнала. Эта задача проще
всего также решается с помощью ждущего мультивибратора.
Обратимся к рисунку 66. Слева нарисована горка, по обеим сторонам ко-
торой стоят мальчики. На время эксперимента это наши помощники. В руках
у того, кто слева, находится мяч. Руки правого помощника пока свободны.
По нашей команде мальчик с мячом должен забросить его на вершину
горки. Дальше мяч скатится вправо и будет пойман правым мальчиком.
Здесь мы имеем дело с неустойчивой системой, и если уж мяч попадет на
вершину, то он по инерции обязательно сам скатится вправо. На вершине
мяч ни в коем случае не задержится. Похожий пример мы уже разбирали
раньше, когда рассматривали работу триггера.
Пока все настолько очевидно, что вряд ли может вызвать у вас какие-
либо возражения. Сегодня законы Ньютона кажутся нам простыми и почти
очевидными, а было время, когда они никому и во сне не снились, времена,
когда самые выдающиеся люди имели весьма смутное представление о том,
что такое движение.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Но полностью все же законы движения еще не изучены. После Ньютона
существенные поправки в них внес Эйнштейн. В механике еще не раскрыта
основная связь причины и следствия. Столкнулись два шарика, бессмыслен-
но здесь допытываться, кто кого толкнул. Наука о движении не может пока
дать ответа, почему шарик скатывается по наклонной плоскости, она решает
лишь задачу, как он это делает.
При движении шарика на него действуют, по-видимому, не вскрытые еще
на сегодняшний день внутренние обратные связи. Они-то и соединяют при-
чину и следствие при протекании того или иного процесса, которые, конечно,
разделены во времени.
Такое смелое предположение сделал наш соотечественник, выдающийся
ученый Николай Александрович Козырев, основоположник «причинной»
механики — механики обратных связей.
Продолжим наш эксперимент с мячом. Теперь он в руках у правого маль-
чугана. Какие бы команды мы ему ни подавали, они до него не дойдут. Канал
связи с мальчуганом порван. В то же время правый помощник мяч обратно
не возвращает, а чего-то ждет...
130
0010000010
Кое-кто из читателей, наверное, уже догадывается, что секрет работы
рассматриваемой схемы кроется в правом мальчугане. Почему он не воз-
вращает мяча и как долго он будет его держать? Чего он ждет?
Оказывается, все очень просто. Правый мальчуган перебросит мяч только
через строго определенное время после того, как он окажется у него в ру-
ках. Этот мальчуган запрограммирован нами заранее, еще до начала экспе-
римента так, что обязан задерживать мяч на определенное время. Ну, ска-
жем, на 5 с или на 1 мин. Для этого у него имеются часы, и он каждый раз,
как только поймает мяч, засекает по ним время. Команду на переброс мяча
мальчуган получает от часов, а не от нас.
Итак, через запрограммированное время правый помощник возвратит
мяч и будет ждать, пока он снова не попадет к нему. Ждать этого момента
он готов сколь угодно долго. Может случиться и так, что мальчику вообще
только один раз удастся дотронуться до мяча. Все зависит от того, сколько
команд мы подадим левому мальчику.
При необходимости изменить время задержки мяча эксперимент приоста-
навливается и правому мальчику дается новая инструкция поведения —
новая программа.
В электронном варианте ждущего мультивибратора для этого приходится
менять величину конденсатора или резистора.
Я привел этот пример в основном потому, что он мне кажется наглядным
и интересным. А еще потому, что его легко повторить у себя на школьной
спортивной площадке.
Для реальной схемы пример равноценен случаю, когда амплитуда им-
пульса запуска вполне достаточна, чтобы запертый транзистор мог при-
открыться. А там уже подключается положительная обратная связь и воз-
никает лавинообразный процесс.
Если же левый мальчик подбросит мяч не очень высоко, то тот может не
долететь до вершины и скатится вновь к нему в руки. То же произойдет со
ждущим мультивибратором, когда амплитуда импульса запуска слишком
мала и запертый транзистор не сможет приоткрыться. При этом положитель-
ная обратная связь действовать не будет, а следовательно, не будет ника-
кого и лавинообразного процесса.
При выполнении всех необходимых требований в проведении экспери-
мента с мячом вы получите временную диаграмму, близкую к той, что начер-
чена на рисунке 66, вверху.
Так работает «живой» ждущий мультивибратор. Вернее, это была живая
модель электронного ждущего мультивибратора, электрическая схема кото-
рого дана на рисунке 66, справа.
Чтобы сделать электронный ждущий мультивибратор, достаточно в схеме
триггера (рис. 62) одну из связей между каскадами заменить с реостатной
на емкостную. Поставьте вместо одного из соединительных резисторов R6
или R 7 конденсатор С, и вы получите то, что требуется.
Ту же задачу можно решить и другим способом. Поменяйте в схеме
мультивибратора (рис. 64) Ci или С2 на резистор, и вы опять получите жду-
щий мультивибратор. Очень наглядно возможные переходы от схем триггера
и мультивибратора к схеме ждущего мультивибратора показаны на ри-
сунке 67.
Все три схемы представляют собой двухкаскадный усилитель с поло-
жительной обратной связью. Здесь все дело в типе связи, какая она, рео-
статная или емкостная. Отсюда уже вытекают более существенные особен-
ности в работе схемы. От того, какая используется связь, зависит число
0010000011
131
устойчивых состояний равновесия. Триггер их имеет два, мультивибратор —
ни одного, а вот ждущий мультивибратор имеет одно устойчивое состояние
равновесия и одно неустойчивое.
В живой модели устойчивому состоянию соответствует расположение
мяча слева. Здесь он может находиться сколь угодно долго, пока не посту-
пит команда. Когда мяч находится у правого мальчугана, это состояние не-
устойчиво. По истечении некоторого времени мяч автоматически перебро-
сится влево и займет свое единственное устойчивое положение. Здесь он
будет ждать прихода следующей команды.
Из всего того, что вы узнали о ждущем мультивибраторе, напрашивается
такой вывод. Ждущий мультивибратор не только по принципу работы нахо-
дится где-то посередине между триггером и обычным мультивибратором, но
и в начертании его электрическая схема близка к ним обоим.
При отсутствии запускающего импульса (рис. 66) правый транзистор
Т2 находится в насыщении, поскольку его база через резистор R соединена
с проводом — Ек. Такой режим работы транзистора накладывает довольно
Рис. 67. Триггер. Ждущий мультивибратор. Мультивибратор
О БРАТИАЯ СВЯЗЬ
жесткие требования на резистор R. Его величина не должна превышать
47 кОм.
Протекая по резистору R 2, ток насыщения Т2 создаст напряжение смеще-
ния, вполне достаточное, чтобы запереть транзистор Tj.
Вольтметр, включенный между точками 1 и 2, должен показать полное
напряжение питания.
Рассмотренное состояние схемы является устойчивым и может продол-
жаться сколь угодно долго.
В момент прихода отрицательного запускающего импульса на базу тран-
зистора Ti мультивибратор переходит в свое неустойчивое состояние. При
этом транзистор Ti начинает проводить ток и изменение напряжения на его
коллекторе передается через конденсатор С на базу транзистора Т2. Нара-
стающий лавинообразный процесс, возникающий за счет положительной
обратной связи, приводит к закрытию транзистора Т2 и полному открытию
транзистора Tj. В таком состоянии схема будет находиться до тех пор, пока
конденсатор С не разрядится через коллекторную цепь открытого транзи-
стора Ti и резистор R.
132
0010000100
Как только конденсатор С разрядится, на базе транзистора Т2 устано-
вится отрицательное напряжение; тогда этот транзистор откроется и в свою
очередь закроет транзистор Ть
Так на выходе схемы ждущего мультивибратора создаются импульсы
с крутыми фронтами: на коллекторе транзистора Т2 —отрицательной поляр-
ности, а на коллекторе транзистора Ti—положительной. Амплитуда обоих
импульсов примерно равна питающему напряжению. Длительность выход-
ного импульса, как уже об этом говорилось, в основном зависит от постоян-
ной времени цепочки RC и может быть определена по формуле:
Тим ~ 1000 k ’
где R берется в килоомах, а С — в микрофарадах.
Сравнивая работу схемы с его живой моделью (эксперимент с мячом),
можно сказать, что часами в ждущем мультивибраторе является RC-цепочка.
Рис. 68. Схема платы ждущего мультивибратора
При подаче на вход схемы запускающего импульса только что рассмот-
ренная картина полностью повторится. На выходе ждущего мультивибра-
тора появится новый импульсный сигнал, длительность которого нами обу-
словлена заранее.
Плата ждущего мультивибратора. Полная схема дана на рисунке 68.
При подаче на вход схемы запускающего импульса с амплитудой не ме-
нее 1 В сработает электромагнитное реле Pi. Время, в течение которого оно
будет находиться во включенном состоянии (время ожидания), зависит от
постоянной времени цепочки С4, R7 + Rs - При R7 = О длительность выход-
ного сигнала равна около 50 мс. Электромагнитное реле успеет только вклю-
читься и тут же выключится. При R7 = 47 кОм длительность сигнала близ-
ка к 1 с.
Несколько необычной для вас явится схема формирования импульса за-
пуска, которая состоит из резисторов Rb R2 и R3 и конденсатора С2.
Точки 2, 3 и 4 выведены на плате в виде отдельных гвоздиков. В исходном
состоянии гвоздики 3 и 2 соединены между собою, а конденсатор С2 заряжен
до напряжения 3,5 В.
0010000101
133
Когда требуется запустить ждущий мультивибратор, цепь между гвоз-
диками 2 и 3 разрывается. Взамен ее тут же соединяются точки 4 и 3. При
этом конденсатор С2 быстро разряжается через резистор R 3, формируя им-
пульс запуска. Длительность импульса зависит от величины конденсатора
С2 и резистора R 3. Ее можно подсчитать по приближенной формуле:
тим = 2-2КС (мс)>
где R берется в килоомах, а С — в микрофарадах.
Важно отметить, что длительность импульса запуска не оказывает ника-
кого влияния на продолжительность выходного сигнала.
Перед тем как монтировать схему на плате, соберите ее на макетном
шасси.
Первые два каскада на транзисторах Ti и Т2 представляют схему жду-
щего мультивибратора. Каскад на транзисторе Т3 является электронным
реле. Его нагрузкой является обмотка электромагнитного реле Рь
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
В исходном состоянии транзистор Т2 полностью открыт, а транзисторы
Ti и Т3 заперты. Напряжение на коллекторе транзистора Т2 должно отсут-
ствовать. При подаче на вход схемы (конденсатор Ci) запускающего им-
пульса напряжение в рассматриваемых точках должно скачком измениться.
Там, где оно было равно напряжению питания, теперь будет равно нулю, и
наоборот. Реле Pi сработает. Такой режим будет продолжаться, пока конден-
сатор С4 не разрядится через резисторы R7 + Rs, после чего схема займет
свое исходное состояние. Теперь она снова ждет прихода следующего запу-
скающего импульса.
Все необходимые данные радиодеталей вы найдете на электрической
схеме (рис. 68). В качестве реле можно использовать любое электромаг-
нитное реле, срабатывающее от напряжения 4,5 В. Отлично подойдут реле
типа РЭС-6, паспорта 105, 115, 135 и 145 с сопротивлением катушки 200 Ом.
Достав реле подходящего паспорта, отрегулируйте его контакты так, чтобы
оно надежно срабатывало от одной батарейки типа 3336Л.
Убедившись в работе схемы на макетном шасси, перенесите все детали
на основную плату. Саму плату сделайте из гетинакса или текстолита раз-
134
0010000110
мером 120X80 мм, толщиной 2,0—2,5 мм. Чертеж платы дан на рисунке 69.
Из рисунка видно, как разместить радиодетали и что все они распаяны на
гвоздиках.
Все детали, включая конденсаторы и резисторы, должны быть малогаба-
ритными. Конденсаторы рекомендуется применять типа ЭМ или К50, а ре-
зисторы— МЛТ-0,5, МЛТ-0,25, МЛТ-0,125 или УЛМ-0,12. Отклонения в ве-
личинах конденсаторов и резисторов на ±20% от указанных на электри-
ческой схеме никак не скажутся на работе ждущего мультивибратора.
Транзисторы Т|, Т2 и Т3 проверьте на тестере. Коэффициент усиления по
току должен находиться в пределах от 20 до 100.
Правильно смонтированная плата никакой наладки не требует. Про-
верьте еще раз, не наделали ли ошибок в монтаже, и смело можете подавать
на схему питающее напряжение. При этом реле Pi должно остаться в отклю-
ченном состоянии. Величину переменного резистора R 7 выведите на макси-
мум. Замкните пинцетом гвоздики 2 и 3 на несколько секунд. Тем самым
вы зарядите конденсатор С2 до напряжения 3,5 В. Быстро разорвите цепь
б — монтажная схема
и замкните ее между гвоздиками 4 и 3. Сработает электромагнитное ре-
ле Рь Примерно через 1 с реле выключится. Повторите опыт, уменьшив ве-
личину резистора R7 до минимума. Реле сработает и тут же выключится.
Положительная обратная связь дважды подключалась в работу! Вначале
лавинообразный процесс перевел схему ждущего мультивибратора из устой-
чивого состояния в неустойчивое, а спустя некоторое время вернул ее в ис-
ходное состояние.
Мы рассмотрели действие отрицательной и положительной связи на
электронных схемах.
Конечно, механизм обратной связи далеко не всегда так очевиден, как
в наших схемах. Иногда обратная связь действует по скрытым каналам; на-
до уметь ее найти, так как без этого нельзя понять действия автоколеба-
тельной системы или схемы усилителя.
Еще труднее бывает отыскать обратную связь в «живых» механизмах,
хотя с понятиями «устойчивости» и «неустойчивости» в жизни приходится
сталкиваться очень часто. Это, пожалуй, одна из самых сложных и в то же
время интересных задач кибернетики.

МАШИНА
И ПРИРОДА
КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ
НОЧНОЙ БАБОЧКИ
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ
ТУЗИК
МЫШЬ
В ЛАБИРИНТЕ
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
МАШИНА
И ПРИРОДА
Еще несколько лет назад идея создания
школьного кибернетического зверинца считалась
фантастикой. Теперь без кибернетических живот-
ных не обходится ни одна выставка по радиоэлек-
тронике и автоматике. Чего там только не демон-
стрируется: «черепахи» и «собаки», «лисицы» и
«белки», «мыши» и «кошки», даже электронные
«насекомые» встречаются, такие, как «моль» и
«клоп».
Как сделать искусственных животных, вер-
нее, их механические модели, которые действо-
вали бы подобно живым организмам?
Не таких, конечно, кукол, которые строили
Пьер и Анри Дро. Там было все просто. В ав-
томат закладывалась одна или несколько про-
грамм поведения, и при выполнении определенных
условий он далее действовал однозначно.
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Результаты работы кукол целиком определялись исходным состоянием
и никак не зависели от окружающих условий. Автомат был лишен возмож-
ности приобретать опыт. Механический писец в тысячный раз фразы писал
так же хорошо или плохо, как и в первый раз. В то же время перво-
классник, даже самый плохой, после тысячи раз тренировки напишет ту же
фразу лучше, чем вначале. Человек способен учиться!
После знакомства с машинами, управляемыми по закону случая, вам
ясно, что программа сковывает автомат в возможностях и самое неприят-
ное— делает его чрезвычайно сложным. Природа не могла пойти по тако-
му пути!
Однако в природе и в технике существует огромное число устройств, спо-
собных выполнять разнообразные функции и притом достаточно простыми
средствами.
Сделать механического человека, чтобы он брал стакан с водою со сто-
ла,— задача нетрудная. В программе должна быть отражена вся последо-
вательность движения руки и пальцев андроида: отклонить плечевой рычаг
на 32° от вертикали и на 9°25'в сторону, локтевой рычаг развернуть по ча-
совой стрелке на угол 4°30'и на угол — 7°11 к горизонтальной оси, положе-
ние пальцев установить согласно таблице 00108, и так далее...
Стальные щупальца чудовища осторожно дотрагиваются до стакана и
предлагают вам выпить чистой воды. Пожалуйста...
Ну, а если стакан на какие-нибудь 2—3 см отставить в сторону от рас-
четного места или, скажем, трение в суставе увеличилось за счет плохой
смазки машинным маслом и локтевой рычаг развернулся не на 4°30/ а на
4°21/ тогда как быть? Воды в этом случае вы не получите, пальцы чудо-
вища не только не захватят стакана, но могут его и разбить.
Решение может быть только одно — нужна новая программа. Сколько же
«программ» должна была вложить природа в безобидную букашку, которая
день-деньской ползает в чаще травы, отыскивая себе пропитание!
А как бы человек решил ту же самую задачу со стаканом? Допустим,
вам нужно взять стоящий на столе стакан и выпить воду. Как вы посту-
паете в этом случае?
Во-первых, вы глазами отыскиваете стакан и смотрите на него.
Далее, вы отдаете команду своей руке: «Возьми стакан!» И пока рука
выполняет команду, постоянно контролируете ее действия: «Еще ближе,
чуть-чуть левее, теперь раздвинь пальцы, сожми стакан; да не раздави», и
так далее. Осязание подсказывает, что усилия, с которыми вы сжали ста-
кан, достаточно, чтобы его не уронить. В подобных случаях мы не только
получаем информацию об окружающем нас мире и предпринимаем те или
иные действия в зависимости от обстановки, но и постоянно контролируем
свои действия, регулируем их.
Контролировать, насколько целесообразны наши поступки, помогают нам
обратные связи. Только благодаря контролю за своими действиями, только
благодаря обратным связям, успешно живет и развивается живой орга-
низм.
В разобранном примере со стаканом в кольцо обратной связи входят
следующие звенья: мозг, рука, пальцы, глаза и опять мозг (рис. 70). До-
статочно разорвать кольцо контроля, как машина с обратной связью пре-
вращается в устройство с программным управлением.
Попробуйте с завязанными глазами повторить эксперимент со стаканом.
У вас ничего из этого не получится. Пальцы непременно пройдут где-то
мимо. Закрыв глаза, вы тем самым отключили обратную связь, то есть цепь
138
0010001010
контроля, а поведение руки постарались подчинить программе, которую тут
же составили в своей памяти для конкретной задачи. А поэтому и результат
получился неудовлетворительным. Автоматы с программным управлением
«слепы» и «глухи».
Принцип контроля, принцип обратной связи, присущ не только живым
организмам. Обратные связи играют огромную роль во всех современных
автоматических устройствах. Они-то и придают способность автоматам ак-
тивно взаимодействовать с внешней, окружающей их средой.
Современные самолеты оборудованы очень «умным» прибором — автопи-
лотом, который позволяет машине выдерживать заданный курс. Это тоже
достигается за счет обратных связей.
Самой главной частью автопилота — его «сердцем» — является быстро
вращающийся волчок. В технике его называют гироскопом (рис. 71). Если
его раскрутить, то ось волчка приобретает устойчивость в пространстве.
Как бы мы ни поворачивали рамку гироскопа, ось все время будет стараться
сохранить первоначальное положение.
В начале полета автопилот настраивается на заданный курс. Но вот не-
0010001011
139
ожиданный порыв ветра, и самолет отклонился от нужного направления.
Тотчас же к автопилоту от курсоуказателя по цепи прямой связи пойдут
тревожные сигналы — «самолет отклонился от курса». От автопилота в свою
очередь к рулям самолета по цепи обратной связи начинают поступать сиг-
налы управления. Рули поворачиваются в нужном направлении так, что са-
молет послушно возвращается на заданный курс.
Из предыдущих глав вы знаете, что запрограммировать автомобиль для
движения по реальной дороге нельзя. Уж лучше пускай он ползет, управ-
ляемый случаем. Может быть, когда-нибудь да достигнет цели. Вероятность
здесь не равна нулю.
Как же все-таки передвигается автомобиль, учитывая все изгибы дороги,
и не сталкивается ни с другими автомобилями, ни с прочими случайными
предметами? Предусмотреть все в программе просто невозможно, к тому же
никакой водитель всего все равно не запомнит. Опять выручает обратная
связь. Именно за счет обратной связи автомобиль вместе с водителем сле-
дит за любыми извилинами и неровностями дороги. Основным звеном цепи
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
контроля здесь стал человек. Через человека замкнулась обратная связь
управления движением автомобиля.
Вы никогда не задумывались, почему иногда у гоночного автомобиля пе-
редние колеса не закрыты крыльями? Конечно, это ухудшает обтекаемость
машины, и потому снижается ее скорость. Но конструкторы решили оставить
колеса на виду не по ошибке. Причина здесь снова в обратной связи.
Если колеса закрыть крыльями, то водитель, повернув руль, вынужден
будет некоторое время ждать, как при этом пойдет машина. Следующее дви-
жение он сможет сделать лишь после того, как автомобиль заметно откло-
нится от нужного пути. Зрительный сигнал обратной связи здесь запазды-
вает. Чтобы устранить эту нежелательную задержку, которая может при-
вести к роковой ошибке, гонщик, виражирующий на большой скорости,
должен видеть передние колеса и по ним ориентироваться, а не ждать, пока
повернется вся машина. Для обычных автомобилей такая быстродействую-
щая обратная связь не нужна.
В повседневной жизни мы так привыкли к явлениям обратной связи, что
часто забываем о ее роли в самых простых процессах. Если человеку удается
140
0010001100
Рис. 72. Почему они не падают?
передвигаться на двух ногах, то это опять же только благодаря обратной
связи. А вот причина, почему не падает Пизанская башня или башня Мос-
ковского телецентра в Останкине (рис. 72), совсем другая.
Своей всемирной славой Пизанская башня обязана не итальянскому
зодчему Бонанно Пизано, который ее проектировал и строил, а водоносному
песку, слой которого проходил под ее фундаментом. Именно из-за этого слоя
и произошел наклон башни, задержавший постройку на 176 лет. К 1350 году,
когда было окончено строительство, башня отклонилась от вертикали почти
на 2 м. С тех пор Пизанская башня продолжает медленно крениться в юж-
ную сторону. В течение последних ста лет скорость наклона возросла, и за
каких-нибудь полвека башня отклонилась еще на 5 см. Упадет башня или
нет? Из физики вам должно быть известно, что, пока центр тяжести башни
проходит через основание, жителям города Пизы опасаться нечего.
Несколько по-другому решается вопрос с устойчивостью Останкинской
башни. Тонкой железобетонной иглой высотою 525 м это величественное со-
оружение пронзило московское небо. Самым опасным противником для
башни, который постоянно пытается ее опрокинуть, является ветер. Когда
0010001101
141
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
на земле его скорость достигает 10 м/с, на вершине башни он свирепствует
со скоростью 43 м/с. Чтобы представить себе силу такого урагана, достаточ-
но сказать, что ветер со скоростью 35 м/с валит телеграфные столбы, сры-
вает крыши и ломает деревья. Удержать Останкинскую башню в вертикаль-
ном положении оказалось не такой уж простой задачей. Для этого пришлось
ее основание жестко прикрепить к фундаменту, который в виде огромного
кольца глубоко уходит в землю. Кольцо и не дает упасть башне.
Людей нельзя жестко «приковать» к земле. Как же в таком случае они
будут передвигаться? Центр тяжести человека также, как правило, смещен
по отношению к подошвам ног. И все же мы твердо стоим на земле, и не
только стоим, но и свободно передвигаемся!
Равновесие человеческого тела, так же как и другие виды равновесия,
наблюдаемые в живых организмах, не является статическим, а достигается
за счет непрерывно протекающих процессов, активно препятствующих воз-
никновению неустойчивого состояния. Таким образом, стоя на месте или пере-
двигаясь, мы непрерывно сражаемся с силами земного притяжения. Помо-
гает нам в этой борьбе обратная связь.
У каждого человека есть орган равновесия. Называется он вестибуляр-
ным аппаратом и расположен во внутреннем ухе. При наклоне тела больше
допустимой величины вестибулярный аппарат вырабатывает специальный
сигнал и тем самым возвещает нас об опасности упасть. Тут же по цепи
отрицательной обратной связи команда воздействует на специальную груп-
пу мышц, которые выравнивают положение нашего тела. Так обратная связь
вместе с чувствительным датчиком равновесия обеспечивает вертикальное
положение тела в покое и в движении.
Природа очень мудро использует обратную связь в своих «конструкциях».
Моделируя поведение и отдельные органы животных, человек учится у
природы.
До недавнего времени большинство ученых считало, что по своим харак-
теристикам современные датчики, изготовленные руками человека, значи-
тельно превзошли органы чувств животных. Новейшие исследования не
оставляют ни малейшего сомнения в том, что технике во многих отношениях
еще далеко до природы. То, что создала природа, человеку в своих машинах
повторить еще не всегда удается.
Органы чувств животных в сравнении с датчиками, используемыми в ав-
томатике, имеют фантастически высокую чувствительность. Так, например,
многие животные могут видеть столь слабый свет, что его не обнаружит поч-
ти ни один фотоэлемент; слышать такие тихие звуки, каких не уловить ни
одному микрофону.
Человек, зрение которого уступает зрению многих животных, в ясную без-
лунную ночь в состоянии увидеть пламя свечи на расстоянии в одиннадцать
километров. А самцы бабочки «павлиний глаз» разыскивают самку на рас-
стоянии десяти километров. Они находят ее даже в том случае, если ее по-
мещают в стеклянную банку. При этом должно быть выполнено одно усло-
вие — банка должна быть прозрачна для инфракрасных лучей.
Ухо здорового человека воспринимает звуки, создающие ничтожно малые
давления. Столь малые, что механические смещения, вызываемые ими во
внутреннем ухе, равны одной десятимиллиардной доле миллиметра. Такие
смещения меньше размера атома!
Еще большей загадкой, которую ученые пока еще не разгадали пол-
ностью, является способность насекомых и птиц находить дорогу к дому.
Вам, наверное, известно о голубиной почте. Еще египтяне, древние греки,
142
0010001110
а потом и римляне посылали голубей с сообщениями. И в наше время, не-
смотря на более совершенные средства связи, миллионы голубей несут поч-
товую службу. Лишь в Англии больше миллиона таких голубей. Пятая часть
их, «призванная» в армию, принимала активное участие в минувшей мировой
войне. Пернатые почтальоны передали немало различных сообщений.
Как же голуби ориентируются? Трудно поверить, что они полагаются
только на память и летят строго по программе.
А вот некоторые виды муравьев ориентируются по солнцу. Этот факт
ученым удалось доказать достаточно точно поставленными экспериментами.
Пауки-волки тоже находят дорогу по солнцу. Обычно они живут у бере-
гов рек и озер. Если паука бросить в воду, он обязательно поплывет к бе-
регу, на котором его поймали. Поплывет прямо к дому, как бы далеко мы
его ни занесли. Исследователи проводили и такой опыт. Брали паука, пере-
носили на другой берег и там бросали в воду. Паук плыл изо всех сил не
к ближайшему берегу, около которого его бросили, а к тому, где родился и
жил. Рискуя жизнью, паук плыл поперек течения.
Каждый из вас, конечно, не раз наблюдал, как
ночью на открытом воздухе вокруг огня соби-
раются ночные бабочки и, обжигая свои крылья,
КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ падают в пламя.
МОДЕЛЬ	Американский биолог Жак Лёб так объясняет
НОЧНОЙ БАБОЧКИ описанное поведение насекомых. Вначале свет па-
дает в глаза бабочки сбоку. В ее глазах, состоя-
щих из множества мелких глазков, свет вызывает
раздражение. Если свет падает слева, то раздра-
жение левого глаза преобладает над раздраже-
нием правого. Вследствие перекреста нервных во-
локон мышцы правой стороны тельца насекомого
возбуждаются, и поэтому они сокращаются с
большей силой, чем мышцы левой стороны. Понят-
но, что в этом случае бабочка будет постепенно
поворачиваться в сторону света до тех пор, пока
затем не полетит прямо на него.
На лист бумаги, покрытый сажей, посадите божью коровку. Сажа нужна
для того, чтобы на бумаге остались следы насекомого. В темноте божья ко-
ровка ползет то в одну, то в другую сторону, делая всевозможные петли. Но
если где-то в стороне зажечь лампу, божья коровка идет строго на свет.
Кибернетическая модель ночной бабочки также стремится к источнику
яркого света, и в этом ее сходство с мотыльком.
Модель представляет небольшую тележку на трех колесах, приводимую
в движение электродвигателем Mj (рис. 73). Для управления направо и на-
лево на тележке установлены рулевая машинка, два фоторезистора С»! и Ф2
типа ФС-А1 и поляризованное реле с двумя обмотками типа РП-5. Питание
схемы осуществляется от трех батареек типа 3336Л. Конструкцию рулевой
машинки возьмите на стр. 82. Как самому изготовить тележку, рассказано
на стр. 154.
Между фоторезисторами укреплен неподвижно щиток из куска непро-
зрачного материала. Наличие щитка позволяет модели более четко следить
за источником света. Конструктивно выполните его так, как показано на
рисунке. В качестве материала лучше всего использовать листовую жесть.
0010001111
143
При одновременном освещении фоторезисторов Ф1 и Ф2 токи в катушках
поляризованного реле Pi равны, но противоположны по направлению. В та-
ком режиме работы реле его якорь занимает нейтральное положение. И те-
лежка едет точно на свет. Рулевая машинка выключена.
Как только модель начнет отклоняться от прямой, соединяющей ее с лам-
почкой, освещающей ей путь, то один из фоторезисторов попадет в тень, ко-
торая образуется от щитка. Ток в катушке реле, соединенной с затемненным
фоторезистором, прекратится, и реле сработает. Электродвигатель М2 руле-
вой машинки начнет вращаться так, чтобы вернуть тележку на заданный
курс.
Контур управления получается таким же, как и в примере со стаканом.
«Мозгом» теперь служит реле, «глазами» — фоторезисторы, а «руки» заме-
нила рулевая машинка. Отклонилась модель от источника света — фото-
элементы тут же это заметят и подадут сигнал в реле. Реле определит, в ка-
кую сторону нужно повернуть тележку, и подаст на рулевую машинку соот-
ветствующую команду. Модель снова едет на свет!
Рис. 73. Кибернетическая ночная бабочка:	а — «глаза» бабочки,
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Но может случиться и так. При освещении одного из фоторезисторов те-
лежка вместо того, чтобы свернуть к свету, начнет от него уклоняться. Зна-
чит, вы неправильно подключили рулевую машинку. Вместо отрицательной
обратной связи у вас получилась положительная обратная связь. С этим
часто сталкиваются радиолюбители, когда вводят обратную связь в схему
усилителя низкой частоты и он начинает «выть». Поменяйте провода, иду-
щие к электродвигателю М2, и все станет на свои места.
Если в качестве источника света использовать электролампу мощностью
60—100 Вт, аппаратура надежно работает на расстоянии до одного метра.
Этого, конечно, часто недостаточно. А вот если аппаратуру установить на
модель корабля, то он сможет точно выдерживать свой курс, ориентируясь
на солнце. На соревнованиях с такой моделью не так-то уж будет трудно
занять призовое место. Заданную дистанцию модель непременно пройдет
и ни за что не отклонится в сторону.
Как увеличить дальность действия обратной связи в схеме управления
моделью ночной бабочки?
На расстояниях больше одного метра от лампочки освещенность фоторе-
144
0010010000
зисторов Ф1 и Ф2 (рис. 73) недостаточна, чтобы срабатывало поляризованное
реле Р]. Получается, что цепь обратной связи в контуре управления разо-
мкнута и больше не действует. Модель в этом случае переходит на программ-
ное управление. Теперь она может ехать только прямо. А куда ехать —
модели уже безразлично. Лишь бы ехать!
Удивляться здесь нечему. Устранив обратную связь, мы сделали ночную
бабочку слепой. Никаких других связей с окружающей природой у нее не
осталось. Без этих связей модель больше не может ориентироваться в окру-
жающей ее обстановке и неизбежно поедет не туда, куда требуется.
Чтобы увеличить дальность действия аппаратуры, надо повысить остро-
ту «зрения» бабочки, снабдить ее «очками». Для этого понадобятся две
линзы с фокусным расстоянием 30—60 мм и как можно большего диаметра.
Большой диаметр линз позволит улавливать и собирать на фотоэлементах
более мощный световой поток и тем самым увеличит дальность действия ап-
паратуры в 2—3 раза.
Склейте из плотной бумаги две трубки длиной немного больше фокусного
УСИЛИТЕЛЬ
УСИЛИТЕЛЬ
б — блок-схема с поляризованным реле
расстояния линз. Внутренний диаметр трубок должен быть равен диаметру
линз. В каждую из трубок с одной стороны укрепите фоторезистор, а с дру-
гой— линзу. Расстояние между ними сделайте таким, чтобы световое пятно
от линзы полностью закрывало окно фоторезистора. Выдержать этот размер
требуется как можно точнее, иначе никакого усиления светового потока
оптическая насадка не даст.
Так с помощью оптической системы можно увеличить дальность действия
обратной связи в 2—3 раза. Но этого все равно недостаточно. Нам необхо-
димо иметь дальность около 5—6 м, а иногда и 10 м. Проще всего такую
дальность получить, установив между фоторезисторами и поляризованным
реле два усилителя тока. Такой вариант на рисунке 73 показан пунктиром.
А заодно и поляризованное реле Pi заменить двумя обычными электромаг-
нитными реле.
Окончательная электрическая схема модели ночной бабочки дана на ри-
сунке 74. Она мало чем отличается от предыдущего варианта. Цепи включе-
ния электродвигателем Mi и электродвигателем М2 рулевой машинки оста-
лись прежними. Появилась плата усилителей, а фоторезисторы типа ФС-А1
0010010001
145
заменены на фотодиоды типа ФД-1. Новые фотоэлементы имеют меньшие
размеры, и их проще устанавливать в фотодатчик. В этом вы убедитесь, ко-
гда приступите к работе. В крайнем случае можно оставить и фоторезисторы.
Плата электронных реле постоянного тока. Полная электрическая схема
изображена на рисунке 75.
На то, что на схеме обозначено пунктиром, пока внимания не обращайте.
Эти детали нам понадобятся немного позже.
Каждый из усилителей тока с нагрузкой в виде электромагнитного реле
в технической литературе называется электронным реле постоянного тока.
Так в дальнейшем и мы будем его называть. Поэтому и плата так названа.
Кроме электронных реле, работающих от постоянного тока, в книге бу-
дут встречаться схемы, работающие при подаче на их вход переменного на-
пряжения. Они называются электронными реле переменного напряжения.
Об их работе можно прочитать на стр. 156.
Усилитель первого канала (рис. 75) собран на транзисторах ?! и Т2,
усилитель второго канала собран на транзисторах Т3 и Т4. Нагрузкой обоих
ЕС К ИЕ ЗВЕРИ
усилителей служат соответственно электромагнитные реле ₽! и Р2. В схеме
можно использовать любые реле, надежно срабатывающие от одной бата-
рейки типа 3336Л. Контактная система реле должна иметь одну нормально
замкнутую пару и одну нормально разомкнутую пару. Нам подойдут реле
с двумя контактными группами на переключение.
При сопротивлении катушки реле 200 Ом ток срабатывания равен около
20 мА. Отсюда легко подсчитать чувствительность схемы электронного реле
в целом. Она равна току срабатывания электромагнитного реле 1Ср, делен-
ному на общий коэффициент усиления двух транзисторов.
При подсчете чувствительности схемы первого канала нужно значение
тока срабатывания взять для реле Рн а коэффициенты усиления — для
транзисторов Ti и Т2.
Допустим, вы используете транзистор Ti с коэффициентом усиления по
току Д, равным 40, а Т2 —сД, равным 50. Общий коэффициент усиления
щ Д>б равен произведению Д X Д•
Д)б = А X А = 40 X 50 X 2000.
146
0010010010
Отсюда чувствительность схемы электронного реле первого канала
равна:
т _ 1ср _ 20 мА _ 20000 мкА _ < п *
1вх ~ "2ббб~ ~	2000	~ 1U МКА •
Чтобы сработало электромагнитное реле Рн достаточно подать на вход
первого канала постоянный ток 10 мкА. Для надежности чувствительность
схемы будем считать не 10 мкА, а 20 мкА, то есть в два раза ниже. Этим
самым мы вводим коэффициент запаса 2, который нас выручит, когда бата-
рея питания несколько разрядится и на схему будет подаваться не 9 В, а
7—8 В.
При подборе деталей для платы обратите внимание, чтобы транзисторы
Ti и Т3 имели начальный ток коллектора не более 2—5 мкА. Иначе может
случиться, что даже при отсутствии какого-либо сигнала на входе электро-
магнитное реле само включится.
б — конструкция фотодатчика,
Каких-либо особых требований к остальным деталям схемы не предъяв-
ляется. Резисторы R 1 и R3 возьмите типа МЛТ-0,25 или МЛТ-0,5, а перемен-
ные резисторы R 2 и R 4 — типа СПО-0,15 или СПО-0,5. Можно использовать
резисторы типа СПО-2, хотя по габаритам они значительно больше. Места
на плате хватает.
Плату вырежьте из листового гетинакса или текстолита толщиной 2,0—
2,5 мм. Все размеры приведены на рисунке 76, а. Монтаж деталей произве-
дите на гвоздиках согласно рисунку 76, б.
Никакой регулировки смонтированная плата не требует.
Для проверки чувствительности схемы электронного реле первого канала
проделайте следующее.
Установите движок переменного резистора R2 в крайнее нижнее положе-
ние. Подключите к гвоздикам 1—2 два последовательно включенных рези-
стора, один из которых должен быть переменным. На электрической схеме
(рис. 75) эти два резистора обозначены пунктиром. Уменьшая величину со-
противления переменного резистора, найдите положение движка, при кото-
ром реле Pi сработает. Измерьте сопротивление подключенной цепочки и раз-
0010010011
147
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
делите напряжение питания схемы на полученную величину. Полученный ток
будет равен чувствительности схемы электронного реле.
Например, сопротивление цепочки из двух резисторов получилось равным
600 кОм. Отсюда чувствительность схемы равна:
т	9 В / л \	9 000 000 мкВ , а \ _ к ж<1, л
ВХ1 “ 600 000 Ом “ 600 000 Ом" (МКА) ~ *5
Повторите по только что описанной методике определение чувствитель-
ности электронного реле второго канала. Если она окажется не ниже 50 мкА,
можете считать, что схема работает хорошо. В противном случае замените
транзисторы, поставив транзисторы с большим коэффициентом усиления.
Фотодатчик. В кибернетических моделях он заменяет глаз. Его конструк-
ция дана на рисунке 74, справа. Использование в качестве фотоэлемента фо-
тодиода типа ФД-1 позволило несколько уменьшить размеры конструкции
по сравнению с датчиком первого варианта.
Корпус лучше всего сделать из готовой латунной или алюминиевой труб-
148
0010010100
ки. Но перед тем, как приступать к работе, приобретите две линзы подходя-
щих размеров. Диаметр и фокусное расстояние линзы определят внутрен-
ний диаметр и длину трубки. Линза должна плотно входить в трубку, после
чего стекло по окружности промажьте клеем БФ-2. Когда клей высохнет,
линзу никакими стараниями из трубки уже не вынешь.
Вкладыш для фотодиода выточите из эбонита или текстолита. Основные
размеры возьмите из рисунка. После регулировки фотодатчика вкладыш
фиксируется стопорным винтом.
Перед тем как фотодиод укрепить во вкладыше, его следует проверить
на омметре типа ТТ-1 или «Школьный». Сопротивление затемненного диода
должно быть не менее 100 кОм, а освещенного — несколько десятков Ом.
Общий провод тестера при проверке подключается к выводу диода.
К корпусу проверенного фотодиода аккуратно подпаяйте многожильный
проводник диаметром 0,3—0,5 мм. Вставьте диод во вкладыш и со стороны
выводных концов залейте канифолью или парафином.
Фотодатчик готов! При установке его на модель опытным путем подбе-
рите угол а (рис. 74, б). Величина угла зависит от диаметра светового
пятна, проектируемого на фотодиод. С этим придется немного повозиться.
Никакими расчетами здесь помочь нельзя.
Если готовых фотодиодов достать не удастся, их можно изготовить са-
мим. Возьмите любой исправный транзистор типа МП39—МП42 с коэффи-
циентом усиления 40—100 и начальным током коллектора не более 20 мкА.
Осторожно спилите лобзиком чашечку с его основания. При этом будьте
особенно внимательны и не повредите сам триод. Аккуратно очистите поверх-
ность кристалла от попавших на него металлических опилок. Проверьте еще
раз транзистор на тестере. Ни коэффициент усиления, ни начальный ток
измениться не должны. Транзистор должен сохранить те же параметры, что
и до вскрытия. Только убедившись в исправной работе триодной части, мо-
жете считать, что с изготовлением фотодиода из транзистора вы справились.
Окончательную проверку самодельного фотоэлемента произведите на ом-
метре. Эмиттерный провод присоедините к общему проводу прибора, а кол-
лекторный— к проводу Q. Базовый вывод остается свободным.
Поднесите фотоэлемент к настольной лампе так, чтобы ее лучи падали
под прямым углом на кристалл со стороны эмиттерного вывода. Стрелка ом-
метра тут же отметит резкое уменьшение проходного сопротивления. На
расстоянии 5—10 см от лампы проходное сопротивление коллектор—эмиттер
должно упасть до 100—200 Ом.
Поверните фотоэлемент по отношению к продольной оси на 90°. Теперь
лучи от лампочки будут попадать в торец кристалла. Не удивляйтесь, что
проходное сопротивление возросло в 5—10 раз. Лучи света стали попадать
только на часть кристалла. Во сколько раз уменьшилась поверхность облу-
чения, во столько раз уменьшилась чувствительность фотоэлемента. Отсюда
вывод: совершенно не безразлично, как устанавливать изготовленный фото-
диод по отношению к лучам света. Если этого не учитывать, то фотодатчик
будет работать ненадежно.
Нам осталось разобрать взаимодействие отдельных узлов в окончатель-
ной схеме модели ночной бабочки (рис. 74). Если это вызовет какие-либо
затруднения, то нужно будет вычертить полную схему аппаратуры на
отдельном листе бумаги, включая развернутую схему платы электронных
реле постоянного тока. Теперь проследить путь прохождения сигнала в том
или другом варианте значительно проще. Так в будущем и поступайте, когда
некоторые узлы схемы представлены в виде «черных ящиков».
0010010101
149
Тумблер Bki включен. Питание на плату и электродвигатель Mi подано.
При отсутствии света на фотодатчиках оба электронных реле заперты,
а их электромагнитные реле Pj и Р2 отключены. Электродвигатель М2 руле-
вой машинки выключен. Двигатель вращается, и модель едет прямо.
Рассмотрим другой случай. Модель движется прямо на источник света,
и оба фотодатчика освещены. Усилители электронных реле обоих каналов
открыты, а реле Pi и Р2 включены. Но странное дело: электродвигатель М2
не вращается. Тока на него не подается. Проследите внимательно цепь его
включения. Влево от гвоздиков 8 и 12 ток идет к нормально замкнутым кон-
тактным парам реле Pi и Р2 соответственно. Когда эти реле включены, кон-
такты разомкнуты — путь для тока прерван. И только при освещении одного
из фотодатчиков рулевая машинка начинает работать. Модель разворачи-
вается вправо или влево.
Допустим, освещен фотодатчик Фь Электромагнитное реле Pi включено,
а Р2 выключено. Ток от батарейки Б3 через нормально замкнутый контакт
реле Р2 попадет на замкнутую контактную пару реле Рн а оттуда на общий
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
провод +9 В. Наконец-то цепь питания электродвигателя М2 замкнулась
и он начинает работать. Модель делает разворот вправо на источник света.
Если же модель по каким-либо причинам уклонилась влево от источника
света, то луч попадет на фотодатчик Ф2. Электродвигатель М2 изменит на-
правление вращения, и модель повернет влево.
Мы разобрали работу аппаратуры управления модели ночной бабочки.
Она как бы своими «глазами» следит за источником света и старается ехать
все время прямо на него. Подобная аппаратура управления с обратной
связью в кибернетике называется следящей системой. Куда луч — туда и мо-
дель.
Модель следит за источником света!
Но может случиться и так. Модель вместо того, чтобы следить за светом,
будет стараться убежать от него подальше. Пугаться этого случая не сле-
дует. Поменяйте концы проводов, идущие к электродвигателю М2, и этого
будет достаточно. Чего мы этим добились? Положительную обратную связь
заменили отрицательной связью. Из неустойчивого режима работы системы
управления мы перевели ее в устойчивый режим. Вспомните пример с ша-
150
0010010110
риком в желобе. Он вам поможет разобраться в непредвиденном варианте
поведения модели.
Рассмотрим еще один режим работы аппаратуры управления, при кото-
ром модель ищет источник света. Когда свет не попадает ни на один фото-
датчик, модель движется по кругу. Она как бы обшаривает все вокруг.
Чтобы разобраться в режиме поиска источника света, необходимо вер-
нуться к электрической схеме платы (рис. 75).
В режиме поиска источника света все три реле Pi—Р3 отключены. Но, не-
смотря на это, на электродвигатель М2 рулевой машинки подается напряже-
ние питания. Ток течет от положительного зажима батарейки Б3 к диоду Д3,
который включен в прямом направлении и свободно пропускает ток. Далее
через нормально замкнутые контакты реле Р3 и обмотку электродвигателя
М2 ток течет к отрицательному зажиму той же батарейки Б3.
Достаточно сработать одному из реле Pi или Р2, как тут же включится
реле Р3. Это произойдет потому, что положительный вывод одного из диодов
Д1 или Д2 соединится с общим проводом +9 В. По обмотке реле Р3 потечет
б — монтажная схема
ток. Его вполне достаточно, чтобы реле сработало. Только что рассмот-
ренная цепь питания электродвигателя М2 окажется разорванной, и эле-
ктродвигатель М2 остановится.
С этого момента режим поиска кончается и начинается режим слежения
за источником света. Рулевая машинка занимает нейтральное положение,
и модель едет точно на свет.
Вдруг непредвиденное обстоятельство отклоняет модель от намеченной
цели. Под правое колесо попалась щепка. .. Снова обратная связь управ-
ления подает команду на реле Pj и Р2, и наша кибернетическая бабочка
опять едет на свет.
Умение приспосабливаться к среде, присущее всем живым организмам,
стало доступным и для нашей модели.
Но как игрушка из металла, оргстекла и нескольких радиодеталей может
учитывать все то, что встречается на ее «жизненном» пути? И животные
и модель для достижения этой цели используют обратную связь. Именно
обратная связь постоянно контролирует их поведение и исправляет допущен-
ные ошибки.
0010010111
151
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Впервые кибернетический Тузик появился в
1929 году на радиовыставке в Париже. Собака
имела довольно своеобразный вид. Она была сде-
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ Лана из фанеры и обклеена фетром. В глазные
ТУЗИК	впадины были вставлены стеклянные шарики.
Когда собаку освещали, то она начинала дви-
гаться на свет и яростно лаяла. Если человек, дер-
жавший фонарь, отходил в сторону, не переставая
все время освещать морду собаки, она поворачи-
валась к свету и, продолжая лаять, двигалась
к нему. Вот что об ее устройстве сообщалось
в печати:
«Электрическая собака, подобно живой, имеет
два глаза — два фотоэлектрических элемента,
разделенных непрозрачной перегородкой, которая
образует нос.
Каждый глаз включен в цепь, составленную из маленькой батареи акку-
муляторов и электромагнитного реле. Реле замыкает цепь двух электродви-
гателей, присоединенных к большой батарее аккумуляторов. Левый глаз че-
рез реле присоединен к правому электродвигателю, правый глаз — к левому
электродвигателю. Оба электродвигателя вращают колеса в ногах собаки
каждый на своей стороне.
Предположим, что лампа находится справа от электрической собаки.
Тогда левый глаз ее будет затемнен носом, и свет лампы будет действовать
только на правый глаз, который включит левый электродвигатель. От этого
собака станет поворачиваться направо, в сторону лампы. Когда затем свет
попадет и на левый глаз, то будет пущен в ход еще правый мотор, и собака
двинется прямо».
Электрическая собака, как ее тогда называли, имела такой большой
успех, что вокруг нее собирались толпы посетителей. Движения собаки,
управляемой лучом света, и ее лай вызывали громкий смех зрителей.
Некоторые советовали изобретателю приделать собаке уши, чтобы она
начинала яростно лаять, заслышав отдаленные звуки, например шум шагов.
Другие рекомендовали «обучить» собаку отзываться на свист хозяина. Но
никто из присутствовавших и не подозревал, что за этой безобидной соба-
чонкой скрываются совсем не безобидные вещи, которые выглядят далеко не
смешно: морские торпеды и военные корабли.
Аппаратура управления электрической собаки была изобретена немецким
радиоинженером Мейснером. Еще в годы первой мировой войны он впервые
разработал схему генератора электрических колебаний на электронной лам-
пе. Свой ориентирующийся по световому лучу механизм изобретатель пред-
назначал, конечно, не для собачек, а для управляемых торпед. Такие тор-
педы действительно были созданы. Управление ими производилось при по-
мощи света прожектора.
Однако грозное оружие не получило широкого распространения, так как
торпеды можно было выпускать только ночью и луч прожектора легко выда-
вал противнику их присутствие. Заметив торпеду издали, корабль имел воз-
можность своевременно от нее уклониться. К тому же противник светом
своих прожекторов мог нарушить управление торпедой. На языке киберне-
тики можно сказать, что канал связи в контуре управления торпедой имел
низкую помехозащищенность.
С тех пор прошло около шестидесяти лет. Ученые вспомнили об этом изо-
152
0010011000
бретении. Им понадобилось ориентировать полеты космических кораблей
при большом удалении от Земли по звездам. Как ни сложна такая за-
дача, но пришлось создавать аппаратуру управления по световому лучу.
Так, автоматическая станция Маринер, летевшая в направлении Марса,
ориентировалась на звезду Конопус.
При создании космических кораблей нет простых задач. Все находится
на пределе физических возможностей. Все настолько сложно, и в то же время
должно так надежно работать, что инженерам постоянно приходится искать
все новые и новые решения. Именно к этому вам, будущим конструкторам
межпланетных кораблей, нужно готовиться со школьной скамьи.
Модель кибернетического Тузика хотя и далека по сложности от аппара-
туры управления ракетой, но решает она ту же задачу: ориентацию по лучу
света. В отличие от модели ночной бабочки, в новой аппаратуре обращается
внимание на защищенность канала связи от помех. И если бабочкой можно
было управлять только в темноте, то Тузик отлично себя чувствует и при
дневном свете. Даже когда в его глаза попадает солнечный свет, он продол-
жает начатый маневр и никак не реагирует на помеху.
Тогда о каком же луче света идет речь? Пока ясно только одно: он дол-
жен чем-то отличаться от дневного света.
Чтобы луч был замечен моделью, он должен быть не непрерывным, а
прерывистым. Его интенсивность (яркость) должна все время меняться с ча-
стотою 100—300 Гц. Человеческий глаз этого не заметит, а вот для аппара-
туры управления именно такой сигнал и нужен. Если бы наш глаз не был
так инерционен, то в кино мы наблюдали бы не сплошную картину, а преры-
вистую с частотой 25 Гц. Ведь там за одну секунду пробегают 25 кинокадров.
Получить прерывистый световой луч совсем просто. Для этого достаточ-
но электролампу источника света питать переменным током с частотою 50 Гц.
Вот и все. Тогда ее нить накала сто раз в секунду нагреется до максимума
и столько же раз уменьшит свою температуру. В такт с нагревом нити накала
меняет интенсивность световой луч.
Чем мощнее лампа, тем толще у нее нить накала и тем более она инер-
ционна. При этом общий световой поток хотя и увеличивается, но прерыви-
стый сигнал уменьшается. Вот и получается, что чрезмерно стараться по-
вышать мощность лампочки источника света не к чему. Лучше всего будет
работать электролампа мощностью от 40 до 60 Вт. При этом радиус действия
аппаратуры составит 4—5 м.
Помимо управления светом, кибернетический Тузик реагирует на три раз-
личных звуковых сигнала. Подав один из них, можно повернуть модель
влево, подав другой—вправо. Третий звуковой сигнал остановит Тузика
на 3—5 с, после чего он снова начнет поиск светового источника.
Для подачи звуковых команд запаситесь тремя свистками с различной
тональностью. Некоторым ребятам удается подавать команды обычным сви-
стом. Получается очень эффектно: свистнули раз — Тузик побежал налево,
свистнули более низким тоном—Тузик остановился!
В конце раздела рассказывается, как Тузика можно обучить ходить стро-
го по дорожкам и не забегать на «газон». Дорожки, конечно, условные. На
полу, где демонстрируется модель, прокладывается станиолевая или из бе-
лой бумаги лента шириной 150 мм. Как бы лента ни была извилиста, даже
если она несколько раз пересекается, Тузик послушно бегает только по
дорожке.
Начинать изготовление кибернетической модели советую с ходовой части
тележки. Это самый сложный узел. Здесь все надо делать тщательно и акку-
0010011001
153
Рис. 77. Кибернетический Тузик
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
ратно. Именно тележка определяет подвижность и маневренность Тузика.
Когда тележка сделана небрежно, никакая аппаратура управления не по-
может.
Тележка. Ее чертежи даны на рисунке 77. Основными деталями являются:
шасси 1, редуктор 2, колеса 3, подвеска переднего колеса 4, рулевая машин-
ка 5 и электродвигатель 6.
Электродвигатель 6 через понижающий редуктор 2 приводит во вращение
задние колеса тележки, которые жестко связаны с осью. При установке на
модель микроэлектродвигателя типа ДП и редуктора с передаточным числом
40:1 скорость тележки по ровному полу равна 10—15 м/мин. Тяговое усилие
моторчика настолько велико, что модель легко справляется с препятствиями
высотою до 15 мм.
Движение тележки вправо и влево обеспечивает рулевая машинка, кото-
рая через планку 7 поворачивает подвеску переднего колеса относительно
продольной оси модели. Угол поворота переднего колеса равен ±20°, что
обеспечивает радиус поворота не более 1 м. Нам очень важно, чтобы для
разворота тележки требовалось как можно меньше места.
154
0010011010
Шасси изготовьте из листового гетинакса толщиной 5—6 мм или из куска
фанеры толщиной 8—10 мм. Все сделайте строго по чертежу, приведенному
на рисунке 77, внизу. Небрежность, допущенная при изготовлении шасси,
затруднит сборку всей модели, и его непременно придется переделывать еще
раз. Отверстия для крепления втулки передней подвески, рулевой машинки,
электродвигателя и редуктора лучше всего сверлить при установке той или
иной детали. Диаметр сверла возьмите 3,2 мм. Это как раз под винты с гай-
ками диаметром 3 мм.
Чертежи редуктора и его установка на шасси изображены на рисунке 77,
справа. Корпус редуктора изготовьте из листовой латуни толщиной 1,2—
1,5 мм. Все четыре шестерни возьмите из номеронабирателя старого теле-
фонного аппарата. Ось большой шестерни сделайте из стального прутка диа-
метром 3 мм, длиной 200 мм. Жестко с осью связаны фланцы задних колес.
Проще всего это сделать прямо на пайке. После установки колес лишние
концы оси следует отпилить. Колеса можно взять от игрушечного автомо-
биля или изготовить самим. Внешний диаметр колес должен быть в преде-
лах 60—70 мм.
После окончания сборки редуктора наденьте на его ведущую ось кусочек
кембриковой трубки и, проворачивая ось рукой, добейтесь свободного вра-
щения шестерен. Регулировка хода редуктора производится перемещением
переднего подшипника червяка, для чего оба его отверстия сделайте оваль-
ной формы. На чертеже все это показано.
Отрегулированный редуктор укрепите на деревянной подставке размером
100x500 мм и кембриковой трубкой соедините с осью электродвигателя.
Хорошо смажьте редуктор вазелиновым маслом и включите электродвига-
тель от одной батарейки 3336Л. Дайте редуктору проработать 10—15 мин.
За это время все вращающиеся детали притрутся друг к другу, и работа
редуктора станет более надежной.
При установке электродвигателя на шасси обратите внимание на жест-
кость его крепления. Если этого не сделать, в работе все разболтается.
Как бы вы ни старались установить соосность между ведущей осью ре-
дуктора и осью электродвигателя, все же это вам не удастся. Поэтому на
модели они соединяются между собою гибким валиком из кембриковой
трубки подходящего диаметра. Еще лучше в этом случае ведет себя ниппель-
ная трубка от велосипеда.
Подвеску переднего рулевого колеса сделайте по чертежу, данному на
рисунке 77, слева. Коромысло 8 и планку 7 изготовьте из той же латуни, что
и корпус редуктора. Втулку 9 выточите на токарном станке так, чтобы зазор
между осью подвески и втулкой был минимальным. К шасси втулка кре-
пится тремя винтами с гайками диаметром 3 мм. При повороте планки 7
на некоторый угол на тот же угол отклоняется коромысло, а вместе с ним
и рулевое колесо. Максимальный угол переднего колеса должен быть не ме-
нее ±20°. Чем больше будет этот угол, тем маневреннее тележка.
Как сделать рулевую машинку, рассматривалось в конце главы «Слу-
чай». Там же сказано, как она работает и как ее изготовить. Полные чер-
тежи рулевой машинки приведены на рисунке 45. Остается разобрать уста-
новку машинки на шасси.
На свободном конце планки 7 припаяйте кусок медной проволоки диа-
метром 1,5—2,0 мм. Согните проволоку крючком так, чтобы он вошел в про-
резь рычага рулевой машинки. Когда рулевая машинка находится в ней-
тральном положении, переднее колесо должно быть строго параллельно про-
дольной оси тележкй. Подгибая медный крючок вправо или влево, легко
0010011011
155
добиться такого положения, что при отсутствии команды управления модель
едет точно прямо.
После установки на шасси всех необходимых узлов не забудьте провести
окончательные испытания тележки. Скорость на ровном полу должна быть
10—15 м/мин, а минимальный радиус поворота — не более 1 м. Об этих тре-
бованиях я уже писал.
Сверху тележки, на 6 винтах, устанавливается монтажная панель. Лучше
всего ее сделать из листового гетинакса или текстолита размером 320 X
X 170 мм, толщиной 3—4 мм. Можно использовать и фанеру, но тогда тол-
щину придется увеличить до 5—6 мм. Панель служит для размещения на
ней плат аппаратуры управления, батареи питания Б1 и выключателя Вкь
Размещение перечисленных деталей показано на рисунке 78. Такая компо-
новка аппаратуры значительно упрощает монтаж электрической схемы и
избавляет ее от лишних проводов.
Не пытайтесь по рисунку 78 разобраться в соединениях между платами.
Слишком много соединительных проводов «внутри» Тузика.
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Полная электрическая схема кибернетического Тузика изображена на
рисунке 79. По ней и следует вести монтаж. Не разобравшись в работе каж-
дой из плат, понять функционирование полной электрической схемы нельзя.
Всего придется изготовить три платы: плату усилителя электрических
сигналов, плату электрических фильтров и плату электронных реле перемен-
ного тока.
Описания первых двух плат уже были даны раньше на стр. 28 и 103.
О плате электронных реле переменного тока в книге еще почти ничего не
говорилось, если не считать упоминания при разборе платы электронных
реле постоянного тока. Разбирая схему новой платы, советую заглянуть и
туда.
Плата электронных реле переменного тока. На электрической схеме
платы (рис. 80) изображены два совершенно самостоятельных электронных
реле переменного тока. Одно из них (верхнее) собрано на транзисторах
Ti и Т2 вместе с электромагнитным реле Pj. Второе электронное реле собрано
на транзисторах Т3, Т4 и реле Р2. По чувствительности обе схемы также оди-
наковььЕсли на вход верхнего электронного реле (гвоздики 2—3) подать
156
0010011100
сигнал в виде переменного напряжения амплитудой 1 мВ, частотой 100 Гц—
10 кГц, то сработает реле Pt. Точно такой же результат будем иметь при
подаче сигнала на гвоздики 5—6. Должно сработать реле Р2.
Рассмотрим работу одной из схем электронного реле, например верхнего.
Каскад на транзисторе Ti —обычный усилитель переменного напряжения.
Он усиливает входной сигнал в 40—50 раз. Сразу же может возникнуть у вас
вопрос: откуда взялись эти цифры?
Соберите схему каскада отдельно на макетном шасси и подайте на его
вход от звукового генератора сигнал напряжением 10 мВ, частотой 100 Гц.
Вольтметр переменного тока, включенный параллельно транзистору, пока-
жет напряжение 0,4—0,5 В. Разделив измеренное напряжение на входное
(10 мВ), получим значение коэффициента усиления от 40 до 50.
С какой бы электронной схемой вы ни возились, никогда не следует за-
бывать об одной, пожалуй, самой важной детали при ее налаживании. Ка-
скад сможет работать нормально, если режим работы транзистора по по-
стоянному току выбран правильно.
Рис. 79. Электрическая схема кибернетического Тузика
Для правильной работы электронных схем их прежде всего нужно обес-
печить питанием электрической энергией.
И не удивляйтесь, что собранная вами схема не работает, если вы забыли
подать на нее питание от батарейки. Именно с этим казусом чаще всего
встречается начинающий радиолюбитель при налаживании новой схемы.
Прежде чем определять коэффициент усиления каскада, собранного на
макетном шасси, измерьте вольтметром постоянного тока напряжение между
коллектором и эмиттером транзистора. Прибор должен показать примерно
половину напряжения источника питания, то есть 4,5 В. Теперь мы убеди-
лись, что на каскад подается питание и что он работает в линейном режиме.
Только после этого можно быть уверенным, что нужную величину усиления
с каскада мы обязательно получим.
Все, о чем здесь говорилось, возможно, вам хорошо известно. Но по-
вторение материала никогда не помешает. Тем более, где бы вы транзистор-
ный каскад ни использовали, прежде всего он работает как усилитель сиг-
нала. Это справедливо и для схем с обратной связью, таких, как триггер,
мультивибратор и ждущий мультивибратор. Все эти схемы являются усили-
0010011101
157
Рис. 80. Схема платы электронных реле переменного тока
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
телями, охваченными положительной обратной связью. Прежде чем какая-
либо схема будет генерировать сигнал, она должна уметь его усиливать!
Второй каскад рассматриваемой схемы (рис. 80), собранный на транзи-
сторе Т2, является электронным реле переменного тока.
При отсутствии входного сигнала транзистор Т2 подзаперт. При этом кол-
лекторный ток равен 1—3 мА. Его величина определяется значением рези-
стора R 4. Электромагнитное реле Pi при таком токе отключено.
Когда на вход схемы (гвоздики 2—3) поступит сигнал величиной 1 мВ
и частотой 100 Гц, то прежде всего он усилится первым каскадом (TJ до
напряжения 40—50 мВ. Об этом уже говорилось.
Далее усиленный сигнал через конденсатор С2 поступит на вход каскада
электронного реле, собранного на транзисторе Т2. Здесь сигнал еще усилится
до напряжения 0,6—0,8 В. Каскад на транзисторе Т2 хотя и работает в не-
линейном режиме (он подзаперт), но все же усиливает переменное напряже-
ние в 15—20 раз. Его нагрузкой является обмотка электромагнитного реле
Pi. Сопротивление обмотки реле равно 200—250 Ом. Коэффициент усиления
при такой нагрузке получается несколько меньше, чем у первого каскада.
158
0010011110
Это не должно у вас вызывать возражений, так как усиление каскада с об-
щим эмиттером зависит от величины сопротивления нагрузки. Чем она мень-
ше, тем меньше усиление.
Итак, сигнал на выходе транзистора Т2 между коллектором и эмиттером
равен по напряжению 0,6—0,8 В.
Дальнейший путь усиленного сигнала проходит через выпрямитель, со-
бранный на диодах Д1 и Д2 и конденсаторах С3 и С4. Здесь сигнал не только
выпрямляется, но и удваивается по напряжению. Поэтому-то такая схема
в технике и называется выпрямителем с удвоением напряжения. Если парал-
лельно конденсатору С4 подключить вольтметр постоянного тока, то прибор
покажет напряжение 1,2—1,6 В. Полярность подключения диодов Д! и Д2
такова, что на верхней обкладке конденсатора С4 будет «минус», а на ниж-
ней — «плюс».
Все постоянное напряжение, возникшее на конденсаторе С4, через рези-
стор R 5 прикладывается к базе транзистора Т2, заставляя его открыться.
В это^л, собственно, и состоит основная задача электронного реле. При от-
сутствии входного сигнала транзистор заперт. Как только сигнал поступит
на вход схемы, транзистор должен открыться. Разделив величину постоян-
ного напряжения на величину резистора R5 легко получить значение по-
стоянного тока, который поступает на базу. В нашей схеме этот ток равен
0,6—0,8 мА. Этой величины вполне достаточно, чтобы ввести транзистор
в режим насыщения. Возьмем коэффициент усиления транзистора Т2 рав-
ным 50. Тогда коллекторный ток равен:
1К = 1бХ Р = 0,6мА X 50 = 30 мА.
При таком токе обязательно сработает электромагнитное реле Pi.
Каждое из электромагнитных реле Pi и Р2 имеет по две контактные груп-
пы. Одна из них работает на замыкание, а вторая — на размыкание. Кроме
того, на плате установлено третье реле Р3 с одной контактной группой на
переключение.
Когда ни одно из реле Pi и Р2 не включено, обмотка реле Р3 обесточена.
Достаточно сработать электромагнитному реле Pi или Р2, как тут же
включится реле Р3.
Рассмотрим случай, когда сработало реле Рн При этом нижний конец
катушки реле Р3 через диод Д3 и контактную группу реле Pi соединится с об-
щим проводом схемы. Через обмотку реле Р3 потечет ток, и оно сработает.
Изготовление платы начинайте с панели. Вырежьте ее из листового ге-
тинакса или текстолита строго по чертежу, приведенному на рисунке 81, а.
Толщина материала равна 2,0—2,5 мм.
Данные всех радиодеталей возьмите из электрической схемы, изображен-
ной на рисунке 80. Их расположение на плате приведено на монтажной
схеме на рисунке 81,6. Монтаж всех деталей, включая транзисторы, произ-
водится на гвоздиках.
Электромагнитные реле Pi—Р3 лучше всего взять типа РЭС-6, паспорт
145. Ослабив немного натяжение контактных пружин, добейтесь, чтобы они
надежно срабатывали от одной батарейки типа 3336Л. Можно использовать
и другие типы реле, включая самодельные.
После того как плата смонтирована, не забудьте ее проверить. В каче-
стве источника питания используйте две последовательно включенные бата-
рейки 3336Л или плату источника питания на 9 В. Ее описание найдете
на стр. 25.
0010011111
159
Теперь вы уже знаете, что испытания любой электронной схемы нужно
начинать с проверки работы каскадов по постоянному току. Чтобы нор-
мально работали транзисторы в схеме, их прежде всего нужно правильно
питать электрической энергией. Электрический ток — это их пища.
Вольтметр постоянного тока, подключенный между базой и эмиттером
транзистора Ть а также между базой-и эмиттером транзистора Т2, должен
показать напряжение, близкое к нулю (0,05—0,1 В). Напряжение между
коллектором транзистора Ti и его эмиттером должно быть около 4,5 В. Этот
каскад работает в линейном режиме усиления сигнала. Напряжение между
коллектором и эмиттером транзистора Т2 равно питающему напряжению.
Выходной каскад при отсутствии входного сигнала заперт, а его реле Pi
отключено.
Может случиться, что в каких-то контрольных точках прибор покажет не
то напряжение, которое здесь указано. Пока не найдете ошибки, дальней-
ших испытаний платы не проводите. В этом вам поможет разбор работы
схемы электронного реле, приведенный на двух предыдущих страницах.
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Чувствительность верхней схемы электронного реле определяется так.
Подайте на вход (гвоздики 2—3) от звукового генератора сигнал напряже-
нием 3—5 мВ, частотой 100 Гц. Должно сработать электромагнитное реле Рь
Уменьшайте величину входного сигнала до тех пор, пока реле не отклю-
чится. Минимальное напряжение входного сигнала, при котором еще реле
включено, и будет равно чувствительности схемы. Ее величина лежит в пре-
делах от 0,5 до 1 мВ.
Значительно хуже дело обстоит, когда электромагнитное реле Pi не сра-
батывает не только от сигнала в 1 мВ, но и от 10 мВ. Значит, что-то не так,
где-то в схеме допущена ошибка или поставили плохую деталь. Скорее всего,
это один из конденсаторов. Чтобы найти неисправности, вам понадобится
вольтметр переменного тока, а еще лучше иметь катодный осциллограф.
Проверку проводите в контрольных точках.
Когда освоите наладку верхней схемы электронного реле, проверка ниж-
ней части (Тз, Т4 и Р2) для вас уже не составит большого труда. Проводите
ее в той же последовательности, что и для верхней схемы. Входной сигнал
теперь подавайте на гвоздики 5—6.
160
0010100000
При желании увеличить чувствительность электронных реле, ставьте
транзисторы с большим коэффициентом усиления. Помните, что транзисторы
с р больше 100 работают нестабильно. Лучше всего для повышения чувст-
вительности электромагнитные реле Pj и Р2 заменить на более высокоом-
ные.
Последним в плате проверяется работа реле Р3. При срабатывании одного
реле Pi или Р2 или двух одновременно должно включиться реле Р3. Для этих
целей служат диоды Д3 и Д4 (рис. 80).
Не вздумайте только непроверенную плату ставить на монтажную па-
нель тележки с надеждой наладить ее там, на месте. Из этого ничего у вас
не получится. Только время зря потеряете.
После того, как все три платы аппаратуры управления не только сдела-
ны, но и налажены, можно приступать к разбору полной электрической
схемы, изображенной на рисунке 79. Теперь вы хорошо знакомы с каждой
из трех плат, и разобрать схему кибернетического Тузика для вас не соста-
вит большого труда.
б — монтажная схема
В аппаратуре Тузика имеются два самостоятельных канала управления.
Один из них работает от звукового сигнала, другой — от светового. В пер-
вом случае датчиком является микрофон, во втором — два фотоэлемента —
Ф1 и Ф2.
Микрофон лучше всего сделать из капсюля ДЭМШ-1. Он не так будет
чувствителен к шумам от электродвигателей Mi и М2, как угольный.
В крайнем случае можно использовать и угольный микрофон, например
капсюль от телефонной трубки. Но его придется очень хорошо звукоизоли-
ровать от фанерного корпуса собаки.
Конструкция фотодатчиков приведена на рисунке 74. Перед установкой
фотодиодов во вкладыш не забудьте их проверить на тестере. Освещенный
фотодиод должен иметь сопротивление около 20—50 Ом, затемненный —
не менее 100 кОм.
В схеме рисунка 79 используются два электродвигателя — Mi и М2 ти-
па ДП. Электродвигатель Mi через редуктор связан с двумя ведущими ко-
лесами тележки. При его работе она движется вперед.
Электродвигатель М2 является деталью рулевой машинки. От того, к ка-
0010100001
161
кой батарейке он подключен — к Б2 или Б3, зависит направление его враще-
ния. При этом тележка поворачивает вправо или влево.
Разбор блок-схемы начнем со звукового канала управления.
При подаче звуковой команды сигнал принимается микрофоном, затем
усиливается платой усилителя электрических сигналов. Далее он поступает
на плату электрических фильтров. Если частота команды равна частоте на-
стройки одного из трех фильтров, то срабатывает соответствующее реле
Pi, Р2 или Р3. .
Когда звуковая команда не подается или подается на посторонних ча-
стотах, ни одно из реле Pi—Р3 не включено.
Проследим цепь питания электродвигателя Mi и убедимся, что она за-
мкнута на батарейку Б2. Если это так, то моторчик будет вращаться, а те-
лежка — ехать прямо.
От минусового зажима батарейки Б2 ток идет по проводу к гвоздику 17
платы электрических фильтров. Возьмите схему электрических фильтров
(рис. 14), тогда вам легче будет проследить дальнейший путь тока. Реле Р3
Рис. 82. Тузика можно заставить бегать только по дорожкам
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
отключено. Это по условию задачи, и об этом уже говорилось. Через нор-
мально замкнутый контакт реле Р3 ток попадет на гвоздик 15 платы. Далее
через электродвигатель Mi и выключатель Bkj он достигнет положительного
зажима батарейки Б2. Цепь электродвигателя Mi при отсутствии команды
оказалась действительно замкнутой.
При подаче Тузику звуковой команды «Стоп» сработает электромагнит-
ное реле Р3. Цепь электродвигателя Mi разорвется, и модель остановится.
При срабатывании реле Рь расположенного на плате электрических филь-
тров, цепь питания электродвигателя М2 замкнется. От отрицательного за-
жима батарейки Б2 ток пойдет на гвоздик 9. Далее через нормально разо-
мкнутый контакт реле Pi он возвратится к гвоздику 8, а оттуда уже через
обмотку М2 пойдет к положительному зажиму батарейки Б2.
При срабатывании реле Р2 платы электрических фильтров электродвига-
тель М2 подключится к батарейке Б3. Теперь он будет вращаться в противо-
положном направлении.
Переходим к рассмотрению канала управления световым лучом. Помни-
те, световой луч по яркости должен быть обязательно прерывистым.
162
0010100010
Когда свет не поступает ни на один из фотодатчиков Ф1 или Ф2, оба реле
Pi и Р2 платы электронных реле переменного тока отключены. Реле Р3 обесто-
чено. Его нормально замкнутые контакты через гвоздики 9 и 10 подключены
параллельно нормально разомкнутым контактам реле Р2 платы электриче-
ских фильтров (гвоздики 12—13). Электродвигатель М2 рулевой машинки
оказывается включенным, и модель кружится по комнате. Так кибернетиче-
ский Тузик ищет своего хозяина, в руках у которого источник света!
Наконец, луч обнаружен. В результате на один из фотодатчиков попадает
световая команда. Срабатывает электромагнитное реле Pj или Р2, которые
расположены на плате электронных реле. Какое именно реле сработает, за-
висит от того, на какой фотодатчик попадет световой луч. В тот же момент
реле Р3 отключится, но модель по инерции все еще некоторое время будет
ехать по кругу. В результате оба фотодатчика окажутся освещенными. Реле
?! и Р2 одновременно включены. При этом никаких команд с платы больше
не подается.
Модель едет точно на источник света. Тузик «увидел» своего хозяина!
Рис. 83. Электрическая схема «обученного» Тузика
Из рисунка 79 видно, что нормально разомкнутые контакты реле Pi и Р2
платы электронных реле переменного тока включены параллельно нормально
разомкнутым контактам реле Pi и Р2, расположенным на плате электрических
фильтров. Подавая световые команды на фотодатчик Ф1 или Ф2, можно
менять направление вращения электродвигателя точно так же, как и звуко-
выми командами «Вправо» и «Влево».
Полярность подключения батареек Б2 и Б3 к электродвигателю М2 долж-
на быть такой, чтобы при освещении правого фотодатчика модель развора-
чивалась направо, и наоборот. Модель постоянно должна стремиться ехать
только на свет, как бы мы его ни перемещали по комнате.
Если фотодатчики расположить не в глазных впадинах Тузика, а так,
как это показано на рисунке 82, то модель можно будет «обучить» дви-
гаться по довольно замысловатой трассе, выложенной из алюминиевой или
бумажной ленты.
В передней части тележки располагается лампочка от карманного фо-
наря с рефлектором. Питается лампочка пульсирующим током через схему
мультивибратора. Для этих целей подойдет плата мультивибратора, описа-
0010100011
163
ние которой вы найдете на стр. 126. Частоту генерации мультивибратора
сделайте равной 30—40 Гц. Световой луч лампочки отражается от освещен-
ной ленты, выложенной на полу, и попадает на фотодатчики. Ширину ленты
возьмите от 100 до 150 мм. Для этого лучше всего разобрать готовый бу-
мажный конденсатор большой емкости.
Когда тележка едет точно вдоль ленты, в оба фотодатчика попадают
световые команды. Электродвигатель рулевой машинки выключен. Такой
режим работы аппаратуры соответствует случаю, когда кибернетический
Тузик ехал на световой луч.
Достаточно модели съехать с ленты, как моментально прекратится по-
дача световой команды на один из фотодатчиков. В результате сработает
или реле Pi или реле Р2 платы электронных реле переменного тока. Все будет
зависеть от того, в какую сторону ленты съехала тележка. Выключится
электродвигатель, и модель вновь свернет на световую полосу.
Так новый вариант кибернетического Тузика стал бегать только по до-
рожкам! Полная его электрическая схема изображена на рисунке 83.
МЫШЬ
В ЛАБИРИНТЕ
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
В одной из древнегреческих легенд рассказы-
вается об искусном механике и архитекторе Де-
дале. Он считается изобретателем пилы, топора
и отвеса. За убийство своего ученика, который
превзошел учителя в создании различных инстру-
ментов, Дедала изгоняют из Афин, и он бежит на
остров Крит. Там он по приказанию царя Миноса
строит огромное здание со множеством помеще-
ний и запутанных ходов — лабиринт.
К несчастью жителей острова, в центре лаби-
ринта вскоре поселилось чудовище Минотавр с го-
ловой быка и телом человека. И никто из попав-
ших в лабиринт не мог выйти обратно. Люди ста-
новились в конце концов жертвой огромного
зверя. Семь юношей и девушек ежегодно прино-
сили афиняне в дань чудовищу, которое их по-
жирало.
Так продолжалось девять долгих лет. Наконец афинский герой Тесей не
только убил Минотавра, но и вышел из лабиринта, не заблудившись в нем.
В этом ему помогла дочь царя Ариадна. Она дала Тесею клубок ниток, кото-
рыми он отмечал путь, возвращаясь обратно. С той поры слова «нить Ариад-
ны» имеют символическое значение, как способ, дающий выход из самого
затруднительного положения.
Узнав об убийстве чудовища, царь Минос был страшно рассержен. Чудо-
вище ему было нужно, чтобы держать в повиновении жителей страны.
Полюбившие друг друга Ариадна и Тесей были вынуждены бежать
с острова. Дедала ждала суровая кара. Это он изготовил клубок ниток и
передал их Ариадне. Преследуемый Миносом, Дедал вместе с сыном Икаром
улетел с острова Крит на крыльях, сделанных из перьев и скрепленных
воском.
Так гласит легенда о первом лабиринте, построенном человеческими ру-
ками.
Есть предположение, что греческое слово «лабиринт» произошло от еги-
петского слова и в переводе означает ходы в подземельях. Существует дей-
164
0010100100
ствительно очень большое количество природных подземных пещер с таким
огромным количеством по всем направлениям перекрещивающихся коридо-
ров, закоулков и тупиков, что нетрудно в них заблудиться, потеряться и, не
найдя выхода, умереть от голода и жажды.
Лабиринты бывают самой разнообразной формы и устройства. До наших
дней сохранились еще и запутанно-сложные галереи, и ходы пещер, и архи-
тектурные лабиринты под могилами, и извилистые планы на стенах или по-
лах, обозначенные цветным мрамором или черепицей, и извивающиеся тро-
пинки на почве, и рельефные извилины в скалах. Люди не жалели сил, изо-
щряясь в создании самых замысловатых и «безвыходных» лабиринтов.
Но в самом деле: возможно ли построить или даже начертить безвы-
ходный лабиринт? Еще великого Аристотеля интересовал этот вопрос. Не-
ужели действительно можно создать такой лабиринт, в котором найти путь
к его центру и выйти оттуда было бы делом только удачи, случая или счастья,
а не совершенно определенного и правильного математического расчета?
Некоторые из вас, ребята, наверное, тоже часами просиживали над этой
задачей.
В сущности, наши города, железные дороги, телеграфные и в особен-
ности телефонные сети — все это более или менее сложные лабиринты.
А если это так, то задача о распутывании любого лабиринта становится не
только развлечением...
Начало решения этой задачи было положено великим математиком, ме-
хаником и физиком Леонардом Эйлером (1707—1783). Результаты изыска-
ний привели ученого к заключению: безвыходных лабиринтов нет.
Бурное развитие телефонии в начале XX века поставило перед учеными,
инженерами и другую задачу. Если в лабиринте не один, а несколько ходов,
то как выбрать тот, который короче остальных? Действительно, когда вы
разговариваете по телефону со своим товарищем, который живет в том же
доме, что и вы, кто на АТС (автоматическая телефонная станция) руководит
выбором самой короткой свободной линии? Если этим правилом пренебречь,
то линии телефонных связей можно будет так запутать, что пользоваться
телефоном практически станет невозможно.
Еще более сложные лабиринтные задачи встали перед учеными, заня-
тыми разработкой систем релейной автоматики. Их схемы оказались на-
столько сложными, что человек был уже не в состоянии просмотреть все
возможные варианты цепей прохождения электрического тока, возникшие
в результате соединения тысяч и десятков тысяч электромагнитных реле.
Специалисты почувствовали, что теряют власть над автоматами, теряют
способность разглядеть все возможные варианты состояния созданных ими
же устройств.
Чтобы решить эти сложные задачи, необходим был математический аппа-
рат, который позволил бы анализировать схемы и давать ответ на вопрос,
правильно ли они составлены.
Так появилась новая теория, которая теперь называется «Синтез и ана-
лиз релейных схем». Ее основоположником стал американский математик
и инженер Клод Шеннон.
Чтобы проверить свою теорию, Клод Шеннон сделал небольшую модель
в виде механического лабиринта, в котором бегала электрическая «мышь»—
намагниченный кусочек стали длиной в несколько сантиметров. До некото-
рой степени мышь Шеннона аналогична шаговым искателям АТС, которые
сразу же после набора телефонного номера осуществляют нужное соеди-
нение.
0010100101
165
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Вот что писал о Шенноне Норберт Винер в своей книге «Я матема-
тик» (1964). Книга переведена на русский язык, и вы в ней найдете много
интересного по истории кибернетики.
«Приблизительно в 1933/34 учебном году на математической кафедре
Массачусетсского технологического института (США) появилась группа та-
лантливых студентов. Самым интересным из них был, конечно, Клод Шеннон.
Уже тогда он высказал идею, с самого начала обнаружившую глубокую ори-
гинальность его мышления и оказавшуюся впоследствии крайне важной для
исследований в области релейно-контактных схем, счетных машин и возник-
шей отсюда теории информации. Поскольку эта идея оказала большое влия-
ние на все дальнейшее развитие науки, стоит сказать о ней несколько слов.
Обычные выключатели, позволяющие зажигать и тушить свет в комнате,
знакомы всем. Как правило, каждая электрическая лампочка имеет один
выключатель. Во многих домах, однако, имеются и более сложные устрой-
ства. Например, иногда электрическая сеть устроена так, что свет, освещаю-
щий лестницу, можно включить, повернув выключатель на нижней площад-
ке, и выключить, повернув выключатель наверху (или, наоборот, включить
наверху и выключить внизу). Можно сделать и так, чтобы одна лампочка
зажигалась и тушилась четырьмя или пятью выключателями, расположен-
ными в разных местах.
Так вот, открытие Шеннона состояло в том, что он понял, что методы
конструирования наиболее экономичных цепей с несколькими выключате-
лями, действующими на один прибор, представляют собой фактически раз-
дел математической дисциплины, называемой алгеброй логики.
Электрические сети с большим числом выключателей крайне важны для
автоматических телефонных станций; неудивительно поэтому, что талант
Шеннона оказался максимально соответствующим задачам, решаемым в Те-
лефонной лаборатории Белла. В качестве сотрудника этой лаборатории
Шеннон шел от триумфа к триумфу. Его интересы охватывали одновременно
вопрос о нахождении числовой меры количества информации, конструирова-
ние электрической мыши, способной научиться находить кратчайший путь
в лабиринте, метода игры в шахматы на электрических вычислительных ма-
шинах, задачи кодирования и декодирования сообщений и вообще все проб-
лемы, составляющие содержание современной теории информации.
При всем том он все время оставался верен своей первой любви в на-
уке — любви к задачам об устройствах «да» или «нет», вроде обычных вы-
ключателей, которые он явно предпочитал вопросам о непрерывно меняю-
щихся величинах типа силы тока, текущего по проводам.
Именно эта склонность к дискретному сделала Шеннона одним из круп-
нейших ученых нашего века, века электронных вычислительных машин и за-
водов-автоматов».
Клод Шеннон заложил фундамент не только теории релейных схем. Он же
является основоположником еще одной теории — теории информации. Это
Шеннон научил людей измерять информацию, как, скажем, можно измерить
длину стола или вес какого-либо предмета.
Информация. .. Кто первый произнес это слово? Ученый? Инженер? Нет.
Оно вошло в науку и технику из обихода. Ведь раньше, чем оно появилось
на страницах научных журналов, его можно было встретить на страницах
газет и художественных книг.
Прочтя книгу, люди говорили, что она пустая или, наоборот, очень со-
держательная. Но никому даже в голову не приходило, что можно точно
подсчитать, какое количество информации содержится на ее страницах. Еще
166
0010100110
более сложным казалась оценка количества информации в звуковых сигна-
лах нашей речи или в телевизионном изображении.
Начиная с 50-х годов нашего столетия человечество измеряет информа-
цию так же уверенно, как, скажем, длину какого-либо предмета в метрах
или его вес в килограммах. Единицей измерения информации с легкой руки
Клода Шеннона стал бит. Им же дана формула для подсчета количества
информации.
Лабиринт Шеннона представляет собою квадратную доску, разбитую на
25 равных квадратов, по границам которых установлены перегородки, обра-
зующие лабиринт. Меняя перегородки местами, можно получить около ты-
сячи миллиардов различных вариантов лабиринта. Действительно, полу-
чается астрономическая цифра! Запрограммировать в таких условиях по-
ведение мыши, конечно, невозможно.
По дорожкам лабиринта достаточно свободно может перемещаться игру-
шечный мышонок, представляющий собою намагниченный кусочек стали на
колесиках с нарисованными глазками, с приклеенным хвостом и усиками.
Передвигается кибернетическая мышь с помощью подвижного магнита,
расположенного под доской. В свою очередь подвижной магнит связан
с двумя электродвигателями, управляемыми релейной схемой из НО элек-
тромагнитных реле.
Когда один из усиков коснется какой-либо перегородки, на соответствую-
щее реле схемы подается сигнал, в результате чего вырабатывается команда
изменить направление движения мыши в лабиринте.
Основную роль здесь играет обратная связь. От усиков она через релей-
ную схему идет к двигателю и через механический редуктор обратно возвра-
щается к мыши. Обратная связь должна быть, конечно, отрицательной. При
положительной обратной связи мышь беспорядочно будет метаться по ла-
биринту, не проявляя ни малейших признаков «разума».
При ошибочном ходе кибернетической мыши выработанный сигнал как
бы «отпугивает» ее, и она возвращается в поисках правильного хода. Так
повторяется до тех пор, пока мышь не достигнет противоположного конца
лабиринта.
Но самое ценное в модели Шеннона не в этом. Если мы сразу же, после
первого прохода мышью лабиринта, вновь вернем ее в исходное положение,
она уверенно пойдет по единственно правильному пути. Мышь как бы «за-
помнила» дорогу к выходу.
Если же мышь поместить в ту часть лабиринта, где она ранее еще не
была, то она будет бродить до тех пор, пока не попадет на знакомую до-
рожку, а оттуда уже прямо пойдет к цели!
Наконец, если изменить лабиринт, переставив одну или несколько пере-
городок, мышь сначала пробует свой прежний путь и, когда ее постигает
неудача (мешает перегородка), начинает вновь поиск, пока не находит но-
вый путь к цели.
Выключив электропитание релейной схемы, модель полностью обо всем
«забывает». Снова она совершенно беспомощна в поисках правильного пути!
Для нас модель Шеннона интересна еще тем, что она представляет при-
мер обучающейся машины, которая каждый раз, путешествуя по лабиринту,
приобретает некоторый опыт и использует его для дальнейшей деятельности.
Она более «высоко организованна», чем андроиды, которые исполняют лишь
то, что им приказывает человек. Мышь Шеннона — это шаг на пути к созда-
нию элемента разумного мышления.
Сделать самим описанный лабиринт вам будет не под силу. Слишком
0010100111
167
сложна в нем механическая часть, служащая для перемещения мыши. Да
и релейная часть не так проста.
Наша модель имеет вид небольшой коробки (рис. 84), на передней стенке
которой размещен сам лабиринт с одним входом и двенадцатью тупиками.
Слева от лабиринта смонтирован пульт управления. В него входит тумб-
лер для включения прибора, тумблер для «Запроса», кнопка поиска, световое
табло «Лабиринт пуст» и сигнальная лампочка «Память».
В любой из тупиков можно поместить приманку («сало»), включив соот-
ветствующий тумблер. Сразу же в нем загорится красная лампочка. Это и
есть «сало».
После включения тумблера «Запрос» и нажатия кнопки «Поиск» про-
граммное устройство приступает к поиску «сала». Световой луч медленно
начинает обходить все проходы и тупики лабиринта, как бы ища «сало».
Как только «сало» найдено, дальнейший поиск прекращается и мигание
красной лампочки приманки оповещает нас об этом. Кратчайшая дорога от
входа в лабиринт к тому тупику, где остановился луч, остается освещенной.
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Если теперь выключить тумблер запроса, то мигание лампочки и осве-
щение дороги к «салу» прекратится. Но запоминающее устройство модели
«запомнит» эту кратчайшую дорогу. Информация о ней может храниться
в памяти модели в течение нескольких десятков секунд. На протяжении
этого времени при повторных запросах (включении тумблера «Запрос») све-
товой луч сразу же без повторных блужданий указывает дорогу, которую
«запомнила» мышь.
Если, не помещая «сала» ни в один из тупиков лабиринта, заставить
мышь все же искать его (нажатием кнопки «Поиск»), световой луч обойдет
все проходы и тупики и, не найдя «сала», вернется к выходу и погаснет.
На пульте управления вспыхнет табло «Лабиринт пуст». Информация об
этом также запоминается «памятью» модели, и при повторных запросах она
уже отказывается от поиска, включая сразу табло.
Продолжительность действия «памяти» можно регулировать в пределах
от 30 до 120 с. На пульте управления имеется сигнальная лампочка «Па-
мять», которая светится только в том случае, если модель помнит резуль-
таты своих поисков.
168
0010101000
T1 V T2\ T3\ т4\ т5\ Т6\ ' \ о \ Т9\Т1°\Т11 V12\
ФП О D О П on OD on on on OD О П ОП OD
ФФФФФФФФФФФ
^4t ^gT Лдт JI^qt Л-| 2т ^141 Л1бт -^19т ^22т ^24т ^26т ^27т
^1^2 Л3|Л4 Л5р1др1гЛд
с^фофоофф
с^ффффофф
27.---------
.	ЛАБИРИНТ
1 ПУСТ
27
.=^1^2 о^З^4^5И6 ^7 ^8
7’	,
/241
Вл I Т
26
О< 28
ИСПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛАМПОВАЯ СХЕМА
а2 а5 Р7 ^9	^3?!5 ^17^8^20 а21 ^23 ^25
J[pb][13I23
J ^9	OJ^ 11
Eii |ф1 Es]
] [^51 [Ppi Йз| Йз| Йт]
^4Дб J^7J^8
ПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО
СХЕМА РЕЛЕ ВРЕМЕНИ
Рис. 85. Электрическая схема лабиринта
Изготовление лабиринта начинайте с разбора электрической схемы.
Принципиальная схема упрощенного варианта лабиринта приведена на
рисунке 85. Она включает программное и запоминающее устройства, испол-
нительную ламповую схему, схему реле времени на Ti и Т2, определяющую
время действия «памяти» и плату мощного источника питания на 12—24 В.
Имеется еще плата мультивибратора. Чтобы не усложнять чертеж, на схеме
она не показана. Эта плата обеспечивает режим мигания лампочек,имити-
рующих «сало».
При разборе схемы запаситесь терпением и, как это ни скучно, обязатель-
но проследите все варианты включения электромагнитных реле. Кто этого не
сделает, значительно больше времени потратит на отыскание ошибок в уже
смонтированной машине. А то и просто может запутаться в лабиринте из
проводов и реле.
Программное и запоминающее устройства модели построены на обычных
электромагнитных реле двух типов: реле Pj(i— порядковый номер реле)
имеет два нормально разомкнутых контакта; один из них aj используется
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
для задания программы поиска, другой контакт а! служит для включения све-
тового луча в лабиринте. Реле В, используются в запоминающем устройстве.
Они имеют по одному нормально разомкнутому контакту bi для самобло-
кировки и по одному контакту fav работающему на переключение.
«Сало» во всех 12 тупиках имитируется красными лампочками Л4т Л6т,
Лзт, Лют, Лют, Л14р Лют, Лют, Л22т> Л24т, Л26Т, Л27Т. Для этого лучше
всего использовать лампочки подсвета 6,3 В X 0,28 А. Каждая из лампочек
включается тумблером Tj—Ti2 типа ТП1-2, который может одновременно
переключать две цепи. Одна его половина используется для включения лам-
почек «сала», вторая — для включения реле Вг.
Для осуществления режима поиска включается тумблер «Запрос», состоя-
щий из двух спаренных тумблеров типа ТП1-2, а затем уже нажимается
кнопка «Поиск». Работа схемы происходит в следующем порядке.
1.	Срабатывает реле Во и замыкаются его контакты Ьо и fa . Благодаря
включению контакта самоблокировки реле Во остается включенным даже
после отпускания кнопки «Поиск». При замыкании контакта fa включается
реле Pi программного устройства.
170
0010101010
2.	Реле Pi срабатывает, замыкаются его контакты ом и сц. Контакт ом вклю-
чает две лампы Лi подсвета первой секции лабиринта (рис. 86), контакт at
включает реле программы Р2. Каждая из лампочек JIj —это обычные лам-
почки от карманного фонаря 3,5 В X 0,28 А.
3.	Реле Р2 срабатывает, и замыкаются его контакты а2 и а2. Контакт а2
включает лампы Л2 подсвета второй секции лабиринта; контакт а2 включает
реле программы Р3.
4.	Реле Р3 срабатывает, и замыкаются его контакты а3 и а3. Контакт а3
включает лампы Л3 подсвета третьей секции лабиринта; контакт а3 включает
реле программы Р4.
5.	Реле Р4 срабатывает, замыкаются его контакты сц и а4. Контакт щ вклю-
чает лампы Л4 подсвета четвертой секции лабиринта, являющейся частью
тупика.
Во второй половине этого же тупика расположена красная лампочка
Л4т и тумблер Т1. Контакт а4 включает одну из двух цепей схемы лабиринта.
Проследим каждую из цепей:
а)	если «сало» было помещено в тупике четвертой секции, то тумблер Т]
находится в левом положении. Поэтому контакт а4 включает цепь питания
реле Рм. Это реле срабатывает, и его контакт ам включает плату мульти-
вибратора. Генератор начинает пульсировать с частотою около 2 Гц, отчего
цепь включения лампочки Л4Т через контакт ам периодически прерывается.
Лампочка Л4т начинает мигать, возвещая о том, что «сало» найдено. Лампы
подсвета секций 1—2—3—4 указывают дорогу к заданной точке — к первому
тупику. Дальнейший поиск прекращается;
б)	если задана какая-либо другая точка лабиринта, то тумблер Ti нахо-
дится в правом положении. В этом случае контакт а4 включает реле памяти
В], и поиск «сала» продолжается.
6.	Срабатывает реле памяти Bi и тут же самоблокируется контактом в}.
Тем самым модель «запомнила», что в тупике Ti «сала» нет. Контакт Д реле
Bi переключается, размыкая цепь реле Р4 и включая реле программы Р5.
7.	Реле программы Р4 отключается. Его контакт сц выключает лампы под-
света Л4 четвертой секции лабиринта. Контакт сц размыкается, но ток через
катушку реле Bi продолжает проходить через замкнутый контакт bi.
8.	Срабатывает реле P5l и замыкаются его контакты 05 и а^ Контакт «б
включает лампы Л5подсвета пятой секции лабиринта, а контакт а5— реле Р6.
9.	Реле Р6 срабатывает, и замыкаются его контакты «6 и а6. Контакт
включает лампы Л6 подсвета шестой секции лабиринта, содержащей тупик
Т2. В свою очередь контакт aQ включает одну из цепей:
а)	если «сало» было помещено в тупик шестой секции лабиринта, то
тумблер Т2 находится в левом положении, поэтому его контакт включит цепь
питания реле Рм • Это реле срабатывает, и его контакты включают плату
мультивибратора, отчего лампочка Л6т начинает мигать. «Сало» найдено!
Лампы подсвета секций 1—2—3—5—6 указывают дорогу к заданной точке
тупика Т2. Дальнейший поиск «сала» прекращается;
б)	если задана какая-либо из последующих точек лабиринта, то тумблер
Т2 должен находиться в правом положении. В этом случае контакт а3 вклю-
чает реле памяти В2. Модель «запоминает», что «сала» в тупике Т2 нет, и
поиск продолжается.
Продолжение поиска осуществляется описанным выше способом. При-
чем, программное устройство включает и отключает последовательно лампы
подсвета все новых и новых секций лабиринта до тех пор, пока «сало» не
будет найдено в одном из тупиков.
0010101011
171
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Если «сало» не было помещено ни в один из тупиков, то все переключа-
тели Т]—Т12 находятся в правом положении. Красные лампочки не горят.
В этом случае в результате поисков «сало» не может быть найдено и все
12 реле памяти В] — В12 сработают. Когда сработает последнее реле памяти
В12, его контакт Д12 отключит реле программы Р] и включит реле Р28.
Отключение обмотки реле Pi приведет к последовательному отключению
катушек реле Р15» Р17 > Р20, Р21, Р23, Р25И Р27, так как каждое из них
подключается к источнику питания через контакт ах предыдущего реле. От-
ключение указанных реле программы вызовет размыкание контактов
ап < «го, «2 ь «2 3, «25 и а27. Лампы подсвета соответствующих секций погаснут.
Одновременно с этим сработает реле программного устройства Р28, и его
контакт а28 включит лампы Л28 табло «Лабиринт пуст».
Переключением тумблера «Запрос» после того, как «сало» найдено, или
после включения табло, мы переключаем четыре группы его контактов в ниж-
нее положение. При этом происходит следующее.
1.	Размыкается цепь питания реле программы Pj или Р28в зависимости от
того, какое из них было включено. В первом случае последовательно, одно
за другим отключаются и остальные реле программы, оставшиеся включен-
ными после поиска, размыкаются их контакты а,, и подсвет дороги к «салу»
гаснет. Во втором случае размыкается контакт а28, и гаснет подсвет табло
«Лабиринт пуст».
2.	Размыкается цепь питания реле Рм , и его контакт ам разрывает цепь
питания платы мультивибратора.
3.	Включается схема реле времени. Если далее на протяжении отрезка
времени, определяемого выдержкой этой схемы, тумблер «Запрос» не будет
переключен в верхнее положение, реле Рв сработает, и его контакт К i
разомкнет цепь питания всех реле памяти Bj. В результате модель «забу-
дет» всю хранящуюся в запоминающем устройстве информацию.
4.	Замыкается цепь сигнальной лампочки «Память», которая подключена
к источнику питания (~6,ЗВ) через контакт Кг схемы реле времени. Лампа
светится лишь до тех пор, пока не сработает схема реле времени. При ее
срабатывании этот контакт размыкается и лампочка «Память» гаснет.
Для повторных запросов тумблер «Запрос» переводится в верхнее поло-
жение. Если это было сделано до истечения времени действия «памяти», то
есть до того, как схема реле времени сработает, то:
1)	включается реле программы Рь а за ним и все остальные реле Pi,
оставшиеся включенными после поиска. Их контакты включат подсвет до-
роги к «салу». При пустом лабиринте срабатывает только реле Р28, и его
контакт а28 включает табло «Лабиринт пуст».
2)	включается катушка реле Рм, и его контакт а\ включает мультивибра-
тор, отчего красная лампочка тупика, где находится, «сало» начинает ми-
гать. При пустом лабиринте, разумеется, этого не происходит.
3)	схема реле времени отключается.
4)	отключается сигнальная лампочка «Память».
Если же запрос сделан после того, как схема реле времени успеет срабо-
тать (Рв включено) и, следовательно, все реле памяти Bi отключены, то
ни одно из реле программы Pi не сработает. Контакт Д) разомкнут. Поиск
«сала» должен повториться с самого начала, для чего следует нажать кноп-
ку «Поиск».
У тех ребят, кто захочет сделать лабиринт, может возникнуть вопрос:
какие использовать реле? Подойдут любые электромагнитные реле, лишь бы
они имели нужное число контактных"групп. Если будете применять плату
172
0010101100
мощного источника питания (см. стр. 177), то лучше всего подойдут реле
типа РЭС-6. Реле с паспортом 105 надежно срабатывает от напряжения
12 В, а с паспортом 103 — от 24 В.
В схему можно ставить и другие типы реле, даже с одной контактной
группой на переключение. В этом случае каждое реле, обозначенное на элек-
трической схеме лабиринта (рис. 85), составляется из двух реле, обмотки
которых включены параллельно. При выборе источника питания не забы-
вайте, что для надежной работы модели питающее напряжение должно быть
примерно вдвое выше напряжения срабатывания реле.
Единственным недостатком разобранной схемы лабиринта является
слишком быстрый поиск световым лучом тупика, в котором было запрятано
«сало». Процесс отыскания нужного пути протекает настолько быстро, что
уловить закономерности в поведении электронной мыши практически не-
возможно. Правда, после этого путь, соединяющий вход лабиринта с «салом»,
остается включенным. Этим, к сожалению, и приходится ограничиваться,
демонстрируя модель перед ребятами.
Рис. 87. Электромагнитное реле срабатывает с задержкой /зад
Чтобы замедлить движение светового луча по дорожкам лабиринта, нуж-
но все реле в схеме рисунка 85 заменить на специальные реле с запаздыва-
нием при срабатывании. Такие реле при подаче на них напряжения питания
включаются не «мгновенно», а через некоторое время. У разных типов реле
с запаздыванием время задержки меняется от 0,1 до 1 с.
Слово «мгновенно» заключено в кавычки не случайно. Из разбора схемы
триггера вам известно, что мгновенно электромагнитное реле сработать не
может из-за инерционности механических частей. Время срабатывания обыч-
ных электромагнитных реле находится в пределах от 10 до 30 мс. Видите,
это время не так уж мало. Но в случае использования в схеме лабиринта
им можно пренебречь.
Итак, заменим все реле в схеме рисунка 85 на специальные реле с за-
держкой при срабатывании. Время задержки выберем равным 1 с.
Попробуем проследить поведение схемы с новыми реле, как мы это де-
лали раньше. Все, казалось бы, должно остаться прежним. Но странное
дело, световой зайчик значительно замедлил свое движение по лабиринту.
Мышь медленно зашагала по извилистым дорожкам!
0010101101
173
Допустим, «сало» расположено в тупике секции 6. Поэтому тумблер Т2
придется перебросить в левое положение.
Как поведет себя схема?
Секунду спустя после нажатия кнопки «Пуск» сработает реле Во. Далее
еще через секунду включится реле Pi и подсветится секция 1. На 30-й се-
кунде включатся лампочки Л2 подсвета секции 2, на четвертой — лам-
почки Л3 секции 3, и, наконец, на пятой секунде включатся лампочки Л4 сек-
ции 4. Таким образом, спустя пять секунд после начала своего марша, элек-
тронная мышь попадет в первый тупик, отыскивая «сало». Там она пробу-
дет ровно одну секунду и вернется обратно в секцию 3. Лампочки подсвета
секции 4 выключатся, а еще через секунду включатся лампочки Лзсекции 5.
Мышь будет и дальше продолжать свой поиск «пищи», обшаривая каж-
дый закоулок лабиринта на своем пути. Делает она теперь это не спеша,и
наблюдать за ней будет интересно.
Проще всего необходимую задержку при срабатывании обычных электро-
магнитных реле получить, включив их в схему, приведенную на рисунке 87.
Рис. 88. Плата трех реле с задержкой
а — электрическая схема,
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Вспомним, как изменяется напряжение на конденсаторе С, который через
выключатель Вк и резистор R подключен к источнику питания Е (рис. 87, а).
Когда цепь разомкнута, напряжение на конденсаторе равно нулю, по-
скольку весь заряд успел стечь через внутреннее сопротивление вольтметра.
Значит, прибор при выключенном Вк всегда должен показывать полное от-
сутствие напряжения.
Включим Вк. Конденсатор сразу же начнет заряжаться электрической
энергией от источника питания Б. Но сделает это он не мгновенно, а в те-
чение определенного времени. Чем больше величина резистора R и конден-
сатора С, тем продолжительнее будет происходить заряд конденсатора. Чем
больше емкость конденсатора, тем он больше сможет вместить электронов.
В то же время величина тока, протекающего в цепи заряда, зависит от со-
противления резистора R. Чем больше его величина, тем меньше этот ток
и тем, следовательно, медленнее будет протекать заряд конденсатора.
Собрав схему «а», не сложно построить график зависимости напряжения
на конденсаторе от времени. Если использовать высокоомный вольтметр, он
должен получиться близким к рисунку 87, в.
174
0010101110
Время полного заряда равно:
/зар — 4,6 X R X С (с),
где R — в мегаомах, С — в микрофарадах.
Запомните эту формулу, она вам еще не раз пригодится. В нашем при-
мере конденсатор полностью зарядится за 46 с. Если величину резистора
уменьшить, скажем, в 10 раз, то во столько же раз уменьшится время за-
ряда, и наоборот.
Разобрав процесс зарядки конденсатора через резистор, не трудно будет
понять работу схемы, приведенную на рисунке 87, б.
При выключенном Вк конденсатор разряжен. Напряжение между базой
и эмиттером транзистора Т близко к нулю, и он заперт. Через обмотку
реле Р течет ток, равный сквозному току коллектора.
Для исправного транзистора он не должен превышать 1 мА. Реле от-
ключено.
б — монтажная схема
Соедините цепь резистора R с отрицательным проводом источника пита-
ния, включив Вк. Тут же электроны устремятся через резистор в конденса-
тор и будут его наполнять. Напряжение на конденсаторе начнет медленно
возрастать. Когда оно достигнет величины 0,2—0,3 В, откроется транзи-
стор Т и сработает реле Р. Но случится это не сразу, а спустя некоторое
время после включения Вк. Это время и будет являться временем задержки
реле при его срабатывании. При R = 10 кОм и С = 100 мкФ время задержки
примерно получается около 1 с.
Чтобы схема работала надежно, не забывайте об основном требовании
к электромагнитному реле. Оно должно уверенно срабатывать при напря-
жении, вдвое меньшем напряжения источника питания.
Соберите схему на макетном шасси и убедитесь сами в правильности
формулы для подсчета времени заряда конденсатора.
Плата электромагнитных реле с задержкой при срабатывании. Для удоб-
ства монтажа реле с задержкой лучше всего их скомпоновать на отдельных
платах. Для модели лабиринта всего придется изготовить 12 плат по схеме
рисунка 88 и 1 плату по рисунку 89.
0010101111
175
С работой каждой из схем реле с задержкой вы познакомились. Можете
приступать к изготовлению плат. Никакого предварительного макетирова-
ния делать не нужно. Все и так достаточно просто.
Транзисторы, перед тем как впаивать, проверьте на тестере. Отберите их
по возможности с одинаковыми /в в пределах от 30 до 60.
Схемы одинаково хорошо работают как от 12 В, так и от 24 В.
Вариант, показанный на рисунках 88 и 89, рассчитан на напряжение
источника питания 12 В.
При подаче на схемы 24 В величину резисторов Rj — R4 следует увели-
чить вдвое до 20 кОм.
Напряжение источника питания всецело определяют электромагнитные
реле, которые имеются в вашем распоряжении в достаточном количестве.
Все реле Ра должны иметь две контактные группы на замыкание. Нам
подойдут электромагнитные реле типа РСМ-1, паспорта 81.01, 81.20, 81.37,
81.44 и 81.50 и реле типа РЭС-6, паспорта 112, 113 и 115. Всего потребуется
28 таких реле.
Рис. 89 Плата четырех реле с задержкой	а — электрическая схема,
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
Реле Рв имеют две контактные группы на переключение. Всего их 12. Из
готовых реле, выпускаемых промышленностью, подойдут следующие типы:
РЭС-6, паспорта 102, 103 и 105 и РЭС-9, паспорта 200 и 201.
Изготовленные платы обязательно не забудьте проверить. Плата, собран-
ная по рисунку 88, испытывается в следующей последовательности.
Временно соедините гвоздики 4 и 11 и подключите схему к источнику пи-
тания. Ни одно из реле не должно сработать. Соедините проводником гвоз-
дик 2 с гвоздиком 10. Ровно через секунду сработает реле Ра, которое под-
ключено к транзистору Т2. Затем замкните гвоздик 3 с гвоздиком 10. Через
секунду должно сработать реле Рв, а еще через секунду — реле Ра на тран-
зисторе Т3. При этом левое реле Ра отключится. Если все так, значит, все ра-
ботает согласно схеме.
Точно в такой же последовательности проверяется плата на четырех
реле Ра (рис. 89). Осталось разбить электрическую схему кибернетического
лабиринта (рис. 85) на отдельные узлы, каждый из которых мог бы быть
заменен отдельной платой. Делается это просто. Постарайтесь при этом
сами установить закономерность.
176
0010110000
Реле Реле	Р>, Р2,	Р28 Р15	И И	В]2 В6	—	1-я 2-я	плата, плата,
Реле	Рз,	Р7	и	в2	—	3-я	плата,
Реле	Р4,	Р5	и	В.	—	4-я	плата,
Реле	Р8,	Р9	и	Вз	—	5-я	плата,
Реле	Рю ,	Р11	и	в4	—	6-я	плата,
Реле	Р12 ,	Р.з	и	в5	—	7-я	плата,
Реле	Р16,	Р17	и	В7	—	8-я	плата,
Реле	Р18 ,	Р2 0	и	в8	—	9-я	плата,
Реле	Р2 2 ,	Р23	и	в9	—	10-я	плата,
Реле	Рг 4,	Р2 5	и	Вю	—	11-я	плата,,
Реле	Рг 6>	Р27	и	Ви	—	12-я	плата,
Реле	Рб,	Р14, Р19 И		Р21	—	13-я	плата.
о
00
-120
б — монтажная схема
Электромагнитные реле Во , Рм и Рв ни в какие платы не входят и монти-
руются отдельно.
Полной электрической схемы, где бы в развернутом виде были представ-
лены все платы, включая их электрические схемы, вычерчивать не следует.
Она вас только может запутать. Весь монтаж лабиринта делайте по ри-
сунку 85.
Для примера привожу разводку концов от 1-й платы, заменяющей реле
Pi, Р28 и В12 • Места подсоединения на рисунке 85 показаны точками с номе-
рами, соответствующими номеру гвоздика на плате. Гвоздик 1 присоеди-
няется к среднему выводу тумблера Tj2 (точка 1*), гвоздик 2 — к среднему
выводу тумблера «Запрос» (точка 2), гвоздик 3 — к правому выводу тумб-
лера Ti2 (точка 3‘), гвоздик 4 — к общему проводу реле В (точка 4) и так
далее...
Плата мощного источника питания на 12—24 В. Его схема (рис. 90)
обеспечивает на выходе (точки 1—5 или 6—9) 12 В выпрямленного напря-
жения при токе до 3 А или 24 В при токе до 1,5 А. Какое хотите напряже-
ние, такое и получите. Подключите к мостиковой схеме диодов Д1—Д4 сред-
0010110001
177
ний вывод вторичной обмотки трансформатора («12 В»), будете иметь 12 В,
подключите вывод «24 В» — получите на выходных клеммах 24 В.
С клемм 7—8 можно получить переменное напряжение 6,3 В. Макси-
мально допустимая величина тока не должна превышать 5 А. При большем
токе нагрузки начнет греться обмотка Ш трансформатора. Это показывает,
что вы его перегрузили.
Особенностью схемы является наличие двух самодельных предохраните-
лей Пр1 и Пр2, расположенных на плате. Один из них стоит в цепи выпрями-
теля (Пр2), а второй (Пр1)—последовательно с понижающей обмоткой
трансформатора Tpi. Полупроводниковые диоды очень боятся перегрузок по
току и легко выходят из строя. Предохранитель в этом случае их полностью
защитит. По тому, какой из двух предохранителей перегорел, можно опре-
делить, в какой части схемы неисправность.
Самодельные предохранители—это две обычные медные проволочки.
Чем больше допустимая величина тока нагрузки, тем толще проволочка.
А когда ток превышает в 2—3 раза допустимую величину, проволочка
Рис. 90. Плата мощного источника питания на 12—24 В:
а — электрическая схема,
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
моментально нагревается докрасна и плавится. Происходит это так неожи-
данно, что вы даже не заметите. Для интереса такой опыт советую про-
делать.
Выбрать диаметр проволоки для предохранителей вам поможет таблица.
Рабочий ток, (А)	Диаметр прово- локи (мм)	Материал	Марка провода
1,0	0,08—0,09	Медь	ПЭ
2,0	0,11—0,12	»	»
3,0	0,15—0,16	»	»
4,0	0,18—0,19	»	»
6,0	0,21—0,23	»	»
10,0	0,31—0,33	»	»
Проволока припаивается между гвоздиками, расстояние между которыми
равно 20—25 мм. Вот и вся конструкция нашего предохранителя.
178
0010110010
Понижающий трансформатор Tpi постарайтесь достать готовый. Если не
найдете в продаже, придется делать самим. Собирается он на железе Ш 32
при толщине сердечника 40 мм.
Склейте катушку из картона и произведите намотку эмалированным про-
водом.
Сетевая обмотка I со стороны нижнего вывода до средней точки 3 нама-
тывается проводом ПЭ 0,8. Всего она имеет 500 витков. От точки 3 до точ-
ки 4 намотка ведется проводом ПЭ 0,6 — 370 витков.
Обмотка II со стороны общего вывода наматывается проводом ПЭ 1,4—
всего 50 витков. Вторая половина, рассчитанная на 24 В, наматывается про-
водом ПЭ 1,0 — 50 витков.
Обмотка III имеет 27 витков, провод ПЭ 1,8—2,0.
При намотке трансформатора между рядами проводов проложите изо-
лирующий слой пергаментной бумаги. Особенно тщательно надо изолиро-
вать друг от друга обмотки. Для этого между ними прокладывается 2—3
слоя бумаги.
-220-
б — монтажная схема
Когда трансформатор готов, включите его в сеть без какой-либо нагруз-
ки. Такой режим называется холостым ходом. Если железо «гудит» хотя бы
немного, значит, плохо его стянули болтами. Трансформатор должен быть
совершенно холодным, как бы вы его долго ни держали включенным.
Расположение деталей источника на плате показано на рисунке 90, б.
При монтаже придерживайтесь его как можно ближе. Взамен диодов типа
ДЗОЗ можно использовать: Д304, Д305, Д231 и Д232. Электролитический
конденсатор Ci типа ЭГЦ.
Если раньше выводные концы схемы мы припаивали к гвоздикам, то
здесь этого делать нельзя. Гвоздики замените на ламельки (рис. 90).
Для проверки работы выпрямителя между ламельками 6 и 9 включите
мощное сопротивление величиной 16 Ом. Вторичная обмотка используется
полностью. Вольтметр, подключенный параллельно нагрузке, должен пока-
зать 24—26 В.
Световое табло. В переводе с французского слово «табло» — это доска
объявлений. В наше время их можно встретить всюду.
В кинотеатре, когда в зале гаснет свет, над дверью зажигается световая
0010110011
179
Рис. 91. Световое табло
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЗВЕРИ
надпись — «Выход». Это и есть световое табло. На вокзале световое табло
нам сообщает о расписании поездов, а также время. Но, пожалуй, больше
всего на табло мы обращаем внимание во время спортивных состязаний.
Изготовить самим световое табло несложно, но сделать его нужно очень
аккуратно. Хорошо выполненное табло всегда вызывает восторг у тех, кому
вы демонстрируете свою кибернетическую машину.
Один из возможных вариантов конструкции светового табло показан на
рисунке 91.
Основой служит коробка 3, согнутая из жести. Место соединения хорошо
пропаяйте оловом. Габариты коробки зависят от размеров полоски 2 со све-
тящейся надписью. По ширине она должна быть с каждой стороны на 10 мм
меньше ее, а по высоте — только на 2—3 мм. Всего к коробке нужно при-
паять 6 уголков, согнутых из жести.
К четырем задним уголкам крепится планка 4. Сделайте ее из листового
гетинакса или текстолита толщиной 2,0—2,5 мм. По числу лампочек подсве-
та в планке выпилите отверстия диаметром 13—15 мм. С обратной стороны
планки на винтах с гайками прикрепите патроны для лампочек.
180
0010110100
Чертежи патрона приведены на рисунке 91, справа. Согните их из листо-
вой латуни толщиной 0,5—0,8 мм. При изготовлении обратите внимание на
отверстие диаметром 8 мм. С одной стороны в нем сделан пропил глуби-
ной 1 мм. Один из кончиков отогните так, чтобы получилось нечто похожее
на резьбу гайки с одним витком. Попробуйте вставить в патрон лампочку
от карманного фонаря. Ее цоколь должен плотно ввинчиваться в отверстие.
К коробке 3 планка 4 с патронами крепится на двух винтах с гайками
диаметром 3 мм.
Полоску 2 вырежьте из цветного целлулоида толщиной 0,3—0,5 мм. Вся
она, кроме букв надписи, закрашивается нитрокраской черного цвета. Сде-
лайте это особенно аккуратно, чтобы буквы были все ровные и не имели
заплывов по краям. Выполнять эту работу должен тот из ребят, кто хорошо
рисует и чертит.
С наружной стороны на полоску накладывается пластинка 1. Ее лучше
всего вырезать из белого плексигласа. Когда табло не включено, никаких
букв не должно быть видно.
В месте крепления светового табло к лицевой панели 5 сделайте отвер-
стие прямоугольной формы. Его размеры должны быть на 1—2 мм меньше,
чем у коробки. Приложив к отверстию пластинку 1, просверлите два отвер-
стия сверлом 3 мм. Соберите все детали вместе. В разрезе табло выглядит
так, как показано на верхнем левом рисунке 91.
Для проверки работы светового табло на лампочки подайте питание. Тут
же появится световая надпись — ЛАБИРИНТ ПУСТ.
Сам лабиринт модели (рис. 86) —это тоже световое табло, только вы-
свечиваются в нем не буквы, а запутанные ходы и тупики. Каждая из 28 сек-
ций, включая секцию входа, конструктивно может быть сделана так же, как
одна ячейка светового табло (рис. 91). Панель с нарисованным лабиринтом
должна быть общей. Закрывать ее непрозрачным плексигласом не следует.
Модель внешне хорошо смотрится, когда вся картина лабиринта видна без
какой-либо подсветки изнутри.
В каждую из тупиковых секций установите тумблер типа ТВ1—2 и патрон
для лампочки с красным колпачком. Это будет «сало». В качестве колпач-
ков можно использовать полистироловые пробки, внутренняя поверхность
которых закрашена цапонлаком красного цвета.
Одной из особенностей почти всех кибернетических конструкций, описы-
ваемых в книге, является большая повторяемость типовых элементов. Это
дает возможность подключать к работе сразу много ребят.
Вот как можно распределить работу при изготовлении кибернетического
лабиринта.
Два-три человека делают все платы. Столько же ребят заняты изготов-
лением корпуса модели и двух табло, включая лабиринт. Тот, кто хорошо
освоил намотку трансформаторов, пускай делает плату мощного источника
питания. Самому опытному нужно поручить общий монтаж схемы. Ну, а
в наладке должны участвовать все ребята. Здесь каждый отвечает за свой
узел.
Работать так веселее, чем в одиночку, да и дело движется быстрее.

сколько
БИТ ИНФОРМАЦИИ
В КНИГЕ!
КИБЕРНЕТИЧЕСКОЕ
ЧУЧЕЛО
ЭЛЕКТРОННЫЙ
СВЕТЛЯЧОК
ГЕНЕРАТОР
ИМПУЛЬСОВ
КАК ЗАСТАВИТЬ
МАШИНУ ПОНИМАТЬ
ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ
ГОЛОС
СИГНАЛ
Трудно оторваться от экрана телевизора, ко-
гда передается парад наших войск. Поистине ве-
личественная картина...
СКОЛЬКО	Замерли батальоны в строю перед парадом на
БИТ ИНФОРМАЦИИ Красной площади. И вдруг они одновременно
В КНИГЕ!	дрогнули, как бы ощутив толчок, повернулись на-
право. Еще мгновение — и все шеренги четким
шагом двинулись в торжественном марше.
Какая сила повернула и привела в движение
эти войска, занимающие почти всю площадь? От-
вет простой: собственная мускульная сила солдат
и офицеров. А почему проявилась эта сила? На
этот вопрос ответить сложнее.
Сила была и раньше, но она не проявлялась,
ждала сигнала. Этим сигналом явилась команда,
поданная командующим парадом. Мощность го-
лоса самого громко говорящего человека очень
0010110111
183
СИГНАЛ
мала. До уха слушающего доходит мизерная доля энергии, недостаточная
для того, чтобы сдвинуть даже пылинку. Но эта энергия может заставить
двигаться войска, отправлять в космос корабли, пускать и останавливать
заводы и электростанции, может вызвать ядерный взрыв.
Следовательно, слабый сигнал может вызвать чрезвычайно мощное дей-
ствие.
Сигналы буквально наполняют всю нашу жизнь. Утром мы просыпаемся
по сигналу будильника, сигнал телефона заставляет нас снимать трубку,
на улицах города нам сигналят автомашины, предвещая об опасности, а
красные огоньки светофоров преграждают им путь — это тоже сигналы.
Сигналы могут быть самые разные: вспышки света, команды, подавае-
мые голосом человека или переданные по радио, телеграмма, письмо, книга
и так далее.
Сигналы могут быть простые («влево-вправо», «включить-выключить»,
«открыть-закрыть») и весьма сложные, задающие целую программу дей-
ствий. Боевой приказ, например, командующего парадом — не что иное, как
сложный сигнал, определяющий порядок действия войск.
Что представляет собою передаваемая команда управления? Что такое
сигнал? Существуют ли способы оценки и измерения, позволяющие произ-
водить количественное сравнение различных видов сигналов?
Разве недостаточно изучение сигнала свести к его описанию? Ну, на-
пример, сказать — «интересная книга», «несодержательная лекция», «важ-
ная формула» и так далее.
Зачем обязательно нужно вводить количественную оценку сигнала, зачем
его измерять?
Правильно разобраться в поставленном вопросе очень важно. Этот во-
прос имеет прямое отношение к выбору будущей специальности каждого из
вас. А это как раз то, что больше всего беспокоит десятиклассников.
Согласитесь сами, как бы красочно поэты ни описывали Луну, но если
бы при прокладке маршрута космического корабля ученые попытались бы
воспользоваться их поэмами, то ни «Луна-15», ни «Аполлон-11» цели бы не
достигли.
Описательные методы в познании природы — это вчерашний день науки.
К сожалению, они еще находятся на вооружении гуманитарных наук, таких,
как история, философия, эстетика, языкознание, а частично и ботаника
с зоологией.
Каким методом пользуется та или иная наука, описательным или все
стремится оценить количественно — измерить, делит их на гуманитарные
и точные? Именно метод разделяет науку на два направления: точные ме-
тоды— точные науки, описательные методы — гуманитарные науки.
К точным наукам относятся математика, физика, механика, астрономия
и примыкающие к ним технические науки.
Тем из вас, кто склонен к описательным методам, нужно выбирать в бу-
дущем гуманитарные специальности. Основной их аппарат исследования—
словесная аргументация, основные приемы — размышление, сопоставление,
аналогия, догадки, полемика.
Ребятам, которые уже на школьной скамье все окружающее хотели бы
измерить и по возможности точно количественно оценить, — им место только
в точных науках; их основное оружие — математический аппарат. Вот что
на этот счет писал основоположник теории об устойчивости великий рус-
ский математик и механик Александр Михайлович Ляпунов (1857—1918):
«... Непозволительно пользоваться сомнительными описательными метода-
184
0010111000
ми, коль скоро мы решаем определенную задачу — будь то задача механики
или физики, все равно, которая составлена совершенно определенно с точки
зрения математики. Она становится задачей чистого анализа и должна трак-
товаться как таковая». Информацию нужно измерять, а не ограничиваться
«сомнительными» описаниями.
Но где бы вы ни работали, когда окончите школу, больше всего бойтесь
ремесла — однообразия. Все, чем бы вы ни занимались в будущем, старай-
тесь делать творчески, пытливо вникая во все тонкости тех конструкций,
которые будете создавать.
Здесь я должен буду несколько огорчить ребят с гуманитарным складом
ума. Дело в том, что в XX век, в век атомной энергии и космических иссле-
дований, буквально на наших глазах начинает стираться противоположность
между гуманитарными научными работами и работами в области точных
наук. Все больше появляется исследований на гуманитарные, казалось бы,
темы, но выполненных методами точных наук, с применением количествен-
ных оценок и математического аппарата. Появляются новые разделы науки,
лежащие где-то на грани между точными и гуманитарными. Таковы мате-
матическая лингвистика, статистическая теория стиха, инженерная психоло-
гия и даже инженерная эстетика.
Как же быть в таком случае «гуманитариям»? Пока еще не поздно, им
придется прислушаться к словам Галилео Галилея: «...И, поверьте мне,
если бы я снова начал свои занятия, я бы последовал совету Платона и на-
чал с математики».
Вопрос о методе в познании и о выборе будущей специальности настоль-
ко важен, что хорошо было бы его обсудить на общешкольной научно-тех-
нической конференции старших классов. Будет интересно послушать не
только «кибернетикам», но и всем школьникам. А о том, как лучше подго-
товить* научный доклад и об организации научно-технической конференции,
посоветуйтесь со старшими.
В 1948 году основоположник кибернетики выдающийся американский ма-
тематик Норберт Винер (1894—1964) опубликовал книгу «Кибернетика»,
в которой очень много говорилось о количественной оценке различных сиг-
налов.
Появление книги как мощный взрыв потрясло весь мир. Именно она про-
возгласила рождение новой науки — КИБЕРНЕТИКИ. Ее автор был одним
из самых блестящих умов капиталистического Запада, глубоко обеспокоен-
ный судьбами простых людей в эпоху небывалого могущества науки и тех-
ники. Винер был ученым широкого профиля. Он как бы воскресил в наши
дни традиции универсализма, процветавшие во времена Декарта, Лейбница
и Ньютона. Широта интересов сочеталась в нем с глубоким убеждением
в единстве науки, в необходимости тесного союза различных ее отраслей.
Больше всего Винер стремился к изучению потаенных богатств «ничей-
ных земель». Так он назвал пограничные полосы, лежащие на стыках двух
или нескольких наук. Именно одна из таких «ничейных областей», располо-
женная между математикой, техникой и физиологией, принесла ученому ми-
ровую известность.
В том же 1948 году Клод Шеннон, другой математик, автор известного
вам лабиринта с мышью, опубликовал работу «Математическая теория свя-
зи». Фактически работа Шеннона предопределила путь, по которому с тех
пор развивается раздел кибернетики — теория информации.
В своей книге Шеннон изложил способ, как количественно характеризо-
вать сигнал. Для этого он использовал величину, которая называется коли-
0010111001
185
СИГНАЛ
чеством информации. Иногда ее называют просто информацией, а иногда
и очень непонятным словом—энтропия.
С момента появления работы Шеннона математики, физики и инженеры
под термином «информация» стали понимать нечто новое, отличающееся от
того, что подразумевается под этим словом в обыденной жизни.
Что же все-таки означает слово «информация»?
Из газет, книг и по радио, а то и просто от своих товарищей, мы полу-
чаем информацию о разнообразных событиях окружающего нас мира. Выра-
жение «получать информацию» означает: что-то узнать. Следовательно, сло-
во «информация» аналогично слову «знание».
В то же время, читая ту или иную книгу, слушая лекцию или просто бе-
седуя, мы в разных случаях узнаем больше или меньше. Иногда, прочитав
книгу, мы обнаруживаем, что почти ничего из нее не узнали по сравнению
с тем, что знали раньше. Вот и получается, что количество информации со-
всем никак не связано с объемом книги или длительностью разговора.
Тут же напрашивается определение слову «болтовня» — это разговор,
лишенный какой-либо полезной информации.
Собственно информацией для человека являются только те сведения, ко-
торые ему ранее были неизвестны. Сколько бы раз ни передавался один и
тот же сигнал и ни повторялось одно и то же сообщение, оно не может при-
нести больше информации, чем при однократной неискаженной передаче.
Если же помехи искажают сигнал, то его повторения позволяют восстано-
вить потерянную часть сообщения. Но никакой новой информации здесь не
возникает. Вот почему при разговоре по телефону при плохой слышимости
приходится повторять одну и ту же фразу или слово несколько раз.
По-видимому, лучше всего можно объяснить термин «информация» исхо-
дя из утверждения, что информация дает новые знания. Чем больше чело-
век получает от сообщения ценных знаний, тем больше в нем для него ин-
формации.
Чтобы лучше это понять, остановимся на очень простом примере и раз-
берем его.
Допустим, вы захотели посетить своего знакомого, адрес которого вам,
к сожалению, неизвестен. Единственное, что вы знаете, так это название
улицы и номер дома.
Улицу вы отыскали легко. Она вам была известна. Дом тоже нашли.
И вот тут-то вы столкнулись с непредвиденным, что еще больше усложнило
поиск. Под одним и тем же номером дома значилось два двухэтажных кор-
пуса. В каждом из них было по два подъезда, в каждом подъезде — по два
этажа, а на каждом этаже — по две квартиры. Из перечисленного легко
подсчитать, что всего в каждом корпусе 8 квартир.
На рисунке 92 (вверху) приведена схема, поясняющая возникшую си-
туацию.
Формулируем задачу более строго.
Итак, вы столкнулись с неопределенностью в выборе квартиры. Всего
имеется 16 равновозможных случаев. А если бы квартир было не 16, а 160?
Тогда бы отыскать товарища было еще труднее.
Вы спрашиваете у встречного, в какой квартире живет такой-то, и он
отвечает, что в 3-й. В каком случае этот ответ дает больше информации:
если дом 16-квартирный или 4-квартирный? В первом случае неопределен-
ность была больше: вам нужно было выбирать одну квартиру из 16, а не
из 4. Поэтому сообщение о том, что приятель живет в такой-то квартире,
в первом случае будет содержать больше информации, чем во втором. Хотя
186
0010111010
Рис. 92. В какой квартире живет приятель?
СИГНАЛ
в обоих случаях это сообщение звучало одинаково, но в первом случае оно
выводит вас из большей неопределенности, чем во втором, и поэтому содер-
жит больше информации.
«Больше», «меньше»... — это не критерий точных наук! Как все же под-
считать количество информации в каждом из ответов, а главное, что взять
за единицу измерения?
Рассмотрим другой возможный вариант решения задачи.
Вы подошли к дому (точка 1, рис. 92) и спрашиваете у встречного, не
знает ли он, где проживает такой-то. Получаете ответ: «Точно сказать не
могу. Единственное, что мне известно, что ваш приятель живет в первом
корпусе». Хотя вы полностью и не удовлетворены, но все же какую-то полез-
ную информацию вы получили. Теперь уже легче отыскать нужную квар-
тиру. Вместо 16 их стало только 8.
Информацию, которую вы получили от встречного, Шеннон принял за
единицу и назвал ее битом.
Бит — это количество информации, которое содержится в сообщении,
где возможно только два выбора, два исхода: «да» или «нет». И оба они
должны быть обязательно равновероятными. Вспомните опыт с подбрасы-
ванием монеты, там также два равновероятных состояния — орел или решка.
В литературе бит называют еще двоичной единицей информации. Само
же слово «бит» произошло от английского «bit» — как сокращение двух
слов «binary» и «digit», что означает — двоичная цифра.
Вот как забавно английский писатель Льюис Кэрролл (1832—1898) рас-
сказывает о двоичной единице информации в книге, написанной им для детей.
В книге говорится, как героиня (звали ее Алиса) поняла, что для раз-
говора с котенком вполне достаточно, чтобы он отвечал сигналами в двоич-
ном коде: «да» или «нет». К сожалению, она заметила, что все котята имеют
привычку мурлыкать в ответ на все вопросы, что бы им ни говорили. «Если
бы они мурлыкали, когда хотят сказать «да», и мяукали, когда «нет», —
сказала Алиса, — тогда они могли бы поддерживать разговор! Но как же
можно разговаривать с кем-нибудь, если он все время говорит одно и
то же?»
В данном случае котенок только мурлыкал и невозможно было угадать,
означает ли это «да» или «нет». Его ответ не снимал никакой неопределен-
ности, а следовательно, был лишен какой-либо информации.
Итак, от встречного вы получили информацию в один бит, что умень-
шило неопределенность в поиске приятеля с 16 квартир до 8, то есть ровно
в два раза.
Отправляемся к корпусу № 1 (точка 2, рис. 92) на дальнейшие поиски.
Подойдя к нему, от одной девочки вы узнаете, что тот, кого вы ищете, жи-
вет в первом подъезде. Больше она ничего не знала. Но и то, что девочка
вам сообщила, сняло неопределенность еще в два раза. Теперь вы знаете,
что знакомый живет в одной из четырех квартир. Значит, девочка вам сооб-
щила еще один бит информации.
Пожилая женщина, которую вы встретили при входе в первое парадное
корпуса № 1 (точка 4, рис. 92) сказала, что приятель живет на втором
этаже, и тем самым сообщила еще один бит информации. Неопределенность
в поиске нужной квартиры теперь равна всего лишь двум. Полученная ин-
формация в три бита уменьшила ее в 8 раз!
Недостающий бит информации вы получили, поднявшись на лестничную
площадку 2-го этажа (точка 9, рис. 92). Квартира приятеля найдена!
Проделывая примерно те же рассуждения, что и мы, Клод Шеннон вы-
188
0010111100
вел основную формулу для подсчета количества информации в сообщении.
Записывается она так:
/(бит) = log2n,
где / — количество информации в битах, п — число равновероятных исходов
в событии, которое описывается известным нам сигналом.
Так, сообщение о том, где живет приятель, имеет 16 равновероятных ис-
ходов. Подставляя это число в формулу, получим:
/ = log216 = 4 бит.
Результат, полученный из формулы Шеннона, полностью подтвердил наш
пример. В случае 4-квартирного дома соответствующее количество получен-
ной информации равнялось бы двум битам:
/ = log24 = 2 бит.
Пользуясь формулой Шеннона, интересно подсчитать информацию в со-
общении, которое полностью известно. Как, например, при разговоре с ко-
тенком оно имело только один исход n = 1. Отсюда:
/ = log21 = 0 бит.
Иначе не могло и быть. Сообщение о том, что нам уже известно, не несет
никакой информации, или, что то же самое, несет нулевую информацию.
Из формулы также следует, что информацию, выраженную в битах,
можно складывать и вычитать. Скажем, в сообщении о выборе из восьми
равновероятных исходов содержится на два бита информации больше, чем
в сообщении о выборе из двух исходов, так как три бита минус один бит
равняется двум битам.
Так сколько же все-таки информации в книге, которую вы сейчас читаете?
Вначале подсчитаем информацию, приходящуюся на одну букву русского
алфавита. Всего в русском языке 32 буквы. Причем буквы «е» и «ё» обычно
принято считать за одну букву. В одну букву можно объединить твердый
и мягкий знаки. А промежуток между словами, наоборот, считается за
букву. В итоге мы имеем в русском языке 32 буквы — 32 кодовых знака.
Тогда информация, приходящаяся на одну букву, будет равна:
1м = log2 32 = 5 бит.
В теории информации она называется максимальной информацией буквы.
Вот почему поставлен индекс «м».
Но на деле буквы в тексте встречаются с различной частотой. Так, отно-
сительная частота промежутка между словами равна 0,175. Это значит, что
на 1000 букв текста в среднем приходится 175 пробелов. Относительная ча-
стота буквы «о» равна 0,090, а буква «а» встречается реже — 0,062. С дру-
гой стороны, относительная частота буквы «щ» равна 0,003, а буквы «ф»
еще меньше — 0,002.
Из-за того, что буквы языка неравновероятны, одни встречаются часто,
другие — редко, третьи — очень редко, информация, которую несет одна бук-
ва, уменьшается с 5 бит до 4,35 бита. Но и она завышена. Дело в том, что
здесь информация вычислялась в предположении, что отгадывается одна
изолированная буква текста, а предыдущие нам неизвестны. На самом же
0010111101
189
деле, когда мы читаем какой-либо текст, нам известны все буквы, предшест-
вующие данной, и это, конечно, должно повлиять на результат.
Действительно, если мы прочитали отрывок слова «котор...», то следую-
щей буквой может быть лишь «а», «ы», «о» или «у», и никак не может быть,
скажем, ни «ж», ни «я», то есть выбор может делаться лишь из 4 букв, а
не из 32. Кроме того, и эти четыре возможных случая не равновероятны. Вот
и получается, что в действительности реальная информация, приходящаяся
на букву, с учетом всех текстовых и стилистических связей, равна не 5 би-
там, а только 0,5—1,5 бита. Ее мы обозначим /р.
Когда вы попытаетесь читать какой-либо текст на совершенно незнако-
мом вам языке, вот только тогда каждая буква несет для вас максимум ин-
формации— около 5 бит. Ох, как тяжко читать такую книгу!
Как же подсчитать реальную информацию, приходящуюся на букву
в родном языке?
Оказывается, совсем не сложно. Для этого Шеннон ввел новое понятие—
избыточность языка. Она равна относительному числу «лишних» букв в тек-
сте, без которых читатель мог бы обойтись. Например, во фразе «Я иду
в школу» без выделенных жирным шрифтом букв вполне можно обойтись.
Если текст состоит из No букв, а «лишних» букв в нем 1Чл, то относитель-
ная избыточность R равна:
СИГНАЛ
А вот как бы выглядел русский текст, если его лишить избыточности, то
есть /? = 0, Мл = 0.
РАОЮЧОЫЯУТЕРИФЬФАСОНР BE МЪНТЛЛХВЭЬЛЮЛАЪЧЕЛНЫ-
АПДИ.
Читая такой, с позволения сказать, «текст», язык сломать можно. Он пол-
ностью лишен каких-либо закономерностей, присущих нашему языку. Знае-
те, какую информацию он содержит? 240 бит. Умножьте общее число в нем
букв (48) на 5 бит и получите эту цифру.
Примером языка, лишенного избыточности, является язык цифр. Позво-
нил вам товарищ и спросил: «Какая задача задана по алгебре?» Вы ему от-
ветили, что «635», а он расслышал «935». Напутал всего в одной цифре,
а результат самый плачевный — двойка за домашнее задание.
С другой стороны, Шеннон показал, что избыточность связана с макси-
мальной информацией буквы /м и реальной информацией буквы /р следую-
щим соотношением:
я = 1-4р.
/м
Хотя вывести формулу и несложно, делать этого мы не будем. Многие
из читателей и так пропустили это место книги: «Там формулы!» Почему-то
многие из ребят их не любят. А ведь язык формул в десятки раз информа-
тивнее обычного.
Решая последнее равенство относительно /р, найдем ее значение через
избыточность и максимальную информацию буквы:
/р = /м (1 — 7?) = 5(1—7?) бит.
Шенноном же был предложен очень оригинальный способ подсчета избы-
точности текста. Все свелось к простому опыту. В каком-либо тексте вы про-
190
0010111110
Рис. 93. Шаблон для подсчета избыточности текста
читываете 10—20 слов, прикрыв последующую часть текста. Далее пытае-
тесь угадать с одной попытки первую прикрытую букву; затем открываете
эту букву и угадываете следующую и так далее. Опыт производится на
100—200 буквах текста.
Отношение числа угаданных букв к общему числу угадываемых и дает
приближенное значение избыточности. Чем эксперимент продолжительнее,
тем точнее будет результат.
Чтобы облегчить работу, вырежьте из плотного картона или непрозрач-
ного пластика шаблон по рисунку 93. Он вам значительно упростит прове-
дение опыта. Возьмите любую книгу и приступайте к определению избыточ-
ности данного текста. В результате получите, что примерно 60—90% общего
количества букв «лишние».
Допустим, избыточность 7? получилась равной 0,8. Отсюда легко найти
значение реальной информации буквы текста, на котором производился
опыт:
/р = 5(1—7?) = 5(1 —0,8) = 1 бит.
0010111111
191
Остается умножить полученное число на общее количество букв в тексте,
и вы получите количество информации, содержащееся в книге. Вот так ре-
шается задача, поставленная в начале раздела.
Теперь вы сможете достаточно объективно судить, насколько содержа-
тельна для вас та или другая книга. Чем больше в книге бит информации,
тем она ценнее.
Товарищам вы сможете примерно так сказать: «Книга имеет 100 страниц,
а информации в ней набралось с трудом на 50 000 бит»—и по старинке
добавите: «Удивительно пустая книжка».
Количество информации в книге «Юный кибернетик» равно около
1 500 000 бит!
Для сравнения приведу такой пример: информация, содержащаяся в
организме человека на молекулярном уровне, то есть необходимая для вос-
создания его из отдельных молекул, равна 73 X 1025 бит. Получилось огром-
ное число с двадцатью пятью нулями!
Попробуйте ответить на такой вопрос: какой текст для вас не несет ни-
какой информации? Тот, который выучили наизусть, то есть который вам
полностью известен.
А теперь определите избыточность текста, который вам задан на дом для
чтения по иностранному языку. Если его избыточность близка к нулю, зна-
чит, совсем языка не знаете. Учить вам его еще и учить! При R = 0,05 —
0,1 —заслуживаете только двойку, при R = 0,1 —0,25 — тройку, при R =
= 0,3—0,4 — четверку и только при R = 0,5—0,6 — пятерку.
Теория информации точно определит ваши знания иностранного языка.
Более объективного учителя в части оценки знаний найти трудно!
Пользуясь примерно той же методикой, с которой вы только что позна-
комились, ученые определили, что человек, читающий книгу, в среднем по-
лучает за одну секунду 45 бит информации, при просмотре телепередачи —
30 бит, сложение и умножение на бумаге дает ему не более 12 бит, а ручной
счет и того меньше — 3 бита.
Поэтому сделайте для себя вывод — увлекаться телевизионными переда-
чами особенно не следует. Читая книгу, вы получите за то же время в 1,5 раза
больше информации.
Вам никогда не приходилось в пору созрева-
ния вишни бывать в Прибалтике, на Украине или
в Молдавии? В это время тем, кто имеет сад, при-
КИБЕРНЕТИЧЕСКОЕ ходится выдерживать настоящие сражения. Подъ-
ЧУЧЕЛО	езжая к селу или небольшому городу, еще за мно-
го километров слышна канонада. Кто же этот
враг, что без объявления войны нападает на наши
селения? Трудно даже поверить — это птицы, и
в основном те, кого мы весной встречаем сквореч-
никами— наши черногрудые скворцы!
В конце лета бесчисленные стаи птиц — сквор-
цы, дрозды, воробьи — наносят громадный ущерб
нашим садам. Во время осенних кочевок числен-
ность скворцов в стаях доходит иногда до не-
скольких тысяч. Такой ораве достаточно несколь-
ких минут, и сад будет опустошен. Ни одной виш-
ни не оставят скворцы...
192
0011000000
Как защититься от скворцов?
Технические достижения XX века почти не коснулись огородного чучела.
Рваная рубашка на перекладине да ведро или тыква на жерди — так вы-
глядит современный защитник наших огородов и садов. Таким же он пред-
ставлялся и 200 лет назад. К сожалению, приходится признать, что такое
чучело совершенно не эффективно в борьбе со скворцами. Птицы чучела не
боятся. Вот и приходится для защиты садов прибегать к хлопушкам и сви-
сткам. Отсюда и канонада, которая начинается с рассвета и продолжается
с небольшими перерывами до захода солнца. Все это время людям прихо-
дится дежурить в садах и отпугивать непрошеных гостей. Использовать
ядохимикаты в этот период нельзя — погибнут ягоды.
Как быть? Вот если бы научиться разговаривать по-скворечьи! Тогда
можно было бы обратиться к ним с таким призывом: «Дорогие товарищи и
друзья, оставьте, пожалуйста, наши сады и огороды. В поле вас ждет боль-
шая и интересная работа!»
Говорят ли животные и птицы? Этот вопрос волновал людей с давних
времен. Люди давно замечали, что различные крики или звуки, издаваемые
птицами, и не только птицами, но и животными, имеют определенный смысл.
Нередко это сигналы к какому-либо действию. Но пока значения сигналов
оставались неизвестными, людям мало что они говорили. Пока код языка
животных оставался неразгаданным, их сигналы использовать было невоз-
можно. Вот почему ученые занялись расшифровкой языка животных. Когда
эта задача будет решена, человек сможет свободно с ними разговаривать.
Первый, кому пришла удача, был английский зоолог профессор Конрад
Лоренц. Ему первому удалось разобраться в гусином «языке». Для этого он
подружился с гусиным стадом и долго за ним наблюдал. Результаты оказа-
лись самыми неожиданными — гусиный код, хотя и частично, был расшиф-
рован! Вот он.
Ученый заметил, что продолжительное гоготание или «залп» гогота, со-
стоящий более чем из шести слогов, например, «га-га-га-га-га-га-га» озна-
чает: «Здесь хорошо. Еды много. Давайте останемся тут».
Если тирада состоит из шести слогов, это означает: «Травы на лугу
много. Давайте пощиплем ее и не спеша тронемся дальше».
Пять слогов переводятся так: «Надо прибавить шагу».
Четыре слога — «Полный ход, вытягивай шею вперед».
Три слога означают: «Беги со всех ног. Будь начеку. Наверное, придется
взлетать».
Чтобы сообщить, что бежать нужно изо всех сил, но не взлетать, трех-
сложное «га-га-га» заменяется на «га-ги-га», произнесенное с умеренной
громкостью на высокой ноте.
Сигнал тревоги у гусей, завидевших, скажем, собаку, звучит как одно-
сложный, не очень громкий возглас «ра». Услышав такой сигнал, вся стая
взлетает, шумно хлопая крыльями. Отбой тревоги подается длительным го-
готанием.
Конрад Лоренц так хорошо изучил язык гусей, что они его принимали за
полнокровного члена своей компании. Правда, языковые упражнения дава-
лись ученому нелегко, особенно из-за трудно достижимой хриплости произ-
ношения и неистового темпа гогота. Тем не менее он научился общаться
с гусями и мог по желанию заставлять их замедлять или ускорять шествие.
А вот что известно ученым о вороньем языке.
Любопытно отметить, что вороны, живущие в городе и в сельской мест-
ности, «разговаривают» на разных языках и никак друг друга не понимают.
0011000001
193
СИГНАЛ
Дело доходит до того, что сельская ворона не понимает даже сигнала тре-
воги, который прокаркает ей городская ворона. Заслышав такой сигнал, она
преспокойно продолжает сидеть на месте вместо того, чтобы спасаться.
Однако есть вороны-путешественницы. Во’время своих весенних и осен-
них перелетов они встречаются со стаями других ворон и усваивают их
языки. Они овладевают даже в основных чертах языками галок и воробьев.
Пока что известно около 300 различных сигналов в языке ворон. Смысл
большинства из них еще не раскрыт. Но кое-какие «слова» уже поняты. На-
пример, беспрерывное карканье особо хриплым голосом означает призыв ко
всем членам стаи устроить сборище в поле.
Чтобы послушать, что происходит на вороньих сборищах, американский
ученый Фрингс прятал на кукурузном поле микрофон и усилитель с громко-
говорителем. Всякий раз, когда над полем пролетала воронья стая, он вклю-
чал магнитофон с записью сигнала сбора. После многих неудачных попыток
ему повезло: стая обратила внимание на призыв, доносившийся из громко-
говорителя, и приземлилась там, где ее ждал ученый.
Наша задача со скворцами несколько проще. Нам нужно будет научиться
подавать им только один сигнал —сигнал тревоги, который птицы понимали
бы как приближение хищника и улетали. . .
Вот как эту задачу решили ученые из Молдавии. Они поймали скворца,
посадили его в клетку и начали изучать те самые тревожные сигналы, ко-
торые издавала птица, когда к ней подносили близко кошку. Это и были
сигналы тревоги по-скворечьи. Их записали на магнитофон и через усилитель
и громкоговоритель стали передавать в садах и огородах. Заслышав такой
сигнал, испуганные птицы тут же улетали и долго потом не возвращались.
Так был найден надежный способ защиты созревающего урожая от
скворцов. Свою аппаратуру ученые назвали кибернетическим чучелом.
Для изготовления кибернетического чучела понадобится магнитофон,
усилитель на 10 Вт и три-четыре одноваттных громкоговорителя. Укреплен-
ные на шестах на высоте 3—5 м, они заменят старые, никому не нужные
чучела. Состав аппаратуры и ее размещение в саду показано на рисунке 94.
Магнитофон можете использовать любого типа. Лучше всего подойдет
двухдорожечный со скоростью протяжки 9 см/с. Тогда не так много нужно
магнитной пленки.
Усилитель придется сделать. Слишком большой выходной мощности от
него не требуется. 10 ватт вполне достаточно, чтобы питать все громкого-
ворители. Как только скворцы, находящиеся поблизости, услышат сигнал тре-
воги, они сами поднимут такой шум, что криком возвестят своих собратьев
о тревоге. В этот момент и 100 ватт недостаточно, чтобы перекричать птиц.
Вся стая мигом поднимется в воздух и долго еще будет помнить об опас-
ности, грозящей в вашем саду.
Самое главное — добиться от усилителя минимальных искажений при
усилении тревожных сигналов скворцов. Чтобы это требование выполнить,
частотная характеристика усилителя должна быть по возможности линейной
в диапазоне частот от 30 до 10 000 Гц. При налаживании на это обратите
особое внимание.
Коэффициент нелинейных искажений в рабочем диапазоне частот не дол-
жен превышать 1%. Вот почему от усилителя требуется выходная мощность
10 Вт, в то время как для питания громкоговорителей используется только
3—4 Вт. Имея такой запас, можно быть уверенным в чистоте звуков, изда-
ваемых громкоговорителями. Скворцы, по-видимому, чистоту звука чувст-
вуют значительно тоньше, чем человеческое ухо. Если сигнал тревоги будет
194
0011000010
Рис. 94. Кибернетическое чучело
Рис. 95. Схема бестрансформаторного усилителя с выходной мощностью 10—15 Вт
СИГНАЛ
очень искажен, скворцы могут принять его за поддельную тревогу и реаги-
ровать на него не будут.
Бестрансформаторный усилитель мощности на 10—15 Вт. Его электри-
ческая схема изображена на рисунке 95. Выходная неискаженная мощность
равна 10—15 Вт при сопротивлении нагрузки 5—8 Ом. Усилитель воспроиз-
водит частоты от 25 Гц до 10 кГц и имеет в этом диапазоне характеристику,
близкую к линейной. Коэффициент нелинейных искажений при номинальной
мощности не более 1%. Для нормальной работы усилителя на его вход тре-
буется подавать сигнал в 1 В. Такой усилитель нужен не только для кибер-
нетического чучела, он подойдет и для озвучивания школьного концертного
зала или клуба.
Почему мы остановились на бестрансформаторном варианте усилителя
мощности? Потому, что получить хорошую линейную характеристику в пре-
делах от 30 Гц до 10 000 Гц от трансформаторного усилителя очень труд-
но. К тому же бестрансформаторная схема проще в изготовлении, чем с
трансформатором.
Максимальная выходная мощность бестрансформаторного усилителя
196
0011000100
возрастает с увеличением напряжения источника питания и с уменьшением
сопротивления нагрузки. Увлекаться этим не следует. С одной стрроны,
напряжение источника питания не должно превышать величины максималь-
но допустимого напряжения между коллектором и эмиттером транзистора.
С другой — сопротивление нагрузки не должно быть меньше определенной
величины, при которой коллекторные токи выходных транзисторов достигают
допустимого значения.
Все эти требования в нашей схеме учтены. Напряжение питания выбрано
равным 24 В, сопротивление нагрузки — 8 Ом.
Большинство неприятностей в эксплуатации бестрансформаторных уси-
лителей доставляют случайные короткие замыкания на выходе. Громкого-
ворители у нас расположены в различных концах сада, проводка к ним от-
крытая, и соединение двух проводов между собою вполне возможно. Чтобы
это не привело к роковым последствиям, при которых мгновенно перегорят
оба выходных транзистора — Т5 и Тб, поставлены два ограничивающих рези-
стора— R16 и R17. С ними короткие замыкания усилителю не страшны.
Большинство одноваттных громкоговорителей типа 1ГД имеют сопротив-
ление звуковой катушки 6,5 Ом. Четыре громкоговорителя, которые исполь-
зуются для озвучивания сада, разделены на две группы. В каждой из них
по два динамика, включенных последовательно. Кроме того, последователь-
но с катушками включен резистор R 1б или R 17 по 3 Ома. Общее сопротивле-
ние группы получается равным 16 Ом. В схеме группы соединены парал-
лельно. Вот почему величина нагрузки усилителя получилась равной 8 Ом.
В работе усилителя многое зависит от правильного выбора транзисторов.
Транзистор Ti желательно подобрать с /? = 40—50. Это увеличит действие
отрицательной обратной связи (Re)- Тип транзистора П14, П15, МП40.
Транзистор Т2 высоковольтный, например типа П20, П25 или МП42Б.
Мощность, рассеиваемая на коллекторе Т2, близка к максимальной, поэтому
его корпус снабжен радиатором. Обычный медный провоц диаметром 1 мм
очистите от эмали и плотно намотайте на стержень диаметром на 0,3—0,5 мм
меньше диаметра транзистора. 25—30 витков изготовленной таким образом
спирали наденьте на корпус транзистора, очистив его предварительно от
краски. Это и будет ваш радиатор спирального типа. Он отлично служит для
отвода тепла от транзистора.
Транзисторы фазоинвертора Т3 и Т4 подбираются из условия допустимого
напряжения коллектор—эмиттер. При иПит= 24 В этому условию удовлет-
воряет пара транзисторов типа МП37А, МП37Б и П20. Для обеспечения
максимальной выходной мощности транзисторы эти должны иметь от 40
до 100. Причем следите за тем, чтобы коэффициенты усиления обоих тран-
зисторов были по возможности одинаковыми. На корпуса наденьте радиа-
торы спирального типа, как у транзистора Т2.
От выходных транзисторов Т5 и Т6 также требуется, чтобы они были оди-
наковыми по усилению. Это в значительной степени облегчит налаживание
схемы. Транзисторы с ft меньше 30 имеют лучшие частотные свойства, но от
них трудно получить большую выходную мощность. Мы остановились на
транзисторах с коэффициентом усиления в пределах от 45 до 60. Радиаторы
сделайте из листового алюминия или меди толщиной 2—4 мм. Размеры ра-
диаторов 50x50 мм.
Схема бестрансформаторного усилителя хотя и получилась довольно
сложной, но делать ее надо сразу же в окончательном варианте, без пред-
варительного макетирования. Радиаторов на макетном шасси не устано-
вишь, а без них легко пережечь транзисторы. К тому же монтаж на гвоз-
0011000101
197
диках, который нами здесь используется, позволяет легко заменить одну
деталь на другую. В этом отношении печатный монтаж менее удобен.
Многие из ребят увлекаются именно печатным монтажом. На нем соби-
раются все элементы вычислительных машин. Преимущества печатного мон-
тажа сказываются только при массовом производстве какой-либо схемы, ко-
гда она полностью отработана и остается ее только повторить в 10—20 и
более экземплярах. В кибернетических конструкциях, описываемых в книге,
такой необходимости нет.
Размещение деталей на плате сделайте в строгом соответствии с рисун-
ком 96. Особенно это касается расположения транзисторов, иначе они будут
влиять друг на друга. Плату вырежьте из листового гетинакса или тексто-
лита размером 120x200 мм. Толщину материала возьмите 2,0—2,5 мм.
Вся наладка усилителя сводится к подбору резисторов смещения R j и R 7,
а иногда и резистора R6 в цепи отрицательной обратной связи. На электри-
ческой схеме (рис. 94) они обозначены крестиком. Напряжение на коллек-
торе Т] равно 6 В, а на коллекторе Т2 — 12 В.
Рис. 96. Монтажная схема бестрансформаторного усилителя
СИГНАЛ
Величины резисторов Rj4 и R!5 в базах мощных транзисторов выбираются
компромиссно. Для повышения стабильности работы выходных каскадов и
для снижения искажений они должны быть небольшими, а вот для повыше-
ния максимальной выходной мощности их необходимо увеличивать.
Особо следует обратить внимание на стабильность напряжения источ-
ника питания. Для этого емкость конденсатора фильтра С8 берется не менее
3000 мкФ при рабочем напряжении 30 В. Здесь подойдут конденсаторы типа
ЭГЦ 1000,0 X 30 В или К-50 1000,0 X 25 В. Три конденсатора, включенные
параллельно, составят емкость С8, а четвертый, разделительный — С7.
В качестве источника питания подойдет плата, описанная на стр. 177.
При выходном напряжении, равном 24 В, эта схема выпрямителя обеспечи-
вает ток 2 А. Этого хватает с двойным запасом, так как максимальный ток,
потребляемый бестрансформаторным усилителем, не превышает 1 А.
Первое подключение источника питания к собранному усилителю следует
произвести через миллиамперметр и включенный последовательно с ним ре-
зистор 100—150 Ом. Убедившись в том, что ток покоя усилителя не превы-
шает 25—30 мА, резистор в цепи питания можно убрать.
198
0011000110
При напряжении источника питания 24—25 В ток покоя должен быть
равен 25—30 мА. Если он больше, то следует заменить диод Дь Сюда лучше
всего подойдет плоскостной германиевый диод типа Д7Б или Д7В.
При любых, даже самых незначительных перепайках в схеме не забы-
вайте отключать источник питания!
После установки тока покоя необходимо проверить вольтметром постоян-
ного тока симметричность плеч выходного каскада между точкой «— 12 В»
и минусом и плюсом источника питания. Если симметрия нарушена, подбе-
рите величину резистора R 7.
На выход усилителя между точками 4 — 6 и 5 — 6 включите по резистору
величиной 12—13 Ом. Они должны быть достаточно мощными, не менее
4 Вт. Лучше всего их сделать самим, намотав на подходящий каркас вы-
сокоомный провод диаметром 0,2—0,3 мм в изоляции.
Подайте на вход схемы (точки 1—2) от звукового генератора сигнал на-
пряжением 1 В, частотой 1000 Гц. Вольтметр переменного тока, включенный
параллельно одному из нагрузочных сопротивлений (точки 4—6), должен
МАГНИТОФОН
1ГД9 1ГД9
1ГД9
Рис 97 Полная электрическая схема кибернетического чучела
показать напряжение около 8 В. Значит, на резисторе выделяется полезная
мощность, равная 5 Вт. Подсчитать ее можно по формуле:
_ U* __ 82 В _
~ ~R ~ Тз"Ом ~
Вт
где U — напряжение по прибору в вольтах, R — сопротивление резистора на-
грузки в омах. С этой формулой вы знакомились в 8-м классе на уроках
физики.
Общая выходная мощность схемы усилителя равна удвоенному значению
той величины, которую вы получите на одном сопротивлении нагрузки. Ко-
гда она получится равной 10—15 Вт, налаживание усилителя можно за-
кончить.
Как измерить коэффициент нелинейных искажений, посоветуйтесь с опыт-
ными радиолюбителями. Для измерения понадобится звуковой генератор,
генерирующий сигнал с формой, очень близкой к синусоиде, и индикатор
нелинейных искажений типа ИНИ-11 или ИНИ-12.
0011000111
199
К сожалению, даже в хорошо оборудованных радиоклубах эти приборы
бывают редко.
Поэтому проверку чистоты звука на выходе усилителя, наверное, вам при-
дется провести на слух. Для этого замените нагрузочные сопротивления
громкоговорителями с сопротивлением звуковой катушки 6,5 Ом, по два
в каждом плече. Человеческое ухо хотя и не так чувствительно к искаже-
ниям звука, как у птиц, но нелинейные искажения выше 2—3°/о оно легко
замечает.
Полная электрическая схема кибернетического чучела показана на ри-
сунке 97. Из основных узлов в нее входят: магнитофон, усилитель мощности
на 10—15 Вт, плата источника питания на 24 В X 2 А и четыре одноваттных
громкоговорителя типа 1ГД-9.
Нам подойдут любые одноваттные громкоговорители с сопротивлением
звуковой катушки 6,5 Ом.
Довольно трудно защитить громкоговорители от дождя и ветра. Тем бо-
лее, что это нужно делать не на один-два дня, а на 1,5—2 месяца. Можно
изготовить специальные домики, наподобие скворечников, только с больши-
ми отверстиями по диаметру громкоговорителей. С наружной стороны отвер-
стие закройте пленкой из целлофана, так чтобы влага не попадала на гром-
коговоритель. Иначе диффузор потеряет свои упругие свойства, сделается
мягким и начнет дребезжать. Скворцы, конечно, на вашу оплошность тут же
обратят внимание.
Проводку от усилителя к громкоговорителям сделайте любым проводом
с хлорвиниловой или резиновой изоляцией. Сечение провода не должно быть
меньше 1 мм2. Если его взять меньше, то полезная звуковая мощность вме-
сто того, чтобы поступать в громкоговорители, будет рассеиваться в про-
водах.
Хотя в схеме усилителя мощности и предусмотрена защита от короткого
замыкания в проводах, идущих к громкоговорителям, все же злоупотреб-
лять этим не следует. При замыкании в одном из плеч его громкоговори-
тели перестанут издавать звук, а громкость динамиков второго плеча за-
метно упадет. По этому признаку легко обнаружить неисправность в линии.
Так обычно все и поступают.
Запись сигнала тревоги на магнитную ленту сделайте по той же мето-
дике, как это делали ученые из Молдавии. Пожалуй, самым сложным будет
поймать живого скворца. Здесь какие-либо советы дать трудно, придумайте
сами. Посадите пойманного скворца в клетку, а поблизости расположите
микрофон, так чтобы уровень записи звуков, которые он будет издавать,
был нормальным. При появлении кошки скворец сообщит вам те же сиг-
налы, какими бы он предупреждал стаю о приближении хищника.
Продолжительность записи сигнала тревоги должна быть не менее чем
на 1 час работы магнитофона. Ни один скворец таких пыток не выдержит,
да они и ни к чему. Отрывок сигнала продолжительностью в 3—5 минут
можно перезаписать несколько раз на всю бобину ленты.
Не обязательно, чтобы кибернетическое чучело подавало сигналы тре-
воги непрерывно. Это никому не нужно. К тому же сам звук может быстро
утомить окружающих. Свяжите работу магнитофона с автоматом времени
так, чтобы он его включал через каждые 10—15 минут на 1—2 минуты.
В таком режиме работы одной магнитной ленты с записью хватит на сутки
работы чучела.
Научившись подавать скворцам сигнал тревоги, постарайтесь «скворе-
чий» лексикон увеличить хотя бы до 5—10 слов.
200
0011001000
ЭЛЕКТРОННЫЙ
СВЕТЛЯЧОК
Из истории нам известно, что в полках Юлия
Цезаря, знаменитого римского полководца, жив-
шего до нашей эры, существовала «световая служ-
ба». Специальные люди передавали распоряжения
при помощи факелов — по условной азбуке, или,
вернее, по условному словарю.
Один взмах факелом вверх означал: «прибли-
жается враг», движение факела вправо: «все спо-
койно» или «все в порядке», и так далее. Связь
велась так, что для передачи одного какого-либо
сообщения требовался свой световой сигнал.
Чтобы на приемном конце понять сообщение,
нужно было уметь раскодировать передаваемый
сигнал, нужно было иметь ключ кода. Значит,
чтобы понять друг друга, у людей должен быть
один и тот же алфавит кода.
Значительно позднее, когда в Новом Свете появились европейцы, жи-
тели американских прерий для связи друг с другом широко использовали
сигналы от солнечных зайчиков.
Зеркала, завезенные в Америку пришельцами, служили источником
световых сигналов. По числу световых вспышек, по числу зайчиков, можно
было узнать о возвращении отряда к племени и о других событиях. Опять
сигнал для того, чтобы быть понятым, вначале кодировался, а затем —
раскодировался.
Код! Кодировать! Раскодировать! Эти слова, вероятно, вам всем хорошо
знакомы. Их вы могли встречать в книгах и журналах. Давайте попробуем
взглянуть на них с точки зрения кибернетика.
«SOS» — сигнал бедствия. Согласно международному соглашению он
всегда подается в виде трех коротких, трех длинных и еще трех коротких
знаков. Это и есть код сообщения о бедствии. Знаки могут быть поданы с по-
мощью костра, прожектора, гудка, радиопередатчика или просто написаны
на листе бумаги в виде точек и тире. Физическая природа сигнала здесь зна-
чения не имеет — важен код сообщения.
Азбука Морзе является телеграфным кодом. В нем каждая буква обо-
значается набором точек и тире, то есть короткими и длинными сигналами.
Например: буква «е» — это одна точка (.), буква «и» — две точки (..), буква
«а» — точка и тире (.—), а вот буква «о» — сразу три тире подается
(— — —), и так далее.
А что такое буквы, как не коды звуков? А иероглифы? Тоже коды, только
не звуков, а звукосочетаний, слов или сложных понятий. Да и сами слова
тоже коды. Каждое слово означает какое-то понятие. Какое — это известно
только тому, кто знает данный язык или хотя бы смысл данного языка.
Когда человек изучает какой-либо незнакомый ему язык, он прежде всего
изучает систему кодов, принятых для известных ему понятий. Ведь поня-
тия-то у всех народов в основном одни и те же. Вода, камень, огонь, че-
ловек, собака, автомашина, холод, жажда, сон, мать, любовь— все эти и
многие-многие другие понятия есть у всех народов, и понимают их все не-
зависимо от национальности одинаково или почти одинаково, а вот назы-
вают по-разному.
Коды — это слова, названия, буквы, цифры, знаки препинания, матема-
тические обозначения, знаки на картах, обозначения на электрических схе-
мах, имена и фамилии, дорожные знаки, гудки, деньги, документы.
0011001001
201
СИГНАЛ
Коды создаются, видоизменяются, передаются, принимаются, иска-
жаются, восстанавливаются, уничтожаются или запоминаются на века.
Так, например, когда человек хочет что-то передать по радиотелеграфу,
прежде всего он свои мысли, представляющие собой сочетания понятий, вы-
ражает в виде слов. Слова в свою очередь выражаются в виде букв, буквы
в телеграфном аппарате превращаются в импульсы тока, которые управляют
работой радиопередатчика. Таким образом, мысли человека после несколь-
ких преобразований (кодирования) оказываются представленными в виде
посылок радиосигналов. Радиоприемник усиливает эти сигналы, и все пре-
образования повторяются, только в обратной последовательности, пока те
же мысли не станут понятны адресату.
Процесс превращения одного кода в другой называют по-разному: коди-
рованием, перекодированием, а иногда — модуляцией. Все зависит от того,
какой код в какой превращается. Обратное перекодирование сигнала на-
зывают декодированием или демодуляцией.
Кодирование в самом широком смысле этого слова необходимо людям
как воздух. Без него не может быть передано никакое сообщение, а отсюда
и невозможно никакое общение между людьми.
Все, что вы здесь узнали о коде и кодировании сигнала, поможет вам
разобраться в работе интересной кибернетической самоделки. Назвал я ее
электронным светлячком. Это потому, что она действительно похожа на на-
стоящего светлячка, когда непрерывно излучает мигающий световой сигнал.
Карманный фонарик в пионерском лагере или просто в сельской мест-
ности — драгоценность любого мальчишки. Особенно в последние летние ме-
сяцы. Дни становятся короче, темнеет так рано, что развлечения приходится
переносить на вечер. Тут трудно обойтись без карманного фонарика, а в
военных играх он просто необходим: для освещения пути, когда проби-
раешься с товарищами по незнакомым местам; им можно подать «своим»
любой закодированный сигнал, то есть наладить скрытую связь, он же мо-
жет служить хорошим ориентиром. . .
Всюду нужен фонарик. .. Но вот беда, его батарейки при непрерывной
работе не хватит и на вечер. Как здесь быть? Как продлить «жизнь» фо-
нарику?
Выручит несложная приставка, состоящая из 11 деталей: трех низкоча-
стотных транзисторов типа МП39—МП42, четырех резисторов типа МЛТ-
0,25 или 0,5, двух электролитических конденсаторов типа ЭМ, одного пере-
менного резистора типа СПО-0,5 и одного малогабаритного электромаг-
нитного реле.
Схема приставки к фонарику (рис. 99) представляет несимметричный
мультивибратор, собранный на транзисторах Tj и Т2? и усилитель тока на
транзисторе Т3. Период генерации схемы может меняться за счет резистора
R4 от 0,5 с до 15 с. В результате электромагнитное реле Pi будет постоянно
пульсировать, срабатывая каждый раз на 50 мс. Остальную часть периода,
от 450 мс до 14 950 мс, оно выключено. В цепь реле включена лампочка
2,5 В X 0,16 А. Работает она с явным перекалом, но время ее горения на-
столько мало, что она не успевает перегореть. И так каждый период.
Таким образом, лампочка в карманном фонарике горит не непрерывно,
а мигает, сокращая расход батарейки буквально в десятки раз! Средний ток
потребления этой схемы не превышает 5 мА. Вот и получается, что одной ба-
тарейки типа 3336Л хватает не на 3—4 часа, а на 30—100 часов непрерыв-
ной работы!
Пожалуй, самым интересным является использование электронного фо-
202
0011001010
нарика в военных играх. Договорившись заранее со «своими» об алфавите
кода, скольким световым посылкам за 10 с будет соответствовать каждая из
передаваемых команд, фонариком можно пользоваться как передатчиком.
Приемником в этом случае будет человек. Так можно передавать до 15—
20 «слов». Чем команда важнее, тем чаще должна быть частота посылок.
Тогда труднее будет ошибиться.
Изготовить схему можно за один день. Основанием, на котором крепятся
детали, служит пластинка из любого изоляционного материала толщиной
1,5—2,0 мм. Ее размеры определяются свободным местом в фонарике. Так
как его не так уж много, придется выломать пружинящие пластинки для
подключения батарейки. Один из вариантов показан на рисунке 98.
В качестве реле Р, можно использовать любое электромагнитное реле, на-
дежно срабатывающее от 2,5—3,0 В, с сопротивлением катушки 100—300 Ом.
Лучше всего подойдет реле типа РЭС-10, паспорт 303, правда, с небольшой
переделкой. Придется ослабить немного натяжение пружины якоря, чтобы
реле надежно срабатывало от требуемого напряжения.
Рис. 98. Электронный светлячок Рис. 99. Электрическая схема электронного светлячка
Переменный резистор R4 крепится непосредственно к задней стенке кор-
пуса.
Все соединения в схеме сделайте на пайке. Перед тем, как вставлять
пластинку с монтажом, проверьте ее работу. При подключении батарейки
реле должно кратковременно срабатывать, включая лампочку на очень ко-
роткое время. При вращении ручки переменного резистора проследите, как
меняется частота световых вспышек.
В фонарике так тесно, что придется буквально «втискивать» собранную
приставку.
Особенно внимательно проследите, чтобы ни в одной точке не было ка-
сания с корпусом. Оклейте его изнутри плотной бумагой или проложите
другую изоляцию.
Итак, вы вставили схему в корпус и сделали необходимые соединения
тонким многожильным проводом в хлорвиниловой изоляции с лампочкой и
батарейкой. Еще раз убедитесь в исправной работе самоделки.
Электронный фонарик готов. Как его лучше использовать в играх, при-
думайте сами.
0011001011
203
ГЕНЕРАТОР
ИМПУЛЬСОВ
По своей физической природе импульсы могут
быть самыми разными: звуковыми, механически-
ми, тепловыми, электрическими и даже биологи-
ческими.
Выберите момент, когда в комнате потише, и
резко хлопните в ладоши. Раздастся резкий звук.
Это и есть звуковой импульс. Вначале было тихо,
потом хлопок, и снова тихо. При соударении двух
бильярдных шаров возникает механический им-
пульс. Шары на какую-то долю микросекунды
встречаются друг с другом и опять моментально
расходятся.
А вот если по каким-либо причинам температу-
ра тела, ну, скажем, того же шара, резко повыси-
лась, а потом упала, то мы говорим о тепловом
импульсе.
СИГНАЛ
Если бы с помощью электронного осциллографа заглянуть внутрь цифро-
вой электронной вычислительной машины, то можно обнаружить бесконеч-
ное множество электрических импульсов, иначе говоря, быстрых толчков на-
пряжения или тока. Современная ЭВМ — это мир электрических импульсов.
Все основные операции в ней совершаются посредством электрических им-
пульсов. Их роль там такая же, что и у зубьев в механическом арифмометре.
Электрические импульсы в машине являются переносчиками цифр — как
косточки в счетах. . .
Любой электрический импульс может быть определен как резкое изме-
нение напряжения или тока. До возникновения импульса и после его окон-
чания напряжение фактически равно нулю.
Разумеется, электрический импульс может быть как положительным, так
и отрицательным. Все зависит от полярности напряжения импульса по от-
ношению к состоянию покоя.
Основными характеристиками импульса являются его длительность и ам-
плитуда. Форма не играет решающей роли. Конечно, лучше иметь дело
с импульсами прямоугольной формы, когда время нарастания и время спада
204
0011001100
напряжения близки к нулю, чем когда он «размыт» во времени. Но для
этого их приходится «по дороге» часто исправлять — формировать.
С основными схемами генераторов электрических импульсов читатель
уже знаком — это триггер и ждущий мультивибратор. Для их запуска по-
дойдет любой импульс, лишь бы он был достаточной величины. Но уж если
лавинообразный процесс начался (включилась положительная обратная
связь), схема выдаст импульс строго прямоугольной формы.
Пожалуй, самым простым генератором электрических импульсов можно
считать телеграфный ключ. До того, как электрическая цепь ключом не
замкнута (рис. 100), напряжение на резисторе R равно нулю.
Резким движением руки нажмите ключ и тут же отпустите. На рези-
сторе R сформируется импульс напряжения. В то время, когда цепь была
замкнута, по ней протекал ток, который выделял на резисторе напряжение,
равное источнику питания. Цепь разомкнулась, и это напряжение упало до
нуля. Импульс прекратил свое существование до следующего нажатия
ключа.
Амплитуда импульса будет равна напряжению источника Е, а его поляр-
ность зависит только от того, как была подключена батарейка. Достаточно
поменять полярность ее подключения, как вместо отрицательного импульса
схема будет формировать импульс положительной полярности. Даже при
большой тренировке сделать длительность импульса меньше 30 мс не удается.
Согласитесь сами, от человеческой руки трудно требовать, чтобы она еще
и время отсчитывала с точностью хронометра!
Там, где не нужна большая точность, а длительность импульсов превы-
шает 30 мс, «живой» формирователь отлично справляется со своей задачей.
Вот уже более 100 лет телеграфисты всего мира отстукивают ключом свои
точки и тире. Точка — это импульс длительностью 40 мс, тире—120 мс.
Точности здесь большой не требуется, лишь бы не спутать их друг с другом.
Если кому из ребят понадобится генератор одиночных импульсов с дли-
тельностью сигнала больше 50 мс, не забывайте про телеграфный ключ.
Импульс получается точно прямоугольной формы.
Теперь рассмотрим схему, изображенную на рисунке 101. Там показан
генератор одиночных импульсов, длительность которых может меняться бук-
ooiioonoi
205
вально от долей микросекунды (1 мкс = 0,000001 с) и выше. Это важно там,
где требуется измерять временные интервалы в каком-либо эксперименте
с большой точностью.
Длительность импульса здесь играет ту же роль, что и ширина штриха на
обычной линейке. Чем она меньше, тем с большей точностью можно произ-
водить измерение времени.
Схема чрезвычайно проста. На ее изготовление у вас уйдет не более часа.
Разместите ее на плате из гетинакса или текстолита. Напряжение батареи
питания равно требуемой амплитуде импульса.
Когда кнопка К i не нажата, напряжение на выходных клеммах равно
нулю. К этому моменту конденсатор С полностью зарядится через резистор
R 1 до напряжения источника питания.
Нажав кнопку Ki, посмотрим, что произойдет с зарядом конденсатора.
По графику этот момент обозначен /0 • Как только кнопка коснется контактов,
тут же все напряжение с конденсатора приложится к выходным клеммам
схемы. В результате получим скачок напряжения с амплитудой Пим.
Рис. 102. Схема генератора импульсов с одиночным запуском
СИГНАЛ
Полярность скачка соответствует полярности подключения источника пита-
ния. В разбираемой схеме она получится отрицательной.
Начиная с момента /0 конденсатор С начнет разряжаться через резистор
R. На резистор R ! теперь можно не обращать внимания. Его сопротивление
настолько большое, что он никакого влияния на разряд конденсатора не ока-
зывает.
Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее будет протекать раз-
ряд. То же относится и к величине резистора R. Чем он больше, тем про-
должительнее получается импульс. Подсчитано, что длительность импульса
для схемы на рисунке 101 равна:
г им = 2,2RC (мкс) = 220 мкс.
В этой формуле R — сопротивление резистора в омах, С — емкость конден-
сатора в микрофарадах.
Когда конденсатор полностью разрядится — импульс прекратится.
Если требуется повторить импульс, отпустите на несколько секунд кноп-
206
0011001110
Рис. 103. Схема генератора периодических импульсов
ку К1 и дайте возможность зарядиться конденсатору через резистор Rb
Если после этого снова нажать кнопку, на выходных клеммах появится но-
вый импульс... Форма импульса — треугольная.
Ну, а там, где требуется иметь строго прямоугольную форму импульса,
придется усложнять схему. Ее новый вариант показан на рисунке 102.
Слева от окантованного участка нарисована только что рассмотрен-
ная схема формирователя импульсов. Схема на транзисторах Т2 и Т3— жду-
щий мультивибратор. Величина резистора R 6 и конденсатора С2, обозначен-
ные звездочкой, определяют длительность импульса.
Отрицательный импульс, полученный на резисторе R2, откроет транзи-
стор Ti и тем самым запустит схему ждущего мультивибратора. Начнется
лавинообразный процесс, в результате которого до этого открытый тран-
зистор Т3 запрется, а спустя некоторое время вновь откроется. Схема вер-
нется в свое исходное состояние. Сформированный таким образом импульс
имеет строго прямоугольную форму. На коллекторе Т3 он отрицательной по-
лярности, а на коллекторе Т2 — положительной.
С выхода ждущего мультивибратора через резистор R 8 импульс подается
оопоопп
207
на базу транзистора Т4. Последний каскад собран по схеме эмиттерного по-
вторителя. Его выходной сигнал полностью повторяет сигнал на входе, а
переменный резистор R9 позволяет регулировать его амплитуду от 0 до 0,9Е.
Если на выходе будет нужен импульс положительной полярности, при-
дется внести в схему небольшие изменения. Отпаяйте резистор R8 от коллек-
тора Т3 и присоедините его к коллектору транзистора Т2. Вот и вся переделка.
Сколько раз нажмете кнопку К i, столько импульсов сформирует схема на
выходе (точки 2—3). Только не забывайте, что после каждого нажатия кноп-
ки нужно ждать 1—2 с. Этого времени вполне хватает для подзарядки кон-
денсатора Ci через резистор Rj. Прибор отлично генерирует импульсы при
напряжении питания свыше 4,5 В.
Разбирая схемы различных генераторов импульсов, рассмотрим рису-
нок 103. Каких-либо ключей или кнопок запуска в этой схеме нет. Их заме-
нил обычный мультивибратор, собранный на транзисторах Ti и Т2. В резуль-
тате транзистор Т3 одну половину периода генерации мультивибратора будет
заперт, а вторую половину — открыт.
Рис. 104. Плата генератора импульсов	180
СИГНАЛ
Эту же работу, конечно, можно было бы выполнять и вручную, но. . .
Согласитесь сами, это не всегда возможно. Когда требуется переключать
с частотой больше 10 Гц, руке не справиться с такой задачей. Вот и при-
шлось ее заменить мультивибратором.
Так получился генератор уже не одиночных импульсов, как раньше, а
периодических. Варьируя сопротивлением резистора R3, частота импульсов
будет меняться от единиц герц до килогерц. Все будет зависеть от величины
цепочки R2C2 или цепочки R4Cj.
О назначении конденсатора С3 и резистора R7. Вместе они составляют так
называемую дифференцирующую цепочку. В электронных вычисли-
тельных машинах ее так же можно часто встретить, как, скажем, какую-
либо диодную схему или усилитель. Из прямоугольного импульса диффе-
ренцирующая цепочка формирует остроконечные импульсы отрицательной
и положительной полярности. Длительность импульсов определяется величи-
ной резистора R 7 и конденсатора С3.
Когда транзистор Т3 открыт, напряжение между его коллектором и эмит-
тером равно нулю. Конденсатор С3 разряжен. Естественно, при таких началь-
208
0011010000
них условиях напряжение на выходе дифференцирующей цепочки (R7) равно
нулю.
Как только транзистор Т3 запрется, напряжение на его коллекторе скач-
ком поднимется до —9 В.
Как будет вести себя конденсатор С3? В первый момент, пока он еще не
зарядился, весь скачок напряжения с его левой обкладки свободно перей-
дет на правую. На резисторе R 7 возникнет импульс напряжения отрицатель-
ной полярности с амплитудой 9 В. Но по мере заряда конденсатора, а это
произойдет за какие-нибудь доли миллисекунды, ток заряда будет умень-
шаться и в конце концов упадет до нуля.
В результате напряжение импульса на резисторе В7также упадет до нуля,
и он прекратит свое существование.
Такое состояние установится совсем не надолго. Как только транзи-
стор Т3 откроется, электрический заряд конденсатора С3 вновь устремится
через резистор R7 и цепь коллектор—эмиттер, но теперь уже в обратном
направлении. Тогда конденсатор заряжался, а сейчас он разряжается. Так
Рис. 105. Проверка платы триггера, работающего в счетном режиме
на резисторе R 7 возникнет импульс положительной полярности. Длитель-
ность обоих импульсов примерно равна 2,2 X R (Ом) X С (мкФ). Обратите
внимание, мы получили ту же формулу, что и для схемы рисунка 101.
Схема на транзисторах Т4, Т5 Т6 и Т7 (рис. 103) нами разбиралась в преды-
дущем варианте формирователя импульсов (см. рис. 102). Здесь она исполь-
зуется без изменений. Импульсами запуска для нее служат отрицательные
импульсы, полученные на выходе дифференцирующей цепочки. На импульсы
положительной полярности схема никак не реагирует.
Величину конденсатора С4 и резистора R 10 выберите сами в зависимости
от требуемой длительности выходного импульса.
Вся схема генератора периодических импульсов располагается на одной
плате. Вырежьте ее из гетинакса или текстолита толщиной 2,0—2,5 мм. Не-
обходимые размеры, включая расположение деталей, приведены на рисун-
ке 104. После окончания монтажа несколько раз проверьте все основные
цепи и приступайте к испытаниям прибора. Значительно проще проверить
работу схемы, использовав электронный осциллограф.
Источником питания могут быть две батарейки от карманного фонаря
0011010001
209
типа 3336Л. Весь генератор потребляет ток не более 5 мА. При таком не-
значительном расходе одного комплекта батарей вполне хватит на несколь-
ко месяцев работы.
Всего мы разобрали 4 схемы генераторов импульсов. На каком из них
вам остановиться? Опыт, знание техники, интуиция, фантазия — вот из чего
складывается правильное решение. Чтобы быть хорошим специалистом,
мало уметь пользоваться готовыми рецептами.
Когда требуется проверить плату триггера, работающего в счетном ре-
жиме, лучше всего подойдет генератор периодических импульсов. Схема ис-
пытаний изображена на рисунке 105. Из временных диаграмм хорошо видно,
как триггер делит импульсы запуска на два.
При проверке той же платы, но только работающей в режиме раздель-
ного запуска, удобнее использовать формирователь одиночных импульсов.
В качестве индикатора здесь электронный осциллограф будет лишним. Его
заменит обычный вольтметр постоянного тока. Пытаться наладить любую
импульсную схему без генератора импульсов — безнадежное дело.
СИГНАЛ
Вам никогда не приходилось переговариваться
с машиной?
КАК ЗАСТАВИТЬ	«Что еще за нелепость, разговаривать с ма-
МАШИНУ ПОНИМАТЬ	— вот как примерно большинство из вас
ц-поррцр<*|/ий	ответили бы на мой вопрос. У машин нет рече-
вого аппарата. Как же с ними можно разгова-
ГОЛОС	ривать?
Но ведь с товарищем вы часто обмениваетесь
не речевыми сигналами, а жестами. А то и просто
толкнете его под локоть, когда за ним следит учи-
тель. Он уже знает, что все это значит.
Чтобы передавать то или иное сообщение, не
обязательно пользоваться речью.
Когда вы возвращаетесь домой из школы и са-
дитесь в лифт, то тут же отдаете машине команду:
«Подними меня на 8-й этаж» —и нажимаете кнопку
с цифрой 8. Лифт моментально отреагирует на
команду, включится электродвигатель подъемника, замелькают этажи. . .
и вы на месте.
Но иногда машина, «выслушав» команду, попросит вас плотнее прикрыть
дверь. В кабине загорится табло: «Закройте, пожалуйста, дверь». Вы поспе-
шите исполнить просьбу.
Нажимая звонковую кнопку, вы тем самым отдаете электрическому звон-
ку команду: «Прозвони, пожалуйста, один длинный и один короткий сигнал».
Дома сразу догадаются, кто идет, и откроют дверь. Теперь вы можете даже
подсчитать, сколько бит информации сообщили «машине», нажав кнопку.
В этом примере двух бит информации оказалось вполне достаточно, чтобы
родители поняли, кто идет.
В настоящее время обмен информацией между человеком и машиной
осуществляется пока еще сравнительно примитивными средствами: нажа-
тием кнопок, перемещением рычагов, поворотом рулевого колеса и так да-
лее. .. Машина понимает только такие команды, которые преобразованы
в доступную ей форму: или в форму электрических импульсов, или в форму
соответствующих усилий, или в форму других, «понятных» ей сигналов.
210	0011010010
Что же касается информации, поступающей от машины к человеку, то
она сводится лишь к звуковым и световым сигналам. Включение различных
табло, цифровая и буквенная индикация, всевозможные звонки и сирены —
вот, пожалуй, и весь ее «язык».
Обмениваться информацией может не только человек с человеком или
человек с машиной. Не только машины, но даже отдельные ее узлы могут
«переговариваться» друг с другом, следя за четкостью выполнения задуман-
ных человеком операций. Подумайте сами, разве обратная связь в машине
не пример тому.
Человек поручил машине самостоятельно произвести какое-либо дейст-
вие. Например, автопилот должен обеспечить полет самолета точно по за-
данному курсу. О любой допущенной ошибке он тут же по каналу обратной
связи «сообщит» рулевым машинкам. От автомата поступит команда: «При-
казываю рулю глубины отклониться на положительный угол + 3°24,' а рулю
поворота изменить угол с — 1 ° 14' на 0°21! Дальше автомат некоторое
время будет ждать ответных сообщений о том, что команды приняты и дви-
гатели приступили к их исполнению. Если ответ почему-либо задержится,
автопилот более грозно повторит свою команду.
А вот другой пример. Рассмотрим, как две электростанции, параллельно
работающие на общую энергосистему, обмениваются информацией между
собою. Если на одной из них вышел из строя генератор, то другая об этом
немедленно узнает по каналу связи и автоматически изменит свой режим так,
чтобы обеспечить электроэнергией всех потребителей. Кроме того, исправ-
ная электростанция сообщит «по телефону», какие меры ею для этого при-
няты и какие мощности еще остались в резерве. Все это произойдет без
какого-либо участия человека. За ним остается только контроль!
Машины понимают друг друга, если только сообщения, которыми они
обмениваются, «переводить» на доступный им «язык». Это чисто инженер-
ная задача. Решает ее конструктор машины при ее создании еще на бумаге.
Основными вопросами здесь являются помехозащищенность и быстродейст-
вие в обмене информацией.
Вспомните, с чего начиналась глава. Мы рассмотрели, как люди обме-
ниваются информацией и как ее измерить. От проблемы передачи информа-
ции между людьми ученые перешли к проблеме передачи информации между
машинами и даже между ее отдельными элементами. Решить ее под силу
только кибернетике с ее теорией информации, теорией автоматов, теорией
релейных схем, теорией сигнала и, конечно, теорией обратных связей.
Но наиболее сложной задачей из тех, что были здесь перечислены, яв-
ляется проблема «человек—машина». Перед конструкторами встал вопрос:
как заставить машину понимать человеческий голос. Ввод информации по-
средством кнопок и клавиш оказался слишком несовершенным. Во-первых,
он неудобен для оператора, а главное, требует очень много времени. Сей-
час в науке наметился путь решения этой проблемы: нужно создать машины,
понимающие язык человека, такие машины, которые могли бы слышать и
понимать услышанное, подчинялись бы буквально каждому нашему слову.
Научив машину слушать и понимать нашу речь, мы смогли бы не только
улучшить обмен информацией между человеком и машиной, но и эффективно
использовать машину для совершенствования контактов между людьми. Как
видите, проблема действительно не из легких.
По мнению многих ученых, способности, заложенные в современных элек-
тронных вычислительных машинах, лет на десять — пятнадцать опередили
возможности их использования. Ограничивающим фактором становится не
0011010011
211
СИГНАЛ
быстродействие, надежность или емкость памяти ЭВМ, а наше неумение
с ней «разговаривать». Конструкторы опасаются, и не без основания, что
«вычислительная машина, лишенная общения с внешним миром, стоит перед
опасностью превратиться в чудовище, бормочущее что-то себе под нос в за-
брошенной всеми комнате с кондиционированным воздухом».
Сейчас весь мир бьется над проблемой «человек—машина». К сожале-
нию, она оказалась значительно сложнее, чем представилась с первого
взгляда. Слишком мудро зашифровала природа сигнал человеческого голоса.
Пока еще не найдено никаких постоянных признаков (инвариантов), по
которым машина могла бы распознавать человеческий голос.
Многие даже считают, что эта проблема значительно сложнее разгадки
тайны внутриядерной энергии. И уж во всяком случае она не менее важна.
Стоит вопрос так: быть или не быть электронной вычислительной машине
другом человека? Если человек не решит этой задачи, то машина для него
станет только обузой.
Несколько лет назад в Институте электроники, автоматики и телемеха-
ники Грузинской ССР была создана экспериментальная тележка немного
больших размеров, чем описанная в книге. Ученые научили ее выполнять
7 команд, поданных голосом. Принимая через микрофон понятные ей сиг-
налы, она реагирует на них включением вполне определенных исполнитель-
ных механизмов.
Повинуясь командам оператора, кибернетическая тележка, управляе-
мая человеческим голосом, осторожно трогается с места и послушно дви-
жется вперед, поворачивает налево или направо и по сигналу «стоп» мгно-
венно останавливается. А ведь вместо забавной игрушки легко себе предста-
вить «понимающие» устные команды прокатные станы на заводе, работаю-
щие в поле тракторы и любые другие машины.
Не так давно на Брюссельской автомобильной выставке демонстриро-
вался автомобиль, управляемый устными распоряжениями. Стартер запу-
скал мотор, повинуясь словесной команде пассажира. Водитель здесь уже
ни к чему. Устное распоряжение заставляло машину включать и выключать
сцепление и переключать скорости. Руль в машине отсутствовал! Зачем он
теперь нужен, когда достаточно сказать «налево», как автомашина послуш-
но выполнит поданную команду. Объемистый багажник автомобиля был
весь заполнен электронной аппаратурой, среди которой большое место за-
нимали приборы, анализирующие человеческую речь.
Если владельцы автомобилей еще некоторое время могут потерпеть без
такой аппаратуры, то космонавтам она нужна уже сегодня. Когда космо-
навт выходит в космос из кабины своего корабля, ему необходим индиви-
дуальный ракетный двигатель для передвижения. Управление таким двига-
телем задача не простая, одновременно космонавт должен работать с ин-
струментом и иметь возможность фотографировать.
В настоящее время советские инженеры разрабатывают специаль-
ную аппаратуру, с помощью которой управление работой реактивными дви-
гателями будет осуществляться командами, поданными голосом космонав-
та. Для этого, как полагают конструкторы, будет достаточно десяти звуко-
вых команд.
Итак, решение проблемы «человек—машина» может быть только одно—
машина должна научиться понимать человеческий голос.
Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, что представляет собой от-
дельный звук речи, ну, скажем, «а» или «о»? Каким образом слова, которые
мы произносим, доходят до собеседника?
212
0011010100
Наша речь состоит из слогов, слов и фраз.
Наименьшей единицей речи является звук, или, как его еще называют,
фонема. Фонему можно сравнить с каллиграфически написанной бук-
вой, что относительно редко встречается в рукописном тексте. Фонемы —
это акустические эталоны звуков речи. Всего их в русском языке 41. Неко-
торые ученые утверждают, что фонем 42. Спор еще на этот счет не закон-
чился. Вот видите, даже в таком несложном вопросе, как подсчет числа
фонем, ясности пока нет.
Основная трудность, с которой исследователи столкнулись при изучении
речи, это отсутствие четких границ между отдельными звуками. В этом от-
ношении изучать письменный текст значительно проще, весь он разбит на
буквы. Так же, как рукописные буквы соединяются друг с другом промежу-
точными элементами, так и звуки речи в словах стыкуются с помощью пере-
ходных элементов — фоноидов. Вот здесь-то и начинается путаница. К ка-
кому акустическому эталону отнести тот или другой переходный звук, чаще
всего остается загадкой.
Советские ученые Л. А. Чистович и В. А. Кожевников в своих исследо-
ваниях пришли к мысли, что вообще никаких фонем не существует и на-
прасно искать между ними какие-либо границы. Они утверждают, что наша
речь разбивается совсем не на фонемы, как это считают другие, а на слоги.
Отсюда и за минимальную акустическую единицу принимают не звук, а слог.
Опознать слог хотя и несколько проще, чем звук, но по количеству их
в несколько сот раз больше, чем фонем. Распознающая аппаратура от этого
резко увеличивается в объеме.
Что значит опознать звук или слог? Для этого где-то в машине нужно
хранить эталоны, по которым и производится сравнение. Такое хранилище
называется памятью машины. При фонемном распознавании память должна
хранить 41 акустический эталон, при слоговом — несколько тысяч. Легко
себе представить, как усложнится аппаратура.
Быть может, следует идти по пути создания устройств, автоматически
распознающих целые слова или отдельные команды? При ограниченном их
числе это вполне возможно.
Среди ученых еще нет единого мнения относительно выбора оптималь-
ного метода автоматического распознавания речи. До сих пор еще не из-
вестно никаких постоянных признаков в речевом сигнале, которые бы несли
информацию о звуках и слогах. Задача усложняется еще тем, что характе-
ристики сигнала у каждого человека индивидуальны.
Над решением этой трудной задачи во всем мире работают физиологи
и лингвисты, акустики и невропатологи, специалисты по бионике и логопеды,
психологи и инженеры, математики и конструкторы. Надо полагать, что
объединенные усилия всех этих специалистов в конце концов раскроют тайны
устной речи, дадут нам достоверные сведения о механизме речи, о том, как
мы говорим и слышим.
В аппаратуре, которая будет описана дальше, будем использовать фонем-
ные признаки распознавания речи.
Фонемы отличаются друг от друга прежде всего по тому, как они произ-
носятся. Одни из них мы произносим звонко, другие — глухо. На этом осно-
вании все звуки делятся на звонкие и глухие.
В свою очередь все звонкие делятся на гласные и согласные. Нас больше
будут интересовать гласные. Причем не все из них, а только А, Е, О и Я.
Распознавая их, наша машина сможет распознать такие команды: НАПРА-
ААВО, НАЛЕЕЕВО, СТОООП и ПРЯЯЯМО. Чтобы облегчить машине
0011010101
213
Рис. 106. Схема формирования речи
распознавание, анализируемые звуки нужно произносить сильно растянуты-
ми во времени.
Источником гласных звуков являются наши голосовые связки. Это две
сходящиеся под углом складки мышц, покрытые слизистой оболочкой. Рас-
положены они на внутренней поверхности боковых стенок гортани на уровне
примерно кадыка. На рисунке 106 голосовые связки обозначены в виде двух
зачерненных утолщений между трахеей и гортанью.
Избыточное давление воздуха в легких заставляет вибрировать связки,
когда человек произносит звонкую фонему. Сам сигнал над голосовыми
связками, вернее, его осциллограмма будет иметь вид, как показано на са-
мом нижнем графике. Все здесь достаточно просто и легко может быть пред-
ставлено каждым из вас. В работе голосовые связки напоминают дудочку
от детской игрушки «Уйди-уйди».
Когда связки сомкнуты, избыточное давление равно нулю, когда разом-
кнуты — некоторой величине Др0. Частота получившихся воздушных импуль-
сов точно равна частоте колебаний связок. В научной литературе ее назы-
вают частотой основного тона голоса.
214
0011010110
В школьном учебнике по физике, там, где разбирается белый свет, гово-
рится, что он может быть разложен на простейшие монохроматические цве-
та — спектры. Выходит, белого цвета в действительности нет, а есть не-
сколько чистых цветов, которые в сумме его образуют.
Пример со светом здесь приведен для того, чтобы вам легче было разо-
браться в законе физики, который гласит: «Сложных периодических колеба-
ний в природе не существует. Все они состоят из большого количества про-
стейших колебаний, называемых синусоидами». То же утверждение отно-
сится и к сигналу сложной формы, как, например, к импульсному сигналу.
В природе такого сигнала нет. Его можно получить, сложив большое число
элементарных сигналов, имеющих синусоидальную форму. Они-то и назы-
ваются гармониками сложного периодического сигнала.
Для того чтобы представить себе, что такое синусоида, проделаем такой
опыт (рис. 107). Впервые его описал советский ученый Г. С. Горелик.
Самопишущий маятник представляет собою конический сосуд, напол-
ненный песком. В качестве подвески используется обычная нитка. Внизу
у него отверстие, из которого песок высыпается тонкой струйкой. На столе
лежит выкрашенная в черный цвет длинная полоска картона. Заставим по-
лоску равномерно скользить по столу в направлении, перпендикулярном
к плоскости движения маятника. Песок сыплется на картон и прилипает
к нему. Для этого картон нужно предварительно немного смочить. «Авто-
граф» маятника, написанный им песком по картону, и есть синусоида.
В математике существует очень важная теорема, которая говорит, что
каждая сложная кривая, форма которой снова и снова повторяется через
один и тот же период, может быть представлена в виде суммы бесконеч-
ного числа отдельных синусоид — гармоник. Частота первой гармоники точ-
но равна частоте сложного периодического сигнала. Частота второй гар-
моники вдвое выше, а частота третьей гармоники — в три раза выше, чем
у первой, и так далее. Гармоник с дробными частотами здесь быть не может.
Каждая гармоника (синусоида) имеет свою амплитуду, которая зависит
только от формы сложного сигнала. Может быть и такой случай, когда ам-
плитуда некоторых гармоник равна нулю, то есть они отсутствуют. Резуль-
таты такого рода были известны уже в XVIII столетии. Однако обычно
0011010111
215
СИГНАЛ
с этой теоремой связывают имя Жана Батиста Фурье (1768—1830) —вы-
дающегося французского математика, члена Парижской академии наук,
сопровождавшего Наполеона во время экспедиции в Египет.
Тем из вас, кто учится в 9—10-м классах, должно быть известно анали-
тическое выражение синусоиды. Если его рассматривать как фунцию вре-
мени, то она имеет следующий вид:
/ (/) = Acos2nF/,
где f (/) — условное обозначение синусоиды как функции времени, А — ам-
плитуда, F—частота синусоиды в герцах, t —время в секундах.
Отсюда аналитическое выражение сигнала сложной формы с частотой
повторения F, согласно теореме Фурье, можно записать так:
f с(/) = ytjCOS^nFi/ + А2со$2л2Р it . .. + Ancos2nn F \t,
где Ai —амплитуда первой гармоники, Л2 —амплитуда второй гармоники,
А3 — третьей гармоники и так далее.
Как и любое аналитическое выражение, полученное нами уравнение ли-
шено наглядности. Значительно удобнее его представить графически. Для
этого условились по оси абсцисс (по горизонтальной оси) откладывать зна-
чения частот гармоник, а по оси ординат — их амплитуды. Каждой частоте
соответствует своя амплитуда. На графике она чертится прямой линией.
Полученную картину ученые стали называть спектром сложного сигнала.
А вскоре появились и приборы — спектроанализаторы. Они автоматически
не только измеряют амплитуду каждой из гармоник и их частоты, но и чер-
тят сразу график — спектрограмму.
Когда ученые заинтересовались спектром этой сложной периодической
кривой и получили его на приборе (рис. 106), то он представился им в виде
сплошного забора вертикальных линий. В нем присутствовали все без исклю-
чения гармоники, начиная с частоты основного тона. И что, пожалуй, самое
важное, их амплитуды очень нехотя уменьшались по мере возрастания но-
мера гармоники.
Использование спектрального подхода к изучению речевого сигнала зна-
чительно облегчило решение задачи. По крайней мере стал ясен механизм
образования отдельных звуков и путь, по которому нужно идти дальше.
Генератор колебаний — голосовые связки — генерируют периодические
сигналы сложной формы. В свою очередь эти сигналы состоят из множест-
ва гармоник — отдельных чистых тонов. Это и есть его спектральные линии.
Проходя через систему частотных фильтров, образованных полостью рта,
спектр сигнала голосовых связок сильно деформируется, образуя более слож-
ные акустические сигналы. Это и есть отдельные звуки.
В школьном учебнике по физике для 10-го класса приводятся акустиче-
ские резонаторы Гельмгольца. Это открытые с одного конца колбы разных
размеров. Если подавать чистый тон — звуковое колебание одной частоты,
и иметь набор таких резонаторов, то из всего набора только один из них
отзовется на этот звук.
В нашем речевом аппарате имеется тоже система различных резонато-
ров, частоты которых зависят от положения языка, губ и зубов. Когда сиг-
нал голосовых связок проходит через систему таких резонаторов, одни его
спектральные составляющие будут усиливаться, а другие, наоборот, подав-
ляться. Для каждого звука положения органов артикуляции различны, по-
216
0011011000
Рис. 108. Схема машины распознающей человеческий голос
этому мы и получаем на выходе сложные звуковые колебания из относитель-
но простых по форме импульсов голосовых связок.
Изучая спектры гласных звуков и звонких согласных, ученые заметили,
что существуют частотные области, где как бы концентрируются «сгустки»
энергии. Эти области повышенной концентрации энергии получили название
формант, а средние значения частот в этих областях — формантных ча-
стот. На верхнем графике рисунка 106 изображен спектр гласного звука
с тремя формантами.
У каждого звука форманты расположены по-разному. Количество фор-
мант и их положение можно определить спектральным анализом речевого
сигнала. Впервые такое исследование отдельных русских фонем провел про-
фессор Л. Л. Мясников. Еще в начале сороковых годов он попытался создать
прибор для объективного распознавания звуков речи.
Аппаратура для распознавания команд, поданных голосом, к изготовле-
нию которой мы приступаем, использует формантные признаки отдельных
звуков. Фактически, как уже говорилось, она распознает первые форманты
четырех долгопротяжных гласных А, Е, О и Я.
0011011001
217
Разберем работу электрической схемы распознающей машины. Она изо-
бражена на рисунке 108.
Звуковая команда прежде всего попадает в микрофон, а затем уже на
плату усилителя сигнала.
С выхода платы усиленный сигнал поступает одновременно на четыре
электрических фильтра. Конструктивно они выполнены в виде двух типовых
плат электрических фильтров. Их полная электрическая схема дана на ри-
сунке 14. Там же рассказано, как ее сделать. Каждый из фильтров настроен
на одну из первых формантных частот гласных А, Е, О и Я. Если в поданной
команде присутствует один из этих звуков, сработает реле соответствующего
фильтра.
Для повышения помехозащищенности аппаратуры продолжительность
анализируемого звука не может быть меньше одной секунды. Временной
анализ звуков делают каскады реле с задержкой при срабатывании, собран-
ные на транзисторах Tj—Т4. Похожие схемы нами использовались в плате на
рисунке 89.
Рис. 109. Стенд для определения частоты первой форманты долгопротяжного звука
СИГНАЛ
Каждый из входов рассмотренных четырех каскадов подключен к кон-
тактам реле своего фильтра. Чтобы сработало именно его реле, продолжи-
тельность сигнала на входе не должна быть меньше одной секунды. Так что
все случайные срабатывания реле фильтров от переходных звуков никак не
повлияют на работу распознающей машины.
Обратите внимание на нижнюю пару контактов электромагнитных реле
Pi—Р4. Реле Pj—Р3 работают с самоблокировкой. Когда срабатывает, напри-
мер, реле Р2, рвется цепь питания каскадов на транзисторах Tj и Т3. Их реле
тут же отключаются. При подаче команды «стоп» срабатывает реле Р4.
Его контакт автоматически разблокирует любое из реле Pi—Р3.
Конструкция исполнительного механизма будет зависеть от того, на ка-
кую модель вы решите установить распознающее устройство.
Для определения частоты 1-й форманты распознаваемых звуков собери-
те несложную схему по рисунку 109. Фонируя достаточно протяжный глас-
ный, постарайтесь измерить частоту его первой форманты по фигуре Лис-
сажу. Гармоника, соответствующая 1-й форманте, всегда по амплитуде
больше остальных. Это значительно облегчает нам ее измерение.
218
0011011010
На каждую из четырех формантных частот настройте соответствующий
электрический фильтр. Методику наладки фильтров прочтите на стр. 32.
Четыре каскада реле с задержкой соберите на отдельной плате. Наладки
они никакой не требуют и работают очень уверенно. В качестве реле можно
использовать любой тип, лишь бы реле надежно срабатывало от одной кар-
манной батарейки типа 3336Л и имело сопротивление катушки около
200—250 Ом.
Машина, распознающая четыре команды, поданные человеческим голо-
сом, готова.
Пройдут годы, и к таинственным планетам Солнечной системы устре-
мятся пилотируемые космические корабли. Немало опасностей будет ожи-
дать космонавтов, которые первыми увидят новые неизведанные миры, и,
может быть, разведчиками, предупреждающими людей об опасностях, бу-
дут говорящие роботы... «Здесь зыбкая поверхность, обойдите... Сюда
можете ступать смело... Здесь температура +95°...» — нечто подобное
могут услышать космонавты от продвигающихся впереди роботов и вовремя
предпринять те или иные действия. Это пока фантастика. В ближайшем бу-
дущем слышащие и говорящие автоматы помогут человеку на большом рас-
стоянии с голоса управлять движением поездов и самолетов, подавать
команды автоматическим станкам на заводе с единого диспетчерского
пункта.
В медицине уже сейчас применяют диагностические и лечебные электрон-
ные машины. Их эффективность намного увеличится, если они станут слы-
шащими и говорящими. Ведь часто жизнь или смерть больного зависит от
того, насколько быстро выдан наилучший план лечения больного. А ввод
информации о состоянии больного и вывод ее с последующей обработкой
занимает пока довольно много времени. Насколько все это упростится, если
машине можно будет просто сказать все данные, нужные для точного диа-
гноза, и через несколько секунд получить от нее словесную команду, что же
лучше всего предпринять для спасения больного.
В Москве, Ленинграде, Киеве, Тбилиси и других городах нашей Родины
сотни ученых трудятся над тем, чтобы разрешить одну из интереснейших
проблем современной науки. Фронт работ ширится с каждым днем. И неда-
леко то время, когда человек вырвет у природы еще одну тайну — тайну
речи.

НЕСКОЛЬКО
ИНТЕРЕСНЫХ
ИСТОРИИ
О КАНАЛЕ СВЯЗИ
И ДРУГИХ
ИЗОБРЕТЕНИЯХ. . .
ПО ДВУМ
ПРОВОДАМ —
ШЕСТЬ КОМАНД
УПРАВЛЕНИЯ
УПРАВЛЕНИЕ
МОДЕЛЯМИ
ПО «РАДИОПРОВОЛОКЕ»
УПРАВЛЕНИЕ
ЗВУКОМ
КАНАЛ СВЯЗИ
НЕСКОЛЬКО
ИНТЕРЕСНЫХ
ИСТОРИИ
О КАНАЛЕ СВЯЗИ
И О ДРУГИХ
ИЗОБРЕТЕНИЯХ...
«Вот что еще выдумали — мысли передавать
по проволоке, а сапоги и самовары нельзя таким
же способом передавать?!» Так на полном серьезе
писала одна петербургская газета от 22 октября
1832 года, на следующий день после публичной
демонстрации первого в мире электромагнитного
телеграфа, предшественника сегодняшней теле-
графной связи. Автором замечательного изобре-
тения был выдающийся русский ученый, физик и
востоковед, П. Л. Шиллинг (1786—1837).
Как и большинство изобретений, сделанных
в России в то время, телеграф Шиллинга был
встречен издевательскими насмешками. Ему не
помогло даже то, что после изобретения и успеш-
ного испытания мины с электрическим запалом
Павел Львович был удостоен благосклоннейшей
милости самого царя.
0011011101
221
КАНАЛ СВЯЗИ
Несмотря на козни, Шиллинг на собственные средства продолжает на-
чатые работы. Особенно много хлопот доставлял канал связи, выполнен-
ный в виде двух проводов, протянутых между телеграфными аппаратами.
Казалось бы, что может быть проще «на жердях вдоль проезжих дорог
натянуть провода»...
Такой способ прокладки линии связи, предложенный Шиллингом, был
отвергнут: он показался чиновникам из военного департамента несуразицей
и не соответствовал желанию царского правительства сохранить в строгой
тайне новое средство связи.
«Любезный мой друг, Ваше предложение — безумие, Ваши воздушные
проволоки поистине смешны» — так писал в частном письме к изобретателю
один видный сановник.
Незадолго до смерти Шиллинг предлагает проект устройства телеграфа
между Петергофом и Кронштадтом. Протяженность трассы составляла
15,5 км. Из них 8 км от Петергофа до Ораниенбаума предполагалось прокла-
дывать подземным кабелем, а оставшиеся километры — по дну залива под-
водным кабелем.
О качестве подводного и подземного кабелей, разработанных также Шил-
лингом, можно судить по описанию, приведенному в предлагаемом проекте:
«Проводники состоят из тонких медных проволок. Навитые шелком, покры-
тые каучуком и вплетенные в пеньковые веревки, они проводят электричест-
во от одной станции к другой, как бы расстояние ни было велико, на них
не действует ни сырость, ни перемена температуры. Их гибкость предохра-
нит их от разрыва, и, глубоко закопанные в землю вдоль больших дорог, они
будут как бы под наблюдением всех проезжающих».
«Высочайшее повеление» на строительство телеграфа последовало 31 мая
1837 года, а 6 августа того же года Павла Львовича не стало. Заканчивать
работу пришлось его ученику Б. С. Якоби. Из физики о нем вам известно
как о конструкторе одного из первых электрических двигателей.
Представление о трудностях при прокладке кабеля по дну залива можно
получить хотя бы из того, что проверять провода на обрыв саперам при-
ходилось буквально «на язык». Примерно так же, как делают сейчас малы-
ши, проверяя карманные батарейки. Щиплет язык — значит, батарейка
свежая и ее можно ставить в фонарик. Вот что пишет об этом методе
в своих воспоминаниях Б. С. Якоби.
«Определить место повреждения при запутанной системе проводов, как
известно, несколько трудновато. Но саперы тотчас проследили провода, ис-
пытывая от дистанции до дистанции их целость посредством реагента, ко-
торый имеют всегда при себе, а именно посредством собственного языка,
вводимого ими между металлическими контактами в гальваническую цепь,
и этим способом обнаружили скоро трещину в проводе близ того места, где
провод входил в воду».
Вот так был проложен в России первый подводный кабель — первый
в мире проводной канал связи под водой.
Через тринадцать лет, в 1850 году, некий Джон Бретт, продавец анти-
кварных ценностей, попытался проложить подводный кабель через Ла-
Манш. К тому времени щупальца электрического телеграфа протянулись
что всей Англии и Франции. Надо было их связать между собою.
Кабель, подготовленный к прокладке через залив, был обычный одно-
жильный медный провод, изолированный гуттаперчей. Сейчас мало кто
знает об этом материале, его полностью заменили синтетические смолы. Но
еще в тридцатых годах, я хорошо помню, как продавались игрушки, сделан-
222
0011011110
ные из гуттаперчи, — куклы, мячи для пинг-понга, детская посуда, шахматы
и другие вещи. Если у вас сохранились старые игрушки, выполненные из
слегка розового пластика, не выбрасывайте их. Этот материал очень хорошо
формуется при температуре 60—90° С.
Сок каучукового дерева, найденного в джунглях Малайского архипелага,
появился в Европе в 1843 году и сразу же привлек внимание своими
необычными свойствами. «Гутта» — по-малайски «смола», а Перча — назва-
ние острова Суматры. Вскоре этот первый естественный пластик нашел ши-
рокое применение. В отличие от резины, он пластичен и затвердевает при
комнатной температуре. Однако в горячей воде он становится податлив,
как пластилин, а будучи охлажден, вновь затвердевает. Это свойство позво-
лило придавать гуттаперче желаемую форму.
Великий Фарадей был первым, кто понял, что новый материал может по-
мочь решению проблемы электрической изоляции в воде. Резина здесь це
подходила и быстро разрушалась. Вот почему первый кабель, проложенный
через Ла-Манш, был изолирован гуттаперчей. Он не был бронирован и по
виду больше походил на обычный провод, который сейчас применяется для
наружной проводки, чем на подводный кабель. Все последующие кабели на
протяжении почти ста лет изолировались именно этим материалом или его
разновидностями. И так продолжалось до тридцатых годов, когда появился
новый изоляционный материал.
Часто в литературе можно прочитать, что новый изоляционный материал
был открыт совершенно случайно. Трудно с этим согласиться. Научные от-
крытия, совершенные благодаря случайным наблюдениям, никогда не бы-
вают случайными. Открытия обычно совершают те, кто долго и упорно ду-
мает над какой-либо проблемой и чей ум, следовательно, находится в состоя-
нии особой восприимчивости. Сколько ученых до Исаака Ньютона видели,
как падает яблоко!
Вот так же примерно произошло с новым изоляционным материалом.
Ученые-химики взяли дешевый природный газ этилен — С2Н4— и подвергли
его сжатию под давлением более тысячи атмосфер. Столь большого давле-
ния не бывает даже на океанских глубинах. Результат оказался порази-
тельным. Невидимый газ превратился в воскообразную массу и, когда дав-
ление сняли, таким и остался. Консистенция массы не изменилась. Новое,
не существовавшее доселе вещество назвали полиэтиленом. Оно обла-
дает такими высокими изоляционными свойствами, какими не обладает ни
одно природное вещество. Промышленное производство полиэтилена нача-
лось в период второй мировой войны.
Итак, сорокакилометровый кабель с гуттаперчевой изоляцией был готов.
Его погрузили на борт маленького парового буксирчика «Голиаф». Намо-
танный на большой барабан, диаметром свыше двух метров и длиной около
пяти метров, кабель едва помещался на узкой корме, занимая всю ширину
палубы. Весил кабель около 5000 кг.
Утром 28 августа 1850 года «Голиаф» торжественно покинул Дувр и
устремился к французскому берегу. Барабан, возвышавшийся на его корме,
вращался, и кабель метр за метром уходил за борт.
Но, к сожалению, кабель оказался таким легким, что не тонул. Пришлось
подвешивать через каждые сто метров свинцовые грузила, а это вызывало
частые остановки, суету и замедляло продвижение к цели.
В тот же день вечером «Голиаф» подошел к мысу Грине и при общем
ликовании встречающих передал второй конец кабеля на французский бе-
рег. Кабель тотчас же подключили к приемному телеграфному аппарату, и
0011011111
223
КА НАЛ СВЯЗИ
все замерли в ожидании сообщения. Таким сообщением должно было быть
приветствие Джона Бретта Луи Бонапарту. Но увы! Аппарат воспроизводил
только хаотические сигналы, которые никто прочитать не мог. Они были
лишены всякого смысла. Решили заменить аппарат, но и это не дало ожи-
даемых результатов. Вдруг — о радость! — сквозь хаос сигналов пришло не-
сколько отрывочных слов. Это была победа!
Однако принять сколько-нибудь связные сигналы не удалось.
Ни Бретт, ни кто-либо другой в то время еще не знали, что они встрети-
лись с препятствием, которое еще долгие годы останется загадкой. Именно
оно мешало установлению нормальной связи по подводному кабелю.
Оказывается, в силу определенных конструктивных причин, скорость рас-
пространения электричества в кабелях уменьшается. Электромагнитный сиг-
нал распространяется в пространстве со скоростью 300 000 км/с. В воз-
душных проводах эта скорость сохраняется почти без изменения, тогда как
в некоторых кабелях она не превышает 15 000 км/с, а бывает даже меньше.
Вот с этим явлением и встретился Бретт. Кабель Шиллинга, по-видимому,
имел меньшую задержку сигнала, да и расстояние его подводной части было
меньше. Ему повезло! . .
В те далекие времена не вызывало сомнений, что надлежащим образом
изолированный кабель будет так же хорошо работать под водой, как и на
суше. Никто тогда не подозревал, что, попадая в высокопроводящую среду,
кабель существенно изменяет свои свойства за счет увеличения электриче-
ской емкости между проводом и наружной обкладкой. В кабеле Бретта та-
кой обкладкой являлась вода. За счет большой электрической емкости элек-
трические сигналы в таком кабеле становятся какими-то вялыми, инертными.
Они начинают «двигаться» с неодинаковой скоростью, зависящей от их про-
должительности. Так, точка, пущенная вперед, отрывается от следующего
за ней тире, которое в свою очередь настигает другая точка. В результате
получается хаос, и что-нибудь понять в таком сигнале невозможно.
И только значительно позднее выяснилось, что кабель сигналы с низкими
частотами пропускает хорошо, а высокие частоты задерживает. При неболь-
шой и зависящей от частоты скорости распространения электрических волн
случается, что заданные одновременно две различные частоты появляются
на конце кабеля в разное время. Так, сначала мы услышим низкий звук и
лишь затем высокий. В телефонном разговоре это может привести к тому,
что отдельные звуки, у которых форманты стоят достаточно далеко друг
от друга (например «б» и «п»), сильно исказятся. В технике связи подобные
явления называются фазовыми искажениями. Хорошо, что ухо человека
не очень к ним чувствительно, а то он не смог бы разбирать речь на рас-
стоянии больше 10 м.
Конечно, когда прокладывался первый кабель через Ла-Манш, ни о ка-
ких фазовых искажениях никому не было известно, и именно они сбили
Бретта с толку.
Если бы телеграфисты соблюдали тогда необходимые паузы между по-
сылкой сигналов различного «звучания», им, вероятно, удалось бы передать
текст какого-либо сообщения и даже текст восторженного приветствия Луи
Бонапарту. Но они не знали истинных причин неудачи и не могли восполь-
зоваться таким простым решением.
На следующий день, когда огорченные операторы утром вновь уселись за
аппараты, линия совершенно бездействовала. Выяснилось, что недалеко от
французского берега кабель оборван. Был найден и виновник повреждения
линии. Оказалось, что некий французский рыбак случайно зацепил кабель
224
0011100000
якорем. Поскольку кабель был легким, он без особого труда поднял его на
борт своей лодки. Новый вид «морской водоросли» с блестящей начинкой
очень удивил рыбака. «А вдруг это золото?» — подумал он и на всякий слу-
чай вырезал кусок, чтобы посоветоваться с друзьями.. .
Бретт предполагал, что причиной неудовлетворительной связи по старо-
му кабелю является несовершенство его конструкции, особенно плохая
изоляция. Бретт заказал новый кабель, с более толстой изоляцией, выпол-
ненной также из гуттаперчи. Теперь это был настоящий четырехжильный
кабель, а не одножильный как раньше. Поверх изоляции лежал слой пеньки
и стальной проволоки из десяти скрученных жил диаметром по 7,5 мм. На-
ружный диаметр кабеля стал около 35 мм, а его вес увеличился в 30 раз.
Увеличив толщину изоляции, проложенной между проводом и стальной
броней, Бретт снизил емкость кабеля, и фазовые искажения стали меньше.
Развитие телеграфа шло трудным путем ошибок, катастроф и разочаро-
ваний. Однако успешная прокладка ряда линий привела к мысли о возмож-
ности пересечь телеграфным кабелем Атлантический океан.
27 июля 1866 года в крохотной бухте Хартс-Контент, расположенной в за-
ливе Тринити на восточном побережье острова Ньюфаундленд, произошло
событие, которому суждено было стать историческим. Отсюда была отправ-
лена в Европу телеграмма следующего содержания: «Мы прибыли сегодня
в 9 утра.. . Кабель проложен и работает отлично. Сайрус У. Филд».
Название «Хартс-Контент» означает в переводе «душевное умиротворе-
ние». Именно это чувство владело всеми участниками экспедиции, прибыв-
шими сюда на корабле «Грейт-Истерне». Этот исполин, водоизмещение ко-
торого достигало невероятной по тому времени цифры — 27 400 тонн, в тече-
ние двух недель завершил десятилетнюю эпопею сооружения трансатланти-
ческой телеграфной линии.
С воскресенья, 29 июля, началась регулярная телеграфная связь между
двумя полушариями, ни разу не прерывавшаяся за 100 лет более чем на
несколько часов. И лишь ради исторической точности нужно отметить, что
кабель 1866 года был не первым, а вторым трансатлантическим... С первым
кабелем не повезло. Мертвым он лежит на дне океана до наших дней. Старт
был неудачным.. .
ПО ДВУМ
ПРОВОДАМ —
ШЕСТЬ КОМАНД
УПРАВЛЕНИЯ
С момента зарождения электропроводной свя-
зи усилия ученых были направлены на то, чтобы
по двум проводам передавать как можно больше
сообщений. Их основным желанием было «уплот-
нить канал связи». Этого требовала жизнь. Слиш-
ком дорого обходилось строительство новых ли-
ний связи, потребность в которых с каждым годом
неимоверно возрастала.
Ведь и Александр Белл изобрел свой телефон,
пытаясь воплотить в жизнь идею своего «гармо-
нического телеграфа». Ему хотелось осуществить
передачу десятка телеграмм по одному проводно-
му каналу с помощью пластинок, имеющих раз-
личную частоту колебаний.
Тот же принцип сейчас с успехом используется
юными техниками в аппаратуре телеуправления
моделями.
0011100001
225
КАНАЛ СВЯЗИ
Прежде чем описывать многокомандную аппаратуру, расскажу, как уче-
ные пришли к мысли, что сообщения можно передавать и по одному проводу.
Вторым проводником может служить земля. Такое решение может быть ис-
пользовано, когда объект управления неподвижен. Например, при дистан-
ционном управлении стартом моделей ракет на школьном космодроме, а так-
же в канале телефонной и телеграфной связи с ним.
Случилось это так. Немецкий ученый Штейнгель, пытаясь удешевить
строительство телеграфных линий, решил использовать в качестве второго
провода железнодорожную колею. И что же — телеграф работал. Доволь-
ный успехом, Штейнгель возвращался домой. Надо было как можно скорее
сообщить о новом открытии. Но вдруг он остановился. Перед его глазами
рабочие ремонтировали железнодорожное полотно. Колея, которая, по его
мнению, проводила ток, была прервана. Образовался промежуток в несколь-
ко метров... Штейнгель был поражен. Деревянные шпалы служить провод-
ником не могли, следовательно, перескочить по ним в соседнюю колею ток
не мог. Да, впрочем, ведь и она была прервана. Оставалось сделать вывод,
что роль второго провода взяла на себя земля.
Когда кто-нибудь из вас захочет провести однопроводную линию связи,
имейте в виду, сделать хорошее заземление не так-то просто. Прежде всего
выкопайте ямку такой глубины, чтобы земля была сырая. На дно уложите
лист железа размером примерно 200x300 мм, предварительно припаяв к не-
му кусок длинной медной проволоки толщиной 1,0—1,5 мм. Теперь засыпьте
яму землей, хорошо ее уплотнив. Заземление готово! Второй провод может
заменить труба водопровода или центрального отопления.
Чтобы передавать по одному каналу связи несколько различных команд
управления, каждую из них нужно «окрасить» в свой цвет. Только не пой-
мите буквально, что для этого понадобится кисточка и краски. Каждой
команде дается свой, присущий только ей, признак — код. Именно по нему
на втором конце линии связи их можно будет различать и посылать далее на
те органы управления, для которых они предназначены конструктором ап-
паратуры.
Как бы вы смогли различить лежащие перед вами предметы, если бы они
ничем не отличались друг от друга. Да и буквенную информацию человек
воспринимает только потому, что каждая буква алфавита чем-то отличается
от остальных. Отличия могут быть в начертании при письменном тексте или
в звучании при восприятии речи.
Вот и получается, что по одному каналу можно передавать несколько
команд управления и даже 2—3 одновременно. На передающем конце для
этого устанавливается кодирующая аппаратура, а на приемном — декоди-
рующая. Иногда в литературе их называют шифратором и дешифратором.
Но точнее все же говорить кодирующая и декодирующая аппаратура.
Код—одно из основных понятий кибернетики.
При передаче по каналу связи электрических сигналов кодировать их
можно по любому из перечисленных признаков: по амплитуде — амплитуд-
ный код; по числу импульсных посылок — числовой код; по длительности
импульсов — временной код. Перечень этим, конечно, не исчерпывается.
В инженерной кибернетике видов кодирования значительно больше.
Остановимся поподробнее на частотном кодировании. Именно частотный
признак использует аппаратура телеуправления, которая будет описана
ниже. Разобраться нам поможет рисунок 110, на котором все основные
устройства представлены «черными ящиками» с соответствующими обозна-
чениями.
226
0011100010
На передающей стороне имеется несколько звуковых генераторов Гь
Г2, Г3 и Г4, выполняющих роль кодирующих устройств. Их число равно числу
команд управления, передаваемых по каналу связи. Пульт управления в за-
висимости от желаемой команды подключает один из них к линии связи, тем
самым обеспечивая посылку в канал электрического сигнала с соответствую-
щей окраской. Например, 1-я команда имеет частоту 300 Гц, 2-я команда —
350 Гц, 3-я команда — 430 Гц и 4-я команда — 500 Гц. Каждому значению
звуковой частоты соответствует своя команда управления.
Когда требуется передавать одновременно две команды управления, к ка-
налу связи подключаются два звуковых генератора.
На приемном конце линии стоит усилитель, который, если нужно, усили-
вает ослабленный сигнал. Далее включены четыре фильтра звуковых частот:
Фь Ф2, Фз и Ф4. Они-то и выполняют роль декодирующего устройства, осуще-
ствляя разделение принятых командных сигналов по своим цепям управле-
ния. На выходе каждого фильтра командный сигнал появится только тогда,
когда его частота точно равна частоте, на которую он настроен. Сигналы
Рис. 110. Блок-схема четырехкомандной аппаратуры
с другими частотами, включая помеху, фильтр не пропустит. При этом долж-
но сработать одно из реле Р]—Р4, замыкая цепь питания своего исполнитель-
ного механизма.
Лучшего фильтра для разделения командных сигналов, закодированных
по частоте, чем резонансное реле, найти трудно. Оно без больших забот
позволяет получить 4—6 каналов управления. И все это в полосе звуковых
частот от 200 до 500 Гц! Представляете, какой нужно узкополосный канал
связи! А если принять во внимание небольшие габариты и довольно ма-
лый вес (не более 30 г), то станет понятным, почему резонансное реле вот
уже около 30 лет используется моделистами в аппаратуре телеуправления
летающими моделями.
Принцип работы резонансного реле достаточно прост. Впервые он был
предложен Александром Беллом, о чем уже говорилось в начале раздела.
Его общий вид и вид сбоку (рис. 111) поможет вам разобраться в его кон-
струкции.
Любая металлическая пластинка, жестко закрепленная одним концом,
имеет свою собственную частоту колебаний. Именно с этой частотой она бу-
0011100011
227
дет колебаться, если по ней резко ударить. Причем чем длина пластинки
больше, тем частота колебаний ниже. Чтобы заставить колебаться пластин-
ку, сделанную из магнитного материала, достаточно поместить ее в пере-
менное магнитное поле, частота которого равна собственной частоте пла-
стинки.
Достаточно изменить частоту переменного магнитного поля буквально
на несколько герц, как пластинка колебаться перестанет.
На рисунке 111 каждая из четырех колеблющихся пластинок обозначена
как «язычок вибратора». В телемеханике они так именно и называются, а то
и просто «язычком» или «вибратором».
При подаче в катушку резонансного реле переменного тока магнитный
поток в воздушном зазоре между уголком магнитопровода и язычками будет
создавать усилия, изгибающие вибраторы. При совпадении частоты возбуж-
дения с собственной частотой одного из язычков его амплитуда колебаний
достигнет 1—2 мм, что обеспечит периодический контакт с соответствую-
щим контактным винтом.
Рис. 111. Резонансное реле
КАНАЛ СВЯЗИ
Так как селективность язычков очень высока и составляет 2—5 Гц, то
в звуковом диапазоне частот от 200 до 500 Гц можно разместить значитель-
ное число каналов управления. Практически резонансных реле с числом ка-
налов больше 8—10 не делается, так как для надежной работы собственные
частоты вибраторов должны отстоять друг от друга на 30—40 Гц.
Чтобы несколько уменьшить селективные свойства язычков и тем самым
снизить требования к стабильности частоты звуковых генераторов, увели-
чивают ширину вибраторов. Но при этом приходится уменьшать число языч-
ков до 3—4, что ведет к такому же сокращению числа каналов управления.
Здесь сами выбирайте, что вам выгоднее — повышать надежность работы
устройства или увеличивать число каналов управления.
Для нормальной работы резонансного реле необходим постоянный маг-
нит, который включается в цепь магнитопровода. Он выполняет ту же роль,
что и в обычных головных телефонах. Без него язычки будут притягиваться
при каждом полупериоде тока в катушке. При наличии же постоянного под-
магничивания частота магнитного поля возбуждения будет такая же, как и
частота тока в катушке. В то же время сила, действующая на вибраторы,
228
0011100100
Рис. 112. Схема четырехкомандной аппаратуры телеуправления с проводным каналом связи
получается в два раза больше, и, следовательно, в два раза больше будет их
амплитуда колебаний. Надежность работы реле от этого только возрастет.
Разобрав резонансное реле, вам теперь будет легко понять работу пол-
ной электрической схемы аппаратуры телеуправления на 4—6 каналов
управления. На рисунке 112 приведен четырехкомандный вариант ап-
паратуры.
Слева от канала связи расположено кодирующее устройство, или, как мы
его в дальнейшем будем называть, передатчик команд. Оформлен он в виде
коробки размерами 160 X 145 X 50 мм. При работе он держится в руках.
Когда нужно подать одну из 4 команд, нажимается соответствующая кнопка
управления К i—К 4- В качестве кнопок можно использовать обычные тумбле-
ры типа ТВ-2-1. В зависимости от того, какой тумблер включен, генерируется
электрический сигнал требуемой частоты. Когда ни одна из кнопок не нажа-
та, передатчик сигнала не генерирует.
Питается передатчик от двух батареек типа 3336Л, включенных последо-
вательно. Можно использовать и другие источники питания, включая акку-
муляторы, но это только усложнит эксплуатацию аппаратуры. Расход элек-
0011100101
229
КАНАЛ СВЯЗИ
трической энергии передатчиком настолько незначителен, что комплекта
батарей хватит на несколько месяцев.
Схема передатчика представляет собой не что иное, как обычный муль-
тивибратор, собранный на транзисторах Ti и Т2, и усилитель мощности на
транзисторе Т3. Нагрузкой усилителя мощности является резистор Ri3,
с которого снимается полезный сигнал и через конденсатор С3 подается
в канал связи.
Генерируемая частота зависит от величины резистора, включенного меж-
ду точкой 1 и проводом питания —9 В. При подключении кнопками управ-
ления Ki—К4 одной из цепочек резисторов R5—Ri2 схема будет генериро-
вать сигнал требуемой частоты.
Казалось бы, что ни к чему в каждой цепочке ставить по два резистора,
а достаточно одного. Но это не так, и вот почему. Постоянные резисторы
R5,R7, R9 и R и могут только грубо определить частоты генерации, а пере-
менные резисторы R6,R8,Rio и R i2 служат для более точной их подгонки.
Когда ни одна из кнопок Ki—К4 не нажата, база транзистора Т2 через
вторую пару контактов соединена с общим проводом + 9 В. Никакая гене-
рация при этом невозможна. Транзисторы Т2 и Т3 заперты.
Значения резисторов R 5— R 12, указанные на схеме, даны для частот 250,
300, 350 и 400 Гц. Если при изготовлении резонансного реле у вас получатся
другие частоты язычков, то величины резисторов придется изменить. Расчет-
ная формула частоты генерации мультивибратора вам известна, так что
с этой задачей вы легко справитесь самостоятельно.
Справа от канала связи (рис. 112) расположено декодирующее устрой-
ство, выполненное в виде резонансного реле Рр. Но зачем еще нужны элек-
тронные усилители на транзисторах Т^—Т8 ? Когда разбиралась работа резо-
нансного реле, о них ничего не говорилось. Усилители нам понадобились для
того, чтобы уменьшить ток, проходящий через контактные винты резонанс-
ного реле. Разберем его работу на примере 1-го канала управления.
Когда язычок не колеблется, в месте контакта цепь разорвана. В базу
транзистора Т5 тока не поступает, поскольку электролитический конденсатор
С7 постоянный ток не проводит. Поэтому транзистор заперт и через обмотку
реле Pi ток не течет.
При колебаниях язычка в базу Т5 периодически поступает ток величиной
около 1 мА, от которого, конечно, контакт подгореть не может. Кроме того,
для уменьшения пульсации этого тока поставлен конденсатор С8. Тока базы
в 1 мА вполне достаточно, чтобы ввести выходной транзистор в режим на-
сыщения и заставить сработать электромагнитное реле.
Общее число каскадов, как только что мы рассмотрели, равно числу
язычков в резонансном реле. Короче говоря, на каждый канал управления
нужен свой усилитель тока, нагрузкой которого служит электромагнитное
реле.
Канал связи выполнен из обычной медной проволоки в хлорвиниловой
изоляции. Подойдет и с эмалиевой изоляцией типа ПЭ или ПЭЛ, но такой
провод доставит больше хлопот. Особенно если управлять моделью подвиж-
ной, скажем автомобилем или кораблем. Сечение провода не играет боль-
шой роли, лишь бы провод был достаточно прочным и не рвался как при
проводке линии связи, так и во время ее эксплуатации. А то получится,
как с первым подводным трансатлантическим кабелем!
Изготовление аппаратуры советую начинать с резонансного реле. Это са-
мая сложная деталь. Оно же определяет значения частот звуковых генера-
торов, общее число команд управления и габариты приемника.
230
0011100110
Рис. 113. Самодельное резонансное реле
Резонансное реле, чертежи которого даны на рисунке 113, рассчитано на
работу 4 язычковых вибраторов. При необходимости их число можно увели-
чить до 6, для чего придется напаять дополнительные вибраторы, а на кон-
тактную пластинку приклепать два контактодержателя.
Наиболее сложные детали реле — это гребенка язычков и постоянный
магнит. Нужно быть особенно аккуратным и внимательным при их изго-
товлении.
Язычки сделайте из хорошо пружинящей стали. Лучше всего для этого
использовать лезвия от безопасной бритвы.
Разломите лезвие вдоль и осторожно обточите на наждачном точиле
с мелкозернистым кругом так, чтобы получилось два язычка шириной 3 мм.
Всего так нужно будет изготовить 4 язычка. Припаяйте их к железной пла-
стинке размером 10x34 мм, после чего доведите все размеры до указанных
на чертеже. В местах, где контактные винты будут касаться вибраторов,
напаяйте серебряные пластинки толщиной 0,1—0,2 мм, размером 3x3 мм.
Готовую гребенку хорошо промойте в мыльной воде, иначе она очень скоро
покроется ржавчиной.
0011100111
231
Для большей надежности работы реле на концах контактных винтов
также хорошо напаять кусочки серебра.
Найдите в школьной механической мастерской небольшую пластинку
высокоуглеродистой стали типа У10-А и сделайте из нее постоянный маг-
нит. Выпилив нужного размера заготовку 7X10x20 мм, закалите ее. Де-
лается это так. Нагрейте заготовку над огнем газовой горелки до светло-
белого каления и быстро опустите в холодную воду. Если пластинка зака-
лилась хорошо, то мелкий надфиль будет только скользить по ее поверхности
не снимая металла.
Чтобы заготовку намагнитить, поместите ее на очень непродолжительное
время в сильное магнитное поле. Для этого временно наклейте на ее торцы
картонные щечки, чтобы получилась катушка, и на нее намотайте около
1000 витков провода ПЭ 0,4—0,5. К одному из выводов припаяйте кусок
медного провода ПЭ 0,1 длиной 100—150 мм. Он заменит нам обычный пре-
дохранитель. Как только катушку подключите в сеть, тонкий проводник тут
же сгорит, но зато заготовка успеет намагнититься.
а — монтажная схема платы,
Рис. 114. Передатчик четырех команд.
Хорошо намагниченная пластинка держит на своем конце болт или гайку
весом 10—15 г. Если магнит такого груза не держит, то повторите операцию
намагничивания еще раз, увеличив диаметр тонкого проводника до 0,2 мм.
Готовый магнит вставьте в гнездо основания резонансного реле и слегка
приклейте клеем БФ-2 или БФ-6.
Катушку реле намотайте проводом ПЭ 0,15 до заполнения, чтобы уложи-
лось около 1400 витков. Сопротивление катушки по постоянному току долж-
но получиться около 100—ПО Ом. Выводы сделайте так же, как и для пере-
мотанных электромагнитных реле.
сг) При сборке резонансного реле проследите, чтобы не было воздушного
зазора между уголком магнитопровода и постоянным магнитом, с одной сто-
роны, и магнитом и пластинкой гребенки — с другой.
Для крепления реле на плате сделайте прямоугольный вырез размером
12x35 мм, в который входит нижняя часть катушки. Полное представление
об этом можно получить из рисунка 111. Кроме того, в плате просверлите
я:	два отверстия диаметром 3 мм, через которые пройдут болты М3, ввинчи-
вающиеся в основание.
232
0011101000
Контактные винты должны туго ввинчиваться в контактодержатели и не
иметь никакого люфта. Иначе в процессе эксплуатации аппаратуры может
сбиться регулировка реле.
Регулировку реле начинайте с установки зазора между контактными вин-
тами и язычками в пределах 0,5—0,8 мм. Подключите катушку реле к звуко-
вому генератору и подайте на нее напряжение 2—3 В. Изменяя частоту,
определите резонансные частоты язычков. Если частоты отстоят друг от
друга на 40—50 Гц, а язычки достаточно четко вибрируют, обеспечивая на-
дежный контакт с контактными винтами, регулировку можно считать за-
конченной.
Все детали передатчика, за исключением тумблеров управления Ki—К4,
смонтируйте на основной плате размером 120x80 мм. Толщина платы
2,0 — 2,5 мм.
При расположении деталей на плате придерживайтесь рисунка 114. Мон-
таж транзисторов, конденсаторов и резисторов производится на гвоздиках.
Переменные резисторы R6, Rs, Rio и Ri2 малогабаритные, типа СПО-0,5.
б — крепление платы к передней панели
Смонтированную плату прикрепите двумя винтами к передней панели
передатчика. Кроме того, на переднюю панель установите выключатель Вк,
четыре кнопки управления К i—К 4 и две клеммы для подключения проводов
канала связи. Как уже говорилось, в качестве кнопок управления можно ис-
пользовать обычные тумблеры.
Переднюю панель четырьмя винтами прикрепите к фанерной коробке.
Правильно смонтированная схема передатчика никакой наладки не тре-
бует, за исключением, конечно, подгонки значений частот звуковых команд.
Подключите к выходным клеммам 3—4 (рис. 112) вольтметр переменного
тока. Когда ни одна кнопка управления не включена, вольтметр не должен
показывать никакого напряжения. Мультивибратор в этом случае не гене-
рирует. Нажмите одну из кнопок Ki—К4, стрелка прибора тут же покажет
около 3—4 В. Все работает исправно!
Конструкцию приемника разработайте сами. Она полностью определится
типом и габаритами модели, на которую вы его захотите установить. В ка-
честве промежуточных реле Pi—Р4 лучше всего подойдут реле типа РЭС-6
с одной контактной группой на переключение. Катушку реле перемотайте
0011101001
233
проводом ПЭ 0,1 до заполнения. Ее сопротивление, измеренное омметром,
должно быть равно 200—220 Ом. Отрегулируйте натяжение контактных пла-
стин так, чтобы реле надежно срабатывало от одной батарейки от карман-
ного фонаря типа 3336Л.
В качестве примера на рисунке 115 приведено расположение деталей на
плате 4-командного приемника. Материал платы — гетинакс или текстолит
толщиной 2,0—2,5 мм. Весь монтаж — на гвоздиках.
Для проверки работы платы приемника подайте на ее гвоздики 1—2 сиг-
нал от звукового генератора типа ЗГ-10 или любого другого самодельного.
Как это сделать, показано на рисунке 115, вверху. К гвоздикам 3—4 под-
ключите две последовательно включенные батарейки от карманного фонаря.
Установите частоту генератора ниже 100 Гц. Включите тумблер Вк. Ни
один из язычков при этом не должен вибрировать, а все электромагнитные
реле Pi—Р4 должны оставаться в отключенном состоянии. Если же одно из
них все же сработает, значит, пробит соответствующий транзистор. Не за-
думываясь, заменяйте его исправным.
Рис. 115. Плата приемника
КАНАЛ СВЯЗИ
Замкните пальцем язычок первого канала управления с его же контакт-
ным винтом. Тут же сработает реле Рь Отпустив язычок, реле отключится.
Точно так же проверьте работу электронных реле остальных трех каналов
управления.
Начинайте медленно вращать ручку перестройки частоты звукового ге-
нератора. Где-то около 250 Гц начнет вибрировать язычок первого канала.
Найдите частоту, при которой размах колебаний будет максимальным, и от-
регулируйте контактным винтом зазор так, чтобы уверенно срабатывало
электромагнитное реле Рь
Переходите к проверке работы 2-го канала управления. Для этого уве-
личивайте частоту звукового генератора, пока не завибрирует его язычок.
Установите размах колебаний второй пластинки максимальным и повторите
регулировку контактного винта, но теперь уже 2-го канала. По той же ме-
тодике проведите испытания остальных двух каналов управления.
Для надежности повторите все испытания, но теперь уже при питании
платы приемника от напряжения 6 В. Если все работает исправно, можете
быть уверены, на модели аппаратура вас не подведет.
234
0011101010
При совместной проверке передатчика и приемника соедините их провод-
ным каналом связи требуемой длины и подайте сигнал, закодировав его
1-й командой. Реле Pi должно сработать. При включении тумблера К 2 на
передатчике — сработает реле Р2 на приемнике и так далее. Чтобы легче
было судить о работе аппаратуры, временно к контактам реле Pi—Р4 под-
ключите сигнальные лампочки от карманного фонаря. Последовательно
к каждой из лампочек включите резистор 20—30 Ом.
В зависимости от требований к каналу связи выберите подходящий тип
провода. Если аппаратуру решите установить на подвижной модели (авто-
мобиль или танк), провод должен быть по возможности гибким и иметь
хорошую изоляцию. Лучше всего для этого использовать многожильный про-
вод в хлорвиниловой изоляции сечением 0,14—0,35 мм2. Скрутите аккуратно
два провода вместе, чтобы получился двухжильный шнур. Это и будет ваш
проводной канал связи! Чтобы не спутать общий провод линии с «горячим»,
то есть с проводом, идущим от точки 3 передатчика (рис. 112) к точке 1
приемника, изоляция проводов должна иметь различные цвета.
УПРАВЛЕНИЕ
МОДЕЛЯМИ
ПО
«РАДИОПРОВОЛОКЕ»
«Ши-ро-ка стра-на мо-я род-на-я...
Говорит Москва! На орбите — «Союз-27».
Сегодня,10 января,в 15 часов 26 минут мос-
ковского времени в Советском Союзе стартовала
ракета-носитель с космическим кораблем «Со-
юз-27». В 15 часов 35 минут корабль «Союз-27»
с высокой точностью вышел на расчетную орбиту
спутника Земли.
С экипажем поддерживается устойчивая ра-
дио- и телевизионная связь...»
Сколько волнующей информации о запуске все
новых и новых космических кораблей, покорите-
лей неведомых доселе тайн Вселенной! А сколько
самых дерзновенных мечтаний пробуждает в на-
ших сердцах каждое из таких известий. Но нет
похожих стартов ракет, как не бывает и одинако-
вых полетов.
Космодром. Часы показали 15.26. Гигантская ракета высотой в много-
этажное здание вздрогнула, охваченная огненным валом...
Одновременно со стартом ракеты на командном пункте заработал элек-
тронный «мозг», направляя полет по заданному курсу. Человеку такая за-
дача не под силу.
Одна за другой отделились сделавшие свое дело ступени. После того
как был сброшен обтекатель, космический корабль отделился от последней
ступени и оказался на орбите. На Землю отчетливо доносились голоса кос-
монавтов, приступивших к написанию новой главы в Книге познания просто-
ров Вселенной. «Счастливого вам пути», — отвечала Земля.
Надежная связь космического корабля с Землею задача не из легких.
Над нею немало пришлось потрудиться советским ученым. Легко предста-
вить, что проводной канал здесь использован быть не может. Как бы ни был
прочен кабель, он неизбежно оборвется на первых же секундах полета ра-
кеты. После старта в этом случае нужен очень надежный «радиопровод»—
канал радиосвязи, по которому можно передавать любую информацию,
включая речь и команды управления.
0011101011
235
КАНАЛ СВЯЗИ
Для дистанционного управления моделями ракет и самолетов радиока-
нал связи, пожалуй, единственное разумное решение. Правда, лет 20 назад
были сделаны попытки управлять летающими моделями по проводам, но они
ни к чему так и не привели.
Если у читателя нет опыта в постройке радиоуправляемых моделей, то
начинать нужно с самого простого — с однокомандной аппаратуры.
Если однокомандная аппаратура установлена на планере, то управление
моделью сводится к следующему. До командного сигнала, посылаемого пе-
редатчиком, руль поворота находится в отклоненном положении и модель
делает правые круги. При подаче команды срабатывает чувствительное ре-
ле, установленное в приемнике, замыкая цепь питания исполнительного ме-
ханизма. Руль отклоняется в противоположное положение от нейтрали, и
модель делает левые круги малого радиуса, снижаясь за счет скольжения
на крыло.
В случае подачи коротких командных импульсов продолжительностью
0,5—1,0 с с такими же интервалами руль переходит из одного крайнего
положения в'другое. Модель из-за своей инерционности не успевает реаги-
ровать на быстро чередующиеся отклонения руля и летит по прямой. Изме-
няя отношение между продолжительностью командных сигналов и интерва-
лами между ними, можно заставить модель лететь по прямой, делать правые
и левые развороты, восьмерки, снижаться и так далее.
Вот видите, какие большие возможности у однокомандной аппаратуры!
Такой же результат мы получим, если установим аппаратуру на модель ка-
тера или автомобиля. Для кодирования команд здесь используется времен-
ная модуляция импульсных посылок, генерируемых передатчиком.
Ну, а если одной команды окажется все же мало?
Чтобы по одной «радиопроволоке» передавать несколько команд управ-
ления — а иногда передавать их нужно несколько одновременно, — ученые
нашли способ заставить радиоволны «нести» на себе командный сигнал
управления.
Определенной звуковой частоте модуляции соответствует своя команда.
(Используется принцип частотного кодирования, который нами применялся
в аппаратуре с проводным каналом связи.) Далее эти команды в приемнике
разделяются по нескольким проводам так, чтобы в каждый провод проходил
только свой командный сигнал с определенной звуковой частотой. Такое
разделение осуществляется схемой, которая называется частотным филь-
тром. Подойдут LC-фильтры низких частот (см. стр. 28) и резонансное реле
(см. стр. 227).
На выходе каждого из фильтров включено электромагнитное реле, кото-
рое срабатывает только в том случае, если частота модуляции равна частоте
настройки фильтра. Командные сигналы с другими частотами фильтр не про-
пускает.
Наша однокомандная аппаратура разработана так, что допускает нара-
щивание числа команд до 8—10. Для этого к приемнику добавляется одна-
две платы частотных фильтров (рис. 14), которые без каких-либо изменений
можно присоединять к плате приемника. Передатчик подходит и для одно-
командной аппаратуры, и для многокомандной. Придется только по числу
команд добавить кнопки управления. Необходимые рекомендации вы найдете
в главе «Роботы».
Схема и конструкция разработаны с учетом применения только тех дета-
лей, которые можно приобрести через «Союзпосылторг», и притом недорогих.
Это очень удобно. Пришел на почту, выбрал по прейскуранту «Союзпо-
236
0011101100
сылторга» нужные детали, перечислил их все в бланке-заказе, который тут
же можно получить от работников почты, и примерно через 15—20 дней заказ
будет выполнен. Радиотовары высылают Центральная торговая база «Союз-
посылторга» и ее отделения, имеющиеся в республиканских, краевых и об-
ластных центрах СССР. Адрес Центральной торговой базы «Союзпосыл-
торга»: 111126, Москва, Е-126, Авиамоторная ул. 50.
В работе описываемая аппаратура очень надежна и не требует никакой
настройки в поле. И передатчик и приемник питаются от батареек типа
3336Л. Для передатчика их нужно три, а для приемника достаточно одной.
Комплекта хватает на 8—10 часов непрерывной работы аппаратуры. Прак-
тически это позволит запускать модель в течение месяца.
Хотя мощность передатчика невелика и равна 100 мВт, ее вполне хва-
тает, чтобы управлять моделью на земле в радиусе не менее 500 м, а в воз-
духе до 1000 м.
При изготовлении аппаратуры основное внимание обратите на ее на-
стройку. Даже если сделаете все очень аккуратно и не допустите ошибок
Рис. 116. Волномер на 27,5—29,5 МГц
в монтаже, но плохо проведете настройку, радиус действия аппаратуры
уменьшится до 50—100 м.
С чего начинать изготовление аппаратуры? Советую вначале изготовить
волномер. Это небольшой приборчик, с помощью которого можно быстро, а
главное грамотно, настроить и приемник и передатчик. На изготовление вол-
номера затратите не больше одного дня, а сэкономите несколько месяцев!
Волномер. По схеме это обычный детекторный приемник (рис. 116),
на выходе которого включен микроамперметр с током полного отклонения
на всю шкалу 100—500 мкА или высокоомные головные телефоны типа
ТОН-1 или ТОН-2.
Принцип работы волномера очень прост. Если его катушку Ц поместить
поблизости от колебательного контура работающего передатчика, то при на-
стройке в резонанс переменным конденсатором Ci микроамперметр покажет
увеличение тока, а в телефонах будет прослушиваться звуковой сигнал. При
расстройке контуров стрелка прибора будет находиться около нуля. Програ-
дуировав предварительно шкалу переменного конденсатора Ci в МГц, можно
определять частоту, на которой работает передатчик и приемник.
0011101101
237
Наиболее ответственными деталями волномера являются катушка Li
и переменный конденсатор Сь От их качества зависит, насколько верны бу-
дут показания прибора. Катушка Lj имеет 8 витков провода ПЭ 0,7, намо-
танных на каркасе диаметром 7 мм от трансформатора промежуточной ча-
стоты телевизора «Рубин» или «Старт». Когда будете выписывать через
«Союзпосылторг» эту деталь, то укажите тип К-8-1.
Ci—полупеременный керамический конденсатор типа КПК-1, 4/15 пФ.
Прежде чем монтировать в схему, внесите в его конструкцию некоторые из-
менения. Напаяйте на ротор латунную пластинку — стрелку, сверху которой
по центру конденсатора клеем БФ-2 приклейте ручку. Укрепите детали на
пластинке из гетинакса или оргстекла толщиной 3—4 мм, проведите необхо-
димый монтаж, и волномер готов.
Градуировка волномера должна быть произведена непременно в радио-
клубе или в радиолаборатории Станции юных техников под наблюдением
опытного руководителя. Для этого к выходным зажимам УКВ-сигнал-гене-
ратора типа СГ-1, несущая которого промодулирована звуковой частотой
П403 П415 П416 Т2 МП39-МП42 Т3 МП39-МП42
Рис. 117. Схема однокомандного приемника
КАНАЛ СВЯЗИ
400—1000 Гц, подключите катушку из 5—6 витков любого провода. Свяжите
с ней индуктивно катушку контура волномера так, чтобы расстояние между
катушками было 1—2 см. При равенстве частот настройки колебательного
контура волномера и сигнал-генератора микроамперметр покажет макси-
мальное значение тока.
Установив стрелку переменного конденсатора на середину шкалы, пере-
мещением ферритового сердечника катушки Li настройте контур волномера
на частоту 28,5 МГц. Далее в 8—10 точках проградуируйте шкалу перемен-
ного конденсатора волномера по только что описанной методике.
Советую, прежде чем приступать к постройке приемника и передатчика
по электрическим схемам, приведенным на рисунках 117 и 118, подберите
необходимые материалы и детали.
Все радиодетали, включая конденсаторы и резисторы, должны быть ма-
логабаритными. Конденсаторы покупайте типа КТК, КДК, КДС, МБМ, БМ
и ЭМ, а резисторы — типа МЛТ-0,25, МЛТ-0,5 и УЛМ-0,12. Отклонения в ве-
личинах на ± 20% от указанных на схемах никак не повлияют на работу
приемника и передатчика. Те детали, которые подбираются в процессе на-
238
0011101110
стройки, на схеме обозначены звездочкой. Припаяйте их после того, как при-
ступите к настройке аппаратуры.
В качестве диодов Д1—Д3 можно использовать точечные диоды типа Д2
или Д9 с любой буквой.
Перед установкой их в схему каждый диод обязательно проверьте на
омметре. Прямое сопротивление должно быть 20—100 Ом, а обратное — не
менее 100 кОм.
Транзисторы Ti—Т7 перед монтажом также следует проверить. Коэффи-
циент усиления р должен находиться в пределах 40—100.
Пожалуй, самой дефицитной деталью аппаратуры является малогабарит-
ное электромагнитное реле типа РЭС-10. Нам подойдут два паспорта —
308 и 303. Сопротивление катушки равно 120 Ом. За счет ослабления пру-
жины добейтесь, чтобы реле надежно срабатывало от напряжения 3 В, то
есть от двух элементов батарейки 3336Л или от двух элементов 332. Для
этого аккуратно снимите с реле крышку и пинцетом немного ослабьте обе
пружины.
Рис. 118. Схема передатчика аппаратуры радиоуправления
Если нужного типа реле достать не удастся, то нам подойдет любое
реле, лишь бы оно срабатывало от напряжения 3 В и имело сопротивление
катушки 100—300 Ом. Проще всего такое реле сделать из РЭС-6 или РСМ,
намотав катушку проводом ПЭ 0,14 до заполнения. При этом плату прием-
ника придется по длине увеличить на 10 мм.
Каркасы катушек для приемника и передатчика Ц—L4 возьмите от транс-
форматоров промежуточной частоты телевизоров «Рубин», «Старт» или
«Темп-3». Наружный диаметр каркаса — 7 мм, высота — 20 мм. Внутри кар-
каса сквозное отверстие с резьбой, в которое ввинчивается сердечник.
Им-то и производится настройка по частоте приемника и передатчика.
Передатчик не обязательно должен быть сделан по нашей схеме. Вам
подойдет любой передатчик, лишь бы он работал в диапазоне 28,0—28,2 МГц
и при подаче команды его несущая модулировалась звуковым тоном с часто-
тою 500—5000 Гц. При снятии команды передатчик должен излучать одну
несущую.
Приемник. Его схема (рис. 117) собрана на трех транзисторах. По
сложности он примерно такой же, как карманный приемник.
0011101111
239
Каскад на транзисторе ?! работает по сверхрегенеративной схеме. Он-то,
в основном, и определяет чувствительность приемника, а отсюда и радиус
действия всей аппаратуры. При настройке больше всего придется посидеть
именно с ним. Вносить в его схему, и тем более в конструкцию, какие-либо
изменения я не советую. Особенно это касается данных катушки Li и его
каркаса, а также дросселей Др1 и Др2. Если вы все сделаете, строго придер-
живаясь описания, то каскад вообще не потребует никакой наладки.
За сверхрегенеративным каскадом расположен каскад усиления напря-
жения. Он собран на транзисторе Т2. Если транзистор исправен и не надела-
ли ошибок в монтаже, то каскад усиления хлопот вам не принесет.
Последний каскад приемника на транзисторе Т3 — это так называемое
электронное реле. Его схема совмещает в себе усилитель сигнала, выпрями-
тель на диодах Д1 —Д2 и электромагнитное реле Рь Служит он для того,
чтобы при подаче на его вход командного сигнала с напряжением 20—30 мВ
заставить сработать реле Pi. Похожие схемы вы уже использовали и раньше,
например в эхолокаторе.
а — чертеж платы;
Рис. 119. Плата приемника:
КАНАЛ СВЯЗИ
Плату для приемника вырежьте из гетинакса или текстолита размером
100 X 65 мм, толщиной 2,0 — 2,5 мм. Строго по чертежу рисунка 119 на
плате произведите разметку отверстий. Рисунок можно перенести на клетча-
тую бумагу, наклеить на плату и по нему уже сверлить необходимые от-
верстия.
В отверстия, залитые на рисунке краской, вставьте гвоздики. Их диа-
метр 0,8 — 1,0 мм.
При размещении деталей на плате строго придерживайтесь монтажной
схемы, приведенной на рисунке 119, б.
Катушка L j имеет 8 витков провода ПЭ 0,6 — 0,8, намотанных в один
ряд виток к витку на каркасе с ферритовым сердечником.
Дроссель Др! лучше поставить готовый. Его индуктивность равна 8 мкГ.
Дроссель можно сделать и самим. Для этого на резистор МЛТ-0,5 величиной
не менее 100 кОм намотайте внавал 91 виток провода ПЭ 0,12. Концы ка-
тушки припаяйте к выводам резистора, и самодельный дроссель готов.
Для изготовления дросселя Др2 возьмите два ферритовых кольца с на-
ружным диаметром 10 мм и склейте их торцами вместе клеем БФ-2. Должен
240
0011110000
получиться тороид с высотой грани 4—5 мм. Намотайте на него 350—400
витков провода ПЭ 0,12 и тщательно оберните лакотканью.
Выводные провода для подключения к приемнику батареи питания и си-
лового реле сделайте многожильным проводом в хлорвиниловой изоляции
диаметром 0,3 — 0,5 мм, чтобы во время эксплуатации аппаратуры они не
ломались, в местах спая с гвоздиками на каждый из них плотно наденьте
хлорвиниловую трубку длиной 25—30 мм.
Наладку приемника нужно начинать с проверки работы сверхрегенера-
тивного каскада одновременно с каскадом напряжения. Для этого взамен
резистора R6 включите высокоомные головные телефоны, а резистор Ri
замените на два, включенных последовательно, как показано на рисунке 117.
Резистор Rn переменный, любого типа, a Ri2 —типа МЛТ-0,5. Он предохра-
нит транзистор от перегорания, когда величина RH будет равна нулю. Под-
ключите в качестве антенны кусок многожильного провода в хлорвиниловой
изоляции длиной 70—100 см и можете приступать к наладке первых двух
каскадов. Вся наладка сведется к подбору величины резистора Rn
б — монтажная схема
Вращая ручку переменного резистора Rn, добейтесь максимального шума
в телефонах. При этом чувствительность приемника будет максимальная.
Волномером определите значения частот, на которые настраивается при-
емник при перемещении сердечника катушки Li из одного крайнего положе-
ния в другое. Для этого поднесите катушку волномера как можно ближе
к катушке приемника и вращайте ручку переменного конденсатора. При ра-
венстве частот, когда резонансная частота контура приемника совпадает
с резонансной частотой контура волномера, шум в телефонах значительно
снизится. Обратите внимание, при этих испытаниях к волномеру ничего не
присоединяется, ни микроамперметр, ни головные телефоны. В среднем
положении сердечника катушки частота настройки приемника должна
равняться 28,1 МГц. В противном случае подберите величину конденсато-
ра С4.
Еще раз переменным резистором Rn добейтесь максимального шума на
выходе приемника. Теперь замерьте величину сопротивления резисторов
R11+R12 на омметре и замените их одним. Не забывайте только при этом
отключать источник питания!
0011110001
241
Работу электронного реле проще всего проверить по миллиамперметру,
включенному в разрыв цепи между катушкой электромагнитного реле Pi
и проводом питания — 4,5 В. Если все три каскада работают исправно, то
прибор покажет ток 2 — 3 мА. Причем стрелка все время будет немного
дрожать в пределах 1 —2 делений шкалы, что говорит о высокой чувстви-
тельности настроенного приемника.
Чтобы окончательно убедиться, что приемник работает, включите парал-
лельно обмотке реле высокоомные головные телефоны. Вы должны услышать
громкий шум.
Налаженный приемник поместите в коробку из целлулоида или тонкой
фанеры, а для подключения контрольных телефонов установите на одной из
боковых стенок клеммы. Телефонами вы будете пользоваться при настройке
приемника на частоту передатчика в поле.
Передатчик. Прежде чем приступать к постройке передатчика, необходи-
мо обратиться в местный радиоклуб ДОСААФ, который поможет вам офор-
КАНАЛ СВЯЗИ
Как по схеме, так и по наладке передающая аппаратура проще, чем
приемная. Но делать передатчик нужно так же аккуратно и внимательно,
как и приемник. Вся схема, как видно из рисунка 118, собрана на четырех
транзисторах.
Весь генератор высокочастотной энергии смонтирован на одном транзи-
сторе Т4 типа П403, П415 — П416. Чтобы получить мощность в антенне около
100 мВт, пришлось поставить его в несколько перегруженный режим. А чтобы
транзистор не грелся, он снабжен специальным теплоотводом-радиатором.
Конструкция радиатора дана на рисунке 121.
Кроме того, для транзистора Т4 очень нежелателен режим, когда пере-
датчик работает без антенны. Поэтому в схеме предусмотрен выключатель
К 1, который включает цепь питания схемы только при присоединении антен-
ны. Конструкцию его мы не дали, придумайте ее сами. Подойдет концевой
выключатель типа В601, но его трудно достать.
Питание высокочастотного генератора осуществляется через модулятор-
ный каскад, собранный на транзисторе Т5.Кнопка Кг (кнопка управления)
работает на размыкание цепи. Когда она не нажата, база транзистора Т5
242
0011110010
соединена с общим проводом. Транзистор Т5заперт, и все напряжение пи-
тания, за вычетом падения напряжения на резисторе R3 (около двух вольт),
прикладывается к схеме генераторного каскада. В таком режиме передатчик
излучает непрерывные высокочастотные колебания — одну несущую.
Одновременно с работой генератора схема на транзисторах Т6 и Т7 гене-
рирует импульсы симметричной прямоугольной формы с частотой около
2000 Гц. Это обычный мультивибратор. Пока кнопка управления не нажата,
сигнал мультивибратора на генератор не оказывает никакого влияния. При
нажатии на кнопку управления этот сигнал поступает в базу транзистора
Т5. Теперь транзистор модулятора в такт с мультивибратором то открывается,
то заперт. Когда он открыт, напряжение на его коллекторе близко к нулю —
генераторный каскад не работает. И наоборот. Так осуществляется стопро-
центная модуляция несущей передатчика сигналом с частотою 2000 Гц. Ри-
сунок передатчика поможет разобраться в сказанном.
Изготовление передатчика начинайте с платы по рисунку 120. Материал
возьмите тот же, что и для приемника. Катушка L2 имеет 9 витков, с отводом
б — монтажная схема
от 3-го витка со стороны общего провода. Провод ПЭ 0,3 — 0,5. Катушка
L3 имеет 7 витков, провод тот же, L4 — 3 витка, провод ПЭ 0,6 — 0,8.
Вся наладка передатчика займет у вас не более 3—4 часов, если, конеч-
но, не наделали ошибок в монтаже и не придется многое переделывать
заново.
Проверку начинайте с мультивибратора и модуляторного каскада. Вза-
мен резистора R3 включите головные телефоны. В точках 3 — 4 и 9—10
(рис. 118) цепь разомкнута. Если при этом при подаче на схему напряжения
питания в телефонах прослушивается громкий звуковой тон, значит, модуля-
тор и мультивибратор работают исправно.
Для проверки высокочастотного генератора в разрыв цепи между точка-
ми 9 — 10 включите миллиамперметр со шкалою 0 — 50 мА, а между точками
3 — 4 поставьте перемычку из куска медного провода. Между точками 1—2
припаяйте резистор величиной 47 Ом. На время он заменит вам антенну.
Если этого резистора не поставить, то транзистор Т4 может выйти из строя.
Сердечники катушек Г2 и L3 поставьте в среднее положение.
Подайте на плату питание и, не теряя времени, подбором резистора Ri
0011110011
243
Рис. 121. Конструкция радиопередатчика
КАНАЛ СВЯЗИ
уменьшайте коллекторный ток Т4 до 30 мА. Сделать это нужно очень быстро,
иначе транзистор может нагреться и перегореть. Затем начинайте вращать
сердечник катушки L3, пока ток по прибору не упадет до минимума. В этом
положении сердечника, при незначительном перемещении его в ту или дру-
гую сторону, коллекторный ток Т4 резко возрастет. Это говорит о том, что
контур L3C4 настроен точно в резонанс с контуром в цепи базы. Уменьшая
значение резистора установите ток по прибору 20 мА. При этом генератор
будет излучать мощность около 100 мА.
Осталось установить частоту работы генератора в разрешенном диапазо-
не 28,0—28,2 МГц. Для этого поднесите волномер к контуру Г2С3так, чтобы
между катушками было 2—3 мм, и попробуйте настроиться на частоту за-
дающего генератора. Стрелка прибора должна отклониться на всю шкалу.
Перемещая сердечник катушки Г2, установите по волномеру частоту ге-
нерации 28,1 МГц. Не забывайте, что на эту же частоту уже настроен при-
емник. Далее повторите настройку контура Г3С4, добиваясь того, чтобы кол-
лекторный ток не превышал 20 мА. Если потребуется, то еще раз подберите
величину резистора RP
244
0011110100
Рис. 122. Исполнительный механизм
Для проверки работы генератора в режиме модуляции разомкните пере-
мычку в точках 3—4. Ток по прибору должен упасть ровно вдвое. Значит,
все работает исправно!
Залейте сердечники катушек L2 и L3 капельками парафина и больше их
не трогайте. Резистор Ri замените постоянным.
Для контроля передатчика в полевых условиях в его схеме предусмотрена
специальная цепочка из диода и конденсатора (Д3, С5). Выпрямленный сиг-
нал выводится к гнездам, которые расположены на передней панели. Под-
ключите к точкам 7—8 головные телефоны. Если все работает исправно, то в
режиме модуляции вы услышите звуковой тон, а в режиме несущей — полное
отсутствие звука. Если же случится, что при нажатии кнопки управления
звуковой тон отсутствует — высокочастотный генератор не работает. Ищите
ошибку.
Настроенную плату двумя винтами прикрепите к передней панели пере-
датчика и произведите необходимые соединения. Кожух сделайте из листово-
го алюминия толщиной 1,0—1,2 мм по рисунку 121.
Конструкция антенны передатчика показана на рисунке 121, справа. Са-
0011110101
245
КАНАЛ СВЯЗИ
мой ответственной ее деталью является катушка L5, которая имеет 18 витков
провода ПЭ 0,8—1,0, намотанных на каркасе из плексигласа. Штыри сде-
лайте из латунных или медных трубок диаметром 4—5 мм.
Чтобы убедиться, что антенна согласована с передатчиком, проведите
такой опыт. Когда передатчик полностью смонтирован в кожухе и антенна
подключена, в разрыв цепи между точками 9—10 (рис. 118) снова включите
миллиамперметр. Сделайте это так же, как и при настройке платы. Если
в режиме генерации несущей, прибор покажет ток 20—25 мА, значит,
антенна согласована. В противном случае придется подобрать число витков
катушки Ь5или длину верхнего штыря.
Исполнительный механизм. В нашей аппаратуре это мощное электромаг-
нитное реле. Снимите с реле контакты, а к якорю припаяйте «качалку», сде-
ланную из жести. Свяжите качалку проволочной тягой с рулем поворота,
и исполнительный механизм готов.
Когда реле отключено и в его катушку ток не подается, «качалка»
отведена пружиной или куском резинки на некоторый угол, как показано на
рисунке 122. Как только приемник примет командный сигнал, тут же сра-
ботает исполнительный механизм, и через «качалку» и тягу руль отклонится.
Все металлические детали исполнительного механизма сделайте из ото-
жженной малоуглеродистой стали. Катушку намотайте проводом ПЭ 0,3 до
заполнения. Ее сопротивление равно 15—20 Ом. Питается механизм от той
же батарейки, что и приемник. Если его сделать строго по чертежам, то
при зазоре между якорем и сердечником 1,5 мм усилие на конце тяги будет
равно 150—200 г. Установите исполнительный механизм и приемник на мо-
дель и приступайте к опробованию всей аппаратуры.
Как только вы сделаете однокомандную аппаратуру и убедитесь, что она
исправно работает, непременно возникнет вопрос: «А нельзя ли за счет не-
сложных доработок увеличить число команд управления, ну, скажем, до
3—4?» Оказывается, сделать это можно и даже совсем не сложно. Модели-
сты такое устройство называют «вертушкой».
Вертушка вносит в управление моделью совсем новое качество: руль
поворота можно будет по желанию отклонять вправо, влево или оставлять
в нейтральном положении. И все это при однокомандной аппаратуре!
Акустический канал связи используется, в ос-
новном, птицами, животными и человеком. Рече-
вой и слуховой аппараты человека настолько хоро-
шо приспособил ись к звуковым сообщениям, что
лучшего желать трудно.
Для решения технических задач акустический
канал малопригоден из-за низкой скорости звука
в воздухе и высоких потерь при распространении.
То, что для человека явилось большим благом,
техника приняла как зло. Представьте себе, в ка-
кой бы какофонии пришлось бы жить людям, если
бы их голоса были слышны на расстоянии 50—100
км. Связь людей между собой в таких условиях
была бы невозможна. Полезный сигнал полностью
затерялся бы где-нибудь в помехах...
А вот как сказалась бы на технических реше-
ниях низкая скорость звука. Представьте, вам
УПРАВЛЕНИЕ
ЗВУКОМ
246
0011110110
понадобилось поговорить по телефону, использующему акустический канал
связи, например какую-нибудь фантастическую трубу, из Москвы с Ленин-
градом. Спросив о чем-то своего ленинградского приятеля, вам пришлось бы
целый час сидеть у аппарата и ждать ответа. Потребуется полчаса, пока
ваш голос дойдет до Ленинграда, и столько же времени нужно на прохож-
дение ответа. Столь медленный темп, вероятно, скоро отбил бы всякую охоту
у людей к разговорам на большие расстояния.
И все же, когда люди еще не изобрели ни проводного канала, ни радио-
канала, акустическая служба связи существовала.
Греческий историк Диодор Сицилийский в I веке до нашей эры писал, что
персы еще при царе Кире ставили на возвышенностях или сторожевых баш-
нях на определенном расстоянии друг от друга людей с сильным голосом,
которые криком своим передавали королевские указы. За день по такому
телефону передавались вести на расстояние тридцатидневного перехода, это
около тысячи километров.
Были и более «современные» проекты. 15 июня 1782 года в Парижской
академии наук был сделан доклад об опытах монаха Готэй по осуществле-
нию акустического телефона. Готэй пытался передавать звуковые сигналы
на дальние расстояния непосредственно по земле, устраивая для этого
приемник и передатчик в виде труб, зарывавшихся в откосах.
В наш век космических скоростей применение акустического канала
в технике — это только история. Проводная связь и радиосвязь его пол-
ностью вытеснили.
А вот использование акустических каналов для дистанционного управле-
ния подвижными моделями имеет многие преимущества не только по срав-
нению с проводными линиями, но и с радио.
Конечно, управление моделью по радио очень эффектно, и трудно его
сравнить с каким-либо другим видом телеуправления. Но... Вот здесь-то
и начинается все с «но»...
Во-первых, прежде чем делать передающую аппаратуру радиоуправле-
ния моделью, даже самую простую, нужно иметь соответствующее разре-
шение на работу с передатчиком от Министерства связи. Получить такое
разрешение, конечно, несложно. Но ответ будет положителен, если вам уже
16 лет.
Кроме того, при постройке аппаратуры радиоуправления на вас сразу
«свалится» очень много «радиотехники». Здесь постройка и наладка УКВ-
передатчика, выжимание чувствительности от приемника — иначе не полу-
чить достаточного радиуса действия аппаратуры, вопросы согласования ан-
тенны с передатчиком и т. д. И, что самое главное, аппаратура должна быть
сделана очень аккуратно, иначе работать она будет ненадежно и, кроме
огорчения и разочарования, ничего не принесет.
Вот здесь-то и выручит управление звуком. Подудел в дудочку (да-да,
в самую обыкновенную дудочку, в которую играют малыши) —тронулась
модель. Подудел еще раз — повернула модель направо, подудел в третий
раз — повернула налево.. .
Чтобы легче было понять работу аппаратуры управления звуком, посмот-
рите на рисунок 123. Во рту у девочки дудочка, которая в зависимости от
того, какие отверстия закрыты пальцами, издает звуковые команды различ-
ного тона, то есть различной частоты. В нашем случае используется три зву-
ковых тона с частотами:
f{ = 1550 Гц, /2 = 1950 Гц, /3 = 2350 Гц.
0011110111
247
КАНАЛ СВЯЗИ
Но совсем не обязательно, чтобы частоты были именно такими. Главное,
чтобы они лежали в диапазоне 1000—3000 Гц и отличались одна от другой
на 20—25%.
Далее звуковой сигнал поступает в микрофон, который устанавливается
на модели. Микрофоном звук преобразуется в переменное напряжение,
частота которого равна частоте звука.
Но уже на расстоянии 15—20 м от дудочки напряжение на выходе мик-
рофонта так мало, что, прежде чем использовать для дальнейших целей,
его нужно усилить в несколько сот раз. Пришлось для этого поставить элект-
ронный усилитель напряжения.
Усиленный сигнал поступает одновременно на входы трех электрических
фильтров звуковых частот, на выходе которых включены электромагнитные
реле Pi — Р3. Если частота звукового сигнала, излучаемого дудочкой, близка
к частоте одного из фильтров, на которую он настроен, то сигнал пройдет
без потерь именно только через этот фильтр, вызывая срабатывание своего
реле. В то же время через другие фильтры командный сигнал не проходит,
и их реле не срабатывают.
Если дудочка будет излучать другой звуковой тон, близкий, например,
к собственной частоте фильтра Ф3, то сработает реле Р3 и так далее. Так что,
излучая звуковой сигнал той или иной частоты, можно заставить срабаты-
вать одно из трех реле ?!—Рэ, а от них уже подавать команды на исполни-
тельные механизмы управляемой модели.
Радиус действия описываемой аппаратуры при работе от дудочки равен
10—15 м. Его вполне хватает для управления моделями автомобилей и ко-
раблей. Однако он может быть легко увеличен, если дудочку заменить гене-
ратором звуковых частот, к выходу которого подключается обычный мало-
габаритный громкоговоритель типа 0,1ГД или 0,2ГД. Такой источник звука
будет излучать сигнал большой интенсивности, что может значительно уве-
личить радиус действия аппаратуры. Кроме того, генератор звуковых частот
излучает более стабильные колебания, чем дудочка, что повышает надеж-
ность работы аппаратуры в целом.
Число команд управления без каких-либо существенных изменений
в электрической схеме может быть увеличено до 6—9. Для этого потребуется
лишь увеличить количество фильтров звуковых частот.
Прежде чем приступать к изготовлению приемной аппаратуры, приобре-
тите дудочку (рис. 124) и определите частоты, которые она излучает при раз-
личных положениях пальцев. Иначе вы не будете знать, на какие частоты
нужно настраивать фильтры приемника.
Для определения частот излучения понадобится звуковой генератор.
Подключив к его выходу какой-либо громкоговоритель и подав на него
напряжение, заставьте его звучдть примерно с той же громкостью, что
и дудочка. Одновременно попросите товарища непрерывно дудеть в дудочку
при определенных положениях пальцев, для которых вы хотите определить
частоту звука. При одновременном звучании этих двух источников звука
ясно прослушивается разностный тон, число колебаний которого равно раз-
ности частот источников.
Теперь изменяйте частоту звукового генератора до тех пор, пока не будут
прослушиваться звуковые биения, то есть очень низкий тон, и по шкале
прибора определите частоту. Эта частота и будет равна частоте излучения
вашей дудочки.
Заставьте товарища дудеть при других положениях пальцев и так же
определите частоту звука. Остановиться нужно на трех наиболее громких
248
0011111000
Рис. 123—124. Блок-схема аппаратуры управления звуком
звуках, частоты которых отличаются одна от другой на 20—25%. Примерные
значения частот могут быть такими: 1500, 1900 и 2200 Гц.
После того как определены три частоты излучения дудочки, можно
приступать к изготовлению приемника звука. Полная схема дана на рисун-
ке 125.
Командный звуковой сигнал с микрофона М поступает на усилитель. Для
этого мы взяли готовую плату, разработанную ранее для звукового локатора.
Ее электрическая схема приведена на рисунке 51, а монтажная — на рисун-
ке 53.
Зачем каждый раз выдумывать новую схему, если ее можно составить
из уже проверенных узлов? В этом, собственно, и проявляется структурный
метод в кибернетике. Как бы ни сложна была задача и как бы ни запутана
была блок-схема, ее нужно уметь составить из готовых «кирпичей». В нашем
случае готовыми «кирпичами» являются типовые платы. Всего в книге рас-
смотрено 16 «кирпичей». Все они подробно описаны, а главное — тщательно
были проверены. Это ваш исходный материал, «кирпичи», при разработке
кибернетических конструкций. Правда, иногда все же приходится отступать
0011111001
249
от типовых плат и использовать нетиповые схемы. Но делать это нужно как
можно реже.
Плата усилителя сигнала нас полностью устраивает. Это трехкаскадный
усилитель напряжения с общим коэффициентом усиления около 1000. Уси-
литель одинаково хорошо усиливает переменное напряжение звуковой часто-
ты в пределах от 100 Гц до 10 кГц. Командные сигналы от дудочки все
лежат в диапазоне от 1000 до 3000 Гц,так что они все будут отлично усили-
ваться. Все, что необходимо знать для изготовления платы усилителя, вы
найдете на стр. 103. Там же дана последовательность настройки платы.
Микрофон лучше всего сделать из капсюля ДЭМШ-1. Он не так чувстви-
телен к шумам от электродвигателей, как угольный. Внешний вид само-
дельного микрофона и его чертежи даны на рисунке 126.
Как основу микрофона используйте готовый капсюль ДЭМШ-1 или кап-
сюль от головного телефона слухового аппарата. На рисунке капсюль
обозначен цифрой 1. Устанавливается он на металлическую основу 2, назы-
ваемую диффузородержателем, и снабжается диффузором 3.
КАНАЛ СВЯЗИ
У вас, естественно, возникнет вопрос: для чего капсюлю нужен диффузор,
ведь он и сам по себе должен достаточно хорошо работать в качестве микро-
фона? Диффузор в данном случае увеличивает действующую поверхность
колеблющейся пластинки капсюля. Вы, наверное, не раз наблюдали, как че-
ловек, говорящий в рупор, подставляет затем его к уху. Так, оказывается,
гораздо лучше слышно, чем «невооруженным» ухом.
Для диффузородержателя нужны крестовина и кольцо из гетинакса,
текстолита или фанеры толщиной 1,5—2,0 мм. Крестовину вырежьте из жести
или другого листового материала толщиной 0,4—0,6 мм и приклепайте ее
к кольцу небольшими заклепками.
В верхней части диффузородержателя, строго по центру, клеем БФ-2
приклейте капсюль. С внутренней стороны капсюля к центру мембраны при-
клейте иголку 5, которую сделайте из медной проволоки диаметром 0,5—
0,6 мм. Длина иголки 10 мм. Прокалывать мембрану и припаивать к ней
иголку не следует, так как и то и другое приведет к порче капсюля. Когда
будете приклеивать иголку, будьте очень осторожны, чтобы клей не попал
в зазор мембраны.
250
0011111010
Учтите, что у капсюля ДЭМШ-1 имеется очень уязвимое место — это
выводы от катушки. Они часто ломаются, и капсюль выходит из строя. По-
этому припаивать концы непосредственно в схему не следует. Сначала выво-
ды припаяйте к колодочке 4 и уж только к ней припаивайте провода, идущие
в схему. При распайке выводов капсюля средний провод нами не использует-
ся. Его следует изолировать кембриковой трубкой и приклеить поверх ко-
лодочки, которая в свою очередь приклеивается к крестовине диффузоро-
держателя. Диффузор 3 сделайте из плотной бумаги. Как показано на рисун-
ке, бумажные выступы диффузора заменяют микрофону гофр.
Проделав отверстие в вершине конуса диффузора и смазав клеем БФ-2
его кромку, приклейте диффузор к диффузородержателю так, чтобы игла
проходила точно через центр конуса. Выступающий кусок иглы и «пятачок»
диффузора в диаметре 5—6 мм хорошо проклейте и дайте клею высохнуть.
Сделанный микрофон обязательно проверьте. При измерении омметром
сопротивления его катушки, прибор должен показать около 150 Ом. Подклю-
чая концы от омметра к выводам катушки, в диффузоре должен прослуши-
Рис. 126, Чертежи микрофона на капсюле ДЭМШ-1
ваться громкий щелчок. Если его нет, а стрелка прибора отклоняется, зна-
чит, были неаккуратны, когда приклеивали иголку к мембране: клей разлил-
ся по мембране и попал в зазор. Придется отклеивать капсюль и тщательно
промывать его одеколоном.
Плата электрических фильтров используется готовая. Подробно о ней
прочтете в разделе «Автомат переключения электрогирлянд». На рисунке 14
дана ее электрическая схема.
На входе схемы стоит ограничитель сигнала, который к тому же работает
и как усилитель. Его нагрузкой являются три параллельно включенных LC-
фильтра, каждый из которых настроен на частоту своего командного сигна-
ла. Таким образом плата обеспечивает расшифровку трех командных сигна-
лов, закодированных тремя звуковыми частотами.
На выходе каждого фильтра включено электромагнитное реле Pi — Р3,
обеспечивающее подключение через соответствующие контактные группы
исполнительных механизмов. Каждая контактная пара позволяет коммути-
ровать ток до 2 А. Цепи самоблокировки в этой аппаратуре не используются,
и вы на них не обращайте внимания. На работе платы это никак не скажется.
0011111011
251
КАНАЛ СВЯЗИ
Прежде чем приступать к изготовлению платы электрических фильтров,
внимательно прочтите все, что о ней написано на стр. 28. При ее наладке
строго придерживайтесь той методики, которая там дана.
При желании увеличить число команд управления до 6 изготовляйте
сразу две платы фильтров. Включаются они в этом случае параллельно, как
показано на рисунке 125 пунктиром.
Как лучше разместить платы на модели, продумайте сами. Здесь все
зависит от.габаритов модели. Удачным примером компоновки плат, на мой
взгляд, является конструкция, показанная на рисунке 60.
С небольшими изменениями нам подойдет схема передатчика, исполь-
зуемая в аппаратуре телеуправления с проводным каналом связи. Подробное
описание вы найдете на стр. 229,ее электрическая схема дана на рисунке
112. Взамен резистора R j3 включите малогабаритный громкоговоритель типа
0,1 ГД или 0,2ГД с выходным трансформатором. Такой вариант включения
показан на том же рисунке в кружке. Конденсатор С3 и клеммы 3 и 4 больше
не понадобятся. Чтобы в пять раз увеличить частоту генерации мультивиб-
ратора, необходимо конденсаторы Ci и С2 уменьшить до 0,01 мкФ. Громкого-
воритель укрепите к передней стенке коробки. Место там для этого преду-
смотрено. Не забудьте в стенке вырезать отверстие под динамик, иначе
звучать он будет недостаточно громко.
Вот и все переделки! Они действительно небольшие, но все же потребуют
от вас некоторой самостоятельности.
Правильно смонтированная схема передатчика наладки не потребует, за
исключением, конечно, подгонки значений частот звуковых команд. При
этом, может быть, даже придется несколько изменить величины резисторов
R 5, R 7, R 9 и R и.
При проверке работы аппаратуры управления звуком отнесите пере-
датчик от приемника на 10—15 м и подайте звуковую команду по первому
каналу управления. Должно четко сработать реле Pi. При нажатии кнопки
К 2 сработает реле Р2 и так далее. При отжатых кнопках управления, даже
при громком разговоре в комнате, ни одно из реле не должно срабатывать.
Иногда возникает необходимость несколько уменьшить коэффициент усиле-
ния платы усилителя. Такая регулировка в нем предусмотрена. Теперь
попробуйте хотя бы легонько свистнуть — одно реле обязательно сра-
ботает!
Мы рассмотрели работу так называемой дискретной аппаратуры управ-
ления. Подали команду — руль отклонился на определенный угол. Захоти-
те иметь несколько фиксированных положений руля — придется увеличивать
число команд. Больше здесь ничего не придумаешь. Например, понадоби-
лось отклонять руль поворота на 5° и 10° в обе стороны от нейтрали, так
для этого необходимо иметь аппаратуру на четыре команды управления.
А если в летающей модели потребуется отклонять руль глубины через
каждые 2° в диапазоне углов ±10°... Тогда как быть?
Для выполнения только этих команд нужна десятикомандная аппарату-
ра! А еще и руль поворота, газ мотора, элероны... Но ведь каждая допол-
нительная команда управления увеличивает вес и габариты аппаратуры. Да
и сложность аппаратуры непомерно возрастает!
Вот почему за последние годы стали отказываться от дискретной аппара-
туры и все шире использовать пропорциональное управление.
Аппаратура пропорционального управления — это аппаратура, в кото-
рой между движениями ручки управления в передатчике и отклонениями
руля на модели имеется прямая зависимость. Отклонили, скажем, ручку
252
0011111100
управления на угол 4-9° , точно на такой же угол отклонится руль на мо-
дели. Руль в этом случае как бы следит за движением ручки управления.
Конечно, с такой аппаратурой управлять моделью куда проще и инте-
реснее!
Когда летчик отклоняет ручку управления на некоторый угол «на себя»,
он не сомневается, что точно на такой же угол отклонится руль, и самолет
начнет набирать высоту.
Раньше это делалось за счет жестких тяг и тросов, связывающих непо-
средственно штурвал с рулем.
На современных самолетах от такой системы пришлось отказаться. При
больших скоростях полета давление на ручку достигает настолько значи-
тельных величин, что человеку с ними уже не справиться. Пришлось в систе-
му управления вводить рулевые машинки. При этом летчик действует непо-
средственно не на рули, а через так называемую следящую систему, которая
автоматически поддерживает равенство в углах отклонения штурвала и со-
ответствующего руля.
Следящая система управления работает так же четко и надежно, как
и механическая. Отклонил летчик ручку на 4-5°, тут же на такой же угол
отклонится и руль. При этом ошибка может быть сделана меньше 0,1°. К то-
му же в следящую систему обязательно входит усилитель сигнала управле-
ния, и летчику теперь не надо понапрасну тратить силы.
Легко себе представить рычаги и тяги, передающие на систему управле-
ния информацию, на какой угол следует отклониться. Но как ту же задачу
решить, когда между ручкой управления и рулем тянутся только провода,
причем не обычные медные проволоки, а «радиопровода»? К тому же угол
поворота ручки управления должен точно равняться углу отклонения от
нейтрали руля на модели. Обе эти задачи может решить только пропор-
циональная аппаратура радиоуправления.
Ну, а дальше уже визуально наблюдайте за моделью и подправляйте
траекторию ее движения. А то отклоните руль, да не в ту сторону и усугубите
допущенную ранее ошибку. Здесь вступает в действие отрицательная обрат-
ная связь!
Вот почему, управляя моделью, необходимо держать ее в радиусе види-
мости, постоянно видеть положение модели и в зависимости от этого пода-
вать те или иные команды управления.

ПОЧЕМУ ЧЕЛОВЕК
СЧИТАЕТ
ДЕСЯТКАМИ!
ДВОИЧНОЕ
СЧИСЛЕНИЕ
АВТОМАТИЧЕСКИЙ
фотоэлектронный
СЧЕТЧИК
ЭЛЕКТРОННЫЙ
СЕКУНДОМЕР
С ЦИФРОВЫМ
ОТСЧЕТОМ
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ
ЗАМОК
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ
ДО ЭВМ
ПОЧЕМУ ЧЕЛОВЕК
СЧИТАЕТ
ДЕСЯТКАМИ!
Вот я бросаю на стол палочку, или спичку, или
камушек — словом, какой-нибудь предмет —
и спрашиваю вас: сколько предметов я бросил на
стол? Вы смотрите и отвечаете: Один предмет.
Я беру затем и бросаю перед вами целую
горсть камушков или спичек и опять спрашиваю:
сколько здесь предметов?
Вы отвечаете: много! Но меня этот ответ
не удовлетворяет. Я хочу знать точно, сколько
именно предметов лежит передо мной. Для этого
предметы надо сосчитать.
В чем состоит счет, вы тоже знаете. Вы берете
один предмет и говорите: один; прикладываете
к нему еще один и говорите: два; к этим прикла-
дываете еще один и говорите: три; затем говорите:
четыре, пять, шесть,семь, восемь, девять — и таким
образом добираетесь до десяти.
0011111111
255
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
В приведенном примере вы считали предметы по одному, или, иначе го-
воря, единицами. Но вы знаете также, что можно считать те же предметы
парами (по два), тройками (по три), четверками (по четыре), пятками (по
пять) и так далее. Наконец, если предметов много, то можно считать их и
десятками, совсем так же, как вы считали единицами, то есть один деся-
ток, два десятка (двадцать), три десятка (тридцать)... Когда у вас наби-
рается десять десятков, вы называете это сотней (сто) и считаете опять
сотни, как единицы: сто, два по сто (двести), три по сто (триста), четыре
по сто (четыреста), пятьсот и так далее. Мы разобрали пример так назы-
ваемой десятичной системы счисления, в ее основание поло-
жен десяток.
Итак, чтобы ответить на вопрос, сколько предметов на столе, надо эти
предметы сосчитать. Счет же состоит в последовательном прибавлении к
единице еще единицы, да еще единицы, да еще единицы и так далее, пока
не кончатся предметы, а затем остается сказать словами, что вы получили,
или иначе — назвать результат счета. Этот результат, или ответ на вопрос,
сколько предметов, и будет не что иное, как число.
Все это вы хорошо знаете, и все это вам кажется так просто.
Вы помните, когда научились считать? Наверное, нет. Как начали учить-
ся говорить, так, само собой, начали учиться и считать. А вместе со счетом
к вам пришло и понятие о числе. Вначале каждый из вас считал только до
десяти. Переход к счету десятками дается не так-то просто. Десятки счита-
ются, как простые единицы, и, чтобы добраться до сотен, достаточно всего
11 различных слов. Затем сотни опять считаются, как единицы... Так счетом
вы получаете все новые и новые числа.
Считать и записывать числа по десятичной системе счисления, в основа-
нии которой лежит число десять, не составляет почти никакого особенного
труда. Но знаете ли вы, что тысячи и тысячи лет прошли, прежде чем люди
додумались до того, чему мы теперь можем так быстро и легко обучиться
уже в детском возрасте?
Электронная вычислительная машина (ЭВМ) в своем развитии и воз-
можностях находилась в положении первобытного человека, когда
только начинала свой исторический путь. И как это ни странно, во многом
она следует по пути развития, уже пройденному человеком. Те же основные,
закономерности, те же причины. И особенно это касается выбора машиной
единицы системы счисления... Да и не только этого...
В глубокой древности, на самой ранней заре своего развития, люди счи-
тали только с помощью камушков или же делали царапины и зарубки на
дереве или камне. Сколько было сосчитано предметов, столько делалось и за-
рубок. Это самый простой способ счета, когда число образуется последова-
тельным прибавлением единицы за единицей. Собственно, никакого понятия
о числе тогда еще не было. Счет сводился к сопоставлению количества пред-
метов с количеством камушков или зарубок.
Еще не так давно, каких-нибудь двести пятьдесят — триста лет назад
(для истории человека это срок очень маленький), этой формой счета широко
пользовались в Англии при взимании государственных налогов и повинно-
стей. Зарубки делались на небольшой палочке. При расчете ее раскалывали
вдоль, причем одна половина вручалась плательщику, другая хранилась
в казначействе. Обе половины, таким образом, являлись документом о сдел-
ке. Сколько взял, столько верни—вот основная формула счета.
Как ни примитивно выглядела палочка с зарубками, но это была уже
машина, облегчающая счет.
256
0100000000
Рис. 127. Пальцы — генератор число-импульсного кода
Человек, который придумал палочку для счета, пользовался число-им-
пульсным кодированием нужной ему информации. Как ни странно, но кибер-
нетика очень широко пользуется приемом «палочки» в своих схемах, но уже,
конечно, совершенно на другом техническом уровне. Устройство, декодирую-
щее число-импульсный код. не считает импульсы, а сопоставляет их с этало-
нами, заложенными в машине. Все делается точно так же, как при сличении
двух половинок палочки с зарубками.
И еще одно интересно отметить: раньше в книге вы познакомились с им-
пульсными сигналами, различными по своей физической природе. Там были
электрические импульсы, тепловые импульсы, механические и так далее.
Оказывается, зарубки на палочке — это тоже импульсные сигналы.
Но самым ближайшим и самым естественным помощником человеку для
счета были, конечно, его пальцы на руках и ногах. Это и естественно, они
были всегда у человека «под рукой». Так и теперь еще у некоторых народов
число пять обозначается словом «рука», число десять — «палец на ноге»,
а слово «число» на английском языке пишется так же, как слово «палец»
(digit).
0100000001
257
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
Когда первобытный человек впервые начал считать, он, по-видимому,
считал единицы, прибавляя каждый раз по пальцу, чтобы изобразить сле-
дующую цифру. Сам того не замечая, человек пользовался число-импульс-
ным кодом. Этот простой метод счета и сейчас еще используется в некото-
рых вычислительных машинах и в телемеханике (см. рис. 127).
Пальцы же послужили образцом для некоторых примитивных числовых
знаков. Так впервые появилось понятие о числе, правда еще выраженном
не словом, а жестом. Вместо того, чтобы назвать то или иное число сосчитан-
ных предметов, человек поднимал соответствующее число пальцев. Малень-
кие дети часто пользуются этим же приемом.
Счет на пальцах служил до тех пор, пока человек считал до двадцати.
Из них 10 пальцев было на руках и 10 — на ногах. У индейцев на их родном
языке и сейчас еще числа 11, 12 и так далее до 20 считаются так: «нога
один», «нога два». . . (то есть десять пальцев на ногах да еще один, десять
пальцев на ногах да еще два). Число 20 у них обозначается словами — «весь
человек».
Пользуясь двадцатью пальцами, человеку легко было отобразить 14 уби-
тых оленей, выставив все пальцы ног да еще четыре пальца на руке. Но
как представить количество предметов, превышающее 20? Примерно в таком
же положении в наше время находится вычислительная машина «Перво-
классница». Она вообще может считать только до 10!
Естественно, что рука в качестве элементарнейшей счетной машины
прежде всего должна была повести счет пятками: пяток яблок, пяток яиц,
пяток гвоздей существуют и до сих пор как ходячие выражения счета пред-
метов домашнего обихода.
Используя пальцы рук для счета, человек делает следующий шаг — изо-
бретает самую ответственную операцию счета — операцию переноса.
Механизм переноса и до сих пор еще остается проблемой для всех электрон-
ных вычислительных машин. Что это такое?
После того как человек отсчитал по пальцам правой руки пять каких-
либо предметов, он делает перенос сосчитанного пятка на левую руку,
загибая при этом один из ее пальцев. Этой операцией он как бы запоминает,
что один пяток уже сосчитан. Далее человек распрямляет все пять пальцев
правой руки, подготавливая их для дальнейшего счета. Теперь человек мог
продолжать счет до десяти. Например, число «семь» отмечалось им как
«один пяток и два». При десяти сосчитанных предметах загибался второй
палец на левой руке, в то время как пальцы правой руки подготавливались
для дальнейшего счета.
Когда все пять пальцев левой руки становились загнутыми, считавший
следующий перенос, теперь уже числа 25 (пять пятков), делал на мизинец
правой ноги. Пять пальцев правой ноги составляли число 125 (пять раз по
25), перенос которого на левую ногу отмечался загибом одного из ее паль-
цев. Таким образом выражение «четыре пальца левой ноги, да два пальца
правой ноги, да три пальца левой руки, да один палец правой руки» значило
в десятичном счислении:
4 X 125 + 2Х 25 + 3 X 5 + 1 = 566.
Разобранную систему счисления по пяткам теперь принято называть пя-
теричным счислением. Пользуясь ею, первобытный человек мог справиться
со счетом 780 предметов. Действительно, когда все пальцы ног и рук загну-
ты, мы имеем:
5 X 125 + 5Х25 + 5Х5 + 5Х 1 = 780.
258
0100000010
В глубокой древности пятеричный счет принадлежал, вероятно, к наибо-
лее распространенным. О нем нам рассказывает поэт Древней Греции Гомер
в своих знаменитых эпических поэмах «Илиада» и «Одиссея». Римские циф-
ры также носят явный отпечаток пятеричности. Там даже существуют от-
дельные обозначения для пяти — V, пятидесяти — L и пятисот — D.
Обратили ли вы внимание на начертание римской цифры пять? Она очень
похожа на изображение руки человека. Две таких руки, сложенных вместе
(одна вверх, другая — вниз), дают нам изображение числа десять — X.
Пятеричные цифры пережили пятеричное счисление, успев наложить своеоб-
разный отпечаток на римскую нумерацию.
Пока человек по земле ходил босиком, было совершенно естественно не
останавливаться на пятеричном счете, а продолжать счисление на пальцах
ног вплоть до двадцати. Этого требовала жизнь. А когда число предметов
счета перевалило за тысячу (количество воинов и количество рабов, числен-
ность скота и пойманной дичи), пятеричной системы счисления стало недо-
статочно.
Новая единица счета, то есть «двадцатка», называлась в те далекие вре-
мена либо «человек», либо «шкура», по числу пальцевых отростков на шку-
рах пятипалых животных.Сопоставление слов «skin» — кожа, древнеанглий-
ского «соге» — тело и «score» — двадцать подтверждает на этот счет догад-
ку ученых. Еще и в настоящее время англичане сплошь и рядом говорят:
«three score» (60), «three score and ten» (70) и «four score» (80) вместо
sixty, seventy и eighty. Кроме того, английская денежная единица «фунт стер-
лингов» разбивается на 20 шиллингов, как у нас рубль состоит из 100 копеек.
Это тоже говорит о многом.
Как производился счет на пальцах рук и ног при двадцатиричном счисле-
нии, сказать сейчас трудно. Для ученых этот вопрос пока еще остается за-
гадкой. Можно предположить, что в счете участвовало несколько человек, из
которых первый отсчитывал единицы (1-й разряд), второй — двадцатки (2-й
разряд), третий — четырехсотки (3-й разряд) и так далее.
Известно, что индейские племена майя с помощью пальцев рук и ног мог-
ли считать до 3 200 000. Этим, вероятно, и ограничивалась у них потребность
в счете, так как нет никаких указаний, что они считали дальше. От босоногой
счетной машины пока большего не требовалось!
Когда люди обулись и оделись в долгополые одежды, ноги перестали им
служить орудием счета. Остались только руки с десятью пальцами и тремя
суставами на каждом из них, за исключением больших (рис. 128).
Человек создал новую систему счета. Отсчет ногтем большого пальца
правой руки суставов остальных четырех пальцев заставил его перейти на
двенадцатиричную систему счисления с основанием двенадцать или дюжина.
Аналогичное отсчитывание дюжин на суставах пальцев левой руки дало дю-
жину дюжин, или гросс. С этими единицами счета вы, наверное, знакомы из
литературы. Ею широко пользовались ваши деды, а отцы уже не застали!
В Древнем Вавилоне двенадцатиричный счет переделали в шестидесяти-
ричный. Каждую дюжину предметов там отмечали загибом пальца на левой
руке. Пять пальцев — пять дюжин, так получилось число шестьдесят
(12 X 5 = 60). Оно оставило о себе память в единицах отсчета времени:
1 час = 60 мин, 1 мин = 60 с.
Медленно, с большими муками, человечество усовершенствовало свою
«живую» счетную машину, пока не пришло к десятичному счислению.
Почему все же наибольшее распространение получила десятичная систе-
ма счисления? Объясняется это прежде всего устройством наших рук, имею-
0100000011
259
щих 10 пальцев, которые, как вам теперь известно, были первыми и глав-
ными помощниками человека при формировании им понятия о числе и при
разработке живых счетных машин.
А вот у настоящих электронных вычислительных машин «на руках» толь-
ко по два пальца, но зато таких рук у них громадное множество — это обыч-
ные электромагнитные реле и триггеры. ЭВМ используют в качестве «рук»
любые устройства с двумя устойчивыми состояниями. Именно поэтому в
ЭВМ так широко распространено двоичное счисление: один, два; один, два;
один, два и так далее. Подробно об этом будет рассказано в следующем
разделе.
Если электронные машины строить по десятичной системе счисления, то
на их разработку пришлось бы затратить усилий и денег на 37,5% больше,
чем при двоичном счислении.
Тем не менее нужно сказать, что человеку повезло с количеством паль-
цев. Десятичное счисление хотя и не является самым удобным, но значитель-
но удобнее, чем, скажем, тринадцатиричное счисление.
Рис. 128. Счет дюжинами
Рис. 129. Схема машины Паскаля
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
Лучше все же, если бы у человека на каждой руке было по 4 или по
8 пальцев. Вот тогда людям было бы хорошо и вычислительным машинам
тоже! Нам приходится считаться с тем, что есть.
Развитие ремесел, торговли и мореплавания вызвало необходимость
производить все больше и больше вычислений. Человек стремился облег-
чить себе счет не только выработкой наиболее рациональных систем счисле-
ния, но и применением вспомогательных средств. Так, в Китае, Индии и в
других странах Дальнего Востока появилась счетная доска — абак.
Счетная доска имела продольные желобки, каждый из которых соответ-
ствовал определенному числовому разряду: от 0 до 9 — первый разряд;
0, 10, 20, 30 .. . 90 — второй разряд; 0, 100, 200, 300 ... 900 — третий
разряд и так далее. В желобки помещались камушки, которые указывали
число единиц соответствующего разряда. Когда при счете количество ка-
мушков в одном из желобков достигало десяти, они заменялись одним ка-
мушком в следующем желобе, представляющем более высокий разряд. Так
осуществлялся перенос чисел из единиц в десятки, из десятков в сотки и так
далее.
260
0100000100
Естественно, когда человек приступил .к созданию своих первых механи-
ческих счетных приспособлений, делал он их по образцу своих рук. Первое,
что ему пришло в голову, так это пальцы рук заменить камушками или ко-
сточками. Пальцев только десять, а косточек можно взять сколько угодно!
В этом уже большое преимущество. Идею переноса, изобретенную им еще
при ручном счете пятерками, человек, конечно, сохранил. Отсчитав на абаке
по первому желобу единицы предметов до десяти, он делает перенос числа,
отмечая эту операцию перестановкой косточки в следующем желобе в раз-
ряде десятков. При этом косточки первого разряда (разряда единиц) воз-
вращаются в исходное положение и счет продолжается.
По этому же принципу построены наши конторские счеты, с которыми
каждый из вас познакомился еще в первом классе. В прямоугольной рамке
из дерева или пластмассы закреплены металлические прутья. На прутьях по
десять косточек, выточенных на токарном станке. Каждый прут с такими
косточками представляет собой один числовой разряд: единицы, десятки,
сотни и так далее.
Достаточно посмотреть, с какой быстротой летают косточки под пальца-
ми опытного счетного работника, чтобы сразу убедиться в огромной эконо-
мии времени, которую давало это нехитрое счетное приспособление. Неда-
ром счеты вот уже в течение нескольких столетий так широко используются
при практической счетной работе и как учебное пособие в школе.
Для того чтобы сложить на счетах два числа, например 173 и 232,
требуется гораздо меньше времени, чем для чтения нескольких строк с опи-
санием всех действий сложения. Весь процесс вычисления в нашем примере
свелся к трем простейшим арифметическим операциям: к одному прибавить
два, к семи прибавить три и к трем прибавить два. Времени на это уйдет
не более 3 с. Много это или мало?
В кибернетике принято оценивать быстродействие любой вычислительной
машины числом простейших арифметических операций за одну секунду. Та-
кая оценка очень удобна. Сразу видно, насколько совершенна по сравнению
с человеком та или иная машина. Если кому-то не нравится выражение
«число простейших операций», пожалуйста, его можно заменить словами
«быстрота счета». Хотя это не совсем строго, но в книгах иногда оценивают
быстродействие вычислительных машин и так.
Вычислительная машина является конкурентом человека-вычислителя,
и преимущество ее перед человеком заключается исключительно в скорости.
Во всех других отношениях человек значительно умнее машины, и этого
не следует никогда забывать.
Итак, обыкновенные конторские счеты подняли быстродействие вычисли-
теля в сотни—тысячи раз. Человек мог тратить значительно меньше времени,
чем это он делал при счете на пальцах.
В сто—тысячу раз! . . — это огромная экономия времени. Быстродействие
счетов в принятых нами единицах равно примерно одной операции за секун-
ду. Трудно себе даже представить, что скорость работы современных вычис-
лительных машин оценивается в миллионы простейших операций в секунду.
Но и это, как утверждают ученые, далеко не предел. Представьте — миллион
сложений за секунду! Человек успеет только произнести «двадцать один»,
а ЭВМ сделает миллион пусть простейших, но все же вычислений.
Счеты хотя и повысили быстродействие человека-вычислителя, но в их
устройстве заложена одна очень сложная операция. Она сводится к замене
десяти косточек в разряде единиц одной косточкой в разряде десятков, де-
сяти косточек в разряде десятков одной косточкой в разряде сотен. . .
0100000101
261
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
Первый, кому выпала удача в решении этого вопроса, был французский
математик и физик Блез Паскаль (1623—1662).
Пятнадцатилетним юношей Паскаль задался целью облегчить изнури-
тельный труд отца, который занимался подсчетом и сбором налогов в городе
Руане и его окрестностях. Прошло не менее десяти лет упорных исканий
и труда, прежде чем был получен первый результат. За это время ученый
построил свыше пятидесяти моделей счетных машин. Среди них были маши-
ны с рейками и зубчатками, с передаточными цепями и бесконечными рем-
нями, с движением прямолинейным и круговым, с коническими и цилиндри-
ческими валами, с дисками и лентами, а также и с шестернями. Одним
словом, Паскалем был испробован огромный арсенал приспособлений и ва-
риантов, из которых черпали свои решения последующие изобретатели счет-
ных машин.
Паскаль так же, как и в счетах, использовал десять предметов, но рас-
положил он их не по прямой, как косточки, а по окружности. Для этого он
применил колесо с десятью зубцами, причем каждый из десяти зубцов
представлял одну цифру — от 0 до 9. Такое колесо в современных электро-
механических счетчиках называется десятичным счетным колесом.
Мы можем установить требуемую цифру на счетном колесе, поворачивая
его пальцем до тех пор, пока зубец, представляющий нужную цифру, не
встанет против указателя или окошечка. Например, три колеса на рисунке
129 представляют число 738. Мы можем прибавить к этому числу 111, повер-
нув каждое колесо на один зубец; тогда против окошек встанут соответ-
ственно цифры 8, 4 и 9, образуя сумму чисел 738 и 111, то есть число 849.
Обратите внимание, пока счетная машина Паскаля действует как обычные
конторские счеты! (Рис. 129.)
Наиболее сложную операцию в «механических счетах» Паскаля — пере-
нос— пока что выполнял сам человек, все тот же его палец. Когда одно из
счетных колес любого разряда сосчитает до десяти и в окошечке появится
цифра «О», колесо следующего, более высокого разряда нужно будет повер-
нуть на один зубец. Как бы это сделать автоматически?
Паскаль решил эту задачу просто. Он связал счетное колесо единиц с ко-
лесом десятков через пару шестерен с передаточным числом 10 : 1. То же он
сделал и с парой счетных колес «десятки—сотни».
Работала машина Паскаля очень медленно. На ней можно было только
складывать и вычитать. На умножение и деление уходило времени даже
больше, чем на обычных счетах.
После смерти Паскаля начинается долгая пора многочисленных усовер-
шенствований его счетной машины, а затем и изобретение новых.
Наиболее удачной оказалась машина, предложенная в 1874 году русским
инженером Однером. Свою машину он назвал арифмометр. К концу
XIX века арифмометр Однера завоевал весь мир. Прототип современного ме-
ханического арифмометра — это в основном машина Однера.
«Железный математик», так звали когда-то счетную машину Паскаля,
послужил основоположником не только арифмометра, но и обычных механи-
ческих счетчиков, таких, как велосипедный счетчик, газовый счетчик и счет-
чик, установленный в такси, по которому пассажиры рассчитываются с шо-
фером.
Если у кого имеется старый счетчик, то непременно хорошенько разбери-
тесь, как он работает. Особое внимание обратите на механизм переноса. Каж-
дое счетное колесо там представлено в виде шестеренки, имеющей десять
зубьев, один из которых длиннее или толще других. Когда в первом разряде
262
0100000110
накопится десять единиц, значит, в этот момент надо делать перенос единицы
десятков в следующий разряд. Это и выполняет удлиненный зубец, который
вы легко обнаружите в разобранной конструкции. Вступая в зацепление с
шестеренкой старшего разряда, он поворачивает ее на 1/10 оборота.
Когда счетное колесо единиц сделает полный оборот и в его окошке
появится цифра 0, в окошке шестерни десятков должна будет появиться
1. Так в современных механических счетчиках решена задача переноса из
младшего разряда в старший.
За последнее время особенно широко в кибернетике используются меха-
нические счетчики для счета электрических импульсов. С ними вам, в основ-
ном, и придется иметь дело в своих конструкциях. Это тот же суммирующий
счетчик, но ввод единиц счета (ввод информации) в нем происходит не меха-
нически, а через специальный электромагнит (рис. 130).
Каждый из электрических импульсов, подлежащих счету, воздействует
на электромагнит. Сколько импульсов, столько раз его якорь притянет ры-
чаг храпового колеса вверх.
При вращении храпового колеса по часовой стрелке его движение счет-
ному колесу единиц не передается, но зато оно обязательно передается при
вращении в противоположную сторону. Ход рычага храпового колеса огра-
ничен: он может отклоняться только на угол 36°, то есть на одну десятую
часть окружности. Отклонился под действием электромагнита рычаг вверх—
в окошке появилась цифра 1. Сработав, рычаг под действием пружины воз-
вратится в исходное положение. Новое отклонение рычага заставит счетное
колесо продолжить вращение еще на угол 36°. Так в окошке появится
цифра 2. При следующем отклонении рычага появится цифра 3 и так далее.
Счетное колесо будет как бы суммировать единицы. С механизмом переноса
единиц в разряд десятков вы уже познакомились раньше.
С каждым годом возрастала нужда в «железных математиках», которые
могли бы справиться с лавиной цифр. Кораблестроители, физики, химики,
архитекторы, не говоря уже о бухгалтерах, математиках и плановиках, —
все нуждались в механическом счете. В начале нашего столетия взамен
электромеханическим счетам стали создавать релейные счетные машины.
0100000111
263
Они полностью были построены на электромагнитных реле, никаких шестере-
нок там уже не было.
Но как заставить реле выполнять работу десятичного счетного колеса?
Только получив ответ на этот вопрос, инженеры могли идти дальше в разра-
ботке новых счетных машин, использующих электромеханический принцип.
Основная трудность заключалась в том, что реле имеет только два устойчи-
вых положения — включено и выключено, а для представления цифр от 0 до
9 необходимо десять различных положений.
Выручил шаговый искатель, который до того уже широко использовался
в автоматических телефонных станциях. С его работой можно познакомиться
в разделе «Автомат-экскурсовод». Там же разобрана его конструкция. Если
ламелей в контактной группе десять, то шаговый искатель становится как бы
реле с десятью устойчивыми положениями. В результате получается элек-
тромеханическое счетное колесо. Оно подобно механическому счетному ко-
лесу, но работает от электрических импульсов и к тому же на выходе дает
электрический сигнал.
Рис. 131. Схема суммирующей машины на три разряда
Как только на вход шагового искателя подается электрический импульс,
искатель переходит в свое следующее устойчивое положение. При этом вы-
ходной сигнал появляется на следующем проводе, то есть появляется сле-
о дующая цифра в ряду от 0 до 9. Чтобы прибавить число 3, необходимо по-
дать на вход три электрических импульса. Если подать шесть импульсов,
искатель передвинется на шесть положений (шагов).
Операция переноса в машинах на шаговых искателях также решается
очень просто. Когда щетка коснется цифры 0, включится шаговый искатель
более высокого порядка и передвинет искатель на одну единицу.
На рисунке 131 приведена электрическая схема суммирующей машины,
§ работающей до тысячи. Схема настолько проста, что не требует никаких
пояснений.
Когда в начале 40-х годов понадобилось иметь более быстродействующие
§ вычислительные машины, чем те, что были построены на электромагнитных
о реле, пришлось переходить на использование электронных реле. Обычное
реле срабатывает приблизительно за одну сотую долю секунды. Для оценки
о же времени срабатывания электронных реле приходится применять миллион-
264
0100001000
ДВОИЧНОЕ
СЧИСЛЕНИЕ
ные доли секунды, или микросекунды. Первая действующая ЭВМ имела
быстродействие около 5000 простейших операций в секунду.
Электрическая схема, эквивалентная по своим возможностям электрон-
ному реле и имеющая, как и обычное реле, два устойчивых состояния («два
пальца»), тогда была уже известна — это триггер. Что касается системы
счисления, то первые ЭВМ строились по принципу десятичного счисления.
Инженерам пришлось взамен шаговому искателю создавать его электронный
вариант, имеющий десять устойчивых положений.
Наилучшим решением для этого было бы поставить десять триггеров
один за другим и замкнуть их в кольцо. Именно так и поступили инженеры.
Полученную схему назвали кольцевым счетчиком. В ней каждый триггер
представляет одну цифру от 0 до 9. Такое решение оказалось настолько гро-
моздким и запутанным, что инженеры, занятые разработкой ЭВМ, вскоре
вынуждены были от него отказаться. Использовать систему десятичного
счета для новых ЭВМ было дальше нецелесообразно. Нужно было пере-
ходить на другую систему счисления!
Наше знакомство с двоичным счислением
начнем с совсем простого, на первый взгляд,
опыта.
Возьмите лист обычной бумаги от тетрадки,
сложите его вдвое, еще раз вдвое, еще раз, еще
и так далее.
Предположим, что вам удалось сложить этот
лист 50 раз. Какова, по вашему мнению, будет
толщина полученной тетрадки? Метр? Два? Де-
сять километров? Нет, ее толщина составит при-
мерно две трети расстояния от Земли до Солн-
ца, а точнее, будет равна 112 589 990 км 674 м
262 мм. Толщина листа бумаги примерно 0,1 мм.
Вот что значит 50 разрядов числа в двоичном
счислении!
А вот другой пример. Его вы уже сможете до-
вести до конца.
Возьмите 8 деревянных или картонных кружков уменьшающегося диа-
метра и три вертикально укрепленные палочки. В центре кружков — отвер-
стия. Уложите кружки, начиная с наибольшего, на палочку А, чтобы полу-
чился усеченный конус, как это показано на рисунке 132.
Получившаяся фигура в математике получила название Ханойской
башни.
Требуется всю эту башню с палочки А перенести на палочку В, поль-
зуясь третьей палочкой С как вспомогательной.
При этом необходимо соблюдать следующие условия:
Нельзя переносить за один раз более одного кружка и класть снятый
кружок на ту палочку, которая свободна.
Нельзя накладывать его на кружок большего диаметра.
Нельзя надевать на какую-либо из палочек больший кружок поверх мень-
шего
Решение. Чтобы показать ход правильного решения задачи, обозначим
кружки цифрами 1, 2, 3... 7, 8, начиная с наименьшего, и запишем поря-
док перенесения кружков:
0100001001
265
Палочка А				Палочка С	Палочка В
	До начала		1,2,3,4,5,6,7,8	—	—
после 1-го		перенесения	2,3,4,5,6,7,8	1	—
»	2-го	»	3,4,5,6,7,8	1	2
»	3-го	»	3,4,5,6,7,8	—	1,2
»	4-го	»	4,5,6,7,8	3	1,2
»	5-го	»	1,4,5,6,7,8	3	2
»	6-го	»	1,4,5,6,7,8	2,3	—
»	7-го	»	4,5,6,7,8	1,2,3	—
»	8-го	»	5,6,7,8	1,2,3	4
»	9-го	»	5,6,7,8	2,3	1,4
»	10-го	»	2,5,6,7,8	3	1,4
»	11-го	»	1,2,5,6,7,8	3	4
»	12-го	»	1,2,5,6,7,8	—	3,4
»	13-го	»	2,5,6,7,8	1	3,4
»	14-го	»	5,6,7,8	1	2,3,4
»	15-го	»	5,6,7,8	—	1,2,3,4
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
Например, для перенесения четырех верхних кружков нужно было спер-
ва перенести три верхних кружка на вспомогательную палочку,что, как видно
из таблицы, потребовало 7 перемещений.
Затем мы перенесли 4-й кружок на палочку В — еще одно перемещение,
и, наконец, три верхние кружка со второй палочки перенесли на палочку В
поверх 4-го кружка, что опять потребовало 7 отдельных операций. Причем
палочка А играла у нас роль вспомогательной.
Итак, чтобы при рассмотренных условиях перенести колонку из п каких-
нибудь элементов, расположенных вертикально в убывающем порядке, нуж-
но сначала перенести колонку из (п— 1) верхних элементов на одно из сво-
бодных мест, потом основание, то есть /г-й элемент — на другое свободное
место и, наконец, — на то же место опять всю колонку из (п— 1) верхних
элементов.
Обозначая число необходимых отдельных перенесений буквой N со
значком, соответствующим числу элементов, получим:
Nn =2.Nn_1 + l.
Понижая значение п до единицы и делая подстановку, легко получить
развернутую формулу для подсчета Nn:
Nn = 2П-1 +2”’2 +... + 23 + 22 + 21 + ’2°.
Мы получили выражение для суммы геометрической прогрессии, которая
дает:
Nn = 2П — 1.
266
0100001010
Таким образом, в случае Ханойской башни, то есть при 8 кружках, нуж-
но сделать 28 — 1, или 255, отдельных перекладываний кружков.
Кому трудно разобраться в выводе общей формулы для перестановки
кружков, попытайтесь ее получить из таблицы. Так тоже иногда делают.
Но для этого ее придется продолжить до 8-го кружка согласно заданному
алгоритму. Обязательно во всем разберитесь до конца, в крайнем случае
обратитесь к преподавателю математики. Без должного навыка трудно
еще от частных примеров переходить к обобщениям в виде формулы.
Если вместо 8 кружков взять 64, то получим задачу, связанную с одной
древнеиндийской легендой.
Легенда эта гласит, будто в городе Бенаресе, под куполом главного храма,
в том месте, где находится середина земли, бог Брама поставил вертикально
на бронзовой площадке три алмазные палочки, каждая длиною в локоть и
толщиною в корпус пчелы. При сотворении мира на одну из этих палочек
были надеты 64 кружка из чистого золота с отверстиями посредине, так что
они образовали род усеченного конуса. Жрецы днем, и ночью без устали
должны были трудиться над перенесением этой колонки кружков с одной
палочки на третью, пользуясь второй как вспомогательной. Причем они обя-
заны были соблюдать уже указанные условия, оговоренные в опыте с 8 круж-
ками. Когда, соблюдая все эти условия, жрецы перенесут все 64 кружка
с первой палочки на 3-ю, наступит конец света...
Допустим, что перенос одного кружка продолжается всего одну секунду,
тогда на перемещение Ханойской башни из восьми кружков потребуется
255 с, или 4 мин с небольшим. Что же касается переноса башни из 64 круж-
ков, то на это понадобится
18 446 744 073 709 551 615 с.
Даже выразить словами эту цифру не каждый из вас сумеет — восемна-
дцать квинтильонов четыреста сорок шесть квадрильонов семьсот сорок че-
тыре триллиона семьдесят три биллиона семьсот девять миллионов пятьсот
пятьдесят одна тысяча шестьсот пятнадцать!
Переводя на годы, все это продолжалось бы не более и не менее, как пять
с лишним миллиардов веков!
0100001011
267
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
С этим же громадным числом связано известное математическое преда-
ние о том, как повелитель Индии царь Шеран решил отблагодарить брамина
Сесса за то, что тот придумал игру в шахматы. В таком случае, ваше
величество, сказал Сесса, прикажите дать мне столько пшеничных зерен,
сколько их получится, если на первую клетку шахматной доски положить
одно зерно, на вторую два, на третью четыре, на четвертую восемь и так да-
лее. .. все удваивая, пока не дойдут до 64-й клетки.
Такое количество зерна занимало бы два амбара высотой от Земли до
Солнца!
В своих легендах и выдумках люди, того не замечая, давно уже пользова-
лись двоичной системой счисления.
Первым из ученых, кто ею занялся более основательно, был немецкий
математик Вильгельм Лейбниц (1646—1716). По его просьбе в честь двоич-
ного счисления была даже выбита медаль. На ней изображались таблица
с числами и простейшие действия по новой системе. По краю медали на
ленте было написано: «Чтобы вывести из ничтожества все, достаточно еди-
ницы». Вы в этом уже убедились из первого опыта.
Кто внимательно прочитал предыдущий раздел, у того не должно оста-
ваться ни малейшего сомнения, что современная вычислительная машина
может считать, только используя двоичное счисление. По крайней мере до
тех пор, пока в ЭВМ используются реле любого вида, включая электронные,
имеющие два устойчивых состояния. Машина с «двухпалыми руками»,
сколько бы у нее их ни было, может считать только двойками. Она поль-
зуется своей, более удобной для нее системой счисления. Попытки человека
заставить ЭВМ работать на привычной ему десятичной системе не привели
к желаемым результатам.
В двоичной системе счисления в основание счета берется число 2. В си-
стеме используется только две цифры: ноль и единица. Все остальные
числа записываются при помощи этих двух знаков, подобно тому, как в аз-
буке Морзе все буквы алфавита, знаки препинания и цифры записываются
при помощи точки и тире. Чтобы отличить запись в двоичной системе счис-
ления от записи в десятичной системе, которую мы будем приводить для
сравнения, двоичная запись чисел в книге будет даваться жирным шрифтом.
В десятичной системе счисления десять простых единиц образуют один
десяток, или одну единицу второго разряда. Десять единиц второго разряда
(то есть десять десятков) составляют одну единицу третьего разряда
(одну сотню) и так далее. Таким образом, единица каждого следующего раз-
ряда больше единицы предыдущего разряда в десять раз: 10 больше 1 в де-
сять раз, 100 больше 10 в десять раз, 1000 больше 100 в десять раз и так
далее.
Именно поэтому наша обычная система счисления и называется десятич-
ной. А как строится двоичная система?
Вы уже, наверное, догадались: в двоичной системе счисления каждый но-
вый разряд увеличивает число не в 10 раз, а лишь в 2 раза. Каждая запи-
санная единица, помещенная влево, представляет число в два раза большее,
чем стоящая непосредственно вправо. Следовательно, по этой системе числа
один, два, четыре, восемь, шестнадцать, тридцать два, шестьдесят четыре...
запишутся так:
1, 10, 100, 1000, 10000, 100000, 1000000...
Числа три, пять, одиннадцать, девятнадцать запишутся так:
11, 101, 1011, 10011...
268
0100001100
Читатель не мог не обратить внимания на несколько странную запись
нумерации страниц и глав в этой книге. В ней две нумерации.
Одна — обычная нумерация, в десятичной системе счисления. А вторая —
в двоичной системе, с которой вы только что познакомились.
Страницы и главы так пронумерованы для того, чтобы читатель привык
к новой для него двоичной системе и научился переводить числа, записанные
в двоичном счислении, в десятичное и обратно.
Начнем с привычной нам с детства десятичной системы счисления. Каж-
дому должно быть известно, что место, занимаемое каждой цифрой в числе,
связано с некоторой степенью десяти. Например, крайняя справа цифра
в целом числе указывает количество единиц (10°). Следующая цифра ука-
зывает количество десятков (101), следующая — количество сотен (102) и
так далее. Сказанное можно проиллюстрировать таблицей, составленной
для числа 10 256:
Десятки тысяч Тысячи Сотни Десятки Единицы
1	0	2	5	6
Число 10 256 можно также выразить как сумму пяти чисел. Для этого
каждую цифру надо умножить на соответствующую степень десяти и все
произведения сложить:
1	X	104 = 10 000
0	X	ю3 = 0 000
2	X	102 =	200
5	X	101 =	50
6	X	10° =	6
10 256.
Все это вам хорошо знакомо еще с 7-го класса, только вот форма записи
нова.
Для образования двоичного числа используются те же правила.
Если в десятичной системе каждая цифра связана со степенью десяти,
то в двоичной системе каждая цифра связана со степенью двух. Крайняя
справа цифра указывает число единиц (2° = 1), следующая цифра — число
двоек (21 = 2), следующая — четверок (22 = 4), следующая — восьмерок
(23 = 8) и так далее.
Десятичное число 46, например, может быть записано в двоичной систе-
ме следующим образом:					
25	24	23	22	2'	2°
число 32	число 16	число 8	число 4	число 2	число 1
1	0	1	1	1	0
Код числа 46, записанный в двоичной системе счисления, будет выглядеть
так: 101 110.
Чтобы преобразовать двоичную запись числа в десятичную, нужно выра-
зить значение каждой двоичной цифры в десятичной системе счисления и
сложить эти величины. В результате преобразования числа 101 ПО будем
иметь:
0100001101
269
1 X 25 = 32
О X 24 = О
1 X 23 = 8
1 X 22 = 4
1 X 21 = 2
0x2°= О
46.
Таким образом, двоичная запись 101 110 эквивалентна десятичному чис-
лу 46. Или 101 1102 = 46ю, где индексы 2 и 10 указывают на систему счис-
ления.
Для перехода из десятичной формы записи к двоичной десятичное число
будем последовательно делить на 2. Другими словами, разделим целое число
на половины, половины на четверти, четверти на восьмые, восьмые на шест-
надцатые и так далее.
Всякий раз, когда очередное делимое оказывается нечетным числом,
в остатке получается 1. Если делимое четное, в остатке получается 0. Каж-
дый остаток при каждом делении и будет цифрой двоичного эквивалента
десятичного числа.
Чтобы найти, например, двоичный эквивалент числа 46, делим его на два.
Полученное частное будет равно 23. Остаток в этом случае равен 0. Это
свидетельствует, что количество единиц в числе 46 четно и, следовательно,
крайняя справа цифра двоичной формы записи есть 0. Затем делим 23 на 2,
получая частное 11 и остаток 1. Другими словами, количество целых двоек
в числе 46 нечетно и второй справа цифрой в двоичной записи должна быть
единица.
Таким образом, составление двоичной записи числа 46ю выглядит так:
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
46:2 = 23, остаток 0
23 : 2 = 11	»	1
11:2=5	»	1
5:2=2	»	1
2:2=1	»	0
1:2= 0	»	1.
Полученные остатки, начиная с нижнего, запишем в виде двоичного
числа.
В результате таких действий получим: 46ю = 101 1102.
Чтобы убедиться в правильности разобранного метода, применим его
еще раз к числу 218ю:
218:2=	109,	остаток 0
109:2 =	54	»	1
54 : 2 =	27	»	0
27:2=	13	»	1
13:2=	6	»	1
6:2=3	»	0
3:2=	1	»	1
1:2=	0	»	1.
270
0100001110
Снова, записывая остатки снизу вверх, получим: 21810 =11 011 0102. Этот
результат можно проверить путем обратного преобразования из двоичной
формы записи в десятичную:
1 X 27 = 128
1 X 26 = 64
0 X 25 =	0
1 X 24 = 16
1 X 23 =	8
0 X 22 =	0
1 X 21 =	2
0X2° =	0
218.
Конечно, перевод из десятичной системы в двоичную и обратно — занятие
утомительное. К тому же есть много возможностей ошибиться — и при на-
писании цифр, и при сложении степеней 2 и 10. Если кто из ребят захочет
поупражняться, он может попробовать перевести сравнительно большое
число 1 947 563. Для отыскания двоичного эквивалента ему придется выпол-
нить 21 последовательное деление, что в конечном итоге должно дать
111011011011110101011.
Попробуйте еще перевести число 18 446 744 073 709 551 615 из древнеин-
дийской легенды. В двоичном счислении оно запишется шестьюдесятью тре-
мя единицами! Вспомните историю с зернами на шахматной доске, и станет
ясно, почему так много единиц: 18 446 744 073 709 551 61510 = 111111111111
1111111111111111111111111111111111111111111111111112.
Легко понять, почему люди не пользуются двоичными числами: в них
слишком много цифр, в среднем в три раза больше, чем в эквивалентных
десятичных. Кроме того, двоичные записи чисел слишком мало отличаются
друг от друга, и поэтому их трудно узнавать и запоминать. Зато простота
выполнения арифметических действий в этой системе поистине изумительна.
Вы сами сейчас в этом сможете убедиться.
Начнем со сложения. Складывая, надо помнить, что:
0 4- 0 = 0
0 4- 1 = 1
14-0= 1
1 4- 1 = Ю.
Запишем 19 и 22 в двоичной системе столбиком и сложим:
10011	19
10110	22
101001	41.
Сложение, как обычно, начинаем с первюго наиниашего разряда:
14-0=1. Затем переходим ко второму разряду (14-1 =10), ноль пишем,
единицу переносим в следующий разряд.
В третьем разряде опять складываются две единицы, поэтому в итоге
появляется еще один нуль, а единицу опять переносим в следующий разряд.
Переданная четвертому разряду единица складывается с нулем, и полу-
чается 1.
0100001111
271
от босоногой машины до вэм
В пятом разряде повторяется сложение двух единиц. Поэтому в итоге
опять появляется нуль, а единица переносится в шестой разряд. Так как все
разряды слагаемых исчерпаны, кончается суммирование переносом под чер-
ту единицы, переданной шестому разряду. Последняя операция равносильна
действию 1+0=1.
Вычитание производится так же просто, как и сложение. Собственно, оно
полностью заменяется сложением. Все сводится к прибавлению к уменьша-
емому дополнительного кода вычитаемого.
Найти дополнительный код любого двоичного числа крайне просто. В на-
шем двоичном вычитаемом нужно заменить все нули на единицы, едини-
цы — нулями, а к младшему разряду обязательно прибавить еще единицу.
Например, найдем дополнительный код к числу 100111 (39). Вначале все
цифры заменяем на обратные: нули на единицы, а единицы на нули. Получа-
ем обратное число, равное 011000. Теперь к младшему разряду прибавляем
единицу:
,011000
+ 1
011001.
Как вычитание в двоичной системе может быть заменено сложением,
показывает следующий пример:
_ 110010	—50
011001	39
(1 >001011	11.
Единичка, которая получилась при сложении старших разрядов, во вни-
мание не принимается. Она нам не нужна, поэтому и заключена в скобки.
Особенно четко вырисовывается простота действий с двоичными числами
в умножении.
Вспомним, что надо знать для того, чтобы перемножать числа в десятич-
ной системе? Ну конечно же, таблицу умножения!
Таблицу умножения надо знать и при умножении чисел в двоичной систе-
ме. Но эта таблица крайне проста. Вот она:
о X 0 = 0; О X 1 = 0; 1X0 = 0; 1X1 = 1-
Нет других цифр, значит, нет и других вариантов.
Теперь, зная таблицу умножения, проделаем числовой пример:
10011
х 10110
00000
10011
+ 10011
00000
10011
19
22
38
38
418.
110100010
272
0100010000
Мы убедились, что умножение в двоичной системе принципиально не
отличается от умножения в десятичной системе. Но так как здесь мы опери-
руем только с единицами и нулями, то все упрощается. Надо просто сумми-
ровать множимое столько раз, сколько единичек встречается во множителе,
не забывая при этом сдвигать его влево, как и при обычном умножении
десятичных чисел. Получается умножение, в котором ничего не надо умно-
жать. Надо только складывать.
Деление в двоичной системе счисления выполняется точно так же, как
и в десятичной : к сдвигу делителя и к сложению чисел в дополнительном
коде. Попробуйте самостоятельно решить такой пример:
111101010111 I 1011
101100101
0000
10001
1001
_ 1100
1011
z~n
00
_ ТПГ
000
_ тпгг
1011
_~пл
000
_ тип
1011
3927
33
_ 62
55
_ 77
77
1 11
357
Просто? Может быть, и просто, скажете вы, но все-таки непривычно,
неудобно. .. Да и записи какие-то громоздкие. Верно, непривычно. Но толь-
ко для человека непривычно. .. А для электронной машины?
Для ЭВМ, оказывается, такая система счета намного проще, чем обыч-
ная. Машине приходится пользоваться только двумя цифрами — 0 и 1,
которые в ней закодированы в виде электрических импульсов. Наличие
импульса в машине значится как 1, нет импульса — 0. Сигнал можно закоди-
ровать и наоборот — большой роли это не играет, лишь бы была однознач-
ность. Представлять двоичные числа могут любые устройства, имеющие два
устойчивых состояния. Одно из этих состояний будет представлять единицу,
другое — нуль.
Что особенно важно, машину даже не интересует величина и форма им-
пульса. Пусть «по дороге» он портится и искажается как угодно, только бы
его можно было уловить. А это задача не такая уж трудная. К тому же
сильно искаженный импульс в крайнем случае можно где-нибудь «по дороге»
отформировать еще раз. С этой техникой вы хорошо знакомы. Для этих
целей можно использовать ждущий мультивибратор. Вот почему точность
вычислений в ЭВМ не зависит от качества импульсов, которыми сплошь
наполнена работающая машина.
0100010001
273
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
Вспомните обычный выключатель. У него два положения: включено —
выключено. Точно так же работает электронное и электромагнитное реле.
У них также по два устойчивых состояния, И транзистор имеет два различ-
ных состояния: он может быть открыт, а может быть заперт. Одно такое
положение соответствует 0, а другое — 1.
Значит, любое число, записанное в двоичной системе счисления, можно
представить в виде ряда транзисторов, одна часть из которых заперта,
а вторая часть открыта. Например, число 13— 1101 может быть представле-
но четырьмя транзисторами в следующей комбинации: транзистор открыт —
открыт — заперт — открыт.
Так, подавая на базы транзисторов отрицательные и положительные
заряды, можно записать любое число, а также производить арифметические
действия.
Итак, «электронный математик» пользуется своей, более удобной для
него двоичной системой счисления. Пользуясь ею, он молниеносно и без-
ошибочно решает любые задачи!
Хорошо было бы установить такой счетчик на
выставке детского технического творчества, кото-
ADTnuATUUEri/uo Рая каждый год проходит в вашем городе. Пускай
АВТОМАТИЧЕСКИЙ считает, сколько ребят ее посетило за день!
ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ Придумать такую схему несложно, к тому же
СЧЕТЧИК	они не раз описывались в литературе. Но как сде-
лать, чтобы счетчик считал только тех ребят, кто
входит на выставку, а тех, кто выходит через ту
же дверь, он не учитывал? В этом, пожалуй, ос-
новная трудность нового автомата.
Если снять дополнительное условие, то задача
довольно просто решается.
С одной стороны входной двери устанавливает-
ся осветитель, с другой — фотореле. Осветитель
должен давать достаточно яркий, параллельный
луч света. Его рабочие чертежи приведены на
рисунке 134. С работой фотореле вы тоже знако-
мы. Его можно собрать из фотодатчика и усилителя постоянного тока с ре-
лейным выходом. Оба они подробно описаны в разделе «Кибернетическая
модель ночной бабочки».
При пересечении светового луча срабатывает фотореле, подавая сигнал
на электромеханический счетчик импульсов. Сколько раз будет пересечен
луч, столько единиц сосчитает счетчик. Здесь все просто и понятно.
Жаль только, что этот автомат не «понимает», кто пересекал световой
луч: тот, кто входил или кто выходил. Ему это безразлично. Луч был пере-
сечен— значит, автомат это должен зафиксировать. Такова программа его
работы. Эту программу составил человек, а не сам автомат ее придумал. Ав-
томаты, даже самые совершенные, этого делать еще не умеют.
Отложите на некоторое время книгу и попробуйте самостоятельно спра-
виться с такой задачей. Вам не придется ничего мастерить, запаситесь не-
сколькими листами чистой бумаги, хорошо отточенным карандашом и терпе-
нием. ..
Как вы думаете, с чего нужно начинать составление логической схемы
будущего автомата? Не важно какого, любого автомата?
274
0100010010
Рис. 134. Полная схема электронного секундомера с фотореле
Многим, наверное, не терпится начертить принципиальную электриче-
скую схему. Какую схему? Я не сомневаюсь, что у каждого из вас их уйма.
Давайте лучше попробуем подойти к задаче как специалисты по кибернети-
ке, и не беда, что вы еще юные кибернетики. Не поступайте только так, как
это делают многие радиолюбители: попробуют одну схему, вторую, третью...
Метод «проб и ошибок» нам не подходит! В этом вы, наверное, сами уже
успели убедиться.
Достаточно ли нашему автомату информации, чтобы он смог справиться
с поставленной задачей? Мы ему подаем на вход один бит информации (луч
на фотореле включен или выключен). Автомат эту информацию перерабаты-
вает и выдает сигнал на счетчик. Большего от автомата требовать нельзя —
новой информации он не создает. Здесь никакая схема не поможет.
Чтобы автомат мог учитывать, входит человек или выходит, ему не хва-
тает еще одного бита информации, который бы сообщил именно об этом
признаке. Проще всего недостающую информацию получить, поставив вто-
рое фотореле по ходу после первого. Тогда алгоритм работы автомата будет
таким:
0100010011
275
1.	Вначале пересекается луч 1-го фотореле, а затем уже луч 2-го фото-
реле— посетитель входит (команда № 1).
2.	Первым пересекается луч 2-го фотореле, а затем уже 1-го — посети-
тель выходит (команда № 2).
3.	Счетчик считает число пересечений луча 1-го фотореле.
4.	При наличии команды № 2 счетчик отключается.
Только после того, как составлен новый алгоритм, учитывающий все
требования к автомату, можно приступать к составлению принципиальной
схемы. Лучше, конечно, вначале начертить ее в виде «черных ящиков», то
есть составить блок-схему. Сделайте это самостоятельно. Функциональная
схема, где было бы видно прохождение всех сигналов, изображена на ри-
сунке 133. По этой схеме вы сможете смонтировать весь автомат.
Вся аппаратура состоит из трех типовых плат и электромеханического
счетчика импульсов.
Плата источника питания на 9 В на рисунке не изображена. Всем и
так должно быть ясно: чем-то питать автомат нужно. Соберите плату по
Рис. 135. Самодельный счетчик электрических импульсов
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
чертежам, приведенным на рисунке 11. Можно, конечно, использовать для
этих целей и обычные батарейки от карманного фонаря типа 3336Л.
Плата электронных реле постоянного тока хотя и используется готовой,
но все же требует некоторых переделок по сравнению со схемой на рисунке
76. Изменения настолько незначительны, что никак не меняют принципа
действия фотореле. Диоды Д! и Д2 и реле Р3 нам не понадобятся. Их можно
на плату не монтировать. Оставшиеся реле Pi и Р2 должны иметь по одной
контактной группе, работающей на переключение. Разводка проводов от кон-
тактов приведена на функциональной схеме.
Плата ждущего мультивибратора подойдет без каких-либо изменений.
Прежде чем ее делать, внимательно прочитайте весь раздел «Ждущий муль-
тивибратор».
Время задержки выбирается в процессе наладки автомата. Примерно
оно должно находиться в пределах одной секунды. За это время человек
должен успеть пересечь оба луча.
В качестве счетчика можно использовать любой электромеханический
счетчик импульсов на 4—6 десятичных разрядов. Можно сделать его самим
276
0100010100
из велосипедного счетчика по рисунку 135. Не вздумайте только разбирать
сам счетчик, снова вы его не соберете. Конструкцию силового реле возьмите
из раздела «Управление моделями по «радиопроволоке». Там оно называется
исполнительным механизмом. Если будете силовое реле питать от той же
платы, что и автомат, то катушку намотайте проводом ПЭ 0,2 до заполнения.
Отдельные узлы автомата мы разобрали. Как же они работают все
вместе?
В рабочем состоянии, когда оба световых луча подаются на свои фото-
датчики, реле Р] и Р2 платы электронных реле постоянного тока включены.
В таком состоянии они показаны на функциональной схеме. Цепь питания
импульсного счетчика разорвана контактами 1—2 реле Рь
Пока мультивибратор находится в своем устойчивом состоянии, реле Р3
отключено.
Как только луч 1-го фотореле на какое-то мгновение будет прерван,
тут же отключится реле Р] и включится цепь питания счетчика. Проследим
прохождение сигнала: от левой клеммы счетчика ток проходит через нор-
мально замкнутый контакт реле Р3 платы ждущего мультивибратора к те-
перь уже замкнутым контактам реле Р] платы электронных реле, от этих
контактов—на источник питания счетчика. В результате будет сосчитана
первая единица.
Рассмотрим второй пример. Посетитель выставки первым пересек луч
2-го фотореле. Тут же включится реле Р2 платы электронных реле, сработает
ждущий мультивибратор и разомкнет на 1—2 с контакты 1—2 реле Р3.
В течение всего этого времени цепь питания счетчика будет разорвана. Те-
перь сколько ни подавай командных сигналов на 1-е фотореле, сосчитаны
они не будут.
Еще раз разберитесь в работе функциональной схемы автомата и при-
ступайте к его изготовлению. Делайте все очень аккуратно и надежно. Пом-
ните, что ваш автомат будет не только демонстрироваться на выставке, но
и обслуживать ее.
Если число желающих посетить выставку будет таким, что временами
образуется у входа очередь, то придется время задержки ждущего мульти-
вибратора уменьшать до 0,5 с. Такая регулировка в плате предусмотрена.
Когда вы кончите школу и лет через 5—6 на-
чнете работать где-нибудь в научно-исследова-
тельском институте по кибернетике или просто
на заводе, выпускающем радиоэлектронную ап-
паратуру, то привычных со школьной скамьи
стрелочных измерительных приборов уже не
встретите. А если и встретите, то на них будут
смотреть, как на музейную редкость. Как бы сей-
час удивился радиоинженер, если бы увидел у се-
бя на производстве ну, скажем, какой-нибудь
капиллярный электроизмерительный прибор Лип-
мана или телевизор с диском Нипкова. О них он
мог только читать в книжках 30-х годов.
Наука и техника в наш бурный век, как никог-
да раньше,шагают семимильными шагами. Особен-
но это относится к радиоэлектронике. Не осво-
ились как следует с радиоламповой аппаратурой,
ЭЛЕКТРОННЫЙ
СЕКУНДОМЕР
С ЦИФРОВЫМ
ОТСЧЕТОМ
0100010101
277
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
как ее заменила транзисторная техника. И было это совсем недавно, в на-
чале пятидесятых годов. В настоящее время и транзисторы уже с «бородой»,
их заменяют так называемые интегральные элементы, построенные на совер-
шенно новых принципах. В маленьком кусочке кристалла — все: целый муль-
тивибратор или триггер! Невооруженным глазом там ничего не увидишь,
нужен микроскоп.
В любом «классическом» электроизмерительном приборе, например в ам-
перметре или вольтметре, обязательно должна быть стрелка и шкала, а иног-
да и несколько шкал. Вспомните, сколько раз вы ошибались, пользуясь
тестером при измерении напряжения в своем приемнике, беря отсчет не по
той шкале. Но даже если шкала выбрана правильно, трудно сделать отсчет
с точностью большей, чем половина деления. Одно и то же напряжение одни
из ребят оценят как 8,5 В, другие — 9 В, а третьи — 9,5 В. Здесь скажется
субъективная погрешность, допущенная ребятами при измерении. А в об-
щем-то все они правы. ..
Какой же выход? Не сделать же шкалу у прибора в метр и более длиной.
Представляете, как бы тогда выглядел пульт управления в диспетчерской
электростанции, где таких приборов не одна сотня!
Инженеры пошли по другому пути. Они разработали измерительные при-
боры, где шкала заменена цифровым индикатором. Вместо шкалы со стрел-
кой в приборах установлены цифровые табло на 6—10 десятичных разрядов.
Подключили такой цифровой вольтметр к сети переменного тока, и он вам
прямо покажет цифру 126,8 В. Согласитесь, что в таком виде человеку вос-
принимать информацию значительно удобнее и привычнее, чем всматривать-
ся в шкалу. Да и скорость отсчета в десятки раз больше. Буквально доста-
точно взгляда (около 40 мс), чтобы снять показания с табло.
Вы сами убедитесь, когда посмотрите электронный секундомер с цифро-
вым индикатором.
Вы когда-нибудь работали с обычным секундомером? И уж наверное вы
его видели в руках учителя физкультуры. По нему он отсчитывал время, за
которое ученики пробегали заданную дистанцию.
По внешнему виду секундомер похож на обычные часы, только габариты
немного побольше. Отличает его от них специальный механизм управления
стрелками. Этим механизмом можно осуществить пуск часов, остановку
и возврат стрелок на нуль. И все эти три операции происходят от нажатия
одной и той же кнопки. Выходит, у секундомера имеется три устойчивых
состояния, причем переход от одного состояния к другому можно осущест-
вить, подавая одну команду за другой: «пуск», «выключение» и «возврат
стрелок».
Но как вы думаете: к какому классу кибернетических устройств можно
отнести секундомер?
Оказывается, секундомер — это обычный механический счетчик. Считает
он импульсы генератора — тоже механического, который находится там же,
внутри часов. Выполнен генератор в виде спиральки с периодом колебания
0,2 или 0,4 с. Есть там и своя положительная обратная связь, которая
восполняет потери на трение.
Выход счетчика жестко связан с секундной стрелкой, делающей полный
оборот за 60 с. Стрелка вместе со шкалою — это индикаторное устройство
часов.
Как бы вы ни старались, но сделать отсчет по циферблату секундомера
точнее, чем 0,2 с, просто невозможно. Это выше человеческих сил. К тому же
и так зрение приходится напрягать, отчего очень скоро устают глаза.
278
0100010110
Электронный секундомер, который предлагается вам изготовить, обеспе-
чивает точность измерения времени до 0,1 с. Отсчет в нем производится по
цифровому индикатору, в этом его второе преимущество.
Работает самодельный секундомер по той же схеме, что и обычный. Для
сравнения на рисунке 136 приведены одна под другой обе схемы.
У механических часов имеется источник питания, и у нашего секундомера
он тоже есть. Только в первом случае источник питает схему механической
энергией (от пружины), а во втором — электрической (от батарейки).
Механический генератор тактовых импульсов заменен электронным гене-
ратором, собранным на обычном мультивибраторе. Период тактовых импуль-
сов, которые он генерирует, равен 0,1 с. Эта величина может быть установле-
на и поддерживаться с очень большой точностью. Правда, механический
генератор часов тоже достаточно стабилен в работе. Трудно сказать, на чьей
стороне преимущество. Но если принять специальные меры, то стабильность
электронного генератора можно сделать на два-три порядка (в сто—тысячу
раз) выше. Механический генератор работает и так уже на пределе.
Рис. 136. Блок-схема работы двух секундомеров
В обычном секундомере генератор начинает работать только после
команды «пуск». В этот момент спираль освобождается и начинает периоди-
чески колебаться. Как бы она ни была мала, но все же потребуется некоторое
время на ее разгон. В электронном варианте эта ошибка исключена. Генера-
тор работает постоянно, а команды «пуск» и «выключено» прерывают им-
пульсный сигнал, следующий на счетчик. Для этого в схеме установлена
кнопка Кь
В обеих схемах за единицу измерения принят период колебаний генера-
торов. Отсюда общее время между командами «пуск» и «выключено» равно:
I изм ~ ТГен ’ N,
где Тген —период колебания генератора, N — число импульсов, сосчитанных
между командами.
Остается снять отсчет с индикаторов. Вот здесь-то и находится основная
ошибка в стрелочном секундомере. Об этом я уже писал в начале раздела.
Правда, есть еще один, очень существенный источник ошибок — это реак-
0100010111
279
ция человека. Она не может быть мгновенной, когда человек следит за тем
или иным событием. Поэтому спортивный судья не может нажать кнопку
секундомера точно в момент старта бегуна или когда тот порвал ленточку
финиша. Ошибка здесь неизбежна.
Человек, как вы видите, оказался ненадежным звеном в рассмотренной
системе измерения. Автомат с поставленной задачей справляется успешнее.
Это всегда так, когда можно строго оговорить программу работы автомата—
его алгоритм. В нашем случае это вполне возможно. На старте и на финише
для этого мы установим фотореле.
Так у нас появился второй вариант электронного секундомера, в котором
формирование команд старта и финиша с человека переложены также на
электронику. Командные сигналы формируются в моменты, когда бегун
пересекает световые лучи, идущие на фотодатчики. Здесь ошибок быть уже
не может!
Почему так много места уделяется разбору возможных ошибок в работе
блок-схем? Не лучше было бы поподробнее остановиться на конструкции
Рис. 137. Простейший электронный секундомер
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
отдельных узлов? Но ведь мы с вами приступаем к изготовлению измери-
тельного прибора — аппарата, измеряющего время. Здесь точность — самый
главный параметр. Вначале анализ «на бумаге» двух-трех вариантов с точки
зрения ошибок измерения, и только после этого можно смело приступать
к изготовлению.
Когда же вы разрабатываете какую-нибудь тележку или даже аппаратуру
радиоуправления, вот там основным вопросом является надежность работы
конструкции. Точностных характеристик здесь мы вообще не касались, хотя
в ракетной технике этот параметр не менее важен, чем надежность. При
запуске ракеты и ее полете оба параметра одинаково нужны.
Если встретитесь с трудностями при самостоятельном разборе ошибок
измерения секундомером, то соберите «техническое совещание» у себя в
кружке и еще раз все повторите. Правильно оценить ошибку — дело не-
простое. ..
1-й вариант электронного секундомера. После того как вы познакоми-
лись с блок-схемой электронного секундомера (рис. 136), понять работу
схемы, изображенной на рисунке 137, будет несложно.
280
0100011000
От платы источника питания на 9 В (рис. 11) питается плата мультиви-
братора (рис. 64). Величины резисторов R2 и R4, а также конденсаторов
Ci и С2 подберите из расчета, чтобы период колебаний был равен 0,1 с.
Чтобы не тратить времени, воспользуйтесь формулой. Она приведена в книге
там же, где и электрическая схема мультивибратора. Скважность импульсов
большой роли не играет. Сделайте ее равной 2—3.
Импульсный счетчик можно собрать самому или купить готовый. Они
продаются в магазине учебных наглядных пособий. Если можно выбрать, по-
купайте импульсный счетчик типа СЭИ-1 со сбросом. По такому счетчику
легко производить отсчет пятиразрядных чисел в десятичном счислении. Им
вы сможете измерять время до 9999,9 с (около 156 мин). Рабочее напряже-
ние счетчика не играет существенной роли. При этом может измениться
только номинал и тип источника питания. Выбирайте, что вам проще: под-
гонять под готовый источник катушку счетчика или делать выпрямитель.
Если решите делать счетчик сами, за основу берите велосипедный счет-
чик и приделывайте к нему силовое реле. Такой вариант рассмотрен на ри-
сунке 135.
Кнопка управления К i подойдет любая, лишь бы ее удобно было держать
в руках и легко нажимать. От кнопки отходят два многожильных гибких про-
вода в хлорвиниловой изоляции. Длину провода сделайте 3—5 м. Так будет
удобнее судье, которому нужен секундомер.
Обе платы и счетчик поместите в общую коробку, чтобы весь прибор
можно было легко переносить. Там же расположите источник питания. Ско-
рее всего, это будет небольшой понижающий трансформатор с одним диодом
типа Д7.
При включении прибора в электрическую сеть должно «защелкать» реле
мультивибратора. Значит, обе платы работают. Нажмите на кнопку Ki —
замелькают цифры в индикаторе. Отсчет времени начался! Крайняя справа
цифра будет показывать десятые доли секунды, вторая — единицы секунд,
третья—десятки и так далее.
Регулировка прибора займет не более часа. Придется только немного
повозиться с подбором резистора R 2 или R 4, чтобы обеспечить период гене-
рации мультивибратора, равный 0,1 с. Контролируя по обычному секундо-
меру время, нажимайте кнопку К i в течение 60 с. При этом счетчик должен
отсчитать 600 импульсов. Если будет меньше импульсов — величину рези-
стора нужно уменьшать, и наоборот.
Окончательную проверку прибора проведите за 10 мин, отсчитанных по
стрелочному секундомеру. Счетчик в этом случае должен показать цифру
6000. Допустимое отклонение не должно превышать ± 5 импульсов. Мы
воспользовались тем же принципом, что и при измерении диаметра провода
на карандаше. Вспомните, с такой методикой вы знакомились на уроке фи-
зики еще в 6-м классе. Чем больше витков, тем выше точность. Так и при
нашей проверке: чем больше интервал времени, за которое производится
счет импульсов, тем лучше.
Точность электронного секундомера с цифровым отсчетом равна 0,1 с!
2-й вариант электронного секундомера. Вот его программа работы:
1.	Сформировать команду «пуск» при пересечении бегуном светового
луча на старте.
2.	С момента команды «пуск» начать счет импульсов, поступающих
с мультивибратора.
3.	Сформировать команду «выключено» при пересечении бегуном свето-
вого луча на финише.
0100011001
281
4.	В момент команды «выключено» приостановить счет тактовых им-
пульсов.
Для формирования команды «пуск» в месте старта устанавливается
осветитель и фотодатчик. Осветитель монтируется с одной стороны беговой
дорожки, фотодатчик — с другой. Конструкция осветителя приведена на ри-
сунке 134. От него требуется достаточно яркий параллельный пучок света,
которым он постоянно освещает фотодатчик.
Полезной информации такой луч не несет. Это событие достоверно! Зато
достаточно на мгновение луч прервать, как это событие можно будет исполь-
зовать для формирования команды «пуск».
Попав на фотодатчик, световой импульс преобразуется в электрический
сигнал. Усиленный электронной схемой, он заставит сработать электромаг-
нитное реле. Фотодатчик используется готовый, его описание приведено на
стр. 145. Там же рассмотрена схема электронного усилителя постоянного
тока с релейным выходом. На типовой плате их два. Один усилитель мы
используем для команды «пуск», второй — для команды «выключено».
Т = 0,1
Рис. 138. Схема электронного секундомера с фотореле
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
Команда «выключено» формируется как и первая команда. Для этого
на финише устанавливаются осветитель и фотодатчик, как и на старте.
Схема присоединения фотодатчиков к плате электронных реле дана на
рисунке 134. К сожалению, дальнейшее прохождение командных сигналов
на схеме не покажешь. Основная ее задача — дать все необходимые соеди-
нения между платами.
Приходится чертить еще одну схему —функциональную (рис. 138).
С этим типом схем вы должны быть знакомы. Многое в функциональной схе-
ме упускается, но зато показана логика работы всего устройства.
Рассмотрим работу функциональной схемы.
Начнем с начальных условий работы электронного секундомера. Оба
осветителя включены, фотодатчики засвечены каждый своим лучом, реле
Pi и Р2 сработали. Это состояние и зафиксировано на схеме. Контакты реле
Pi разомкнуты, контакты реле Р2 замкнуты. К контактной группе верхнего
реле подключено реле Ру (реле управления), но оно пока обесточено. Так-
товые импульсы на счетчик не подаются, поскольку в месте контакта 1—2
реле Ру цепь разомкнута.
282
0100011010
Что произойдет при подаче команды «пуск»?
На какое-то время (50—100 мс) реле Р| отключится, Нижний провод
реле Ру через контакты реле Р| и Р2 соединится с общим проводом, отчего
реле управления сработает. В этот же момент его контакты 3—4 заблоки-
руют контакты реле Pi. Больше реле Pi нам не нужно, и команда пуска тоже.
Они свое дело сделали и включили реле Ру. С этого времени счетчик нач-
нет считать тактовые импульсы, поступающие от мультивибратора через
контакты 1—2.
Счет импульсов будет продолжаться до тех пор, пока на схему не посту-
пит сигнал команды «выключено». Сработает реле Р2, и его контакты разо-
рвут цепь блокировки реле Ру. Реле управления выключится. Цепь подачи
тактовых импульсов на счетчик окажется разорванной, и он перестанет счи-
тать. Теперь можно снимать показания с цифрового индикатора. Точность
здесь определяется ценою младшего разряда. Она равна 0,1 с. В осталь-
ном разобранная схема похожа на 1-й вариант электронного секундомера.
Реле управления Ру — обычное электромагнитное реле с двумя нормаль-
но разомкнутыми контактными группами. Подойдет любой тип реле: РЭС-6,
РЭС-9 и РСМ, лишь бы оно надежно срабатывало от 9 В и потребляло ток
не более 100 мА.
Для наружной проводки от осветителей и фотодатчиков к прибору лучше
всего использовать двухжильный кабель в резиновой изоляции. Сечение
провода — 0,5—1,0 мм2. Трансформатор Tpi установите там же, где и платы,
чтобы не вести высокого напряжения по стадиону.
Вся регулировка собранной схемы сводится к проверке периода тактовых
импульсов, генерируемых мультивибратором. Сделайте это как можно точ-
нее, руководствуясь методикой для 1-го варианта. Собственно это и опре-
делит точность нашего электронного секундомера.
Если не удастся достать электромеханический импульсный счетчик, его
может заменить электронный счетчик. В основе таких счетчиков лежат схе-
мы с двумя устойчивыми состояниями, в основном триггеры. Как рабо-
тает триггерная схема, уже рассказывалось, а о том, как самим собрать элек-
тронный счетчик, можно прочитать в разделе «ЭВМ в физическом экспе-
рименте».
У входа в комнату, где занимается школьный
кружок кибернетики, столпились ребята. По всему
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ видно, что все они хотели туда попасть, но не мог-
ЗАМОК	ли открыть дверь. Она была заперта.
Ребята о чем-то горячо спорили, иногда бросая
взгляд на цифру 585, написанную мелом прямо
на двери. Что-либо понять из этого было невоз-
можно. Все они говорили, казалось, одно и то же:
о каких-то единицах и нулях. Может быть, обсуж-
дался последний футбольный матч городских
команд, но тогда при чем тут цифра 585?
В то же время другая группа ребят проводила
какие-то математические расчеты, кто на клочке
бумаги, а кто и более фундаментально, в своей
рабочей тетради.
Иногда всей гурьбой с шумом подходили к
двери и пробовали нажимать кнопки. Кнопок бы-
0100011011
283
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
ло 10. Все они располагались в один ряд и были укреплены в специальной
коробке. Как только их ребята ни нажимали, каких только комбинаций ни
перепробовали — ничего не помогало. Дверь не впускала «чужих». Кто-то
даже подсчитал, что общее число возможных комбинаций для десяти кнопок
равно огромной цифре 3 628 800! Все варианты разве переберешь?!
Всем было ясно: нажимай не нажимай, дверь не откроется. Нужно
было знать код замка. Замок-то ведь был не простой, а кибернетический...
Вообще-то любой замок является кибернетическим устройством. Его
ключ — это носитель кодовой информации, а сам замок — декодирующее
устройство. Замок можно открыть только в том случае, если он правильно
сможет разгадать код ключа. Только в этом случае замок даст разрешение
ключу провернуться на один-два оборота и отодвинуть задвижку. А про-
грамма декодирования составлялась слесарем, когда замок изготовлялся
на заводе с расчетом только на свой ключ.
Всю жизнь вы пользовались замком, не подозревая, что имеете дело
с кибернетическим устройством. Вот видите, все зависит от того, какими гла-
зами смотреть на окружающий нас мир. Но тот, кто решил посвятить себя
кибернетике, должен с детства развивать «кибернетический» взгляд. Что бы
вы ни разбирали, с чем бы ни повстречались в повседневной жизни, во всем
прежде всего старайтесь отыскать основных китов кибернетики: программу,
случай, обратную связь, сигнал, информацию, замкнутую систему.
Замок, который будет описан ниже, все же особенный. Он действительно
кибернетический. Его сможет открыть только тот, кто хорошо знает двоич-
ное счисление и легко переводит числа из десятичного кода в двоичный.
Лучше всего такой замок установить на двери в комнату школьного кибер-
нетического кружка. Замок позволит без каких-либо ключей входить только
«своим» — кибернетикам.
А если кто-либо из посторонних попытается разгадать код замка, беспо-
коиться об этом не следует, ему на это понадобится времени не один месяц!
Работает кибернетический замок так. С наружной стороны двери уста-
навливается коробка с десятью кнопками. Это и есть кодирующее устрой-
ство. Нажимая те или иные кнопки, можно составить десятиразрядный код
в двоичной системе счисления: кнопка нажата — единица, кнопка отпуще-
на — нуль.
Несколько выше коробки с кнопками прибит кусок фанеры 300 X 150 мм,
окрашенный в черный цвет. Каждый раз перед началом занятий руководи-
тель кружка мелом пишет на фанерке какую-нибудь цифру в десятичной
системе, но не больше 960. Несколько позже вы узнаете, откуда взялось это
число. Одновременно в декодирующем устройстве, установленном в комнате,
руководитель закладывает программу работы замка, отображающую напи-
санное число, но только выраженное в двоичной системе. Открыть замок
сможет только тот, кто правильно сделает перевод записанного числа из
десятичной системы в двоичную. Теперь остается только нажать соответст-
вующие кнопки, как декодирующее устройство включит силовой электро-
магнит. Магнит отодвинет ригель замка, и дверь откроется.
Как видно из схемы рисунка 139, кибернетический замок — это релейный
автомат, включающий силовой электромагнит для открывания дверной за-
щелки. Кроме того, в схему входят две типовых платы: одна из них — источ-
ник питания на 9 В (см. рис. 11), другая — ждущий мультивибратор с вре-
менем выдержки 3—5 с (см. рис. 68).
Кто решит делать автомат, вначале должен хорошо разобраться в работе
плат. Для этого отыщите в книге те разделы, где платы описаны, и внима-
284
0100011100
585=? (jOOjO СНОСИ )
Bi-Ki B2-K4	в3-к7	в4-к10
СЕТЬ
Рис. 139. Схема кибернетического замка
гельно их прочтите. Затем вычертите развернутую принципиальную схему
замка, где бы обе платы были обозначены не в виде «черных ящиков», а
электрическими схемами.
Трудно сказать, по какой из двух схем легче разобраться: по той, что
дана на рисунке 139, или по развернутой, которую вы сами начертите. Пока
у вас нет достаточного опыта, по развернутой схеме проще проследить все
основные электрические цепи, а значит, и уяснить себе назначение и работу
той или иной детали. Но зато в структурной схеме, составленной из одних
«черных ящиков», проще понять логику работы устройства. Инженер-раз-
работчик, в основном, ею только и пользуется.
Для того чтобы хорошо читать структурные схемы, нужно представлять
содержание каждого квадратика на ней: Вот почему я вам посоветовал на-
чать с разбора электрических схем плат.
Разбор полной схемы автомата (рис. 139) начнем с конца — с силового
электромагнита.
Как только от внешнего сигнала запуска сработает ждущий мультиви-
братор, его реле Р5 включится на 3—5 с. На то же время через нормально
0100011101
285
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
разомкнутые контакты реле замкнется цепь питания силового электромаг-
нита. Электромагнит нами выполнен в виде соленоида втяжного типа. Его
стержень жестко связан с ригелем замка. Как это лучше сделать, показано
на рисунке 140. Здесь, в зависимости от типа замка, может быть два ре-
шения.
При отсутствии тока в катушке стержень удерживается замочной пру-
жиной в выдвинутом состоянии—дверь заперта. Если же через катушку
проходит ток, стержень соленоида втягивается и тянет за собой ригель —
дверь открывается.
Из текстолита или эбонита выточите каркас катушки соленоида. Его
длина — 85 мм, наружный диаметр — 30 мм. Диаметр внутреннего отверстия
под стержень — 20 мм, диаметр щечек — 70 мм, их толщина — 5 мм. На ка-
тушку до заполнения намотайте провод ПЭ 0,4, всего около 4000 витков для
сети 127 В и 5200 витков провода ПЭ 0,35 для сети 220 В.
Сердечник соленоида сделайте из мягкой стали типа Ст-10 или Ст-20.
Диаметр сердечника — 19 мм, длина — 90 мм. Сердечник должен легко вхо-
дить во внутреннее отверстие катушки. Для увеличения втягивающей силы
с другого конца отверстия вставлен неподвижный металлический сердечник
диаметром 20 мм, длиной 18 мм.
После намотки катушки покройте ее снаружи лакотканью или изоля-
ционной лентой и полоской из жести прикрепите соленоид к двери. Расстоя-
ние между соленоидом и замком должно быть таким, чтобы промежуток
между подвижным сердечником и стопом, при отсутствии тока, не превышал
15 мм. Не забывайте, что чем больше зазор, тем меньше тяговое усилие
электромагнита. При слишком больших расстояниях силы электромагнита
может оказаться недостаточно, чтобы открыть замок.
Как и каждый узел любого сложного кибернетического устройства, сило-
вой электромагнит нужно испытать вместе с замком. Только автомат, со-
стоящий из множества узлов, каждый из которых проверен и работает, мо-
жет в целом работать надежно. Современная космическая ракета состоит
примерно из 15 000 000 деталей. Представляете, как трудно там выполнить
основное требование надежности — безотказность всех узлов и агрегатов
в отдельности. Достаточно при запуске ракеты или в полете выйти из строя
какой-нибудь детали, как может случиться непоправимое...
Правда, в таких сложных кибернетических устройствах, как ракета, уче-
ные прибегают к другому решению, к так называемому резервированию.
Если тот или иной прибор или устройство выйдет из строя, то оно тут же
подменяется другим, которое до того находилось в резерве. Казалось бы,
чем плохо такое решение! Но оно, во-первых, увеличивает габариты и вес
аппаратуры, а во-вторых, цепи переключения основного узла на резервный
сами вносят элемент ненадежности.
Ни одна машина так не надежна в работе, как живой организм. Дости-
гается это, в основном, тем, что в нем все зарезервировано, причем по два,
а то и по три или четыре раза. Вышла у человека из строя одна почка, ее
функцию на себя взяла вторая. Так же и с легкими.
В конструкциях, описанных в книге, резервирование не предусматри-
вается. Да оно нам и не нужно. Слишком просты наши самоделки по срав-
нению с ракетными комплексами из 15 000 000 деталей! Но помнить о надеж-
ности машины, которую собираете, обязательно нужно. Только при условии,
что каждый узел, из которых состоит ваш автомат, работает уверенно, мож-
но гарантировать надежную работу всего устройства. Запомните это золо-
тое правило теории надежности.
286
0100011110
85
Рис. 140. Кибернетический замок
ОТ БОСОНОГОЙ МАШИНЫ ДО ЭВМ
Как уже было сказано, управляет работой силового электромагнита ЭМ
реле Р5(рис. 139). Релейная схема автомата построена таким образом, что
реле Р5 может включиться, если включится реле Р4. Реле Р4 в свою очередь
сработает, если до него включено было реле Р3, Р3 включится только пос-
ле Р2, а Р2 —после Pi. Так мы подошли к разбору самой сложной части
автомата — его логического устройства. Проследим, как оно работает.
Код автомата устанавливается подключением рабочих вилок Bi—В4
к различным кнопкам Ki—Кю • Вилки В5—В10—фальшивые. Весь этот
узел выполнен в виде отдельной коробки, которая устанавливается внутри
комнаты. С наружной стороны двери, кроме 10 кнопок, ничего нет. Коробка
с кнопками со’ схемой соединяется кабелем, пропущенным через отверстие
в стене. Всего в кабеле должно быть минимум 11 изолированных друг от
друга проводов.
Кнопки можно использовать покупные или сделать самим. Для их изго-
товления вам понадобится следующее: латунь толщиной 0,5 мм (деталь 2)
и 1,5—2,0 мм (деталь 3), изоляционные прокладки 4 и втулки 5, винты
с гайками 6 и выточенные из эбонита или плексигласа головки кнопки 1.
Оставшаяся часть схемы, включая плату питания, плату ждущего муль-
тивибратора, пять электромагнитных реле Ро —Р4, десять гнезд и десять про-
водов с вилками Bi—Вю, объединена в одну конструкцию. Это и есть де-
кодирующее устройство. Оно-то и анализирует коды, которые вы ей за-
даете кнопками. При правильном решении дешифратор вырабатывает сиг-
нал включения силового электромагнита ЭМ. При этом на некоторое время
включается реле Р5, и соленоид притягивает ригель.
Расположение деталей и монтажную схему продумайте сами. Вам по-
может рисунок 140. Коробка, расположенная справа от двери, — это и есть
декодирующее устройство. На лицевой стороне коробки установлено 10 гнезд
под вилки. С нижней стороны выведено 10 гибких проводов в хлорвиниловой
изоляции, оканчивающихся вилками Bi—Вю- Провода первых четырех
вилок Bi—В4 имеют каждый свой цвет. Сделано это для того, чтобы не пу-
таться при составлении очередного кода замка.
Предположим, что вилки Bi—В4 вставлены в следующем порядке: вил-
ка Bi вставлена в гнездо 1, вилка В2 —в гнездо 4, В3 — в гнездо 7 и вил-
ка В4 — в гнездо 10. Во все оставшиеся шесть гнезд вставлены вилки фаль-
шивые. Пока ни одна из кнопок Ki—Кю не нажата, реле Ро—Р4 обесто-
чены. Так будет продолжаться, пока кто-нибудь из ребят не попытается
открыть замок. При заданном коде он на фанерке прочитает цифру 585,
написанную в десятичном счислении. Перевод цифры в двоичное счисле-
ние даст: 1001001001.
Разберем логику работы автомата при заданных начальных условиях.
Первой должна быть нажата кнопка Кь При этом включится реле
Pi. Его контакты 1—2 заблокируют цепь кнопки К 1, так что после этого она
больше не нужна. Теперь кнопку К i можно отпустить, все равно реле Pi
останется включенным. Контакты 3—4 реле Pi подготовили цепь вилки В2.
При нажатии кнопки К4 сработает реле Р2 и тут же заблокируется свои-
ми же контактами 1—2. Контакты 3—4 подготовят цепь вилки В3. Точно та-
кая же картина повторится при нажатии на кнопку К? • При этом сработает
реле Р3 и его контакты 3—4 подготовят цепь вилки В4. Теперь осталось на-
жать на кнопку К ю , как сработает реле Р4, которое подаст сигнал запуска на
схему ждущего мультивибратора. Все, что произойдет со схемой автомата
дальше, мы уже рассматривали.
Как только дверь откроется, разорвется цепь питания реле Pi—Р4 в ме-
288
0100100000
сте блокировочной кнопки Кб- Для этого она и устанавливается на двери.
Если реле Р5 снабдить второй парой нормально замкнутых контактов, то
блокировочной кнопки Кб можно не ставить.
Вы, наверное, обратили внимание, что, помимо контакта Кб, в цепь пита-
ния реле Pi—Р4 включены и нормально замкнутые контакты реле Ро. Служат
они для защиты от «посторонних», не знающих двоичного счисления. Все
шесть вилок, идущих от обмотки реле Ро, включены в оставшиеся свободные
гнезда. В каком порядке их включать, не имеет никакого значения. Стоит
только нажать на одну из кнопок К2—Кз, К5—Кб или К8—Кэ, как сра-
ботает реле Ро и разомкнет контактами 1—2 цепь питания реле Pi—Р4.
Если «чужой» случайно все же наберет правильно одну или две первые
цифры кода, а на третьей ошибется, тут же включится реле Ро и сбросит
правильный результат. Все придется начинать снова. Согласитесь сами,
значительно проще изучить двоичное счисление, чем заниматься угадыва-
нием кода.
После того как большинство ребят из кружка освоятся с переводом чи-
сел из десятичного счисления в двоичное, задачу можно усложнить. С по-
мощью кибернетического замка легко проверить, знают ли ребята арифмети-
ку двоичного счисления. На фанерке вместо десятичных цифр нужно будет
писать какие-либо примеры в двоичной системе счисления. Например:
1100110
111111
10001010111	|	1011
или
Дверь откроется перед тем, кто правильно решит примеры. Кибернети-
ческий замок закодирован только на правильное решение!

КАК СЧИТАЕТ ЭВМ!
ЭВМ В ФИЗИЧЕСКОМ
ЭКСПЕРИМЕНТЕ
СПОРТИВНЫЕ ЧАСЫ
С ЦИФРОВЫМ
ТАБЛО
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Примерно так же, как это делаем мы, когда
решаем задачу с помощью карандаша и бумаги.
Сомневаетесь? Немного терпения, и вы в этом
КАК	убедитесь.
СЧИТАЕТ ЭВМ!	Попросите своего товарища решить неслож-
ный пример, а сами за ним внимательно понаблю-
дайте. Условия задачи ему скажите устно. Вот они:
(14 X 31) + (26 X 8).
— Подожди, подожди, — скажет ваш друг, —
говори немного медленнее. Я же должен все запи-
сать, иначе разве запомнишь столько цифр!
Тут же ему для этого понадобится чистый лист
бумаги, карандаш или ручка. А записав, он по-
просит еще раз повторить пример. Делается это
на всякий случай, чтобы проверить, не вкралась
ли ошибка:
0100100011
291
Точно так же при заданной задаче поступала бы и вычислительная ма-
шина. Во-первых, в нее нужно ввести цифровую информацию, которая под-
лежит переработке. Но этого, оказывается, недостаточно. Машине нужны
и команды, указывающие, что делать с числами: умножать, складывать,
опять умножать, вычитать и так далее.
Вся информация, включая команды, в закодированном виде поступает
в специальное устройство ввода. На блок-схеме работы ЭВМ (рис. 141)
оно обозначено квадратом с названием «Входное устройство».
С внешним миром входное устройство связано каналом связи. Обычно это
жгут проводов.
Он должен работать очень надежно. Иначе придется несколько раз по-
вторять одно и то же, на что уйдет много времени и понадобится дополни-
тельная аппаратура.
Переносчиком цифр и команд чаще всего служат электрические импуль-
сы. Их роль та же, что и косточек в обыкновенных конторских счетах.
Только вместо косточек, перебрасываемых по проволочным прутьям, в ЭВМ
Рис. 141. Схема работы цифровой машины
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
«перебрасываются» толчки электрического тока по проводам, реле и транзи-
сторам. И вот что особенно важно: конструктора машины не интересует вели-
чина импульса. Пусть «по дороге» он портится и искажается, только бы его
можно было узнать. А эта задача нетрудная. Поэтому точность вычислений
в цифровой машине не зависит от качества импульса.
Здесь интересно отметить, что человеческий мозг и его нервная система
в некоторых отношениях напоминают вычислительную машину. Подобно то-
му, как на выходе реле возможны только два сигнала — «да» или «нет», для
нервного волокна возможны лишь два основных состояния: состояние, в ко-
тором по волокну передается сигнал, и состояние, в котором никакого сигна-
ла не передается. В этом случае вся полезная информация заключается лишь
в числе импульсов, а не в их величине.
Во входном устройстве информация не может храниться долго. Ее
немедленно нужно куда-то передать дальше и освободить место для ввода
новой порции информации. Цифры, цифры, команды — информация в ЭВМ
идет непрерывным потоком с огромной скоростью. Каждый электрический
импульс живет и обрабатывается в машине ничтожно малое время — не-
292
0100100100
сколько миллионных долей секунды. За одну секунду в машине совершается
колоссальное число математических операций: тысячи и даже миллионы!
Вот почему машине понадобилось помнить всю поступающую со входа
информацию. Конечно, помнить нужно не на «всю жизнь», а на то время,
пока она нужна. Для этих же целей ваш товарищ воспользовался листком
бумаги и записал на нем все то, что ему было необходимо. После решения
задачи листок будет выброшен, а пока он лежит перед глазами и оператор
к нему постоянно обращается.
В ЭВМ для хранения информации имеется специальное устройство—блок
памяти. В него и помещаются из устройства ввода все цифры и команды.
Интересно, что с информацией дальше будет делать машина? А то же, что
и ваш товарищ. Первое, что он сделал: взял из своего «блока памяти» —
листка бумаги две первые цифры, 14 и 31, и начал их перемножать. Почему
перемножать? Да потому, что так было обусловлено задачей, такая на
этот случай была дана ему команда. Если бы было задано делить первую
цифру на вторую, то он бы не умножал, а делил.
Заметьте, при умножении вашему товарищу ни разу не пришлось вос-
пользоваться ничем, кроме таблицы умножения и простейших правил сло-
жения. А где он брал таблицу умножения? Она была «записана» еще раньше
в его памяти. Будучи учеником второго класса, он ее выучил наизусть, то
есть записал в свой мозг. Мозг человека служит своего рода блоком долго-
временной памяти. Если этот блок отключить, пришлось бы переписать всю
таблицу на лист бумаги и пользоваться им в качестве нового блока памяти.
Но когда человек помнит информацию, все вычисления он делает значитель-
но быстрее. Любая справочная книга или таблица — это тоже дополнитель-
ный блок памяти, к которому человек обращается по мере необходимости.
Результат, полученный от перемножения двух первых чисел, товарищ
непременно запишет на листок, то есть вновь воспользуется «блоком памя-
ти», иначе он его забудет. Теперь можно переходить к перемножению второй
пары чисел... Далее нужно будет оба результата сложить...
А как поступит машина? Как она выберет из блока памяти две первые
цифры и будет перемножать их друг с другом?
Вы уже знаете, что машине удобнее пользоваться не десятичной систе-
мой счисления, а двоичной. Люди не пользуются двоичной арифметикой,
в основном, из-за большого количества цифр в числах. Их получается при-
мерно в 3 раза больше, чем при десятичном счете. Машину это не пугает,
по схеме она получается даже проще. Счетными элементами в ЭВМ являются
различные электронные реле с двумя устойчивыми состояниями. Это все
равно, если бы у человека на каждой руке было не по пять пальцев, а только
по два. В таком случае, конечно, двоичный счет больше подходил бы людям,
чем десятичный. Как человек ни навязывал машине десятичный счет, все
оказалось бесполезным. Современная электронная машина все вычисления
производит только в двоичном коде.
Числа 14 и 31 в двоичном коде выглядят так: 01110 и 11111. Как такие ко-
ды подать на входное устройство машины? Оказывается, сделать это очень
просто. Для этого достаточно заранее условиться, что электрическая цепь,
в которой протекает ток, отображает цифру 1; если тока нет, то эта цепь
отображает цифру 0. Схема, состоящая из лампочки, батареи и кнопки, ил-
люстрирует подобный метод (рис. 142).
Когда кнопка К i замкнута, в цепи протекает ток и лампочка горит: схема
находится в состоянии 1. Когда кнопка разомкнута, тока нет и лампочка не
горит: схема находится в состоянии 0. Поместив несколько таких схем рядом
0100100101
293
и замыкая или размыкая соответствующие кнопки, мы можем отобразить
любое двоичное число. Так мы дальше и поступим.
Чтобы во входное устройство подать пять разрядов какого-либо числа
в двоичном коде, понадобится канал связи из 6 проводов (один провод
общий). В этом случае схема примет вид, показанный на рисунке 142. В ка-
честве примера во входное устройство подано число 01110. Действительно,
все очень просто!
Таким же способом информация о числе может быть перезаписана в блок
памяти. Для этого достаточно все лампочки заменить на реле, которые сами
в свою очередь будут являться устройствами формирования новых нулей
и единиц. В его входное устройство теперь можно подать пятиразрядным ко-
дом следующее число и тут же переписать в блок памяти.
Информация во входном устройстве не задерживается, а перезаписывает-
ся дальше в машину. В вычислительной технике входное устройство часто
называют еще входным регистром. Информация в регистре накапливается
за какое-то время и передается в другие узлы машины.
Рис. 142. Двоичное число отображено лампочками
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Из блока памяти цифровая информация вместе с командами поступает
в блок арифметического устройства (рис. 141). Оно умеет только складывать
два числа, представленных в двоичном коде.
Максимальное число разрядов определяется конструктором машины
и может доходить до 20. При этом числе разрядов арифметическое устрой-
ство может складывать семиразрядные числа, переведенные в десятичное
счисление.
Чтобы разобраться в работе арифметического устройства, представим
оба слагаемых в виде набора схем, каждая из которых включает батарею,
лампочку и кнопку. Так мы уже поступали, когда рассматривали работу
входного устройства. Теперь попробуем сложить два числа 110110010 и
011010000.
,110110010
+ 011010000
1010000010.
294
0100100110
Группа из девяти элементарных схем в верхнем ряду на рисунке 143 вы-
ражает число 110110010, в то время как схема в среднем ряду выражает
число 011010000. Чтобы создать схемы для сложения этих чисел, необходимо
определенным образом связать ток, протекающий (или не протекающий)
в одной из верхних ламп, с током в лампе, находящейся непосредственно
под ней. Комбинациям этих токов соответствуют горящие и негорящие
лампы в нижнем ряду на рассматриваемом рисунке. Так как сумма
1010000010 имеет десять цифр, в этом ряду необходимо иметь десять ламп,
или десять разрядов. Самая крайняя лампа слева представляет перенос,
возникающий при сложении старших разрядов слагаемых.
Правила комбинации токов те же, что и в таблице двоичного сложения:
Правило 1	0 + 0 = 0
Правило 2	0+1 = 1
Правило 3	1+0=1
Правило 4	1 + 1=0, перенос 1.
Рис. 143. Модель десятиразрядного арифметического устройства
Схема, удовлетворяющая первым трем правилам, показана на рисунке
144, вверху. Здесь рассматривается только один разряд слагаемых чисел.
Тумблер А — ключ первого слагаемого. Под ключом подразумеваются кон-
такты электромагнитного реле или другого переключающего устройства
с двумя устойчивыми состояниями. Тумблер В — ключ второго слагаемого.
Если оба ключа, А и В, не замкнуты, лампа суммы не горит (состояние 0).
Это соответствует первому правилу.
Если один из ключей, А или В, замкнут, лампа суммы горит (состояние 1).
Это соответствует второму правилу и третьему. Однако в данной схеме не
соблюдается четвертое правило, так как лампа суммы будет гореть при одно-
временном замыкании обоих ключей, А и В, в то время как ей следовало
бы погаснуть. Кроме того, в этом последнем случае, чтобы полностью удов-
летворить четвертому правилу, мы должны иметь какой-то способ указывать
единицу переноса.
Всем четырем правилам сложения удовлетворяет другая схема, содержа-
щая четыре ключа, работающих попарно, как показано на рисунке 144.
Когда все ключи находятся в положении, показанном на рисунке, в схеме
0100100111
295
выполняется операция 0 + 0 = 0. Если перевести спаренные ключи Aj и А2
в нижнее положение, а ключи Bi и В2 оставить так, как показано на рисунке,
лампа суммы загорится, что соответствует операции 1+0=1. Поставьте
ключи в противоположные состояниям вы выполните операцию 0+1=1.
Если обе пары ключей находятся в нижнем положении, лампа не горит,
поскольку 1 + 1=0. Однако в этом случае необходимо также указать, что
появилась и цифра переноса. Для этого можно ввести два добавочных ключа
и лампу, как показано на рисунке 145. Третья лампа переноса зажигается,
когда обе тройки ключей находятся в нижнем положении. Лампа суммы при
этом гореть не будет, что соответствует операции 1 + 1 = 0 и перенос 1.
Последняя схема в технике называется «схемой полусумматора». Она-то,
в основном, и используется в арифметических устройствах. Собрав таких
схем столько, сколько разрядов в слагаемых, вы получите настоящее ариф-
метическое устройство.
Вычитание на ЭВМ производится в соответствии со следующими пра-
вилами:
Рис. 144. Две схемы арифметического устройства на один разряд
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Правило 1	0 — 0 = 0
Правило 2	1 — 0=1
Правило 3	0 — 1 = 1 и заем 1
Правило 4	1 — 1=0.
За исключением цифры заема, эти правила ничем не отличаются от пра-
вил двоичного сложения. Следовательно, с незначительными изменениями
схема полусумматора может быть использована и для вычитания, только
ключ А3 должен быть замкнут (рис. 146), когда ключи вычитаемого нахо-
дятся в верхнем положении. В то же время в схеме сложения ключ А3 ра-
зомкнут, когда ключи первого слагаемого находятся в верхнем поло-
жении.
Перевод из схемы «полусумматора» в «полувычитатель» производится по
специальной команде, которая, как уже было сказано, поступает из блока
памяти вместе с цифровой информацией.
Имея арифметическое устройство, очень легко его приспособить для
умножения.
296
0100101000
Вспомните, как производится умножение в двоичной системе счисления.
Там все сводится к суммированию множимого столько раз, сколько единиц
встречается во множителе. Только при этом множимое сдвигать влево, как и
при умножении десятичных чисел. Значит, опять можно использовать все
то же арифметическое устройство! Команды сдвига формируются отдельно.
Деление, как вам известно, в двоичной системе сводится к сдвигу дели-
теля и к сложению чисел в дополнительном коде. Проще всего для этого
приспособить схему на «полувычитателях».
Что бы арифметическое устройство ни делало: складывало или вычитало,
умножало или делило, все равно полученный результат из него снова попада-
ет в блок памяти, освобождая место для новых операций. Если это был окон-
чательный результат, то он в блоке памяти долго не залеживается, а тут же
выдается на выходное устройство для потребителя. Если же результат яв-
ляется промежуточным и решение задачи еще не закончено, то он хранится
в блоке памяти и ждет своей очереди, когда снова попадет в арифметическое
устройство.
Рис. 145. Схема «полусумматора» на один разряд Рис. 146. Схема «полувычитателя» на один разряд
Здесь мы рассмотрели основные принципы работы ЭВМ при выполнении
четырех арифметических действий. А ничего другого машина делать и не
может. Это значит, что она не может производить никаких действий над дан-
ными, представленными в буквенной форме. Нужно всегда помнить, что
вычислительная машина может производить действия только над числами,
представленными в виде последовательности цифр. Как бы ни сложна была
задача, к какой бы системе уравнений с числовыми коэффициентами она ни
приводилась, она всегда может быть представлена четырьмя арифметически-
ми действиями. Вот этим и занимаются программисты.
Рассмотренные схемы цифрового счета (рис. 143—146) помогут вам не
только лучше разобраться в тех конструкциях, которые будут описаны даль-
ше, но и создавать новые.
Имеются и другие счетные схемы, построенные на других принципах, но
все они сложнее. Простота для кибернетических самоделок — это, пожалуй,
самое главное. Забывать об этом — значит, не доводить начатое до конца.
Нужно всегда помнить о той материальной базе, которая имеется в вашем
распоряжении. К сожалению, кружок по кибернетике — это не научно-иссле-
0100101001
297
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
довательский институт и не завод. Многие ребята чересчур усложняют свои
конструкции и поэтому не в состоянии их закончить.
Познакомившись с тем, как считает ЭВМ, давайте сравним ее с человеком
по скорости арифметических операций.
Кто из них быстрее считает, человек или машина?
Многие из ребят, наверное, удивятся такой постановке вопроса.
Они даже готовы спорить, что именно в скорости счета человек уступает
машине. Об этом очень много писалось в книгах и журналах. Но это не
совсем так...
Несколько лет назад во Франции по телевидению передавалось из города
Лилля сенсационное выступление Мориса Дагбера, за которым с напряжен-
ным вниманием следили миллионы зрителей. М. Дагбер официально устроил
поединок с самой современной электронной вычислительной машиной, вы-
звав ее на соревнование по скорости вычислений. Человек соглашался при-
знать себя побежденным, если’ машина решит семь задач из десяти, предло-
женных жюри, раньше, чем он, Дагбер, решит все десять задач.
Жюри предложило три задачи на извлечение кубических корней из чисел
48 627 125, 1 092 727 и 246 491883, пять задач по возведению в степень —
893, 574, 385, 718, 997. Девятая задача была относительно легкой — разде-
лить 1515 на 45. А в последней, десятой задаче предлагалось выразить воз-
раст одного из членов жюри (ему в этот день исполнился 51 год) в днях,
часах и секундах.
Феноменальный француз, как назвал его комментатор телевидения, ре-
шил все десять задач за 3 минуты 43 секунды, дав следующие точные ответы:
по первой группе (извлечение корней) —365, 103 и 627; по второй (возве-
дение в степень) — 704 969, 10556001, 79235 168, 128 100283921 и
93 206 534 790 699, а также ответы на девятый вопрос — 33, 666(6) и на
последний—18 627 дней, 447 048 часов, или 1609 372 800 секунд.
На решение всех десяти задач Дагберу понадобилось на 1 минуту 35
секунд меньше времени, чем машине на решение семи задач! ЭВМ затратила
времени 5 минут 18 секунд.
Результаты, показанные Дагбером, еще раз подчеркнули непревзойден-
ность человеческого мозга, который остается самой замечательной из всех
известных вычислительных машин.
Мозг человека намного сложнее современной вычислительной машины.
Большая ЭВМ состоит из нескольких тысяч электронных ламп или транзи-
сторов и в десять или двадцать раз большего числа других радиодеталей.
В ней примерно от 50 до 100 тысяч элементов.
Количество нервных клеток в мозге человека приблизительно равно
10 000 000 000, что соответствует числу элементов в ста тысячах больших
вычислительных машин.
. Иными словами, мозг одного человека содержит больше элементов, чем
все вычислительные машины мира, вместе взятые!
Человеческий мозг — величайшая загадка природы. Именно ее решение
поможет инженерам создать ЭВМ будущего. Кто знает, может быть, кому-
нибудь из читателей этой книги посчастливится приоткрыть, хотя бы немно-
го, тайну человеческого мозга — логику и устройство человеческой вычисли-
тельной машины.
А пока о человеческом мозге известно очень мало. В мозге информация
передается по нервным волокнам и сигналы состоят из импульсов возбужде-
ния — «все или ничего».
Та же двоичная система цифр, что и у машины!
298
0100101010
Не удивляйтесь, что спортивные часы с циф-
ровым табло попали в главу электронных вычис-
лительных машин. Эти часы имеют очень много
СПОРТИВНЫЕ ЧАСЫ общего с вычислительной машиной. Прежде всего
С ЦИФРОВЫМ У них такое же «сердце», как и у ЭВМ. Речь идет
ТАБЛО	аРиФметическом устройстве. Правда, в часах
IADJIV	арифметическое устройство суммирует не цифро-
вую информацию, а регулярную последователь-
ность импульсов, следующих один за другим точ-
но через 5 с. Да и разрядность счетной информа-
ции сведена до одного, что значительно упростило
всю схему.
Интересно, что в часах используются одновре-
менно две системы счисления. Для подсчета се-
кунд — двенадцатиричная система, а для подсчета
минут — десятичная.
Вся информация выводится на цифровое табло. Табло позволяет отсчи-
тывать время через каждые 5 с. Если установить такое табло в спортивном
зале (рис. 147), каждый из зрителей и спортсменов сможет из любого уголка
прочитать, сколько прошло минут и секунд после начала. Во время матча это
очень важно.
В схеме часов предусмотрено кратковременное их выключение. Сделано
это для того, чтобы судья мог отсчитывать чистое время игры.
Изготовить спортивные часы силами кибернетического кружка можно
за 2—3 месяца, если, конечно, правильно организовать работу.
Одна группа ребят в 3—5 человек изготавливает табло с двумя цифровы-
ми ячейками. Эта работа хотя и не сложная, но требует большого внимания
во время монтажа. В каждой ячейке нужно припаять 97 диодов и 13 лампо-
чек от карманного фонаря.
Вторая группа из двух-трех ребят может приступать к изготовлению вы-
прямителя. Готового не подберешь, и придется делать его самим.
Наиболее сильные кружковцы (2—3 человека) пускай займутся самым
сложным узлом часов — арифметическим устройством. Механическая часть
работы здесь небольшая, но разобраться в схеме не так-то просто. Рабо-
тающие в этой группе должны иметь навык в конструировании и наладке
релейных автоматов. Эти же ребята соберут автомат и наладят его.
Самыми простыми элементами при изготовлении часов являются две
платы мультивибратора.
Эту работу можно поручить двум-трем новичкам. С чего-то им ведь тоже
нужно начинать.
Когда все четыре группы сформированы и улажены все разногласия, а
они, конечно, будут, руководитель кружка должен назначить «генерального
конструктора» по новому изделию. Им должен быть самый опытный и самый
отзывчивый из ребят, участвующих в изготовлении спортивных часов, а глав-
ное — самый настойчивый.
В кибернетическом кружке, как правило, собирается много способных
и хорошо начитанных ребят. К сожалению, большинство из них любит только
начинать работу, а вот кончать ее — им уже неинтересно. Спустя один-два
месяца внимание таких ребят переключается на другую задачу, и энтузиазм
к уже начатому пропадает. Представьте, что же получится, если одному из
таких ребят доверить руководство работой. Он же ее наверняка не доведет
до конца и бросит на полпути.
0100101011
299
Рис. 147. Цифровое табло в спортивном зале
Рис. 148. Блок-схема спортивных часов
«Генеральный» должен быть не таким! За его плечами обязательно
должно иметься уже несколько законченных конструкций. Начинать работу
любят все ребята, а вот кончать ее очень мало кто умеет. Здесь особенно
важны такие качества, как терпение и настойчивость. Чаще всего только
в конце работы начинают сказываться все промахи и недоработки, допущен-
ные в ее начале. Когда у великого Пастера спросили, как ему удалось так
много сделать за свою жизнь, он на это ответил: «Это очень просто. Все,
что я начинал, я доводил до конца». Запомните эти слова гениального учено-
го, они вам еще не раз пригодятся в жизни.
Итак, полдела сделано. . . Недаром в одной из пословиц говорится: «Хоро-
шо организовать работу — значит ее сделать наполовину».
Конечно, все ребята, участвующие в изготовлении спортивных часов, пе-
ред тем как приступать к делу, захотят познакомиться с работой автомата
в целом. Всех будет интересовать, как функционируют часы и какую роль
выполняет каждый из узлов в общей задаче.
На рисунке 148 изображена блок-схема спортивных часов с цифровым
табло.
0100101101
301
Цифровое табло можно теперь встретить всюду: на железнодорожных
станциях табло показывают время отправления поездов, на спортивных
стадионах — счет игры, а на соревнованиях по легкой атлетике — количество
очков участников по каждому виду выступлений.
Цифровые табло используются там, где требуется высвечивать крупным
планом цифровую (а иногда и буквенную!) информацию. Каждая из цифр
в табло представлена в виде набора светящихся элементов. Чаще всего такое
мозаичное поле набирается из отдельных электролампочек так, что они
высвечиваются в виде точек. Чем мельче мозаика поля, тем больше нужно
лампочек и тем цифра получается более отчетливой. К сожалению, схема
соединений лампочек при этом сильно усложняется и от такого варианта
нам придется отказаться.
Кто из ребят ездил в метро, тот не мог не обратить внимания на циф-
ровое табло, которое находится в торце перрона по ходу поезда. Оно показы-
вает время в минутах и секундах с момента отхода предыдущего поезда. Вот
как оно устроено.
Рис. 149. Цифровая ячейка:	а — электрическая схема,
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
На большом щите, в центре, расположена мозаика из обычных электро-
лампочек. Всего лампочек 28. В каждом горизонтальном ряду их по 4,
в вертикальном ряду — 7. Все лампочки вместе — это одна цифровая ячейка.
На ней в десятичном коде может быть высвечена любая цифра от 0 до 9:
Цифра табло показывает минуты.
Вокруг цифровой ячейки расположено еще 12 лампочек, которые пооче-
редно загораются яркими красными точками. По ним можно производить
отсчет времени с точностью до 5 с.
Цифровое табло, которое нами используется в спортивных часах, по
внешнему виду (рис. 147) очень схоже с конструкцией табло в метро. В нем
две цифровые ячейки, высвечивающие знаки в десятичном коде. По ним
можно отсчитывать максимальное время до 99 мин. Правая ячейка табло
показывает единицы минут, левая — десятки.
Мозаичное поле каждой ячейки состоит из 3 лампочек по горизонтали
и 5 лампочек по вертикали. Всего в каждой мозаике имеется 15 электро-
лампочек. Это как раз тот минимум, при котором еще можно получить все
десять цифр в ячейке мозаичного типа.
302
0100101110
Отсчет секунд в таком табло производится точно так же, как и в метро.
Для этого по окружности расположено 12 лампочек, которые поочередно
загораются через каждые 5 с.
Теперь рассмотрим работу блок-схемы спортивных часов в целом. Начнем
с «черного ящика», расположенного слева (см. рис. 148). Это датчик пяти-
секундных импульсов. Точности от него большой не требуется. Если ошибка
периода следования импульсов не будет превышать 1%, то это очень хорошо.
С такой же ошибкой мы сможем производить отсчет точного времени. Здесь
нам подойдет обычный симметричный мультивибратор с периодом коле-
баний 5 с.
Разобраться в коммутации секундных лампочек не так-то уж трудно. Эту
задачу проще всего решить с помощью шагового искателя на 12 положений.
Такой искатель должен иметь 12 ламелей в каждой контактной группе. Нас
будет интересовать только одна группа. Схема одного из вариантов комму-
тации, использующая такой искатель, приведена на рисунке 148, в верхнем
левом углу.
б — монтажная схема
К каждой из 12 ламелей искателя присоединена своя лампочка. Щетка,
пробегая по ламелям, поочередно зажигает одну лампочку за другой. По-
скольку обмотка электромагнита шагового искателя питается от рассмотрен-
ного датчика, то время включения каждой из лампочек будет равно точно
5 с. Как только щетка пройдет все 12 контактов, она снова возвратится на
нулевую ламель, и счет импульсов повторится.
Только что разобранное устройство на блок-схеме изображено в виде
«черного ящика» — сумматора пятисекундных импульсов. Оно является пер-
вым звеном в арифметическом устройстве, обеспечивающим счет пятисе-
кундных импульсов.
Далее каждый 12-й импульс подается на сумматор единиц. Другими сло-
вами можно сказать, что на сумматор единиц подаются импульсы, следую-
щие через каждую минуту. Мы их будем дальше называть минутными им-
пульсами. Действительно, время, за которое щетка шагового искателя
пробегает все 12 ламелей, равно 60 с, или 1 мин. Эту цифру мы получили от
перемножения периода следования импульсов от датчика (Т = 5 с) на число
«шагов» искателя.
0100101111
303
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Сумматор единиц должен считать минутные импульсы в десятичном коде,
то есть десятками. Здесь хорошо было бы использовать обычный шаговый
искатель, как и для счета пятисекундных импульсов. К сожалению, наша
промышленность не выпускает шаговых искателей с десятью ламелями, или
на десять положений. Приходится использовать искатель типа Ш-11 на 11
положений и несколько усложнять схему включения.
За сумматором единиц следует сумматор десятков. Он считает минуты
десятками, отчего на левой цифровой ячейке табло загорается соответствую-
щая цифра.
Проблема переноса сосчитанных единиц в разряд десятков в рассматрива-
емой схеме решается довольно просто. Как только контактная щетка искате-
ля единиц коснется десятой ламели, включится электромагнит шагового
искателя десятков, отчего его щетка с нулевой ламели переключится на
ламель 1. В результате на табло должна загореться цифра 10 — десять минут.
Еще через минуту высветится цифра 11, затем 12 и так до 19. На двадцатой
минуте произойдет новый перенос десяти сосчитанных единиц в разряд десят-
ков и так далее.
Вся схема спортивных часов, включая ячейки табло, питается от отдель-
ного выпрямителя, потребляющего от сети мощность около 100 Вт.
Когда все ребята хотя бы в общих чертах разберутся в работе спортив-
ных часов, можно приступать к их изготовлению.
Цифровая ячейка. Ее электрическая схема приведена на рисунке
149. Выглядит она с первого взгляда довольно запутанной и сложной. Любая
новая схема, пока в ней не разберешься, настораживает. В этом читатель,
вероятно, сам уже не раз убеждался.
И тем более сложной кажется разбираемая схема. С подобными схемами
никто из вас раньше не встречался. Появились они совсем недавно и исполь-
зуются в электронной автоматике и цифровой технике там, где необходимо
один код сигнала преобразовать в другой. В данном цифровом табло позици-
онный код команд, подаваемых последовательно на клеммы 0—9, требуется
преобразовать в довольно сложный код. Последнему должно однозначно
соответствовать подключение данной группы лампочек, определяющих на-
чертание нужной цифры на мозаичном поле.
В рассматриваемой схеме в качестве примера позиционная команда в ви-
де постоянного напряжения 4 В подается на клемму 2. При этом должны
загореться лампочки 1—2—3—6—8—10—13—14—15, и как результат на
табло высветится цифра 2. В то же время при подаче позиционной
команды, скажем на клемму 9, должны загореться лампочки 1—2—3—4—6—
7—8—9—12—13—14—15, и высветится цифра 9.
В технике новая схема чаще всего называется диодной матрицей.
Любая диодная матрица состоит из групп перекрещивающихся верти-
кальных и горизонтальных проводов—шин. Все горизонтальные шины изоли-
рованы от вертикальных шин. Необходимые соединения между горизонталь-
ными и вертикальными шинами осуществляются через диоды таким образом,
чтобы схема выполняла требуемые логические операции. Подобное включе-
ние диодов обеспечивает протекание тока только от вертикальных шин
к горизонтальным. Если бы ток мог течь от горизонтальных шин к верти-
кальным, то это привело бы к значительному взаимовлиянию различных
шин между собою и схема перестала бы работать.
Диоды размещаются в матрице определенным образом в соответствии
с характером вводимых в матрицу команд И требуемых от нее выходных ре-
шений. Такое включение диодов определяет программу действия матрицы.
304
0100110000
-3,5В
О
Л1
Рис. 150. Схема электромеханического табло
При помощи диодной матрицы, составленной по приведенной на рисунке
149 схеме, удалось подавать напряжение от общего источника постоянного
тока (4 В) одновременно к нескольким определенным горизонтальным шинам.
Последовательно с каждой из горизонтальных шин включена лампочка нака-
ливания 3,5 В X 0,16 А или 3,5 В X 0,28 А.
Эта схема работает точно так же, как многопозиционный переключатель,
где количество плат равно числу лампочек, которые необходимо коммути-
ровать.
Всем, кто строил радиоприемники, хорошо знаком галетный переключа-
тель. Там он используется в качестве переключателя диапазона. Включим
галетный переключатель в схему так, как это показано на рисунке 150. При
переключении движка от одного контакта к другому напряжение источника
питания каждый раз прикладывается к определенной группе лампочек.
В первом положении переключателя схема выключена. Во втором положе-
нии на табло высветится цифра 2, в третьем — 3 и так далее до цифры 5.
Таким электромеханическим табло можно оборудовать классную комнату.
Тогда учителю не нужно произносить вслух отметки, полученные учениками,
0100110001
305
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
эту информацию будет выдавать цифровое табло. Тому, кто захочет его сде-
лать, понадобится обычный галетный переключатель, состоящий из 7 плат.
Каждая плата должна осуществлять переключение двух цепей и иметь 5
положений. Понижающий трансформатор Тр рассчитан на мощность 30—40
Вт с выходным напряжением 4 В.
Чем же плоха электромеханическая матрица? Почему ученым пришлось
искать другое решение и заменять электромеханическую матрицу диодной?
Оказывается, электромеханический переключатель в лучшем случае мо-
жет переключать сигнал 10—50 раз в секунду. Диодная же матрица может
обеспечить переключение сигнала 1000 000 раз в секунду и больше.
Ток от отрицательного зажима батареи (рис. 149) попадает на вертикаль-
ную шину 2. К этой шине подключено 9 диодов в прямом направлении, то
есть их проходное сопротивление не превышает нескольких единиц Ом. Свои-
ми нижними выводами эти диоды припаяны к горизонтальным шинам 1, 2, 3,
6, 8, 10, 13, 14 и 15. При этом мы имеем параллельное включение лампочек
Ль Л2, Л3, Л6, Л8, Лю, Лю, Ли и Лю к источнику питания. Все они
должны ярко светиться.
Если же одна или сразу несколько из перечисленных лампочек не горят,
значит, напутали в полярности подключения соответствующих диодов. При
свечении лампочки вполнакала следует заменить ее диод, его сопротивление
в прямом направлении слишком велико.
Почему при подаче тока на вертикальную шину 2 не горят лампочки
Л4, Л7 , Л9 И Лю ?
Проследим возможные пути, по которым ток мог бы попасть, например,
на горизонтальную шину 4, а с нее уже на лампочку Л4. Путей таких,
оказывается, очень много, но все они обязательно проходят через тот или
иной диод, включенный в обратном направлении. Общее сопротивление цепи
при этом получается настолько большим, что ток в Л4 не будет превышать
буквально нескольких микроампер. Разве от такого тока может светиться
нить накала?
При подаче тока в вертикальную шину 3 программа подключения диодов
изменится. Если внимательно рассмотреть схему матрицы для этого случая,
то можно заметить,что включение верхних пяти диодов осталось без измене-
ний, а диод, идущий на горизонтальную шину 10, отсутствует. Зато появился
новый диод, соединяющий вертикальную шину 3 с горизонтальной шиной 12.
В таком варианте включения диодов должны будут гореть лампочки Ль
Л2, Л3, Л6, Л8, Л12, 'Лю, Л14 и Л15. На мозаичном поле табло это
будет соответствовать высвечиванию цифры 3.
Оставшиеся восемь программ матрицы разберите самостоятельно. При их
составлении можете руководствоваться картинками, представленными на
рисунке 149, справа.
Табло спортивных часов состоит из двух совершенно одинаковых цифро-
вых ячеек. Делать их сразу обе не следует. Сначала отработайте конструк-
цию и монтажную схему одной ячейки и только после этого приступайте к из-
готовлению второй.
Может случиться, что первую ячейку вообще придется выбросить, на-
столько она окажется несовершенной. Ячейка по конструкции и схеме пред-
ставляет довольно сложный узел, и без макетирования образца обойтись
довольно трудно. В большой технике при разработке сложных схем, как
правило, также прибегают к макетированию.
Конструктивно ячейка состоит из четырех основных деталей 1—4 (рис.
151), скрепленных между собой специальными стяжными шпильками 5.
306
0100110010
Рис. 151. Конструкция цифровой ячейки
Платы 1 и 2 служат основанием для распайки диодов. Расположить все 97
диодов матрицы на одной плате нам не удалось, да и стремиться к этому не
следует. Иначе получится такой плотный монтаж, что замена испорченного
диода на исправный будет невозможной. Удобство ремонта является одним
из основных параметров, характеризующих эксплуатационную надежность
аппаратуры.
На плате 1 распаиваются диоды первой пятерки цифр от 0 до 4, на пла-
те 2 — для цифр от 5 до 9.
На рисунке 149, справа, приведена монтажная схема части диодной матри-
цы для цифры 2. Из рисунка хорошо видна технология монтажа диодов.
Сама плата сделана из гетинакса или текстолита размером 140 X 100 мм,
толщина материала 1,5 — 2,0 мм. В середине платы между контактными лепе-
стками припаяны пять горизонтальных шин из луженой медной проволоки
диаметром 0,5—0,8 мм. Диоды своими выводами припаиваются между шина-
ми и лепестками, расположенными в верхнем и нижнем торцах платы. Всего
на каждую плату требуется приклепать по 24 лепестка.
Диоды матрицы перед монтажом обязательно нужно проверить на ом-
0100110011
307
метре. Прямое сопротивление плоскостных диодов типа Д7 или Д226 равно
5—10 Ом, обратное — 200—500 кОм. Прямое сопротивление диодов во всех
случаях следует измерять на шкале тестера с множителем «Х1», а обрат-
ное— с множителем «Х1000».
На корпуса диодов наденьте хлорвиниловые трубочки с внутренним
диаметром 10 мм, длиной 15 мм, а на выводы — трубочки диаметром 2—
3 мм. Распайка диодов на плате — это, пожалуй, самая ответственная рабо-
та при изготовлении цифровых ячеек. Здесь нужно быть особенно аккурат-
ным, чтобы не напутать в схеме матрицы и не допустить короткого замыка-
ния между корпусами диодов, а также между диодами и шинами.
Смонтированную плату хорошо проверьте.
Для этого прямо на рабочем столе соберите левую половину схемы ри-
сунка 149. При подключении источника питания к одной из пяти шин и об-
щему проводу должны загораться лампочки Л1—Нестрого по программе,
заложенной в матрице. Если в схеме допустили ошибку, тут же ее исправьте
и повторите испытания.
Рис. 152. Цифровая ячейка из отдельных полосок:	а — электрическая схема,
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Плата 2 (рис. 151) делается точно так же, как и плата I. Разница только
в заложенной программе. Здесь она должна соответствовать правой полови-
не схемы диодной матрицы. Когда смонтируете вторую плату, проверьте ее.
Основанием мозаичного поля (3) служит передняя панель ячейки. В ка-
честве материала для нее лучше всего подойдет листовая латунь толщиной
0,8—1,0 мм. Строго по чертежу, приведенному на рисунке 151, слева про-
сверлите 13 отверстий диаметром 9 мм. В дальнейшем в них будут ввинчи-
ваться электролампочки. Для этого в каждом отверстии радиально сделайте
две просечки зубилом на глубину 1 мм. В результате должен получиться
как бы один виток резьбовой нарезки, в который достаточно туго ввинчивает-
ся лампочка.
С наружной стороны на переднюю панель строго по центру резьбовых
отверстий припаяйте 13 колец из жести. Каждое такое кольцо имеет диаметр
15 мм, высоту 20 мм. Кольцо концентрирует пучок света от лампочки в от-
дельное пятно. Тринадцать световых пятен составят мозаичное поле ячейки.
Используются лампочки накаливания от карманного фонаря 3,5 В X 0,15 А
или 3,5 В X 0,28 А. Можно использовать и другие лампочки этого типа, но
308
0100110100
тогда измените соответственно напряжение источника питания. Имейте
в виду, что на диоде оно падает примерно на 1 В.
Защитный экран 4 вырежьте из белого оргстекла размером 140 X 100 мм.
Можно использовать прозрачное оргстекло, которое предварительно шкурит-
ся с одной стороны мелкой наждачной бумагой.
Вверните все 13 лампочек в панель мозаичного поля и можете присту-
пать к сборке ячейки. Вначале на четырех стяжных шпильках 5 с гайками
укрепите две платы с диодами. Длина шпилек зависит от высоты монтажа
диодов на плате 2. Затем крепится мозаичная панель 3. Вместо гаек в этом
случае с наружной стороны используются втулки 6. Последним устанавли-
вается защитный экран 4. Крепится он при помощи четырех винтов
М3 X 0, 5 длиной 12—15 мм. В дальнейшем эти же винты используются для
крепления ячейки и панели цифрового табло.
Все необходимые соединения внутри ячейки сделайте, строго придержи-
ваясь ее электрической схемы. Для монтажа подойдет любой многожильный
провод в хлорвиниловой изоляции сечением 0,14—0,35 мм2.
ПРИПАЯТЬ
б — общий вид ячейки
Осталось провести окончательную проверку смонтированной ячейки.
Если подключать поочередно источник питания постоянного тока между
латунной панелью мозаичного поля и одной из 10 медных шин, на табло
должна высветиться соответствующая цифра. При этом обратите внимание
на полярность подключения источника питания. Если допустите ошибку, ни
одна из лампочек гореть не будет.
Конечно, эта цифровая ячейка, к сожалению, слишком сложна в изготов-
лении. Нужно правильно смонтировать диодную матрицу из 97 диодов! Прав-
да, если допустите ошибку, ни диоды, ни лампочки не перегорят. Да и не-
исправность будет отыскать не так уж сложно. Место ошибки легко будет
найти по негорящей лампочке.
А вот устранить неисправность — дело довольно сложное. Особенно
много хлопот доставит замена плохих диодов, расположенных на панели.
После того как ячейка полностью смонтирована, подобраться к диодам,
расположенным на средней панели, почти невозможно. Придется полностью
разбирать всю ячейку.
Значительно проще в изготовлении так называемая полосковая цифро-
0100110101
309
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
вая ячейка. Ее диодная матрица состоит всего из 49 диодов, а сами цифры
высвечиваются 7 лампочками! Работы в два раза меньше, чем для цифровой
ячейки с мозаичным полем. Да и стоить это будет значительно дешевле.
Полосковая цифровая ячейка может быть собрана из 7 светящихся поло-
сок, каждая из которых подсвечивается одной лампочкой. Чертеж новой
ячейки и ее электрическая схема приведены на рисунке 152.
Количество одновременно светящихся полосок для каждой цифры будет
различно. Так, например, когда высвечивается цифра 8, включены все 7 по-
лосок. Для высвечивания цифры 1 необходимо подсветить только две полоски
лампочками Л2 и Л3. Для высвечивания цифры 4 нужно, чтобы горели
лампочки Л6, Л7, Л2 и Л3.
Посмотрите теперь, что произойдет с цифрой, которую нужно высветить
на табло, если одна из лампочек перегорит. При этом возможны самые гру-
бые ошибки: цифра 6 или 9 превратится в цифру 5, а цифра 7 — в цифру 1
и так далее.
Раз электрическая схема полосковой цифровой ячейки значительно проще
ячейки с мозаичным полем, то и монтировать ее будет легче.
Конструкция платы 1, на которой распаиваются плоскостные диоды типа
Д7, ничем не отличается от плат 1 и 2, показанных на рисунке 151.
Основанием поля ячейки служит панель 2. Для ее изготовления лучше
всего подойдет листовая латунь или жесть толщиной 0,3—0,5 мм с размера-
ми 140 X 100 мм. С одной из сторон вырезанной пластинки начертите конту-
ры будущих светящихся полосок. Основные размеры возьмите из чертежа,
приведенного на рисунке 152. Отрежьте из жести ленту шириной 25 мм и рас-
паяйте ее точно по начерченному контуру,предварительно разрезавна отдель-
ные кусочки и согнув их, если в этом будет необходимость. Должны полу-
читься семь изолированных друг от друга сот. В середине каждой из сот
сделайте отверстие диаметром 9 мм. В каждое отверстие вставьте лампочку
от карманного фонаря 3,5 В X 0,15 А или 3,5 В X 0,28 А. Чтобы контакт
был лучше, цоколь лампочки аккуратно припаяйте к пластинке 2.
Осталось проверить изготовленную ячейку в работе. Подключая пооче-
редно источник питания между пластинкой 1 и одной из 10 клемм, обозначен-
ных на рисунке 152 цифрами от 0 до 9, на табло должна высвечиваться со-
ответствующая цифра. Ячейка готова, а главное, проверена в работе. Теперь
можете приступать к изготовлению второй такой же ячейки.
При желании лампочки от карманного фонаря, используемые в цифровых
ячейках, могут быть заменены более мощными, ну, скажем, автомобильными
или обычными осветительными лампочками мощностью 15—20 Вт.Единствен-
ным ограничением здесь является ток, который могут пропускать диоды
в прямом направлении. При этом не забудьте повысить напряжение источ-
ника питания до значения, указанного на лампочках.
Габариты цифровых ячеек с более мощными лампочками должны быть
тоже увеличены. Новые ячейки разработайте самостоятельно, взяв за основу
конструкцию, которая уже была описана. Если использовать обычные осве-
тительные лампочки, то размеры мозаичного поля будут приблизительно рав-
ны 300 X 180 мм. Такие громадные цифры хорошо видно с расстояния до
100 м!
Выпрямитель. Электрическая схема выпрямителя показана на рисун-
ке 153.
Для работы схемы спортивных часов понадобится в общей сложности
четыре источника питания. Три из них должны питать соответствующие схе-
мы постоянным током и поэтому имеют выпрямители с фильтрами. Четвер-
310
0100110110
тый источник служит для питания лампочек, расположенных на табло по
окружности относительно цифровых ячеек. Всего таких лампочек 12. В этом
случае безразлично, каким током их питать, постоянным или переменным.
Для простоты схемы ставить здесь выпрямитель я не рекомендую.
Вкратце разберем назначение каждого из трех источников постоянного
тока.
Источник постоянного тока 24 В X 2 А служит для питания электромаг-
нитов шаговых искателей. Каких-либо особых требований к пульсации вы-
прямленного тока здесь не предъявляется. Поэтому емкостного фильтра,
состоящего из одного конденсатора Ci — 1000 мкФ X 30 В, вполне доста-
точно.
Здесь, как и в двух остальных фильтрах, лучше всего использовать мало-
габаритные электролитические конденсаторы типа К-50 или ЭГЦ. Обязатель-
но обращайте внимание, на какое рабочее напряжение рассчитан конденса-
тор. Оно не должно быть меньше, чем указано на схеме. Иначе конденсатор
может выйти из строя за счет пробоя его изоляции.
Рис. 153. Схема мощного выпрямителя
Д4-Д4 Д302-Д305 I
q 1000,0x30В д
L*	124Вх2А
Д7А-Д71	+
С, 1000.0x15В ।
-----
II 9Bx2(XMtA
+____________ь
Дд-Чг дзо2-дзо5 f +
Со 1000,0x15В !
4Вх8А
3,5Вх1А
Если малогабаритных конденсаторов достать не удастся, замените их на
конденсаторы типа КЭ-1 или КЭ-2. Их можно купить в магазине. Необходи-
мую величину емкости придется получать за счет параллельного включения.
Источник постоянного тока 9 В X 200 мА служит для питания двух плат
мультивибраторов. Каждая из схем в импульсе потребляет ток не более
50 мА. Двойной запас по току нами взят не случайно. Сделано это для того,
чтобы уменьшить падение напряжения на внутреннем сопротивлении самого
источника. За счет этого значительно удалось повысить стабильность его
выходного напряжения. Точно в таком же соотношении повысилась стабиль-
ность частоты генерируемых мультивибраторами колебаний. Можно было бы
найти другое решение и на выходе выпрямителя поставить электронный ста-
билизатор. Но это усложнит схему.
Об источнике тока 4В X 8А уже говорилось. Служит он для питания
цифровых ячеек постоянным током. Пусть вас не удивляет величина его вы-
ходного напряжения. Лампочки в ячейках должны гореть с недокалом,
примерно от 3 В. В этом случае изображаемая цифра лучше просматривает-
ся, чем когда лампочки горят полным накалом. Оставшийся один вольт
0100110111
311
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
падает на диоде матрицы. Получается, что для питания схемы цифровой
ячейки нужен источник с напряжением не 3,5 В, а 4,0 В.
Пожалуй, сложнее всего изготовить для выпрямителя понижающий
трансформатор Tpj (рис. 153).
Собран, трансформатор на железе Ш-30 с толщиной набора 40 мм. Если
использовать другое железо, например Ш-25 или Ш-40, соответственно из-
менится толщина набора. При этом сечение сердечника должно оставаться
равным 12 см2.
Каркас катушки лучше всего сделать из картона толщиной 1,0—1,5 мм,
пропитав его клеем БФ или шеллаком. На щечках каркаса сверлятся отвер-
стия для вывода концов обмотки. Размер их равен диаметру кембрика, наде-
ваемого на концы проводов для их изоляции. Перед намоткой провода каркас
обертывается двумя слоями лакоткани или плотной бумаги.
Обмотка I содержит 500 витков и наматывается проводом ПЭЛ диамет-
ром 0,8 мм (ПЭЛ 0,8). Обмотка II имеет 400 витков и наматывается про-
водом ПЭЛ 0,51. Обмотка III имеет 100 витков, провод ПЭЛ 1,0. Обмотка
IV имеет 40 витков, провод ПЭЛ 0,35. Обмотка V имеет 20 витков, провод
ПЭЛ 2,0 и обмотка VI имеет 15 витков, провод ПЭЛ 0,8. Если не окажется
проводов нужной марки, можете заменять любой маркой медного провода
с эмалевым покрытием, например ПЭ, ПЭВ или ПЭЛУ.
Обмотки надо укладывать аккуратно, строго виток к витку. Каждый слой
в обмотке необходимо изолировать конденсаторной бумагой или чертежной
калькой. Между сетевыми и понижающими обмотками проложите два-три
слоя лакоткани или плотной бумаги. Концы обмоток пропускают через от-
верстия в щечках каркаса, предварительно надев на них кембриковые труб-
ки. Следите за тем, чтобы не было «проваливающихся» витков по краям
слоев около щечек.
На последний слой полностью намотанной катушки положите два-три
витка плотной бумаги на клею.
Пластины трансформаторного железа следует укладывать строго впе-
ремежку, так чтобы прямоугольные и Ш-образные пластины чередовались
на концах каркаса. Если используются пластины с просечкой, в которых
перемычка отштампована вместе с Ш-образной пластиной, то пластины надо
укладывать так, чтобы просечка оказывалась то с одной стороны, то с дру-
гой. Собранный пакет железа плотно стяните винтами, иначе трансформатор
будет гудеть.
Расположение деталей на плате выпрямителя, включая трансформатор,
продумайте сами. При размерах платы 120 X 200 мм места на ней вполне
достаточно, и монтаж должен получиться свободным. Примерное размещение
деталей на плате показано на рисунке 155.
Арифметическое устройство. На блок-схеме спортивных часов (рис. 148)
видно, что арифметическое устройство — это три последовательно включен-
ных счетчика (сумматора) импульсов.
Первый счетчик считает импульсы, которые поступают от специальной
схемы, генерирующей импульсы с периодом 5 с. По мере счета этих импуль-
сов последовательно одна за другой загораются лампочки, расположенные
по окружности на передней панели цифрового табло. По ним легко произво-
дить отсчет времени через каждые 5 с. Команды от счетчика на включение
той или иной лампочки поступают в позиционном коде.
Раньше вы познакомились с различными видами кодирования сигналов,
включая двоичный код, десятичный код, двоично-десятичный код и так да-
лее. Пожалуй, самым простым видом кодирования является позиционное.
312
0100111000
В этом случае каждой команде соответствует своя проволока. Тут уже
никаких дешифраторов больше не нужно. Из схемы, расположенной на ри-
сунке 148, это хорошо видно. Но зато позиционный код самый неэкономичный
в смысле использования канала связи. Слишком много потребуется про-
водов.
12 сосчитанных пятисекундных импульсов, или, что то же самое, каждый
минутный импульс, подается на счетчик единиц и далее на счетчик десятков
минут. По мере счета минутных импульсов на цифровые ячейки поступают
команды также в позиционном коде. Как работает цифровая ячейка, вы уже
знаете.
Все три счетчика проще всего выполнить на шаговых искателях. Ско-
рости счета здесь небольшие, и они вполне подойдут по быстродействию.
К тому же конструкция спортивных часов от этого только упростится. Да
и в работе шаговые искатели достаточно надежны.
В промышленности выпускаются шаговые искатели двух основных ти-
пов — прямого и обратного действия. У первых контакты щеток перемещают-
ся в момент притяжения якоря, у вторых — в момент отпускания, то есть при
снятии напряжения с обмотки.
Шаговые искатели прямого действия имеют обозначения ШИ-11
и ШИ-17, обратного действия ШИ-25 и ШИ-50. Буквы ШИ обозначают шаго-
вый искатель, а цифры — количество ламелей в одном ряду. Число рядов
контактов в каждом из названных искателей может быть различным —
4 или 8. Эти цифры также входят в обозначение шагового искателя. Так, если
на обмотке шагового искателя указано ШИ-11/4, это значит, что он прямого
действия и имеет 4 ряда контактов, по 11 ламелей в каждом. Кроме того,
обмотки шаговых искателей могут быть рассчитаны на разные напряжения—
24, 48 и 60 В.
Для спортивных часов потребуются три шаговых искателя типа ШИ-11/4
на 24 В. Можете применять шаговые искатели, отработавшие положенный
срок на АТС. Для более уверенной работы достаточно их промыть спиртом
и смазать движущиеся детали маслом.
Шаговый искатель, используемый в качестве счетчика пятисекундных
импульсов, кроме положенных 11 ламелей, должен иметь еще одну ламель,
расположенную в нулевом положении щетки.
В шаговых искателях для счетчиков единиц и десятков минут придется
внести изменения. Подберите два искателя, у которых вместо одного ряда
ламелей имелся бы сплошной сектор, перекрывающий все 11 контактов.
Ничего не разбирая, надфилем сделайте прорез в секторе как раз против
нулевой ламели. Назначение прорези вы поймете немного позже, при разборе
электрической схемы арифметического устройства.
Все три шаговых искателя должны надежно работать от напряжения
20 В. Прерывая цепь питания электромагнита тумблером или каким-либо
другим способом, убедитесь в безотказной их работе. Сколько раз прорвете
цепь питания, на столько ламелей должна переместиться щетка. Если хотя
бы раз произойдет сбой, обязательно найдите причину неисправности. Толь-
ко после этого можете монтировать шаговые искатели в схему.
Электрическая схема арифметического устройства приведена на рисунке
154. Ее разбор начнем при некоторых упрощениях, для чего временно исклю-
чим из рассмотрения реле Р3 и Р5, а также сплошные секторы во всех трех
шаговых искателях. Тумблер Вк! поставим в верхнее положение, это будет
соответствовать нормальной работе схемы. При этом электромагниты шаго-
вых искателей Шь Ш2 и Ш3, а также обмотки реле Рн Р2 и Р4 обесточены.
0100111001
313
Т = 0,5 с
Рис. 154. Электрическая схема спортивных часов
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
При каждом замыкании цепи контактом К2 срабатывает реле Рь а вме-
сте с ним через контактную группу реле 1—2 срабатывает шаговый искатель
Ш1. Внимательно проследите цепи питания реле и искателя и убедитесь
в этом сами. По мере перехода щетки первого ряда ПК от ламели к ламели
поочередно загораются и гаснут лампочки Ло —Ли. Вот так работает счет-
чик пятисекундных импульсов. Стоит вам на время нажать кнопку Кь как
цепь питания обмотки реле ?! тут же разомкнется и счет импульсов прекра-
тится.
Кнопка Ki позволяет фиксировать «чистое» время игры. О такой возмож-
ности спортивных часов я уже рассказывал в начале раздела.
Как же используются 2-й и 3-й ряды ламелей шагового искателя Шн
а также реле Р2 ?
При трехкратном срабатывании реле Pi щетка 2-го ряда через ламель
подключает обмотку реле Р2 к шине +24 В. Реле тут же сработает и за-
блокируется своими же нормально разомкнутыми контактами 3—4. Реле Р2
будет оставаться включенным в течение всего последующего времени работы
арифметического устройства.
314
0100111011
А для чего понадобилось такое усложнение схемы? После того как счет-
чик на Ш1 сосчитает 12-й пятисекундный импульс, должен быть сформиро-
ван импульс единиц минут. Он в свою очередь заставит сработать шаговый
искатель Ш2 и переведет контактную щетку из положения 0 в положение 1.
Тут же на цифровом табло загорятся цифры 01, в то время как до этого
горели цифры 00.
Минутный импульс вырабатывается, когда щетка третьего ряда искате-
ля III! проходит нулевую ламель. При этом обмотка Ш2 через контакты 1—2
реле Р2 включается на шину +24 В. Если бы не было реле Р2, то искатель
Ш2 сработал бы в первый же момент включения спортивных часов. При
этом на цифровом табло загорелись бы цифры 01, когда не прошло еще
и 5 с. Это была бы ошибка!
Точно так же исключается ложное срабатывание счетчика Ш3. Для этого
в схеме используются 2-я и 3-я группы контактов искателя Ш2, а также реле
Р4 со своими контактами 1—2 и 3—4. Работу этой части схемы разберите
самостоятельно.
Когда шаговый искатель Ш2 сосчитает десятый импульс, его щетка долж-
на занять свое нулевое положение и одновременно выработать импульс де-
сятка минут. Для этого нами используется шаговый искатель на 11 положе-
ний, то есть с 11 устойчивыми положениями.
С момента включения спортивных часов периодически с частотою 2 Гц
замыкаются контакты Кз- Через них на 10-ю и 11-ю ламели подается на-
пряжение + 24 В в виде дополнительных импульсов. Как только щетка 2-го
ряда искателя Ш2 коснется 10-й ламели, тут же дополнительный импульс
сначала переведет ее на 11-ю ламель, а затем и на 12-ю — в нулевое поло-
жение. На всю эту операцию уйдет не более 1 с, то есть все произойдет
в пределах одного пятисекундного импульса.
Нам осталось разобрать назначение реле Р3 и Р5 и назначение сплошных
секторов шаговых искателей.
Переключим тумблер Bki в нижнее положение. Реле Рь Р2 и Р4 тут
же выключатся, а реле Р3 и Р5 начнут периодически срабатывать с периодом
5 с. Их обмотки через тумблер Bki и контакт К2 соединятся с шиной +24 В.
При этом все три шаговых искателя начнут считать пятисекундные импульсы
до тех пор, пока не займут своих нулевых положений. Вот здесь-то и пона-
добились прорези в сплошных секторах, которые были сделаны в шаговых
искателях перед тем, как их установить в схему.
Работу схемы разберем на примере с шаговым искателем HIj. Когда его
щетки находятся в каком-либо среднем положении, на обмотку электромаг-
нита через сплошной сектор и контакты 1 — 1 реле Р3 подаются пятисекунд-
ные импульсы. При этом обмотка периодически подключается к шине +24 В.
Считая импульсы, счетчик шаг за шагом переходит из одного устойчивого
состояния в другое.
При переходе из 11-го устойчивого положения в нулевое цепь питания
электромагнита разрывается. При этом щетка 4-го ряда приходится как раз
против прорези в сплошном секторе. Более надежному переходу в нулевое
положение способствует конденсатор Сн который, разряжаясь через обмотку
шагового искателя, продолжает питать электромагнит электрической энер-
гией даже тогда, когда основная цепь питания разорвана.
Итак, шаговый искатель Ш1 занял свое исходное положение и будет
ждать команды начать счет пятисекундных импульсов. Для этого тумблер
Bki следует снова поставить в верхнее положение.
Точно так же работает схема установки в исходное состояние шаговых
0100111011
315
380
Рис. 155. Конструкция спортивных часов
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
искателей Ш2 и Ш3. При этом на цифровом табло должны высвечиваться
цифры 00 и гореть самая верхняя индикаторная лампочка.
Теперь можно приступать к сборке арифметического устройства. Пример-
ное расположение деталей на плате показано на рисунке 155. Подчеркиваю:
примерное расположение, потому что оно зависит от размера тех деталей, ко-
торые у вас имеются. Плату вырежьте из текстолита или гетинакса толщиной
5 мм. Все детали располагаются по одну сторону платы, а соединительные
провода — по другую сторону. При этом на плате монтируются только те
детали, которые на рисунке 154 обведены пунктирной линией. Кнопка Ki
и тумблер Вк| устанавливаются на передней панели коробки часов.
Контакты Кг и Кз — это не что иное, как контакты выходных реле муль-
тивибраторов, собранных по схеме, приведенной на рисунке 64. Разница
только в периоде импульсов, которые они генерируют. Точная установка
периода колебаний мультивибратора, генерирующего пятисекундные импуль-
сы, осуществляется переменным резистором R 3.
Итак, все основные узлы спортивных часов изготовлены. Выпрямитель,
платы мультивибраторов и обе цифровые ячейки проверены в работе. К со-
316
0100111100
жалению, арифметическое устройство проверить не удается. Для этого
пришлось бы собрать практически всю схему часов и тут же ее разобрать.
Один из вариантов оформления часов показан на рисунке 155.
Часы состоят из двух блоков: цифрового табло размером 150 X 280 X
X 340 мм и блока управления. Кроме двух цифровых ячеек, табло оборудо-
вано лампочками индикации пятисекундных интервалов времени. В блоке
управления размером 150 X 200 X 380 мм, кроме выпрямителя и двух плат
мультивибраторов, размещено арифметическое устройство. Принятая раз-
бивка аппаратуры на два блока позволяет цифровое табло разместить на
стене спортивного зала, откуда его будет лучше видно.
Оба блока соединены между собою тремя жгутами проводов, заканчи-
вающихся со стороны блока управления разъемами.
Как бы вы аккуратно ни делали монтаж, но ошибки все же возможны.
Чтобы их было проще отыскать, еще раз перечитайте все, что касается
арифметического устройства. Всю настройку часов проводите в той же
последовательности, как описано в книге.
ЭВМ
В ФИЗИЧЕСКОМ
ЭКСПЕРИМЕНТЕ
Как вы думаете, какой шарик, сделанный из
стали и сброшенный с балкона, быстрее окажет-
ся на земле: большой или маленький?
Этот вопрос около 2300 лет тому назад пытал-
ся разрешить великий греческий ученый Аристо-
тель (384—322 до н. э.). Но вместо того, чтобы
сбросить с высоты легкий и тяжелый шары и на-
блюдать за их движением, как это теперь сделал
бы каждый из нас, Аристотель пытался доказать,
основываясь только на умозаключениях, что ско-
рость падающего тела изменяется в зависимости
от ее массы и что поэтому двухкилограммовый
шар упадет вдвое быстрее однокилограммового.
В те времена вряд ли кто-нибудь интересовал-
ся, каким образом Аристотель пришел к такому
выводу. Но поскольку слава Аристотеля как уче-
ного все возрастала, то считалось почти кощунст-
вом обсуждать его слова по какому бы то ни было вопросу. И даже в
1500 году нашей эры считалось: «Чтобы стать ученым, надо наизусть знать
Аристотеля; понимать его— не суть важно; сомневаться в его словах — бо-
гохульство».
Первым, кто осмелился заняться проверкой утверждений Аристотеля,
был молодой профессор Пизанского университета в Италии Галилео Гали-
лей. Галилей отверг распространенный в те времена метод схоластики, ко-
торый сводился к тому, что путем всякого рода логических ухищрений и ссы-
лок на высказывания авторитетов те, кто выдавал себя за «ученых»,
приходили к выводам, угодным власти и церкви. Схоластика представляла
собой оторванное от опыта и от жизни пустое умствование. К сожалению,
и в наши дни они еще встречаются. Галилей же, наоборот, был сторонником
тщательной и всесторонней проверки теории путем наблюдений над естест-
венными и искусственно воспроизведенными процессами.
Производя опыты, Галилей нашел, что мушкетная пуля падает так же
быстро, как и пушечное ядро. Когда он оповестил о своих открытиях ученых
коллег, многие из них, будучи последователями Аристотеля, отказались его
0100111101
317
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
слушать. И подняли на смех Галилея. «Какое право имеет этот юный вы-
скочка бросать вызов учению великого Аристотеля?» — говорили они.
Чтобы доказать неправоту своих врагов, Галилей поднимается в присут-
ствии собравшихся учеников и профессоров на верх знаменитой «падающей
башни» в Пизе и роняет одновременно большое пушечное ядро и маленькую
мушкетную пулю. Башня была идеальным местом для проведения такого
эксперимента. Ее наклон гарантировал, что шары, падая, не ударятся о сте-
ны. Кроме того, высота башни в 56 м была достаточна, чтобы результаты
опыта были убедительными.
Согласно преданию, описываемый момент был достаточно драматичен.
Каждый из ребят может себе представить, что чувствовал Галилей, когда
поднимался по ступеням башни на глазах враждебно настроенной толпы,
замершей в ожидании сигнала, по которому должно было начаться паде-
ние. Можно представить себе и чувство досады, которое охватило коллег
Галилея, когда они увидели, что шары летят вместе и вместе ударяются
о землю. И хотя многие из них в глубине души почувствовали, что они про-
играли битву, никто не хотел признавать этого.
Вместо того чтобы поддержать новый метод экспериментальной провер-
ки изучаемых явлений, противники Галилея бросились к книгам Аристотеля.
А там было написано, что скорость падающих тел пропорциональна их
весу.
В наше время историки рассматривают эксперимент Галилея с шарами
как рождение экспериментальной физики, а самого Галилея заслуженно
называют отцом экспериментальной физики.
Уроните со второго или третьего этажа стальной и алюминиевый шарики.
Чем продолжительнее будет падение, тем точнее будет проверка. Привлеките
к эксперименту двух или трех своих товарищей, которые, стоя внизу, отмеча-
ли бы момент удара шариков о землю. На вопрос: «Как упали шарики?» —
ваши помощники, по всей вероятности, ответят: «Как будто одновременно».
Большего от них, конечно, ничего требовать нельзя.
В наш век ученых интересуют, в основном, количественные
закономерности изучаемого явления.
Сегодня всякий закон, устанавливающий количественную связь между
физическими величинами, выводится в результате опыта, основой которого
служат измерения. Закон может считаться верным лишь с той степенью
точности, с которой выполнялись измерения. О какой точности может идти
речь при определении одновременности падения двух шариков, если ребята
свои измерения проводили буквально на глазок. Отсюда и выводы получи-
лись сомнительными.
Может быть, истина кроется в каких-нибудь десятых долях секунды, ко-
торые, конечно, ребята отметить не могли. Может быть, именно эти мил-
лисекунды помогут вывести новый физический закон: новое уравнение, опи-
сывающее падение тел с различной плотностью!
К сожалению, в школьных кабинетах по физике нет таких приборов, ко-
торые можно было бы использовать при проведении опыта с падающими
шариками. Решить эту задачу нам поможет небольшая специализированная
ЭВМ. С ее помощью можно будет производить измерения временных интер-
валов буквально с точностью до одной миллисекунды! Но и эта точность
далеко не предел. При необходимости ее можно будет поднять до сотых
долей миллисекунды.
Наша ЭВМ, правда с небольшими доработками, позволит определить
ускорение свободно падающего тела.
318
0100111110
Рис. 156. Экспериментальная установка для определения скорости паденна стального шарика
Чтобы было легче понять работу прибора, который будет описан, пред-
лагаю собрать небольшую экспериментальную установку. Как ее сделать,
можно понять из рисунка 156. Для этого вам понадобятся: штатив, электро-
магнит, электросекундомер, реле, тумблер, аккумуляторная батарея, сталь-
ной шарик диаметром 15—20 мм, кусок жести и немного монтажного про-
вода.
Напряжение источника питания выбирается равным питающему напря-
жению электрического секундомера. При этом напряжении электромагнит
должен надежно удерживать стальной шарик. Диаметр провода катушки
подберите сами.
Электромагнит крепится на верхнем конце штанги штатива. Для этого
согните уголок из металлической пластинки толщиной 1,5—2,0 мм. С нижней
стороны штанги укрепите площадку П с шарниром. Проще всего ее сделать
из обычной жести или листовой латуни толщиной 0,3—0,5 мм. В горизон-
тальном положении площадка удерживается пружинящей пластинкой К,
которая одновременно является контактной пластинкой. Если штатив сделан
из металла, то пластинку К и площадку П нужно изолировать от основания.
0100111111
319
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Как вам будет проще, так и сделайте. Решение принимайте самостоятельно.
Теперь осталось собрать электрическую схему (рис. 156, справа) и можете
приступать к проведению эксперимента.
В начале опыта шарик удерживается от падения электромагнитом.
Для этого нужно включить схему, и тут же на катушке электромагнита по-
течет ток. Поднесите стальной шарик к свободному торцу сердечника элект-
ромагнита, шарик притянется к нему, да так сильно, что понадобятся нема-
лые усилия, чтобы оторвать его.
При замыкании тумблера Вк сработает реле Р, которое своими контакта-
ми выключает ток, идущий через катушку электромагнита, и включает цепь
электрического секундомера. С этого момента шарик ничего не удерживает,
и он начинает свое свободное падение.
Оторвавшись от электромагнита, шарик падает на шарнирно закреплен-
ную пластинку П и разрывает цепь питания секундомера, после чего секун-
домер тут же прекращает счет времени. Такая схема позволяет измерять
малые промежутки времени и исключает субъективные ошибки, неизбежные
при работе с обычным секундомером.
Описанный метод прост и нагляден. Но он не дает возможности опреде-
лить скорость падения тел со сколь угодно высокой точностью из-за ошибок,
возникающих при измерении времени падения шарика. Основными причина-
ми ошибок являются неодновременность моментов включения секундомера
и выключения электромагнита, нерегулярность хода электрического секун-
домера и задержка между моментом касания шарика пластинки П и разры-
вом цепи секундомера.
Указанная задержка связана с тем, что пластинка П разрывает цепь
секундомера не в тот момент, когда она начинает двигаться, а лишь после
того, как ее контакт пройдет некоторое расстояние. Обычно это расстояние
составляет доли миллиметра, а то и несколько миллиметров. Все зависит от
контакта К. Пластинка П движется значительно медленнее шарика, и на ее
перемещение также нужно время.
Подводя итог разбору ошибок, можно сказать, что хотя описанная уста-
новка и позволяет значительно повысить точность измерения скорости паде-
ния тел по сравнению с методом, предложенным Галилеем, она все же дале-
ка от совершенства. Посудите сами. Основной параметр, от которого,
собственно, и зависит точность измерения, а именно время, установка опре-
деляет с большой погрешностью.
Что значит измерить точно время протекания того или иного процесса?
Это значит уметь точно фиксировать моменты начала и конца процесса,
а также уметь заполнять интервал между этими моментами времени регу-
лярной последовательностью каких-либо периодических сигналов и считать
их. После этого остается умножить число сосчитанных импульсов на период
их следования.
Ни того, ни другого описанная установка делать не умеет. И только
электроника совместно с электронными вычислительными машинами пол-
ностью решает поставленную задачу.
Рассмотрим работу специализированной ЭВМ, к изготовлению которой
мы приступает. В нашей ЭВМ все автоматизировано: и ввод информации, и
ее обработка, и вывод информации на табло. Вот как все это происходит!
Блок-схема специализированной ЭВМ показана на рисунке 157. Схема
состоит из шести «черных ящиков».
Генератор импульсов — обычный несимметричный мультивибратор, ге-
нерирующий импульсный сигнал отрицательной полярности с длитель-
320
0101000000
1000 мм
Рис. 157. Блок-схема специализированной ЭВМ
ностью около 100 мкс. Поскольку еще раньше мы решили измерять время
с точностью 1 мс, то и период генератора должен быть равен той же вели-
чине. Это так же, как в обычной линейке. Если каждый ее сантиметр разбит
на миллиметровые деления, то измерить длину какого-либо предмета с точ-
ностью 1 мм не составит большого труда. Правда, такую точность можно
получить только при некоторой оговорке. Границы измеряемого предмета
должны быть достаточно четко очерчены и не иметь шероховатостей, превы-
шающих 0,1—0,3 мм. Если не знаешь, к какому месту приложить линейку,
то о какой же точности может идти речь!
Отсюда следует, что наш генератор должен работать на частоте 1000 Гц.
Именно в этом случае он будет генерировать временные метки через каждые
1000 мкс, что нам и обеспечит требуемую точность измерения времени па-
дения тел. Временная диаграмма его работы показана на рисунке 157 в верх-
нем правом углу. Схема генерирует сигнал все время, пока включена ЭВМ.
Собрать такой генератор не представляет никакого труда, и каждый из вас
его уже,наверное, делал. Подробный разбор работы схемы мультивибратора
и его расчет читатель найдет на стр. 125.
0101000001
321
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Фотодатчики I и II — обычные фотореле. Их работа была нами рассмот-
рена раньше в разделах «Кибернетическая модель ночной бабочки» и «Элек-
тронный секундомер с цифровым отсчетом». Недостатком описанных фоторе-
ле является то, что на выходе у них включены электромагнитные реле.
Нам нужны безынерционные фотореле, которые бы вырабатывали им-
пульсный сигнал тут же, как только падающий шарик коснется светового
луча. До этого момента сигнал на выходе «черного ящика» должен отсутство-
вать. Как только шарик пересечет световой луч, сигнал снова должен упасть
до нуля.
На временных диаграммах работы фотодатчиков момент появления сиг-
нала с верхнего датчика обозначен /ь с нижнего — /2- Таким образом,
«границы» измеряемого временного интервала нам удалось «очертить»
с точностью буквально 0,01—0,05 мс, то есть с точностью 1—5% от мини-
мального временного интервала, равного 1 мс. Когда вы соберете всю маши-
ну, интересно будет посмотреть на эти импульсы. Сделать это можно при
помощи обычного электронного осциллографа, имеющего ждущую разверт-
ку. Руководитель кибернетического кружка вам в этом поможет. Заглянуть
внутрь прибора всегда не только интересно, но и полезно.
Сигналы с верхнего и нижнего фотодатчиков подаются на «черный
ящик», обозначенный на блок-схеме словом «триггер». Это обычная триггер-
ная схема с раздельным запуском. Ее схема, выполненная полностью на
транзисторах, приведена на рисунке 62, а полное описание работы вы найде-
те на стр. 119. Схема триггера имеет два устойчивых состояния. До тех пор
пока на схему не поступит сигнал от верхнего фотодатчика, сигнал на ее
выходе отсутствует. Это является исходным состоянием триггера.
Как только поступит импульсный сигнал, триггер тут же займет свое
второе устойчивое положение и на его выходе появится сигнал, как это видно
из временной диаграммы 4. Сигнал от нижнего фотодатчика вернет триггер
в исходное состояние, после чего напряжение на его выходе вновь упадет до
нуля.
Итак, в интервале времени между импульсами от верхнего и нижнего
фотодатчиков на выходе рассматриваемого «черного ящика» будем иметь
постоянный по амплитуде сигнал в виде постоянного напряжения. Причем
границы этого сигнала будут очерчены с той же точностью, что и границы
импульсных сигналов, запускающих триггер.
С выхода триггера сигнал поступает на следующий «черный ящик», кото-
рый на схеме обозначен как «электронный ключ». Он тоже имеет два входа,
причем на второй вход подается сигнал с выхода генератора импульсов.
Различных схем электронных ключей очень много, и мы здесь их разби-
рать не будем. Важно знать только одно, что работают они точно так же,
как и обычные электромагнитные реле. Такой ключ или пропускает через се-
бя сигнал, или полностью его задерживает. Все зависит от того, подается
на электронный ключ сигнал управления или его нет. В электромагнитном
реле таким сигналом является ток возбуждения катушки, а в случае триг-
гера — это напряжение, подаваемое на его вход. Как видите, имеется полная
аналогия. Поэтому-то в технической литературе электронные ключи часто
называют электронными реле.
Проще всего принцип действия электронного ключа понять на примере
обычного транзисторного каскада, работающего в релейном режиме. Но мы
это сделаем немного позже, когда будем разбирать электрическую схему
самой специализированной ЭВМ. Когда на вход ключа подается сигнал
управления в виде постоянного напряжения, он без искажений пропускает
322
0101000010
через себя сигнал от импульсного генератора. Импульсы проходят только
в то время, пока продолжается сигнал управления. Кончился сигнал управ-
ления, моментально на выходе ключа пропадут импульсы, идущие от им-
пульсного генератора. Все это хорошо видно на временной диаграмме 5
рисунка 157.
Число прошедших через ключ импульсов с точностью до одного равно
длительности сигнала управления, деленной на период сигнала генератора
импульсов. Вы спросите: «Почему с точностью до одного?» Да потому, что
продолжительность сигнала управления не обязательно будет кратна пери-
оду Т. Это, собственно, и ограничивает точность, с которой наша машина
будет измерять время падения шарика. Захотите поднять точность — увели-
чивайте частоту генератора импульсов. Ну, скажем, в 10 раз! Тогда машина
сможет измерять время уже не с точностью 1 мс, а с точностью 0,1 мс, или,
что то же самое, 100 мкс.
После того как на выходе электронного ключа получена ограниченная
последовательность импульсов, ее остается только сосчитать. И все. Отсюда
ТРПНЗИСТОР ТРПНЗИСТОР
ОТКРЫТ	ЗПКРЫТ
Рис. 158. Условное обозначение триггерной ячейки:
время падения шарика, которое он затрачивает, пролетая расстояние
1000 мм, можно будет получить из формулы:
t изм = Т • N,
где N — число сосчитанных импульсов, Т — период импульсов.
Для счета импульсов с периодом 1 мс никакой электрический счетчик
использовать не удастся. Слишком часто один за другим следуют импульсы,
которые нужно считать. Любой электрический счетчик от такой частой после-
довательности импульсов просто «захлебнется» и перестанет правильно ра-
ботать. Выручить нас может только электронный счетчик. О его работе уже
кое-что рассказывалось в разделе «Триггер». Теперь остановимся более
подробно.
Электронный счетчик. Проще всего такой счетчик собрать на триггерах
или других электронных схемах с двумя устойчивыми состояниями.
Но прежде чем знакомиться с работой электронного счетчика, вспомните
все, что вы знаете о триггерной схеме и о системах с несколькими устойчивы-
0101000011
323
ми состояниями, например, о шаговом искателе. Без этого что-либо понять
будет очень трудно, я бы сказал,— просто невозможно.
Сам процесс счета, о котором уже много рассказывалось, одинаков для
систем счисления с любым основанием.
Сосчитать число — это значит запомнить его какой-либо схемой, имеющей
столько устойчивых состояний, сколько единиц может быть в одном разряде.
Вспомните, как человек учился считать на пальцах, загибая тот или
иной из них в зависимости от числа сосчитанных предметов. Загнуть нужный
палец или перебросить костяшку на счетах — это и есть операция запомина-
ния числа. Точно так же дело обстоит и в электронных счетах. Например,
десятичный счетчик должен уметь запоминать десять единиц. Для этого он
должен иметь десять устойчивых состояний, каждое из которых чем-то от-
личается от остальных. Двоичный счетчик таких состояний должен иметь
только два.
Со схемой на десять устойчивых состояний вы уже знакомились ранее.
Это был шаговый искатель.
Рис. 159. Двоичный счетчик на четыре разряда:	а — электрическая схема,
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Собрать электронную схему, имеющую десять устойчивых состояний, то-
же можно, но это довольно сложная задача.
А вот схему с двумя устойчивыми состояниями сделать очень просто. Это
и есть обычный триггер! А если к тому же триггер включить по схеме со
счетным входом, то получим один разряд двоичного счетчика. Включив
несколько таких триггеров один за другим последовательно, мы получим
возможность считать электрические импульсы.
Итак, триггер (рис. 62) —это электронная схема с двумя устойчивыми
состояниями. Из одного своего устойчивого состояния в другое триггер пере-
водится под действием импульса, подаваемого на его счетный вход. При
этом на коллекторных резисторах транзисторов Ti и Т2 возникают импуль-
сы, длительность которых /Им равна интервалу между запускающими им-
пульсами. Это те импульсы, которые поступают на вход триггера.
Вот и получается, что частота импульсов, вырабатываемых триггером, в
2 раза ниже частоты запускающих сигналов, а сам триггер при этом стано-
вится делителем частоты электрических импульсов в отношении 2 : 1. В этом
очень важно хорошо разобраться. Именно это свойство триггера использует-
324
0101000100
ся для счета рабочих импульсов. Несколько ниже, разбирая временную диа-
грамму работы двоичного счетчика, мы на этом еще раз остановимся.
Два триггера или более, включенные последовательно, образуют двоич-
ный счетчик, в котором каждый триггер представляет один разряд. Счетчик,
состоящий из четырех триггеров, имеет коэффициент пересчета 16. Это число
означает, что при поступлении 16-го входного импульса счетная схема воз-
вратится в свое исходное состояние. При этом на выходе схемы появится
сигнал переноса в следующий старший разряд.
При необходимости иметь счетчик с коэффициентом пересчета больше 16
нужно соответственно увеличить число триггерных ячеек. Так, при после-
довательном соединении п ячеек общий коэффициент пересчета будет
равен:
N = 2п
В дальнейшем будет описан восьмиразрядный двоичный счетчик. Под-
ставляя в формулу вместо п число 8, получим, что наш счетчик сможет
1 ШШПШИПТПШШ ‘t
21. ,.| и и Ц и и Ц Ц Ц и u U'
ВРЕМЕННЫЕ ДИАГРАММЫ ТРИГГЕРОВ
6 1___I--CZZZI--г г
7-----Lь—V—L
8 Г......1------Г.
б — временная диаграмма работы с’
обеспечить счет до 256 импульсов. Если кому-либо из ребят понадобится
считать еще больше импульсов, добавляйте триггерные ячейки.
В дальнейшем триггерные ячейки мы будем изображать, как показано
на рисунке 158, с помощью прямоугольника, разделенного на две части.
Причем заштрихованную часть будем считать соответствующей проводяще-
му транзистору, а незаштрихованную — запертому транзистору.
Две стрелки снизу, поступающие на обе части прямоугольника одновре-
менно, говорят о счетном запуске триггера. При раздельном запуске схемы
стрелки идут раздельно.
Кроме того, обозначив одно устойчивое состояние триггера через 0, а дру-
гое через 1, можно, подавая на вход схемы импульсы, последовательно
заставлять счетную ячейку принимать состояния 0, 1,0, 1, 0 и так далее.
Состояние 0 соответствует проводящему транзистору, состояние 1—за-
пертому.
Рассмотрим работу четырехразрядного двоичного счетчика. Такой счет-
чик состоит из четырех последовательно включенных триггерных ячеек. Его
блок-схема приведена на рисунке 159.
0101000101
325
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Перед началом счета все левые части триггерных ячеек устанавливаются
в состояние 0 и индикаторы показывают нулевое состояние для всех четырех
разрядов — 0000. На работе индикаторной ячейки мы остановимся позднее,
когда будем разбирать схему восьмиразрядного счетчика.
Для установки триггеров в исходное состояние в электронном счетчике
имеется специальная схема. Инженеры ее называют схемой сброса. На блок-
схеме она показана кнопкой К и 4 диодами. В каком бы состоянии ни на-
ходились. триггерные ячейки, после нажатия кнопки сброса все их левые
части перейдут в открытое состояние, а правые — в запертое. Такую опера-
цию часто еще называют обнулением счетной схемы.
Первый импульс, поступивший на вход триггера Тгн изменит его состоя-
ние на 1. При этом на табло высветится число 0001. Не удивляйтесь такой
записи. Она обратна расположению триггерных ячеек на рисунке. Там (рис.
159) левый триггер Тп представляет собой самый младший разряд счетной
схемы, в то время как при записи числа в двоичном счислении младший
разряд располагается справа. В десятичном счислении порядок записи чисел
аналогичен. Именно это обстоятельство может насторожить некоторых ребят
и ввести их в заблуждение.
Второй импульс возвратит триггер Тг] в 0. Одновременно с выхода триг-
гера импульс поступит на вход ячейки Тг2 и изменит ее состояние на 1. Табло
покажет 0010, что соответствует начертанию числа 2 в двоичной форме
записи. Так, собственно, и должно получиться. Счетчик сосчитал два импуль-
са. Значит, его индикатор должен показать число 2. А в каком счислении —
это зависит от схемы счета и дальнейших преобразований. Можно ведь и так
сделать: считать в двоичном счислении, а отображать информацию в деся-
тичном. Но для этого понадобится дополнительная декодирующая схема. Об
этом мы уже писали.
Третий импульс изменит состояние триггера Тп на 1. Триггер Тг2 этого
импульса никак не почувствует, до него он просто не дойдет. При этом по-
казания индикатора станут ООП. Четвертый счетный импульс возвратит Tri
на 0 и одновременно пошлет импульс на триггер Тг2. В результате Тг2 тоже
возвратится в свое исходное нулевое состояние и в свою очередь пошлет
импульс на триггер Тг3. Изменится состояние триггера Тг3 на 1. Табло пока-
жет число 0100.
Аналогичные процессы происходят в счетчике и при поступлении после-
дующих счетных импульсов вплоть до 15-го, что будет соответствовать числу
1111. При этом четырехразрядный счетчик исчерпает все свои возможные
устойчивые состояния. Новых чисел запомнить он уже не в состоянии. Шест-
надцатый импульс возвратит все триггеры в исходное нулевое состояние,
а табло, как и в начале счета, покажет число 0000.
При необходимости считать большее число импульсов количество триг-
герных ячеек должно быть увеличено. Об этом уже говорилось.
Вот если бы работу схемы рисунка 159 разбирал не кибернетик, а радио-
инженер, то он бы несколько иначе подошел к этой задаче. В основу разбора
он положил бы не логику работы схемы, а ее временные диаграммы, показан-
ные на рисунке справа. Они и вам помогут получше понять работу счетной
схемы.
При подаче на вход триггера Tn последовательности счетных импульсов
напряжение на коллекторе правого транзистора имеет форму прямоугольных
импульсов. На рисунке они показаны кривой 2. Их частота в два раза ниже
частоты входных импульсов.
Далее прямоугольные импульсы дифференцируются на RC-цепочке связи.
326
0101000110
В реальной схеме триггера (рис. 62) для этой цели служат конденсаторы
Ci и С2 и резисторы Rj и R2. Дифференцирование сигнала приводит к после-
довательности импульсов попеременно то положительной, то отрицательной
полярности (кривая 3). Положительные импульсы никак не воздействуют на
триггер Тг2. Для этого в его схеме имеются два диода Д1 и Д2. Диоды
включены так, что импульсы положительной полярности они не пропускают.
А вот отрицательные импульсы проходят через диоды почти без потерь.
Поскольку период отрицательных импульсов в два раза меньше счетных
импульсов, триггер Тг2 будет перебрасываться один раз за каждые два пере-
броса Tri и так далее.
Теперь о работе индикаторной ячейки и схемы сброса. Для этого обратим-
ся к рисунку 160.
Слева на рисунке представлена хорошо знакомая нам схема триггера,
работающего в режиме счетного запуска. Справа показана схема индикатор-
ной ячейки. Это обычный усилитель тока, собранный на одном транзисторе
Т3. Его нагрузкой служит обмотка реле Р.
Когда триггер находится в своем исходном нулевом состоянии, транзи-
стор Ti полностью открыт. При этом напряжение на его коллекторе близко
к нулю. Ток базы транзистора Т3 также равен нулю, отчего он заперт, а реле
Р обесточено. В результате, в ячейке табло высвечивается цифра 0.
Как только триггер опрокинется счетным импульсом и будет находиться
в состоянии 1, транзистор Ti запрется. При этом напряжение на его коллек-
торе поднимется до напряжения источника питания, а ток базы транзистора
Т3 возрастет настолько, что полностью откроет его. Величина резистора Ri
выбирается из расчета, чтобы при запертом транзисторе ?! ток базы транзи-
стора Т3 был достаточен для ввода его в режим насыщения. При этом срабо-
тает реле Р и в ячейке табло загорится цифра 1.
Теперь интересно разобраться в назначении конденсатора Cj. Вместе
с резистором Ri они образуют интегрирующую цепочку. Без нее электромаг-
нитное реле пыталось бы срабатывать с частотой счетных импульсов. Кроме
дребезга, из этого ничего бы не получилось. Не забывайте о том, что электро-
магнитное реле имеет довольно большую инерционность и, конечно, не успеет
срабатывать так же часто, как это может делать электронное реле. Чтобы
0101000111
327
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
предохранить реле Р от быстрого износа, особенно это касается его контак-
тов, и поставлены конденсатор Ci и резистор Rj.
В качестве табло может быть использована ячейка, описанная на стр. 304,
при этом диодную матрицу следует упростить. Для этого из схемы выбра-
сываются все диоды, кроме тех, что обеспечивают высвечивание цифр 0 и 1.
В описываемой схеме отображать цифры от 2 до 9 нам не потребуется. Те-
перь для ячейки табло потребуется всего 17 диодов вместо 97.
Желая упростить ячейку табло, можно совсем отказаться от диодной
матрицы. Схема такой ячейки показана на рисунке 160. Если используются
лампочки от карманного фонаря 3,5 В X 0,15 А, то величина резисторов
R2 и R3 выбирается в пределах от 40 до 50 Ом.
Осталось разобраться в работе схемы сброса. Собственно, никакой схемы
здесь и нет. Просто, когда требуется обнулить триггер, коллектор его левого
транзистора Ti через диод и кнопку К2 на какое-то мгновение соединяется
с общим проводом +9 В (см. рис. 160). Если до этого транзистор ?! был
открыт, а Т2 заперт, то ничего нового не произойдет.
Кто, спрашивается, поставил триггер в нужное нам положение? Да никто.
При подаче на схему триггера питающего напряжения он может занять од-
но из двух равновероятных состояний. Здесь дело случая. Чтобы в этом
убедиться, можете поставить такой эксперимент.
Соберите схему, приведенную на рисунке 160. Недостающие данные дета-
лей возьмите из рисунка 62. При этом обратите внимание, чтобы симметрично
расположенные резисторы и конденсаторы имели разброс по номиналу не
более ±5%. Существенное значение при этом имеет идентичность парамет-
ров транзисторов. Из 100 включений схемы примерно в 50 случаях на табло
высветится цифра 0. Так мы убедились в том, что вероятность обоих состоя-
ний триггера близка к 0,5. Это так же, как и при подбрасывании монеты!
Если триггер до обнуления находился в состоянии 1, то транзистор
?! был заперт, а транзистор Т2 открыт. При заземлении коллектора тран-
зистора Ть ток базы упадет до нуля, отчего последний тут же запрется.
Когда цепь сброса будет разорвана, триггер сохранит обнуленное состояние
до прихода первого счетного импульса. Триггерная ячейка готова к работе.
Вернемся к рисунку 159. Все левые части триггеров Trj —Тг4, каждый
через свой диод и кнопку К, соединены с общим проводом. Сопоставляя ри-
сунки 159 и 160, замечаем, что, если диодов не ставить, коллекторы всех
четырех левых транзисторов будут соединены вместе. Можете не пробовать,
работать такая схема не будет. Диоды отделяют все четыре триггерные
ячейки друг от друга.
Конечно, можно построить счетчик и без диодов, но тогда понадобится
кнопка, способная рвать одновременно четыре цепи. Приобрести ее — задача
не из легких. Правда, такую кнопку можно заменить двумя тумблерами типа
ТВ-2, работающими параллельно. Но и это решение не из удачных. Слишком
все получается неконструктивным и дорогим. Лучшим решением является,
конечно, установка диодов.
Приступаем к изготовлению электронного счетчика на восемь двоичных
разрядов. Он нам позволит считать до 256 импульсов при быстродействии не
менее 10 000 импульсов в секунду. Разве может за ним угнаться обычный
электромеханический счетчик? Конечно, нет. Для ЭВМ, которую вы делаете,
такого быстродействия вполне достаточно.
Амплитуда счетных импульсов, поступающих на вход схемы, равна
5—8 В. Они должны быть обязательно отрицательной полярности и иметь
длительность порядка 10—100 мкс. Именно на этом чаще всего ошибаются
328
0101001000
Рис. 161. Общая схема электронного счетчика
многие ребята. Подадут на счетчик импульсы положительной полярности
и сами удивляются, почему он их не считает.
Схема двоичного счетчика представлена на рисунке 161. По ней вам
будет легко вычертить полную электрическую схему на большом листе мил-
лиметровой бумаги. Сделайте это обязательно. Разобраться в работе счетчи-
ка, имея перед глазами такую схему, гораздо удобнее и проще.
Питается схема от источника постоянного напряжения 9 В, потребляя
ток не более 500 мА. Для этого можно использовать типовую плату источ-
ника питания. Ее описание вы найдете на стр. 177. Вторичная обмотка по-
нижающего трансформатора Tpi вместо 50 витков («12 В») должна иметь
38 витков.
Остальные данные радиодеталей, включая трансформатор, остаются та-
кими, какими они даны на рисунке 90. Для питания табло, которое описано
ниже, используется обмотка III трансформатора Tpj. Мощности ее вполне
достаточно при работе всех восьми цифровых ячеек. Если при подаче на пла-
ту питания переменного напряжения от сети загорается индикаторная лам-
почка Л1 —6,3 В X 0,28 А, значит, все работает исправно.
0101001001
329
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Все восемь триггерных плат Тг!—Тг8 смонтируйте, строго придержи-
ваясь рисунка 62. Подробный разбор работы триггера, а также его конструк-
ция приведены на стр. 119. Существенное значение при этом имеет иден-
тичность симметрично расположенных радиодеталей. Так, например, резисто-
ры коллекторных нагрузок К5и R8 должны иметь разброс по величине не
более 5%. То же касается и других деталей, включая транзисторы. Обо всем
этом уже говорилось, когда рассматривалась работа индикаторной ячейки.
Прежде чем впаивать радиодетали на платы, рекомендуется произвести их
сортировку.
Перед монтажом плат в счетчик каждую из них следует внимательно про-
верить в работе. Схема испытаний приведена на рисунке 105. В качестве
генератора импульсов можно использовать самодельный прибор, описанный
на стр. 208, или любой другой генератор, обеспечивающий на выходе
импульсы отрицательной полярности амплитудой 5—8 В. Желательно, чтобы
осциллограф имел развертку со ждущим запуском.
Первоначально на вход осциллографа подайте импульсы от генератора
и тем самым откалибруйте его экран по времени. Частоту импульсов возьми-
те равной около 1000 Гц, а скорость луча такой, чтобы на экране просматри-
валось 15—20 импульсов. На осциллографе вы должны увидеть частокол
вертикальных линий.
Ничего не меняя, сигнал от импульсного генератора подайте на запуск
триггера, работающего в счетном режиме. Один из выходных зажимов триг-
гера подключите ко входу осциллографа. На экране хорошо видно, как триг-
гер делит импульсы счета на два.
Работу триггерных плат можно полностью проверить, пользуясь генера-
тором одиночных импульсов. Его описание приведено там же, где и генера-
тора импульсов. Электрическую схему найдете на рисунке 101. Там генера-
тор назван «датчиком импульсов».
Каждый раз при нажатии кнопки Ki схема выдает один импульс отрица-
тельной полярности нужной нам амплитуды. Необходимость в осциллографе
теперь отпадает. Разовые процессы на нем рассматривать невозможно.
Вместо осциллографа к одному из выходов триггера подключите вольтметр
постоянного тока. Второй провод прибора подключается к общему проводу.
При этом вольтметр может показать или напряжение, близкое к нулю, или
—9 В. Все зависит от того, какое состояние первоначально занял триггер
при подаче на него питающего напряжения.
Допустим, что транзистор, к выходу которого был подсоединен вольтметр,
открыт. Значит, прибор покажет напряжение около нуля. Нажмите кнопку
Ki- Датчик сформирует одиночный импульс и пошлет его на запуск триггера.
Если плата работает исправно, то схема займет свое второе устойчивое со-
стояние. Открытый до того транзистор запрется, а стрелка вольтметра подой-
дет к цифре, близкой к 9 В. Каждый раз при нажатии кнопки Ki стрелка бу-
дет менять показания от 0 до 9 В и наоборот.
Так нужно проверить каждую из 8 плат. И не думайте, пожалуйста, что
вы делаете лишнюю работу. Такая проверка избавит вас в дальнейшем от
многих хлопот и значительно сократит общее время настройки электронного
счетчика.
Усилители тока восьми индикаторных ячеек размещены на двух типовых
платах. По схеме и конструкции они почти ничем не отличаются от платы
электромагнитных реле с задержкой при срабатывании. Все необходимые
данные читатель найдет на стр. 173. Различаются платы лишь типом реле.
Здесь нам нужно электромагнитное реле с контактной группой на переклю-
ззо
0101001010
чение, причем надежно срабатывающее от 9 В. Без каких-либо переделок
подойдет реле типа РЭС-6, паспорта 144 и 145 или реле типа РЭС-22, пас-
порт 129. Поскольку раньше в плате использовались реле с двумя контакт-
ными группами на замыкание, пришлось несколько изменить распайку
выходных проводов, идущих к гвоздикам. В центре рисунка 161 дан вариант
распайки, которого следует придерживаться.
Изготовленную плату не забудьте проверить.
Подключите плату к источнику постоянного тока с напряжением 9 В. Ни
одно из четырех реле не должно сработать. Это говорит о том, что все
транзисторы Ti—Т4 исправны и вы не наделали ошибок в монтаже кол-
лекторных цепей. После этого временно соедините гвоздики 3 и 1 куском
провода. С задержкой в 0,5 с должно сработать реле Рь включенное в цепь
коллектора транзистора Повторите операцию с остальными тремя каска-
дами. По мере подключения резисторов R2 — R4 будут срабатывать соответ-
ствующие им электромагнитные реле Р2—Р4.
Цифровое табло, используемое в описываемом счетчике, состоит из 8
цифровых ячеек. В книге уже рассматривалось три типа цифровых ячеек, но
все они, к сожалению, по цене слишком дороги. Их цена, в основном, опре-
деляется стоимостью диодов, идущих на матрицу.
Оказывается, можно построить цифровую ячейку и без диодной матрицы.
Действительно, зачем нужна матрица там, где нужно различать всего две
команды, соответствующие высвечиванию цифр 0 и 1. Эту задачу полностью
может выполнить обычное электромагнитное реле с контактной группой на
переключение. Если команды на реле никакой не подается и оно обесточено,
включается группа лампочек, высвечивающих цифру 0. Подали на реле
команду — загорелась цифра 1. Реле имеет два устойчивых состояния: вклю-
чено— выключено и свободно справляется с поставленной задачей. Когда
нужно различать большее число команд, диодная матрица необходима.
В новой цифровой ячейке диодной матрицы нет, отчего упростилась ее
схема и конструкция. На рисунке 162 все наглядно показано. Когда включе-
ны лампочки Ль Л2, Лз, Л4, Л7 и Л8 —высвечивается цифра 0. При вклю-
ченных лампочках Л5, Л6, Л7 и Л8 —загорается цифра 1. Обратите внима-
ние на то, что лампочки Л7 и Л8 в обоих случаях включены и их можно не
коммутировать. Контакты электромагнитного реле индикаторной ячейки
должны переключать две группы лампочек: одна из них — Ль Л2, Л3 и Л4,
другая группа—Л5и Л6.
Основанием цифровой ячейки служит панель 1. Для нее лучше всего по-
дойдет листовая латунь или жесть толщиной 0,3 — 0,5 мм. На одной стороне
вырезанной пластинки начертите контуры будущих двух цифр 0 и 1. Основ-
ные размеры возьмите на чертеже, приведенном на рисунке 162 в нижнем пра-
вом углу. Отрежьте из жести ленту шириной 25 мм и распаяйте ее точно
по начерченному контуру, предварительно разрезав на отдельные полоски.
В результате должны получиться пять изолированных друг от друга ячеек.
В каждой из них согласно чертежу сделайте отверстия диаметром 9 мм. Во
все отверстия вставьте лампочки от карманного фонаря 3,5 В X 0,15 А или
3,5 В X 0,28 А. А чтобы лучше был контакт, цоколь каждой лампочки ак-
куратно припаяйте к пластинке 1. Схема соединений лампочек между собой,
а также распайка выводных концов к монтажной колодке 2 показаны на
верхнем правом рисунке.
Порядок сборки цифровой ячейки хорошо виден из рисунка 162. Смонти-
рованная ячейка сверху закрывается пластинкой из матового плексигласа,
через которую, кроме светящейся цифры, ничего не видно.
0101001011
331
Рис. 162. Цифровая ячейка без диодной матрицы
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
Нам осталось проверить изготовленную цифровую ячейку в работе. Под-
ключите к выводам 3—4 монтажной колодки напряжение 6,3 В от понижаю-
щего трансформатора. Должны загореться две крайние лампочки — Л7
и Л8. Замкните куском провода выводы 1 и 4, при этом должна высветиться
цифра 0. При замыкании выводов 2 и 4 должна загореться цифра 1.
Даже проверив все платы и ячейки табло в отдельности, нельзя быть уве-
ренным в надежной работе электронного счетчика. Всегда в схеме может
что-нибудь случиться, ну, скажем, перегорит один из транзисторов или от-
паяется какой-либо из проводников. Для быстрого отыскания места неис-
правности удобно иметь специальный контроль, который бы позволил в лю-
бой момент проверить работу схемы. Для этого в схему, приведенную на ри-
сунке 161, введен датчик импульсов. Ко входу счетчика он подключается че-
рез контакты переключателя П1.
Допустим, сделанный вами счетчик перестал работать или работает не-
надежно: то считает импульсы, то нет. В чем дело? То ли счетчик виноват,
то ли на него не поступают импульсы счета. Вот здесь-то и выручит вас
встроенный оперативный контроль. Встроенным он называется потому, что
332
0101001100
схема датчика импульсов конструктивно расположена в самом счетчике. Так
что для проверки счетчика не нужно производить никаких пересоединений
и тем более никаких перепаек. Достаточно переключатель ГЦ поставить в
верхнее положение, и можно приступать к проверке. Правда, перед этим
еще нужно установить все триггеры в нулевое положение, для чего необхо-
димо кратковременно нажать кнопку сброса Кг- Табло при этом во всех
ячейках покажет одни нули.
Нажмите теперь кнопку датчика импульсов Ki- Если счетчик работает
исправно, он должен сосчитать один импульс и отобразить результат на
табло в виде числа 00000001.
Может случиться, что, сосчитав таким образом 8 импульсов, на 9-м им-
пульсе схема перестанет работать. Значит, неисправность в плате Тг4.
Рассмотрим другой пример неисправной работы. Счетчик считает пра-
вильно, а вот на табло не высвечивается в 7-й ячейке цифра 1. Почему-то
постоянно горит цифра 0. Вы, наверное, догадались, что неисправность в этом
случае нужно искать в схеме усилителя тока ячейки Тг7. Скорее всего, вы-
шел из строя транзистор или залипли контакты его электромагнитного реле.
Конструкцию электронного счетчика предлагается разработать самостоя-
тельно. Все будет зависеть от того, для каких целей вы его собираете и ка-
кими материалами и возможностями располагаете. В качестве примера мо-
жете воспользоваться рисунком 163.
В предлагаемой конструкции все платы, включая ячейки табло, крепятся
непосредственно к передней панели. Сделать панель нужно достаточно жест-
кой. Лучше всего для этого подойдет толстая фанера, листовой текстолит
или плексиглас. Толщины листа 10—12 мм вполне достаточно.
На лицевой стороне панели расположены: выключатель Вкн сигнальная
лампочка Лн кнопка запуска датчика импульсов К i, кнопка сброса Кг,
переключатель встроенного контроля Пь а также выходные клеммы, на ко-
торые подаются счетные импульсы.
Весь внутренний монтаж проводится строго по рисунку 161. Выполняется
он многожильным проводом в хлорвиниловой изоляции сечением 0,14—
0,35 мм2. Для того чтобы было легче проследить путь того или иного про-
водника, желательно иметь изоляцию проводов 4—5 цветов. Скажем, цепь
питания 4- 9 В проводится проводом черного цвета, цепь питания —9 В—
красным проводом, сигнальные цепи ведутся желтым проводом и так далее.
Такая расцветка монтажных проводов значительно облегчает поиск неис-
правной цепи.
Там, где получается достаточно толстый пучок проводов, их следует объ-
единить в общий жгут. Сделать это можно,или связав провода вместе тол-
стой ниткой, или вложив их в хлорвиниловую трубку. Диаметр трубки вы-
бирается из расчета, чтобы все провода вместились в нее достаточно сво-
бодно и при необходимости можно было расположить еще 2—3 дополни-
тельных провода.
При желании в рассматриваемой конструкции можно разместить остав-
шуюся часть схемы ЭВМ (рис. 157), включая плату триггера, электронный
ключ и генератор счетных импульсов. Места для них на передней панели
вполне достаточно.
Десятичный электронный счетчик. Еще совсем недавно десятичный элек-
тронный счетчик представлял собой счетное кольцо, состоящее из десяти
счетных ячеек. Выход каждой ячейки через разделительную емкость соеди-
нялся со входом последующей ячейки. Все десять триггеров способны запом-
нить десять цифр от 0 до 9. Причем в данный момент действует только
0101001101
333
Рис. 163. Конструкция электронного счетчика на 8 двоичных разрядов
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
один из этих запоминающих элементов. Именно эта ячейка помнит сосчитан-
ное число. Картина похожа на загнутый палец на руке считающего.
Старший запоминающий элемент, соответствующий числу 9, связан с
младшим элементом (0) так, что все они образуют замкнутое кольцо, подоб-
но зубцам счетного колеса в механическом счетчике. Всякий раз, когда
декада, заполненная до старшего разряда, получает еще один счетный им-
пульс, она возвращается в нулевое состояние и одновременно выдает им-
пульс переноса. Если в счетчике используется более чем одна декада, то
импульс переноса от младшей декады будет входным счетным импульсом
для следующей, старшей декады.
В настоящее время для десятичного счета ученые разработали так на-
зываемую двоично-десятичную пересчетную схему. Вместо десяти запоми-
нающих ячеек (триггеров) в ней имеется только четыре. Для того чтобы
собрать такую схему, используют обычный четырехразрядный двоичный
счетчик. Состояния его триггеров образуют шестнадцать различных комби-
наций. Шесть из них для нас лишние. Они исключаются с помощью допол-
нительных логических связей.
334
0101001110
На рисунке 164 дана блок-схема одной декады двоично-десятичного счет-
чика. Чтобы проще было разобраться в ее работе, несколько ниже представ-
лена схема обычного четырехразрядного двоичного счетчика. Она мало чем
отличается от схемы, приведенной на рисунке 159. В схеме отсутствуют диф-
ференцирующие цепочки и диоды сброса. Упростили мы ее, чтобы было про-
ще разобраться в дополнительных логических связях, введенных в схему
двоично-десятичного счетчика.
В рассматриваемой блок-схеме счет осуществляется таким же образом,
как и в знакомом нам двоичном счетчике, вплоть до седьмого импульса.
В этом нетрудно убедиться, разбирая работу триггерных ячеек Тгь Тг2
и Тг3. Советую такую работу провести самостоятельно.
При поступлении на вход счетчика восьмого импульса ячейка Тг4 опро-
кидывается в состояние 1. В то же время импульс с ее выхода по допол-
нительным логическим связям подается обратно на ячейки Тг2 и Тгз.
На блок-схеме эта связь дана более жирной чертой. Вследствие действия
дополнительных импульсов ячейки Тг2 и Тг3 снова перебрасываются
выхон
2	4	8	16
Рис. 164. Блок-схемы двух счетчиков: а — двоично-десятичного, б — двоичного
в состояние 1. После этого счет производится обычным порядком, и при
подаче десятого счетного импульса все двоичные ячейки вновь оказывают-
ся в состоянии 0. На этом цикл счета декадой заканчивается.
Попробуем составить таблицу состояний всех четырех триггеров при
счете импульсов от 0 до 10. Не имея опыта, будет трудно это сделать с пер-
вого раза. Повторяя эту операцию несколько раз, постарайтесь поставлен-
ную задачу довести до логического конца. Результатом работы должна
явиться таблица 1.
Десятичный электронный счетчик, схема которого показана на рисун-
ке 165, состоит из пересчетной декады, дешифратора и цифрового индика-
тора. Максимальная скорость счета — 250 000 импульсов в секунду! Поляр-
ность запускающих и выходных импульсов — положительная. Амплитуда
запускающих импульсов равна 6 В, выходных—10 В.
Пересчетная декада представляет собой четыре последовательно соеди-
ненных триггера. Запускающий импульс может поступать только в цепь
базы открытого транзистора, так как диод в цепи базы закрытого транзи-
стора заперт большим отрицательным напряжением коллектора.
0101001111
335
Рис. 165. Электрическая схема одной декады десятичного счетчика
Резисторы, через которые подается напряжение на пусковые диоды, вме-
сте с конденсаторами емкостью 510 пФ образуют дифференцирующие цепи.
Продифференцированные входные импульсы проходят через открытый диод
и перебрасывают триггер.
Все триггеры Tri—Тг4 запускаются положительными импульсами. После-
щ дующий триггер перебрасывается, как только предыдущий перейдет из еди-
>	личного состояния в нулевое. Здесь, как и ранее, за единичное состояние
°	принимается такое, при котором транзистор, с которого снимается выходной
импульс, закрыт, то есть на его коллекторе имеется напряжение, близкое
5 к питающему. На всех схемах триггеров это левый транзистор.
До поступления восьмого импульса декада ведет себя, как обычный дво-
о ичный счетчик. Однако при поступлении восьмого счетного импульса пере-
ев брасывается первый триггер, и с него подается сигнал на второй и третий
триггеры. Под воздействием этого сигнала оба триггера переводятся в со-
стояние 1. Девятый счетный импульс устанавливает в единичное состояние
г- первый триггер. Следовательно, после прихода девятого импульса все триг-
съ геры находятся в единичном состоянии.
336
0101010000
Десятый счетный импульс возвращает в нулевое состояние первый триг-
гер. Второй триггер при этом не запускается. Но зато третий триггер также
возвращается в нулевое состояние под действием импульса, поступающего
на его вход с выхода первого триггера. Выходной импульс третьего триггера
переводит в нулевое состояние четвертый триггер. Далее положительный
перепад напряжения на коллекторе выходного транзистора четвертого триг-
гера, воздействуя на второй триггер через дополнительную логическую связь,
опрокидывает его в нулевое состояние.
Таким образом, после поступления на вход декады десяти счетных им-
пульсов все триггеры снова устанавливаются в нулевое состояние, а на вы-
ходе счетной декады появляется импульс переноса. Подавайте его на сле-
дующую такую же декаду и считайте импульсы уже десятками.
Разобранные состояния триггерных ячеек при счете импульсов от 0 до
10 занесены в таблицу 2.
Из таблицы видно, что каждому числу соответствует свой четырехраз-
рядный двоичный код. Например, код числа 3 имеет вид 1100, для числа 7
код будет 1101. Как преобразовать четырехразрядный двоичный код в деся-
тичный позиционный код, нами разбиралось в разделе «Цифровая ячейка».
Здесь нужен такой дешифратор, который бы каждому сосчитанному числу
обеспечил в позиционном коде, то есть по десяти проводам, свои команды.
Проще всего эту задачу можно решить, используя диодную матрицу.
Итак, дешифратор (рис. 165) представляет собой диодную матрицу, имею-
щую 8 входных и 10 выходных шин. Шины соединены между собою 30 дио-
дами типа Д9Ж в соответствии с кодом декады, приведенным в таблице 2.
Диод типа Д9Ж можно заменить точечным диодом группы Д2, Д9 или Д220
с любым буквенным индексом, например: Д2В, Д9А и Д220Б.
Выходы четырех триггеров Trj—Тг4 через восемь электронных ключей, вы-
полненных на транзисторах типа МП26А, соединены с входными шинами и
через них — с входной информацией. Десять выходных шин диодной матри-
цы в свою очередь соединяются с электродами цифровой индикаторной
лампы ИН-1.
Таблица 1
Триггеры	Счетные импульсы										
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Тг,	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0
Тг2	0	0	1	1	0	0	1	1	1	1	0
Тг3	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	0
Тг4	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0
Таблица 2
	Счетные импульсы										
1 ри1 1 сры	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ТП	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0
Тг2	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0
Тг3	0	0	0	0	1	1	0	0	1	1	0
Тг4	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	0
0101010001
337
Лампы цифровой индикации сейчас используются почти во всех денеж-
ных автоматах. Внешне лампа ИН-1 очень похожа на обыкновенную радио-
лампу с октальным цоколем, такую, как 6Х6С или 6Н9С. Она имеет десять
катодов и один анод. Значит, в цоколе 11 штырьков. Номера штырьков от
1 до 10 идут по часовой стрелке от ключа: штырьку 1 соответствует цифра
1, штырьку 2 — цифра 2 и так далее. К штырьку 11 подсоединен анод инди-
каторной лампы.
Каждый из катодов сделан из нихромовой проволоки, которая согнута
по профилю одной из цифр от 0 до 9. Все десять катодов расположены один
за другим на расстоянии примерно 1 мм и между собою не должны соеди-
няться. Анод лампы выполнен в виде двух проволочных сеток, одна из ко-
торых расположена у самого стекла, а вторая — между 5-м и 2-м катодами.
Если посмотреть на лампу со стороны торца баллона, то можно увидеть
большинство проволочных катодов, а также сетчатый анод.
Баллон лампы ИН-1 наполнен неоном, поэтому цифры имеют красное
свечение и хорошо выделяются среди других источников света на приборе,
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
где они устанавливаются. При подаче постоянного напряжения на один из
катодов через гасящее сопротивление в лампе возникает тлеющий разряд,
в результате чего начинает светиться соответствующая цифра. Напряжение,
при котором возникает разряд, равно 150 В.
Из всего сказанного напрашивается вывод, что газоразрядная лампа
цифровой индикации (ИН-1, ИН-2 и ИН-4) представляет собою десять обыч-
ных неоновых лампочек, заключенных в один баллон. Это действительно так.
Отсюда, схема включения индикаторной лампы ничем не отличается от схе-
мы для неоновых лампочек типа МН-3, СН-2 и ТН-4. Несмотря на ее ка-
жущуюся сложность, пользоваться ею очень просто.
Ток в анодной цепи лампы ИН-1, так же как и для неоновой лампочки,
определяется последовательно включенным высокоомным сопротивлением,
которое должно его ограничивать в пределах от 2,5 до 3,0 мА. Величина
его берется в пределах 47—100 кОм. При токе более 3 мА происходит рас-
пыление катода внутри лампы, и срок службы ее резко снижается.
Лампу ИН-1 можно питать и от сети переменного тока 50 Гц, 220 В.
В этом случае последовательно в цепь включается диод типа Д7Ж и рези-
338
0101010010
стор 30 кОм. Яркость свечения цифр при этом вполне достаточна, хотя сред-
ний ток будет ниже номинального.
Для переключения катодов индикаторной лампы используются различ-
ные контактные и бесконтактные схемы. Три из них показаны на рисун-
ке 166. Приведенные схемы настолько просты, что сведений, которые вы
получили об устройстве ламп цифровой индикации, вполне достаточно,
чтобы понять их работу самостоятельно.
Значительно сложнее разобраться в подключении лампы ИН-1 к схеме
декады десятичного счетчика (рис. 165).
Восемь перепадов напряжения, поступающих с триггерных ячеек Тп —
Тг4 на входы дешифратора, преобразуются в 10 выходных сигналов. Один
из них, соответствующий сосчитанному импульсу (—60 В), отличается от
девяти остальных (—2 В). Для зажигания цифр ИН-1 необходимы два
источника питания: +100 В и —60 В. Когда к промежутку катод —анод
приложено суммарное напряжение, зажигается соответствующая цифра.
При отключении напряжения — 60 В цифра гаснет.
б — включение ИН-1 через транзисторы Т|—Тю
Роль переключателей напряжений выполняют транзисторы, работающие
в релейном режиме. Чтобы светилась только одна нужная нам цифра, необ-
ходимо соединить ее шину с коллекторами запертых транзисторов, а для
гашения ненужных цифр их шины соединяются с открытыми транзисто-
рами. Например, при свечении цифры 2 нужно погасить цифры 0, 4, 6, 8.
Эту задачу выполняют диоды матрицы: Д15 гасит 0, Д26 —4, Д^ —би
Д40 —8. При свечении цифры 9 Д14 гасит 1, Д2з—3, Д35—5 и Д24 — 7.
Для обнуления счетной декады необходимо кратковременно замкнуть
кнопку сброса Кь
Конструктивно счетную декаду вместе с дешифратором и индикатором
лучше всего выполнить в виде отдельной платы размером 120 X 180 мм. Эле-
менты входных и выходных цепей триггеров старайтесь соединять по воз-
можности короткими проводниками.
После подключения к плате источников питания подайте на вход декады
счетные импульсы от генератора одиночных импульсов. Обратите внимание
на полярность этих импульсов. Здесь они должны иметь положительную по-
лярность. В случае неправильного деления частоты следует подобрать со-
0101010011
339
Рис. 167. Электрическая схема специализированной ЭВМ
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ
противление резистора R2s. Никакой другой наладки декада не требует. Со-
единив три декады последовательно, вы получите трехзарядный десятичный
счетчик. Такой счетчик обеспечивает счет до 1000 импульсов со скоростью
250 000 импульсов в секунду!
Изготовление специализированной ЭВМ. Монтажная плата изготавли-
вается из листового гетинакса или текстолита толщиной 2,0—2,5 мм. В соот-
ветствии с электрической схемой, показанной на рисунке 167, составьте мон-
тажную схему. Лучше всего это сделать на листе клетчатой бумаги. Затем
чертеж наклейте на лист материала, предназначенного для обработки. От-
верстия под гвоздики имеют диаметр 1 мм. Гвоздики изготавливаются из
медной луженой проволоки и вставляются в соответствующие отверстия, как
это делалось в предыдущих конструкциях.
Монтаж схемы — односторонний. Все детали располагаются по одну сто-
рону платы, а пайка монтажных проводов производится с другой стороны.
Исключение составляет переменный резистор R который устанавливается
с нижней стороны платы. Данные деталей триггера приведены на рисун-
ке 62.
340
0101010100
После окончания сборки платы необходимо тщательно проверить пра-
вильность монтажа и устранить замеченные ошибки.
Не подключая фотодиоды, подайте на плату напряжение. В качестве
источника питания может быть использована типовая плата на 9 В, 300 мА.
Касаясь пинцетом базы транзистора Т2 триггера, опрокиньте его так, чтобы
правая его часть имела единичное состояние. В базу транзистора Т5 посту-
пит ток, которого вполне достаточно, чтобы транзистор его проводил. При
этом коллекторное напряжение Т6 достигает величины питающего напряже-
ния. В моменты поступления в базу транзистора Т6 сигналов с генератора
импульсов он работает как эмиттерный повторитель. Счетные импульсы без
потерь проходят на вход электронного счетчика.
Нажмите кратковременно кнопку сброса К|. Триггер займет свое второе
устойчивое состояние. Транзистор Т2 (рис. 62) откроется, напряжение на
коллекторе Т6 (рис. 167) упадет до 0 и электронный ключ закроется. Поступ-
ление импульсов на счетчик тут же прекратится. На время настройки платы
счетчики импульсов можно заменить осциллографом или высокоомными го-
ловными телефонами. Писк в телефонах показывает, что генератор импуль-
сов генерирует нужную нам последовательность импульсов, а электронный
ключ ее пропускает. При закрытом электронном ключе импульсы прослу-
шиваться не должны.
Установка номинала частоты импульсов, равной 1000 Гц, производится
путем сравнения ее с частотой любого заводского звукового генератора.
Проще всего это сделать с помощью электронного осциллографа по фигуре
Лиссажу.
После проверки работы платы переходите к изготовлению фотодатчиков.
Сделайте их, строго придерживаясь чертежа, приведенного на рисунке 156.
Основной материал для корпуса — жесть. Она легко гнется и паяется. Лам-
почки Л1 и Л2 возьмите от карманного фонаря 3,5 В X 0,15 А. Лампочка
Л3 используется в качестве контрольной, сигнализирующей о включении
ЭВМ в сеть.
Описывая электронный двоичный счетчик, мы уже говорили, что его кор-
пус может быть использован для размещения и платы ЭВМ и платы источ-
ника питания на 9 В. Места там вполне достаточно.
Вторым вариантом размещения аппаратуры может служить компоновка,
приведенная на рисунке 157. Самым интересным здесь является табло, ко-
торое выполнено в виде восьми лампочек от карманного фонаря, располо-
женных в один ряд. Каждя из лампочек подключена к своему разряду
счетчика. Когда лампочка горит, ее нужно читать как 1, выключенная лам-
почка соответствует 0. Какие изменения нужно сделать для этого в схеме,
продумайте сами. Здесь для конструкторской мысли широкий простор.
Теперь же ЭВМ используются настолько широко, что трудно даже пред-
ставить, что бы человек делал без них. Без нынешнего поколения электрон-
ных вычислительных машин человек не мог бы достичь Луны!

АЛГЕБРА БУЛЯ
ПРОСТЕЙШИЕ
РАЗУМНЫЕ
МАШИНЫ
КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ
МАШИНА
ИГРАЮЩАЯ
В КРЕСТИКИ-НОЛИКИ
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
АЛГЕБРА БУЛЯ
Ребята! Попробуйте решить следующие три
задачи.
Задача № 1. Составьте схему, позволяющую
включать и выключать свет в вашей комнате лю-
бым из 3 различных выключателей. Выключатели
расположены у входа в комнату, над постелью
и у письменного стола.
Задача № 2. В спортивном комитете собралось
5 судей.
Каждый из них должен голосовать за приня-
тие различных решений. Решение принимается
большинством голосов, но только при том допол-
нительном условии, что за него голосует предсе-
датель комитета.
Ребята голосуют путем нажатия кнопки, за-
мыкающей переключатель, расположенный под
столом, за которым они сидят. Замыкая переклю-
0101010111
343
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
чатель, они голосуют «за», размыкая — «против». Начертите простейшую
схему, позволяющую автоматически видеть результаты голосования на све-
товом табло.
Задача № 3. В большой шестиугольной комнате на каждой стене установ-
лено по одному переключателю. Постройте такую схему, чтобы в любой мо-
мент можно было включать или выключать свет в комнате поворотом одного
(любого!) переключателя.
После того как вы безрезультатно просидите над задачами три-четыре
дня, отложите их временно в сторону и займитесь алгеброй Буля. Именно
алгебра Буля, или, как ее еще называют, алгебра релейных схем, поможет
вам решить составленные задачи.
Что же такое алгебра Буля?
Как ни странно, несмотря на то, что пять лет в школе изучают алгебру,
немногие из ребят смогут ответить на вопрос, а что такое алгебра. Ал-
гебра — это наука, которая изучает множества некоторых элементов и
действия над ними.
В школьном курсе алгебры такими элементами являются числа. А то, что
числа можно обозначать не цифрами, а буквами, с этим вы уже знакомы.
На первых уроках алгебры это всегда затрудняет многих ребят. Вспомните,
как трудно было вначале привыкнуть вместо цифр складывать буквы, решая
ничего не говорящие уравнения. Наверное, каждый из вас тогда задавал
себе вопрос: «Для чего нужно вводить буквы вместо цифр и нужно ли это
делать вообще?» И только позднее вы убедились, какие преимущества
при решении задач дает алгебра в сравнении с арифметикой.
Так вы познакомились с алгеброй чисел, или с элементарной алгеброй.
Основная и почти единственная задача — получить ответ на вопрос: «Чему
равняется X?.. Сколько? ..»
В школе вы знакомитесь с векторами, а в старших классах будете изу-
чать начала векторной алгебры. Эта алгебра принципиально отличается от
элементарной алгебры. В ней совершенно другая природа изучаемого мно-
жества и другие правила действий. Решая векторное уравнение, получаем
в ответе вектор, который не является обычным числом, отвечающим на воп-
рос: «Сколько? ..» Формулы векторной алгебры во многом отличны от фор-
мул элементарной алгебры. Например, и в элементарной алгебре и в вектор-
ной алгебре имеется операция сложения. Но выполняется она совершенно
по-разному. Сложение чисел выполняется совсем не так, как сложение век-
торов.
Существуют и другие алгебры: линейная алгебра, алгебра структур, ал-
гебра колец, алгебра логики, или, что то же самое, алгебра Буля...
Алгебра Буля!
На уроках вы, наверное, не слышали имени Джорджа Буля — извест-
ного английского ученого. Но зато вам должна быть хорошо знакома одна
из его талантливых дочерей — Этель Войнич (1864—1960). Это она на-
писала роман об освободительной борьбе итальянских карбонариев —
«Овод». Кто не читал этой книги, советую взять ее в библиотеке и непре-
менно прочесть. Этель несколько лет жила в Петербурге и была близка
к русским революционерам.
Другие две дочери Джорджа Буля были учеными: Алиса Буль была ма-
тематиком, Люси Буль первой из женщин Англии стала профессором химии.
Люси Буль впервые высказала ошеломляющую мысль, что вода, самая обык-
новенная вода, оказывается, является катализатором для реакции горения
угарного газа.
344
0101011000
Тогда стало понятно, почему каменный уголь, прежде чем засыпать его
в топку, смачивают водой.
Джордж Буль родился в семье сапожника в Англии 2 ноября 1815 года.
Всю свою жизнь он работал учителем математики и физики в школе. Из
воспоминаний его учеников мы узнаем, какое огромное значение придавал
Буль развитию творческих способностей учащихся. При изложении нового
материала он часто стремился к тому, чтобы его слушатели сами заново
«открывали» некоторые формулы.
Рассказывая ученикам о трудностях, с которыми ученые неизбежно стал-
кивались в поиске истины, учитель любил повторять одну восточную
мудрость: даже персидский трон не может принести человеку столько на-
слаждений, как самое маленькое научное открытие. Буль никогда не терял
надежды, что когда-нибудь и его ученики сделают настоящее открытие.
Диапазон научных интересов Буля был достаточно широк: его почти
в равной мере интересовали математика и логика — наука о законах и фор-
мах мышления. В те времена логика считалась гуманитарной наукой, и мно-
гих, кто знал Джорджа Буля, удивляло, как в одном человеке могли ужи-
ваться точные методы познания, присущие математике, и чисто описательные
методы логики. Но ученому захотелось сделать науку о законах и формах
мышления такой же строгой, как и любая из естественных наук, скажем
математика и физика. Для этого Буль стал обозначать буквами не числа, как
это делается в обычной алгебре, а высказывания и показал, что та-
кими уравнениями, очень схожими с алгебраическими, можно решать воп-
росы об истинности и ложности высказываний, сделанных человеком. Так
возникла алгебра Буля.
Но еще задолго до Джорджа Буля немецкий математик и философ
Готфрид Лейбниц (1646—1716) впервые высказал идею о создании науки,
которая обозначит все понятия обычной разговорной речи символами и
установит некоторую новую алгебру для соединения этих символов. После
создания такой науки, по мнению Лейбница, ученые и философы перестанут
спорить и перекрикивать друг друга, выясняя истину, а возьмут в руки ка-
рандаш и спокойно скажут: «Давайте-ка вычислять!»
В наши дни алгебра логики стала важнейшей составной частью мате-
матики.
Одна из ее задач — это решение всевозможных уравнений, числовые со-
отношения в которых заменены буквенными. Каждый из вас, наверное, на
всю свою жизнь запомнил, как решать уравнения второй и третьей степени
с буквенными коэффициентами!
Так вот, Буль в своей новой алгебре воспользовался всеми этими форму-
лами и правилами.
Новым в алгебре Буля является то, что элементы множества, которые
в ней изучаются, являются не числами, а высказываниями. При решении
обычных алгебраических уравнений определяется, какому числу равняется
неизвестное X. Школьная алгебра ищет ответ на вопрос: «Сколько?» Ал-
гебра логики ищет ответ на вопрос: «Верно ли то или другое высказывание,
обозначенное буквой X?»
Смысл и содержание высказывания здесь не играют никакой роли. Каж-
дое высказывание может быть только или истинным, или ложным. Оно не
может быть наполовину истинным и наполовину ложным. С такой постанов-
кой вопроса вы уже встречались в разделе «Вероятность случайных собы-
тий». Там нами рассматривались только два состояния монеты — орел или
решка. Никакие другие промежуточные положения в теории вероятностей
0101011001
345
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
не учитываются, хотя они и возможны. Подброшенная монета может упасть
на ребро, докатиться по полу до ножки стула или стола и так и остаться
в вертикальном положении.
Вновь «открыл» алгебру Буля Клод Шеннон. В 1938 году, будучи еще
студентом Массачусетсского технологического института в Америке, моло-
дой Клод доказал, что алгебра Буля полностью подходит для анализа и син-
теза релейных и переключательных схем. С помощью алгебры Буля можно
очень просто составить электрическую схему автомата, работающего на реле.
Для этого, оказывается, нужно только точно знать, что должен делать ав-
томат, то есть нужно иметь алгоритм его работы. Так была заложена основа
теории цифровых машин, действующих по принципу ДА или НЕТ.
Алгебра Буля во многих отношениях сходна с элементарной алгеброй,
хотя и доступнее ее. Если в элементарной алгебре буквами обозначаются
числа, то в алгебре Буля буквами обозначаются целые высказанные пред-
ложения. Например, предложение «Три больше двух» обозначим буквой А,
а предложение «Капуста — это фрукт» — буквой В. И каждое высказывание
рассматривается не с точки зрения его смысла, а только в отношении того,
истинно оно или ложно.
Если высказывание истинно, то его записывают так: А = 1, если же оно
ложно, то А = 0 (ведь неверно, что капуста — это фрукт). Для любого вы-
сказывания А либо истинно (А = 1), либо ложно (А = 0). Середины здесь
быть не может. Об этом мы уже говорили.
Если два простых высказывания соединить союзом И, то получится
сложное высказывание, которое математически называют логическим произ-
ведением. Возьмем два простых высказывания: «Три больше двух» обозна-
чим буквой А, «Три меньше пяти»-—буквой В. Отсюда сложное высказы-
вание «Три больше двух И меньше пяти» есть логическое произведение вы-
сказываний, А и В. Обозначается оно так: АтхВ или АЛВ.
В элементарной алгебре а X а = а2. Но в алгебре Буля А-А = А2 =
= А, А и А = А, так как знак умножения (X ) теперь обозначает... и...
в смысле и .. .и. Весь наш опыт подтверждает, что и А и А — это то же са-
мое, что одно А. С этим нельзя не согласиться. Истинность высказывания
не меняется, если его повторить сомножителем несколько раз.
Произведение двух высказываний считается истинным (равным 1), тогда,
и только тогда, когда оба сомножителя истинны, и ложным (равным 0),
если хоть один из сомножителей ложен. Согласитесь, что эти правила
не противоречат здравому смыслу, и, кроме того, они полностью соответст-
вуют правилам элементарной алгебры:
1X1 = 1
1 X О = 0 X 1 = о
0X0 = 0.
Первое равенство читается так: если и А и В истинны, то произведение
А*В истинно. В алгебре Буля знак умножения заменяет союз И.
Логические произведения могут включать не два, а большее число выска-
зываний — сомножителей. И в этом случае произведение бывает истинным
только тогда, когда одновременно истинны все высказывания-сомножители.
Если два высказывания соединить союзом ИЛИ, то образованное слож-
ное высказывание можно назвать логической суммой.
Рассмотрим пример логической Суммы. Высказывание А: «Сегодня я
пойду в кино». Высказывание В: «Сегодня я пойду в театр». Складываем
оба высказывания и получаем: «Сегодня я пойду в кино ИЛИ в театр».
346
0101011010
Это сложное высказывание обозначается так: А + В = С или AVB = С.
Через С мы обозначили сложное высказывание логической суммы.
В рассматриваемом примере союз ИЛИ нельзя употреблять в исключаю-
щем смысле. Ведь в один и тот же день можно попасть и в кино и в театр.
А вот высказывание: «Председателем совета дружины будет Петя или
Ваня» — не является логической суммой.
Знак V для обозначения логической суммы выбран потому, что это на-
чальная буква латинского слова «vel», обозначающего «или», в отличие от
латинского слова «aut», обозначающего «и». Теперь всем должно быть ясно,
почему логическое произведение обозначается знаком А.
В элементарной алгебре есть правило а + а = 2 а. Это правило верно,
какое бы число ни изображалось буквой а. В булевой алгебре ему соответ-
ствует правило А + А = А. Весь наш жизненный опыт говорит, что сказать
А или А или оба А есть лишь другой и более длинный способ сказать про-
сто А.
Как и всякое сложное высказывание, сумма двух высказываний А и В
может быть истинной или ложной. Сумма считается истинной, то есть равной
единице, если хоть одно из слагаемых истинно:
А + В = 1,
если или А = 1 или В = 1, что согласуется с обычной арифметикой:
1+0 = 0 + 1 = 1.
Если оба складываемых высказывания истинны, то сумма считается так-
же истинной, поэтому в алгебре Буля имеем:
(1) + (1) = 1.
Скобки здесь поставлены для того, чтобы подчеркнуть условный, «неариф-
метический» смысл этого сложения.
Сумма двух высказываний считается ложной и равной нулю тогда, и толь-
ко тогда, когда оба слагаемых ложны. Отсюда:
0 + 0 = 0.
Итак, сумма двух высказываний А + В считается истинной, если истинно
или А, или В, или оба слагаемых вместе. Таким образом, слово ИЛИ обо-
значается знаком +.
Помня, что высказывания А и В могут быть только истинными или лож-
ными и, следовательно, иметь меру истинности 1 или 0, результаты рассмот-
ренных операций И и ИЛИ можно свести в таблицы:
А	В	АВ	А	в	А + В
1	1	1	1	1	1
1	0	0	1	0	1
0	1	0	0	1	1
0	0	0	0	0	0
Третья операция,
ция отрицания — НЕ.
рациями СЛОЖИТЬ,
некоторыми другими.
широко используемая алгеброй , Буля, — опера-
Напоминаем, элементарная алгебра пользуется опе-
ВЫЧЕСТЬ, УМНОЖИТЬ НА, РАЗДЕЛИТЬ НА и
0101011011
347
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Для каждого высказывания Л_существует его отрицание НЕ Л, которое
мы будем обозначать символом А. Это ни у кого не должно вызывать со-
мнения.
Приведем примеры^«Мы пойдем на демонстрацию» — Л, «Мы не пойдем
на демонстрацию» — Л.
Если высказывание Л истинно, то есть Л = 1, то его отрицание Л обя-
зательно должно быть ложно (Л = 0). И наоборот, если какое-либо выска-
зывание ложно, то его отрицание истинно. Например: «Лошадь не ест се-
на»— Л = 0, «Лошадь ест сено» — Л = L Это можно выразить таблицей:
Л I Л
1	о
0	1
Определяя смысл действия отрицания, и полагая, что из двух вы-
сказываний Л и Л всегда одно истинно, следуют две новые формулы
алгебры Буля:	_
Л + Л = 1 и Л Л = 0.
Для доказательства справедливости приведенных выражений предполо-
жим, что высказываний истинно. Тогда Л — 1, а Л = 0. Подставляя полу-
ченные значения Л и Л в формулы, имеем:
1+0 = 1 и 1X0 = 0.
То, что требовалось, мы доказали.
Имеются еще и другие формулы, упрощающие логическую обработку
высказываний. Например, 1 + Л = 1, так как, согласно определению сложе-
ния, в случае, когда одно слагаемое равно единице, сумма всегда равна еди-
нице. Полученный результат не зависит от того, будет ли Л = 0 или Л = 1.
Рассмотрим второй пример упрощения:
Л + Л *В = Л(1 + В) = Л • 1 = Л.
Если в логическом произведении один из сомножителей равен единице,
то истинность произведения полностью определяется вторым сомножителем.
Если же один из сомножителей равен нулю, то и произведение равно нулю.
Отсюда имеем:
Л • 1 = Л и Л- 0 = 0.
Вы спросите, как мы получили эти формулы? Из простых логических сооб-
ражений. Подумайте, и вы придете к тому же выводу.
Третий пример упрощения:
Л(Л + В) = Л2 + А-В = Л + АВ = Л(1 + В) = Л • 1 = Л.
Что Л2 = Л, мы доказали еще раньше. Остальные преобразования следуют
из второго примера.
Четвертый пример упрощения:
(Л + С) • (В + С) = АВ + С.
Докажем справедливость приведенного упрощения, пользуясь выведенными
ранее формулами. Вначале произведем почленное перемножение логиче-
ских сумм:
(А + С) • (В + С) = Л • В + Л • С + В • С + С2
Поскольку С2 = О В-С + С= СиЛ'С + С= С, имеем:
Л В + АС +(ВС + С) = A'BiA'CiC(Bi 1) =
= ЛВ + (Л-С + С)=ЛВ + С(Л + 1)=Л-В + С.
348
0101011100
Довольно часто приходится встречаться с формулами сложных выска-
зываний, в которых отрицание распространяется не на одно отдельно взя-
тое высказывание, а на все сложное высказывание. Например: А = В + С.
В высказывании А отрицается сумма высказывания В и высказывания С.
В алгебре Буля есть две формулы, которые позволяют отрицания слож-
ных высказываний заменять отрицаниями простых, одиночных высказыва-
ний. Вот эти формулы:
А-В = А + ВиС + Д = С * Д.
В справедливости этих формул убедитесь сами. Они часто будут нами
использоваться для упрощения сложных высказываний вида:
А = В + С + В = В-С + В = В(С + 1) = В.
Помните, что число простых высказываний, участвующих в подобных фор-
мулах, может быть больше чем два:
Д-В-СД:...:К = Д + J + £±Х+^-- + К и Д + В + С + д+...
+ К = А-В-С-Д'......•/<.
Каждая из трех рассмотренных нами логических операций (И, ИЛИ,
НЕ) обладает определенными свойствами, близкими к правилам элементар-
ной алгебры. Если все их сформулировать, то получим 25 правил булевой
алгебры. Их вполне достаточно для решения почти любой логической задачи.
Без этих правил решать логические задачи из-за их кажущейся запутанно-
сти становится довольно трудно. Пытаться найти правильный ответ, не поль-
зуясь правилами, — значит заменять их смекалкой и общими рассужде-
ниями. Правила значительно облегчают эту работу и экономят время.
Сформулируем основные правила алгебры Буля в принятых нами симво-
лах и словах:
1.	Д + В = В + Д	А или В есть то же самое, что В	или Д,
2.	(Д + В) + С =	А	+	(В + С) (Д или В) или С есть то же самое,
что А или (В или С),
3.	А* В = В • А	А и В есть то же самое, что В и	Д,
4.	(Д • В) • С = А •	(В -	С)	(Д и В) и С есть то же самое,
что Ди (В и С).
Эти четыре правила совпадают с правилами обычной алгебры для опера-
ций ПЛЮС и УМНОЖИТЬ НА. Первое и третье правила называются пе-
реместительными законами; другие два — сочетательными законами.
5.	Д*(В +С) = А-В +АС	А и (В или С) есть то же самое, что
Д и В или Д и С,
6.	А + В*С= (А+В)-(А + С)	А или (В и С) есть то же самое, что
(Д или В) и (Д или С).
Эти два правила являются распределительными законами булевой ал-
гебры. В элементарной алгебре имеется только один распределительный за-
кон: а • (в + с) = а' в + а • с.
7.	А + А = А	А или А есть то же самое, что Д,
8.	А • А == А	А и А есть то же самое, что Д.
0101011101
349
Первое правило верно в элементарной алгебре только для числа 0. Вто-
рое правило верно только для чисел 0 и 1. Напротив, в булевой алгебре эти
правила верны для всех высказываний без исключения.
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
9. А + (4 В) = А	То, что есть А или (Д и В), есть то же са- мое, что Д,
10. А - (4 + В) = А	То, что есть Д и (Д или В), есть то же самое, что Д,
11. А +0 = А	То, что есть А или ничто, есть то же са- мое, что Д,
12. А • 1 = А	То, что есть и Д и все, есть то же самое, что Д,
13. 4 + 1 = 1	То, что есть А или все, есть то же самое, что все,
14. 4 0 = 0	То, что есть и Д и ничто, есть то же самое, что ничто,
15. 4 + 4 = 1	Все есть А или НЕ Д,
16. 4-4 = 0	Ничто не есть и А и НЕ А,
Некоторые правила об отрицании:	
17. 4 + В = (Т-S’)	А или В есть то же самое, что не (НЕД и НЕЙ),
18. (4 + В) = А-В	То, что не есть ни Д, ни й, есть то же са- мое, что есть НЕ А и НЕ В,
19. А- В = (А + В)	Д и В есть то же самое, что НЕ (НЕ А иди
	НЕ В),
20. (4 -В) = 4 + В	То, что не есть и Д и В, есть то же самое, что есть НЕ А или НЕ В,
21. А В + A F= А	То, что есть Д и В или А и НЕ В, есть то же самое, что Д,
22. (4 + В) • (4 + В) = 4	То, что есть и (Д или В) и (Д или НЕ В), есть то же самое, что Д,
23. (4)~= 4	То, что не есть НЕД, есть то же самое,
	что Д,
24. 0 = 1	То, что есть не ничто, есть все,
25. Т = 0	То, что есть не все (есть не что-либо),
есть ничто.
Познакомившись с основными правилами алгебры Буля, попробуем с их
помощью решить две логические задачи. Причем первую задачу решим дву-
мя способами: пользуясь общими рассуждениями, доступными каждому, и
булевой алгеброй. Это позволит оценить, какой из двух методов проще.
Можно сказать, что таким методом вы и будете пользоваться в жизни.
Задача 1. Четыре ученицы: Мария (М), Нина (Н), Лида (Л) и Рита (Р)
участвовали в школьных соревнованиях по гимнастике и заняли первые че-
350
0101011110
тыре места. На вопрос, кто из них занял какое место, девушки дали три
разных ответа:
1.	Лида была вторая, Рита — третья, сказала Нина,
2.	Лида была первая, Нина — вторая, сказала Рита,
3.	Мария была вторая, Рита — четвертая, поправила Лида.
Все три ответа противоречат друг другу. В каждом из них одна часть вер-
на, другая ложна. Вот все, что нам известно о распределении мест на сорев-
нованиях.
Какое место заняла каждая из четырех учениц?
Пользуясь общими рассуждениями, задачу можно было бы решить так.
Составим все возможные перестановки четырех букв М, Н, Л, Р. Таких пере-
становок будет 24 (составьте их). Каждую перестановку надо сравнить
с тремя условиями задачи 1, 2, 3 и найти ту перестановку, которая удовлет-
воряет им, то есть такую перестановку, чтобы в каждом из трех условий
одна часть оказалась верной, другая — неверной. Такое решение потребует
24 X 3 = 72 проверки!
Решение можно сократить следующими рассуждениями.
В каждом из данных трех ответов можно предположить верной первую
или вторую часть.
Рассмотрим возможные предположения.
Предположим, что верно: Лида была вторая. При таком предположении
во втором ответе было бы неверно, что Лида была первая, и, значит, верно,
что Нина была вторая; это приводит к противоречию: Лида — вторая (по
предположению) и Нина — вторая (по следствию). Значит, предположение,
что Лида была вторая, ложно, а верно, что Рита была третья, так как
в каждом ответе одна часть верна, другая неверна: если высказывание, что
Лида была вторая, неверно, то верно, что Рита была третья.
Если Рита была третья, то в.третьем ответе неверно, что она была чет-
вертая, и верно, что Мария была вторая.
Во втором ответе неверно, что Нина была вторая, — значит, верно, что
Лида была первая. Остается, что Нина была четвертая.
К этим же результатам мы придем, начиная с любого из предположений:
Лида была первая, или Мария была вторая, или Нина была вторая, или
Рита была четвертая и так далее.
Решение с помощью алгебры Буля. Вводим обозначения для высказы-
ваний: «Лида была первой» — Ль «Мария была второй» — М2, «Нина не
была первая» — Нь «Рита не была вторая» — Р2 и так далее.
Согласно первому ответу Нины, верно одно из двух: или Лида вторая,
и тогда Рита не третья, или Лида не вторая, но Рита — третья. В этом слож-
ном высказывании, состоящем из двух логических произведений — Л2Р3
и Л2Р3, одно верно, но которое из них, нам неизвестно. В результате сложное
высказывание запишется так:
Л2 Рз +- Л2 Р3 = 1.
Из ответов Риты и Лиды получаем подобные формулы:
Л1Н2 + Л1Н2 — 1,
М2Р4 + М2Р4 = 1.
Полученные три формулы можно назвать логическими уравнениями —
они содержат высказывания, для которых мы разыскиваем их значения
(истинность).
0101011111
351
Вот эти логические уравнения, которые образуют систему:
Л2Р3 + Л2 Рз — 1,
Л1Н2 ~h Л1Н2 == 1,
М2Р4 + М2Р4 = 1.
Чтобы определить истинность всех входящих в уравнения высказываний,
вначале перемножим почленно два первых уравнения:
Л2Р3Л1Н2 4- Л2Р3Л1Н2 4- Л2Р3Л1Н2 4- Л2РЭЛ1Н2 = 1.
Первое слагаемое Л2РзЛ1Н2 = 0, так как Лида не может занимать одно-
временно два места. Это слагаемое ложно.
Второе слагаемое Л2 Р3Л1Н2 = 0, так как Лида и Нина не могут занимать
обе второе место.
Исключая эти высказывания как ложные, получаем:
Л2Р3Л1Н2 +Л2Р3Л1Н2 = 1.
Умножение его почленно на третье уравнение системы дает:
Л2Р3Л1Н2М2Р4 4- Л2Р3Л1Н2М2Р4 4- Л2Р3Л1Н2М2Р4 4- Л2Р3Л1Н2М2Р4 = !•
Второе и четвертое слагаемые равны нулю, так как содержат противоре-
чие Р3Р4 (Рита одновременно заняла третье и четвертое место!), третье
слагаемое равно нулю, как содержащее противоречие Н2М2 (Нина и Мария
одновременно не могли занимать одно и то же место). Остается одно сла-
гаемое:
Л2Р3Л1Н2М2Р4 = 1,
Л1М2Р3= 1, или Л1М2РзН4= 1.
352
0101100000
Прочитаем последнее уравнение:
Л1 = 1 —«Лида была первой».
М2 = 1 — «Мария была второй».
Рз = 1 — «Рита была третьей».
Н4 = 1 — «Нина была четвертой».
Проверьте, соответствует ли такое распределение мест ответам школьниц.
Задача 2. При составлении расписания уроков в школе учитель матема-
тики просил, чтобы его урок был первым или вторым; историк мог давать
либо, первый, либо третий уроки; а преподаватель литературы — второй
или третий уроки.
Как следует составить расписание, чтобы удовлетворить пожеланиям учи-
телей?
Ход решения задачи должен быть точно таким же, как и в предыдущем
примере. Мы его здесь не будем приводить. Логические уравнения и систему
уравнений составьте самостоятельно.
Рис. 169. Логическое сложение двух сигналов
Решение системы должно привести к уравнению:
Mi Л 2 Из + И]М2 Лз — 1.
Оба слагаемых удовлетворяют условиям задачи. Получаем равенство:
(1) + (1) = 1.
Возможны два варианта расписания:
M^2H3=1 и И1М2Л3=1.
Тем, кто заинтересуется решением логических задач класса высказы-
ваний, тому я советую прочитать книгу В. Н. Касаткина и А. Ф. Верлань
«Секреты кибернетики» (1971). В ней вы найдете массу разобранных приме-
ров, да и теория там изложена более полно.
Главный труд Джорджа Буля «Исследование законов мышления» вышел
из печати в 1854 году.
И только в 1938 году молодой американский ученый Клод Шеннон в ста-
0101100001
353
Рис. 170. Типовые контактные схемы и их структурные формулы
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
тье «Символический анализ релейных и переключательных схем» впервые ис-
пользует булеву алгебру для задач релейной техники. Открытие Шеннона
состояло в том, что он понял, что метод конструирования релейных автома-
тов и электронных вычислительных машин представляет собой фактически
раздел математической логики.
Так часто бывает. Ученый долгие годы трудится над какой-либо пробле-
мой, которая его соотечественникам кажется совершенно ненужной — просто
забавой. Но проходят десятилетия, а иногда и века, и «никому не нужная
теория» не только приобретает право на существование, но без нее уже ста-
новится немыслим дальнейший прогресс.
Правда, еще в 1910 году профессор Петербургского университета физик
П. Эренфест писал, что релейные схемы, имевшие в то время уже большое
значение в телефонии, могут рассматриваться с помощью алгебры Буля.
К сожалению, на это замечание никто не обратил внимания, и оно было не
понято и забыто.
Что помогло Шеннону вторично «открыть» булеву алгебру? Случай? Ни-
чего подобного.
354
0101100010
Любовь к релейным автоматам, построенным на обычных выключателях
и реле, помогли молодому ученому связать забытую теорию с задачами авто-
матических телефонных станций, над которыми он работал в то время.
В дальнейшем ту же идею «да или нет» Шеннон ввел в рассмотрение дис-
кретных сообщений и заложил основу целого раздела кибернетики — тео-
рии информации. Об этом уже рассказывалось в главе «Сигнал».
Алгебра Буля очень подошла для анализа и синтеза релейных схем. До-
статочно было в качестве истинного высказывания принять: «Сигнал в цепи
есть», а в качестве ложного — «Сигнала в цепи нет», как появилась новая
алгебра — алгебра сигналов, алгебра релейных схем.
Новая алгебра справедлива только для рассмотрения релейных и пере-
ключательных цепей. Ведь только в таких схемах удовлетворяется условие
«сигнал есть» и «сигнала нет». Там, где сигнал меняется непрерывно,
приобретая сколь угодно большое число промежуточных условий, релейная
алгебра неприменима. Об этом нужно всегда помнить. Но как раз большин-
ство электронных вычислительных машин и кибернетических автоматов
используют дискретный принцип обработки сигналов, в основу которого по-
ложены элементы «да — нет».
Выражение «Контакт замкнут» Шеннон принял за истинное (1), а «Кон-
такт разомкнут» — за ложное (0). Всю остальную «алгебру», включая опе-
рации И, ИЛИ и НЕ и 25 правил, Шеннон заимствовал у Буля.
Алгебра релейных схем получилась проще алгебры Буля, так как она
имеет дело только с элементами типа «да — нет». Кроме того, новая алгебра
более наглядна, в чем читатель вскоре сам сможет убедиться. Элементами
в этой алгебре являются контакты, которые мы будем обозначать буквами
А, В, С... Контакт замкнут — А, контакт разомкнут — А (буква с черточ-
кой наверху).
Система обозначений, как видите, полностью взята из алгебры Буля.
Разомкнутый контакт является отрицанием замкнутого контакта. Один и
тот же контакт не может быть одновременно замкнутым и разомкнутым.
Условимся, что если в какой-либо схеме два контакта обозначены одной
и той же буквой, то это значит, что они всегда принимают одни и те же зна-
чения. Например, два контакта на рисунке 170, примеры 3 и 7, обозначены
0101100011
355
буквой А. В каждый данный момент они или оба одновременно разомкнуты,
или оба замкнуты. Проще всего их представить механически соединенными
вместе так, что оба они одновременно размыкаются или замыкаются.
Если в некоторой цепи какой-либо контакт есть отрицание другого кон^
такта, то их значения всегда противоположны. Например, контакты С и С
никогда не могут быть одновременно разомкнуты или одновременно замкну-
ты. А на схеме их можно представлять механически соединенными: если
один из них размыкается, то другой замыкается.
Знакомство с релейной алгеброй начнем с разбора простейших схем, со-
ответствующих операциям И, ИЛИ и НЕ.
Произведением двух контактов (операция И) будем называть схему,
полученную в результате их последовательного соединения: она замкнута
(равна 1) только тогда, когда оба контакта замкнуты (равны 1).
Суммой двух контактов (операция ИЛИ) будем называть схему, обра-
зованную при их параллельном соединении: она замкнута (равна 1) тогда,
когда замкнут (равен 1) хотя бы один из образующих схему контактов.
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Противоположный данному контакту (операция НЕ)—это кон-
такт, равный 0 (разомкнутый), если данный контакт равен 1 (замкнут), и
наоборот.
Как и в алгебре Буля, если контакты обозначены буквами Л и В, то про-
изведение двух контактов мы будем обозначать через А • В, сумму — через
А + В, а контакт, противоположный Л, — через Л. Сказанное поясним ри-
сунками 168—169. Достоверность таблиц, соответствующих операциям И,
ИЛИ и НЕ, теперь ни у кого не должна вызывать сомнений.
Остановимся на двух примерах: 1 X 0 = 0 и 1+0=1.
Из рисунка видно, что постоянно замкнутый контакт, последовательно
соединенный с постоянно разомкнутым контактом, эквивалентен постоянно
разомкнутому контакту (1X0 = 0). Постоянно замкнутый контакт, парал-
лельно соединенный с постоянно разомкнутым контактом, эквивалентен по-
стоянно замкнутому контакту.
Познакомившись с арифметикой контактных схем, можете любую релей-
ную схему описать формулой, используя для этого принятые условные обо-
значения. В кибернетике такие формулы называются структурными.
356
0101100100
Если структурная формула какой-либо релейной схемы равна 1, то через
нее сможет пройти сигнал — цепь замкнута. И наоборот, если структурная
формула схемы равна 0, сигнал через нее не пройдет — цепь разорвана.
Вывод: две релейные схемы эквивалентны друг другу тогда, когда равны их
структурные формулы.
Составить структурную формулу по готовой схеме — дело несложное.
Значительно труднее по готовой структурной формуле представить электри-
ческую схему будущего автомата. Здесь нужна определенная тренировка!
На рисунке 170 показаны наиболее часто встречающиеся варианты кон-
тактных схем и их эквиваленты. Вам они помогут при составлении электри-
ческих схем автоматов, а также анализировать уже готовые конструкции.
Советую перечертить рисунок на лист бумаги и повесить его вблизи рабо-
чего места. К нему придется обращаться так же часто, как к таблице умно-
жения.
Как же можно использовать разобранные выше варианты контактных
схем?
в, г — схемы можно упростить
Рассмотрим схему, приведенную на рисунке 171, а. Соответствующая ей
структурная формула имеет вид: (Л + В) • (С + Д).
Пользуясь распределительным законом алгебры Буля (см. стр. 349 ),
раскроем скобки в этом выражении и получим: А • (С + Д) + В • (С + Д),
что соответствует схеме, изображенной на рисунке 171, б. Далее, за счет пе-
ремножения, можем получить формулу АС + АД + ВС + ВД, соответствую-
щую рисунку 171, в.
Все три схемы эквивалентны, то есть оказываются замкнутыми при од-
них и тех же условиях. Однако по сложности они разные. Первая из схем
самая простая, она требует четырех реле, каждое из которых должно иметь
по одному нормально разомкнутому контакту. Схема «б» требует более доро-
гих реле с двумя контактными группами. Собственно, основной задачей ал-
гебры контактных схем является отыскание всех эквивалентных схем с тем,
чтобы можно было выбрать из них наиболее простую.
Для тренировки решите самостоятельно следующие задачи.
1.	Начертите электрическую схему автомата, имеющего структурную
формулу АВСД + АВЕ 4- АД.
0101100101
357
2.	Покажите, что схемы, приведенные на рисунке 172, а и б, эквива-
лентны.
3.	Упростите электрическую схему, изображенную на рисунке 172, в.
4.	Какой структурной формулой реализуется схема, приведенная на ри-
сунке 172, г?
Наконец-то мы подошли к решению задач, которые были поставлены
в самом начале раздела. Путь был хотя и сложен, но те ребята, у которых
хватило терпения, много узнали интересного об алгебре Буля и алгебре
контактных схем. Для кибернетика релейная алгебра так же важна, как за-
кон Кирхгофа для радиоинженера. Разве может радиоинженер что-либо гра-
мотно разработать, не зная теории работы схемы? Конечно, не может. Вот
так же и кибернетик: разрабатывая автоматы релейного действия без зна-
ния алгебры релейных схем, он слеп.
Если мы хотим построить переключательную схему, обладающую неко-
торыми заданными логическими свойствами, то подойти к решению этой
задачи можно двумя разными путями. Эти два пути могут быть названы
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
«интуитивным» и «алгебраическим». Некоторые задачи лучше решаются пер-
вым путем, а другие вторым. Интуитивный подход оказывается удобнее
в том случае, когда работа схемы управляется многими переключате-
лями, но имеется какая-то симметрия во взаимном расположении этих реле.
Мы увидим, что здесь интуитивный подход быстрее приводит к цели, тогда
как применение аппарата релейной алгебры в случае многих переменных
может оказаться очень громоздким.
Полезно познакомиться с обоими возможными подходами к решению
указанной задачи.
Начнем с интуитивного подхода. Пусть нам потребовалось построить
схему, которая замкнута тогда, когда сработали все п управляющих схемой
реле. Решение этой задачи не требует длительных размышлений: ясно, что
поставленное условие будет выполнено, если соединить между собой после-
довательно п нормально разомкнутых контактов реле.
Точно так же очевидно, что для построения схемы, которая замыкает
тогда, когда сработало по крайней мере одно из п реле, достаточно соединить
п нормально разомкнутых контактов реле параллельно.
358
0101100110
Легко представить себе такую схему, которая замыкается тогда, когда
срабатывают некоторые, но не все реле. Такая схема изображена на рисунке
173, а. Справа приведена схема, действующая по принципу «все или ничего».
Она будет замкнута только тогда, когда сработают все реле или когда все
реле отключены (рис. 173, б).
Рассмотрим теперь более сложный пример. Пусть имеется п контактов,
расположенных в некоторой определенной последовательности А, В, С, Д,
Е ... Построим схему, которая замыкается тогда, когда замкнуты какие-
либо к последовательно включенных контактов, и только они. Такая схема
для значений п = 7 и к = 3 изображена на рисунке 173, в.
Метод построения таких схем для любых других значений пик понятен
из этого рисунка.
В качестве последнего примера разберем построение такой контактной
схемы, которая должна быть замкнута тогда, когда замкнуто ровно к контак-
тов или ровно г контактов из общего числа п ее переключателей. Общий ме-
тод построения такой схемы ясен из рисунка 173, г, для п=7, к = 3иг = 1.
Проследите сами путь тока в схеме при условии, что переключатели замк-
нуты.
Перейдем к построению схем по данным условиям их работы с помощью
релейной алгебры.
Как и прежде, условия работы схемы всегда задаются словесно.
Конструктор прежде всего должен уметь выразить словами то, что он
хочет. Если такой ясности у него нет, то никакая алгебра не поможет. На-
чинать нужно всегда с четкой формулировки требований, которые ставятся
перед новой схемой. Как и в любом деле, эта задача, пожалуй, самая
сложная.
Если условия достаточно просты, то мы можем сразу же написать выра-
жение структурной формулы, удовлетворяющей этим требованиям.
ПРИМЕР 1. Допустим, что мы должны построить схему, содержащую
4 контакта, А, В, С и Д, так, чтобы цепь была включена тогда, когда замк-
нуты контакт А и какой-нибудь из остальных трех контактов.
В этом простом случае работа схемы в словесной записи будет выглядеть
так: «Схема должна проводить ток, если замкнуты контакты Л и В, или
0101100111
359
контакты А и С, или контакты А и Д». Согласитесь, что теперь составить
структурную формулу очень просто. Она будет выглядеть так:
А В + АС + АД = 1.
или
А - (В + С + Д) = 1.
У схемы два варианта. Они показаны на рисунке 174. Второй вариант не
требует реле с тремя нормально разомкнутыми контактами.
ПРИМЕР 2. Решим задачу 2, условие которой читатель найдет на стр.343.
Прочтите его повнимательнее, оно схоже с только что разобранным приме-
ром. Более четкая словесная запись требований будет выглядеть так: «Необ-
ходимо составить схему, содержащую 5 контактов, А, В, С, Ди Еу так, чтобы
она проводила ток и включала лампочку табло, если замкнуты следующие
контакты: А и В и С, или А и В и Д, или А и В и £, или А и С и Д, или А и С
и Еу или А и Д и £». Контакт А — это кнопка председателя. Если она не на-
жата, то каждое из 6 логических произведений будет равно 0.
Рис. 174. Варианты релейных схем
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Структурная формула будет такой:
АВС + АВД + АВЕ + АСД + АСЕ + АДЕ = 1,
или
А (ВС + ВД + BE + СД + СЕ + ДЕ) = 1.
Оба варианта схемы изображены на рисунке 174, виг. Это и есть ре-
шение поставленной задачи.
Имея некоторый навык в чтении структурных формул, легко представить
схему самого автомата и все его возможности. Интересно то, что алгебра ре-
лейных схем дает больше информации, чем даже сама схема. Она позволяет
видеть, сколько и каких требуется реле. С ее помощью легко можно найти
самый простой вариант схемы автомата.
ПРИМЕР 3. Получив некоторый опыт в составлении структурных формул,
попробуем решить задачу № 1 (см. стр. 343). Она сложнее предыдущей
и потребует некоторой предварительной подготовки.
Вам нужно сконструировать лестничный переключатель, позволяющий
включать свет при входе в подъезд и выключать после того, как вы под-
360
0101101000
Рис. 175. Электрическая схема освещения лестничной клетки
нялись на нужный этаж, или, наоборот, включать при выходе из квартиры
и выключать после того, как спуститесь вниз. Одним словом, задача сводится
к управлению одной лампочкой из разных мест двумя переключателями.
Выберем следующий порядок решения задачи: сначала четко сформули-
руем условия работы переключателей, затем запишем их в виде формул и
уже по ним начертим электрическую схему.
Итак, чтобы лампочка горела (1), нужно, чтобы было выполнено одно из
двух условий:	_
1. Включить переключатель внизу (А) и выключить наверху (В). Входи-
те в подъезд, ИЛИ	_
2. Включить переключатель наверху (В) и выключить внизу (А). Выхо-
дите из квартиры.
С использованием принятых обозначений структурная формула схемы
запишется так:
АВ + АВ = 1.
Схема такого переключателя показана на рисунке 175, а.
0101101001
361
Рассуждая точно так же в случае решения задачи № 1, получим струк-
турную формулу:
АВС + АВС + АВС = 1.
Электрическая схема, позволяющая включать и выключать срет в ком-
нате любым из 3 переключателей, показана на рисунке 175, б.
Решение задачи № 3 полностью схоже с задачей № 1. В этом случае ло-
гика работы схемы точно такая же, но строится она уже для 6 переключа-
телей: А, В, С, Д, Е и /(. Структурная схема для нее имеет вид:
АВСДЕК + АВС ДЕК + АВСДЕК + АВСДЕК + АВС ДЕК 4- АВС ДЕК = L
Кто захочет собрать такую схему, тому понадобятся 6 реле, каждое из
которых должно иметь один нормально разомкнутый контакт и пять нор-
мально замкнутых контактов. Готовые такие реле найти будет очень трудно,
их придется составлять из двух или трех реле, включенных параллельно.
Полную электрическую схему, удовлетворяющую условию задачи № 3, со-
ставьте самостоятельно.
ПРОСТЕЙШИЕ
РАЗУМНЫЕ
МАШИНЫ
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
С древних времен человек стремился облегчить
свой труд. Еще на заре своей истории он увеличи-
вал возможности своих рук с помощью палки, ка-
менного топора и других несложных приспособле-
ний. К этим орудиям, усиливающим мускулы, мы
давно привыкли. В наше время они достигли тако-
го совершенства, что намного превосходят органы
человеческого тела по силе и ловкости. Кто из вас
не любовался проворностью и силой экскаватора,
роющего траншею для прокладки электрокабеля
или котлован под фундамент нового дома? Соеди-
нив в себе мощную энергетическую установку и
инструмент (в нашем случае это ковш), машины
подобного рода прочно вошли в нашу жизнь.
Далее в своем развитии человек стал ощущать
большую потребность в приборах, усиливающих
органы чувств. Без них ему стало трудно ориенти-
роваться в природе. Разве может сейчас жить и работать человек без часов
и термометра, без телескопа и микроскопа, без вольтметра и осциллографа?
В результате были созданы хорошо вам известные датчики и измерительные
приборы.
И, наконец, настало время, когда физический труд человека был почти
целиком механизирован^ получение необходимой информации—автомати-
зировано. Человеку осталось только управлять машинами, «думать» за них.
Но и эту работу человек пытается передать машине, которую он назвал
«разумной». Такие машины, разумеется, еще тоньше, еще деликатнее, еще
сложнее датчиков и измерительной аппаратуры. Их подлинный расцвет
только-только начинается.
И, наверное, пока существует человечество, до тех пор оно будет спорить:
может ли машина мыслить или не может, имеет она разум или нет. И уж
если человек уступил машине в силе и ловкости, то в умственном труде ему
бы хотелось сохранить за собой превосходство.
Но, посудите сами, разве не разумна машина, которая самостоятельно ре-
шает следующую задачу: «Нужно разбудить пионерский отряд, отправляю-
362
0101101010
Рис. 176. Логический элемент И
щийся в поход в 6 часов утра. При этом должны быть выполнены следующие
условия: на улице нет дождя и температура воздуха не ниже 18° С».
Конечно, можно поставить дежурного с часами и термометром, и пусть
всю ночь не спит. А как наступит утро и часы покажут точно 6, дежурный
должен будет принять решение, будить ему отряд или нет. Перед этим он еще
должен выбежать на улицу и посмотреть, не идет ли дождик.
Так поставленную задачу решает человек. Может ли ее решить электрон-
ная машина? Как самому сделать такую машину? Оказывается, собрать та-
кую машину сможет каждый из вас. Как бы ни была сложна разумная ма-
шина, ее всегда можно разбить на отдельные логические элементы — звенья.
Всего таких элементов три: это элемент И, элемент ИЛИ и элемент НЕ. Пе-
речисленные элементы — это те «кубики», из которых можно сложить любую,
сколь угодно сложную машину. Подобно тому, как из отдельных кирпичей
строится здание, так из отдельных логических элементов, соединяя их друг
с другом, можно построить любую кибернетическую машину, включая ЭВМ.
Логические элементы — это тоже машины, но только самые простые,
способные самостоятельно перерабатывать информацию.
0101101011
363
Элемент ИЛИ может складывать сигналы, с помощью элемента И можно
осуществлять логическое умножение двух или более сигналов, элемент НЕ
обеспечивает логическую операцию отрицания. Соединяя несколько таких
элементов вместе с помощью обычных проводников, вы получите машину,
способную самостоятельно решать логические задачи. Вот такие машины,
способные принимать информацию, обрабатывать ее и выдавать «разумные»
решения в виде той или иной команды или набора команд, кибернетики
назвали разумными машинами. В научной литературе их чаще называют
логическими машинами.
Все, с чем вы знакомились в этой главе, была теория. А теперь пора
взять в руки паяльник!
Элемент И. Как мы уже знаем, элемент, реализующий логическую опера-
цию И, должен выдавать выходной сигнал только в том случае, если на всех
его входах присутствуют входные сигналы. В то же время выходной сигнал
отсутствует, если нет какого-либо из входных сигналов. Условимся обозна-
чать элемент И на схемах в виде прямоугольника, как это показано
А Ц В И с
Рис. 177. Схема логического элемента И на электромагнитных реле
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
на рисунке 176. Буквами А, В и С обозначены входные сигналы. Их может
быть и значительно больше. Выходной сигнал, представляющий логическое
произведение входных сигналов, обозначен буквой X. Отсюда имеем:
X = А В С.
Схему элемента И можно сравнить с рядом последовательно включенных
тумблеров, каждый из которых представляет собою один из входов разбира-
емой схемы. Если один из переключателей разомкнут, то и вся цепь разомк-
нута; никакой сигнал не пройдет через нее, пока все переключатели не будут
замкнуты.
Иногда схему И называют также схемой совпадения, потому что выход-
ной сигнал в ней появляется только при временном совпадении всех входных
сигналов. Момент появления выходного сигнала можно установить, рассмат-
ривая последовательность всех входных сигналов на временной диаграмме.
На рисунке 176 это хорошо видно. Сигнал на выходе будет присутствовать
только в те моменты времени, когда присутствуют все входные сигналы одно-
временно.
364
0101101100
Проще всего элемент И собрать на обычных электромагнитных реле.
Если нажать на кнопку Л, то по катушке реле Pi потечет ток и его нор-
мально разомкнутые контакты замкнутся. Лампочка Л при этом гореть не
будет, так как цепь ее питания останется разорванной в местах контактов
реле Р2 и Р3. И только при одновременном нажатии кнопок А, В иС лампочка
загорится. Это и означает, что на выходе схемы появился сигнал X, соответ-
ствующий логическому произведению сигналов А, В и С. Никакая другая
комбинация сигналов на входе схемы не обеспечивает сигнала на выходе.
Выходной сигнал X можно использовать не только для включения лам-
почки Л, но и для подачи команды на вход другого элемента. В этом случае
выходной сигнал выполняет ту же роль, что и нажатие кнопки. Входные сиг-
налы А, В и С также не обязательно подавать нажатием кнопок. Взамен
могут быть использованы контакты реле или даже транзисторы, работающие
в релейном режиме (см. рис. 177 и 178).
В схеме элемента И число электромагнитных реле определяется количе-
ством сигналов, участвующих в операции логического умножения. Важно
Рис. 178. Схема логического элемента И на транзисторах
только одно, чтобы контакты реле были включены последовательно, образуя
одну цепь, как это показано на рисунке 176.
Какие реле можно использовать в элементе И? Любые. Нам подойдет
любой тип электромагнитного реле, имеющего одну контактную группу на
замыкание или переключение. Мощность контактов реле также не играет ни-
какой роли, так как через них проходят маломощные, информационные сиг-
налы. Другое дело, когда электромагнитное реле переключает цепь питания
электродвигателя или соленоида. Вот тогда в первую очередь следует обра-
щать внимание на величину тока, который допускается через контакты.
В справочниках, где приводятся характеристики реле, эти данные по-
мещены.
С учетом всего сказанного в схемах элемента И могут быть использова-
ны реле типа РЭМ, РЭС-6, РЭС-9, РЭС-10, РЭС-15 и РЭС-22. При выборе
паспорта реле не забывайте обращать внимание на номинал источника на-
пряжения, питающего элемент. Схема на рисунке 177 питается от источника
постоянного тока с напряжением 9 В. В этом случае подойдет реле любого
типа из перечисленных выше, надежно срабатывающее от напряжения 4,5 —
0101101101
365
9,0 В. Если требуемого паспорта реле достать не удастся, берите любое реле
с подходящей контактной группой и перемотайте его катушку проводом
нужного диаметра. О том, как это лучше сделать, можно прочитать в начале
книги.
На рисунке 178 показана схема совпадения на три входа, выполненная
на транзисторах. На одной плате располагаются сразу две такие схемы. При
необходимости из них легко получить схему логического элемента И на 6 вхо-
дов. Для этого достаточно между гвоздиками 12 и 14 поставить перемычку.
При этом обе нормально разомкнутые контактные группы реле Pj и Р2 ста-
новятся включенными последовательно.
Рассмотрим отдельно работу схемы совпадения, выполненную на транзи-
сторах Ti —Т3 и реле Рь При отсутствии сигналов на входах транзисторов
(гвоздики 2, 3 и 4) все они заперты. Их базы через резисторы R4— R6 со-
единены с общим проводом +9 В.
Представьте себе, что на вход одного из транзисторов, скажем на тран-
зистор Т2, поступил сигнал управления. Для этого достаточно гвоздик 3
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
каким-либо способом соединить с проводом —9 В. Как это лучше сде-
лать, будет показано несколько позже. При этом в точки 2 и 4 сигналов не по-
ступает и транзисторы Ti и Т3 остаются запертыми.
Что при этом произойдет с реле Pj? Ничего. Как оно находилось в отклю-
ченном состоянии, так и останется. И это несмотря на то, что на один из трех
входов подается сигнал. Дело все в том, что два остальных транзистора
продолжают оставаться запертыми. При этом их проходные сопротивления
коллектор—эмиттер будут равны по 0,5 МОм, отчего сколько-нибудь замет-
ного увеличения тока в обмотке реле не произойдет.
То же будет и при подаче сигналов управления на два любых входа одно-
временно. В этом случае ток в обмотке реле также будет определяться за-
пертым транзистором и не будет превышать нескольких долей миллиампера.
И только при подаче сигналов управления одновременно на все три входа
транзисторы ?! —Т3 окажутся открытыми. Их общее проходное сопротивле-
ние упадет до нескольких долей ома, в результате чего коллекторный ток
возрастет до 30—50 мА. Реле Р] сработает и выдаст сигнал,соответствующий
логическому произведению трех входных сигналов.
366
0101101110
Чертеж платы с двумя схемами совпадения приведен на рисунке 179.
Пластинку для платы вырежьте из гетинакса или текстолита толщиной
2,0—2,5 мм.
Мы разобрали работу простейшей логической машины — элемента И.
А нельзя ли с его помощью построить разумную машину, способную заменить
дежурного в пионерском лагере?
Вспомните, как была сформулирована перед этим дежурным задача. Ему
нужно было разбудить отряд, отправляющийся в поход ровно в 6 часов утра.
Но будить нужно было при условии, что нет дождя и что температура возду-
ха не ниже 18° С. Оказывается, логический элемент И вместе с датчиками
времени, температуры и влажности полностью может решить поставленную
перед дежурным задачу и тем самым заменить его. Разобраться в этом вам
поможет рисунок 180.
При одновременной подаче на элемент И всех трех сигналов, каждый от
своего датчика, сработает электронный звонок, который и подаст команду
«ПОДЪЕМ».
4 20-
б — монтажная схема
Как самим сделать электронные часы и электронный термометр, не раз
уже описывалось в журналах «Юный техник», «Моделист-конструктор»
и в журнале «Радио».
С работой датчика «дождя» можно познакомиться по рисунку 180.
Чувствительным элементом датчика служат две латунные пластинки,
укрепленные на расстоянии 3—4 мм друг от друга. Проследите, чтобы они
не касались друг друга и не имели никакого контакта между собою. Основа-
нием этих электродов служит гетинаксовая пластинка размерами
30 X 30 мм, толщиной 2—3 мм.
Спаяйте из жести или латуни конусную коробку, придерживаясь приве-
денного на рисунке чертежа. Коробка эта будет являться сборником дожде-
вых капель. На дно коробки, на клею или на битуме, укрепите пластинку
с электродами. Чувствительный элемент готов. Поместите его на открытом
воздухе, так чтобы капли дождя могли попадать в водосборник.
От каждого электрода идет свой провод к электронной схеме, выполнен-
ной на транзисторе Т5. В нормальном состоянии, когда нет дождя, цепь
между электродами разорвана. При этом транзистор полностью открыт.
0101101111
367
Рис. 180. Схема электронного дежурного
Величина тока базы определяется резистором R8. Падение напряжения
на открытом транзисторе близко к нулю, в результате чего сигнал на схему
совпадения не поступает.
Как только заморосит дождик, так тут же в водосборнике соберется вода.
Из школьного курса физики вам должно быть известно, что подсоленная
вода является плохим изолятором для электрического тока. На дно конусной
коробки положите щепотку соли. Теперь цепь чувствительного элемента
сделается проводящей. База транзистора через маленькое сопротивление
чувствительного элемента соединится с эмиттером. Транзистор Т5 запрется
и выдаст сигнал на схему совпадения в виде постоянного тока с напряже-
нием —9 В.
Итак, мы познакомились с первой электронной машиной, решающей
вполне конкретную логическую задачу. И то, что она разумна, в этом теперь,
наверное, мало кто из вас сомневается.
Элемент ИЛИ. Идея схемы ИЛИ не содержит ничего нового по сравне-
нию со схемой И. Это элемент, который осуществляет операцию логического
сложения. Схема ИЛИ разрешает сигналам проходить от любого из многих
входов на общий выход. При этом, что очень важно, схема исключает воз-
действие входных сигналов друг на друга. Последнее замечание позволяет
называть схему ИЛИ буферной схемой. С одной стороны, она логически
складывает сигналы, а с другой — электрически разделяет их источники.
На схемах элемент ИЛИ будем изображать треугольником, как показано
на рисунке 181. Здесь буквами А, В и С обозначены входные сигналы. Как
и у элемента И, число входов у элемента ИЛИ может быть различным — от
2 до N, но оно обязательно должно быть конечным. При появлении сигнала
на любом одном или одновременно на нескольких входах на выходе элемента
должен появиться выходной сигнал X. Отсюда:
X = А + В + С.
Разбирая работу схемы ИЛИ, ее можно сравнить с работой параллельно
соединенных переключателей. Как видно из рисунка 181, выходной сигнал
пройдет на выход схемы, если будет замкнут переключатель Л, или В, или С,
или же любая их комбинация. Проверьте, соответствует ли работа схемы,
собранной из трех электромагнитных реле Pi — Р3, работе элемента ИЛИ. Вы-
ходной сигнал, полученный по такой схеме, можно использовать не только
для включения лампочки Л, но и для подачи команды на вход другого логи-
ческого элемента. Требования к реле здесь схожи с элементом И.
Чаще всего в кибернетических конструкциях элемент ИЛИ строится на
диодах. Таким примером может служить схема, приведенная на рисунке
182, а. При ее разборе обратите внимание на то, как в схеме осуществляется
развязка между входными сигналами.
При отсутствии сигналов на входах (переключатели Л, В и С находятся
в верхнем положении) реле Pi обесточено, так как к его обмотке никакого
напряжения не прикладывается.
Если подать, например, сигнал Л, что соответствует переводу переклю-
чателя Л в нижнее положение, то через диод Д1 потечет ток, которого доста-
точно, чтобы сработало реле Рн Диод окажется включенным в прямом на-
правлении. При. этом все напряжение источника питания приложится к
обмотке реле, в результате чего диоды Д2 и Д3 окажутся запертыми. Запрут-
ся они от того, что на их правые зажимы будет подано большое положитель-
ное напряжение, в то время как левые зажимы соединены с общим проводом.
Вот так входы В и С предохраняются от попадания на них сигнала Л.
0101110001
369
Для более надежной работы реле Pi необходимо, чтобы напряжение
источника Е было несколько больше напряжения срабатывания реле. В схе-
ме можно использовать любые плоскостные диоды типа Д7 или Д226. Точеч-
ные диоды типа Д2 или Д9 тоже можно использовать, но работать они будут
с перегрузкой по току и могут выходить из строя. Да и сопротивление в пря-
мом направлении у них больше, чем у плоскостных диодов. А это потребует
увеличения напряжения источника питания Е.
Мы разобрали работу схемы ИЛИ при подаче на нее входного сигнала А.
Точно так же она будет работать при подаче сигналов на выходы В и С или
нескольких сигналов одновременно.
К сожалению, мощности входных сигналов не всегда хватает для непо-
средственного управления электромагнитным реле. Чаще всего в кибернети-
ческих конструкциях входные сигналы маломощны. В этом случае между
диодной схемой и электромагнитным реле ставится транзисторный усилитель
тока, работающий в релейном режиме. Такая схема показана на рисунке
182,6.
Рис. 181. Логический элемент ИЛИ:
а — кнопочный вариант,
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Кто из читателей забыл, тем напоминаю, что релейный режим работы
усилительного каскада — это такой режим, при котором транзистор при от-
сутствии входного сигнала полностью заперт, а при поступлении сигнала —
открыт. Допускаются и обратные условия работы каскада, при кото-
рых транзистор открыт при отсутствии сигнала на входе и заперт, когда он
подан.
Если в схеме ИЛИ используется транзисторный усилитель, то теперь
можно, не боясь, использовать любые точечные диоды типа Д2 или Д9.
Сигналы управления, которые они в такой схеме коммутируют, не превыша-
ют нескольких миллиампер, и за их работу не приходится опасаться.
Слева на рисунке 182,6 показан пример подачи на схему ИЛИ входного
сигнала от транзисторного каскада, справа — через контактную группу реле
Р2. При отсутствии сигнала А транзистор Ti открыт за счет подачи тока
базы через резистор R ь При этом диод Д j заперт, так как его катод через
проходное сопротивление открытого транзистора присоединен к проводу
+ 9 В. Напоминаем, что проходное сопротивление открытого транзистора
равно нескольким долям ома. По той же причине диод Д2 также заперт.
370
0101110010
Что же при этом происходит с транзисторами Т2? На его базу не посту-
пает ни один из двух сигналов, и транзистор оказался запертым, а реле
Pi — обесточено.
При подаче на вход транзисторного каскада Ti входного сигнала А по-
следний запрется. Входной сигнал должен иметь положительную полярность
по отношению к проводу +9 В. Тут же база транзистора Т2 через резистор
R 2 и открытый диод Д 1 окажется присоединенной к проводу —9 В. Величи-
на резистора R2 выбирается из условия, чтобы ток базы транзистора Т2
был достаточен для введения его в насыщение.
То же будет происходить при подаче на схему входного сигнала В. При
этом диод Д2 через резистор R 3 соединит базу транзистора Т2 с проводом
—9 В. Моментально откроется транзистор Т2, а реле Pi сработает и выдаст
выходной сигнал X.
Элемент НЕ. Работает элемент так: если на его входе имеется сигнал А, то
на выходе сигнал X отсутствует. И наоборот, если на входе элемента сигнала
нет, то на выходе он есть.
б — релейный вариант
Условное обозначение элемента НЕ показано на рисунке 183. Там же при-
ведены две его электрические схемы.
Проще всего элемент НЕ можно собрать на одном электромагнитном реле
с нормально замкнутыми контактами. На рисунке такая схема показана сле-
ва. При отпущенной кнопке А лампочка Л горит, что является исходным
состоянием схемы. При нажатии кнопки, что соответствует подаче входного
сигнала, контакты реле разомкнуты. Это приводит к исчезновению выходного
сигнала X — лампочка Л не горит.
Точно так же операцию отрицания можно получить на транзисторном
каскаде, работающем в релейном режиме. На рисунке 183 такая схема по-
казана справа. Нагрузкой транзистора Ti является реле Р/ с нормально
замкнутыми контактами. При отсутствии входного сигнала транзистор ?!
заперт, реле Pi обесточено, а лампочка Л горит. При подаче на вход схемы
сигнала в виде тока базы величиной 1—5 мА транзистор полностью откры-
вается, отчего тут же срабатывает реле Р^ Рассматриваемый вариант схемы
НЕ обладает всеми преимуществами, присущими схемам И и ИЛИ с тран-
зисторным усилителем сигналов.
0101110011
371
Мы разобрали работу трех логических элементов: И, ИЛИ и НЕ. Полу-
ченные вами знания не только упростят задачу конструирования логиче-
ских машин, но и сделают ее особенно интересной для тех ребят, кому
нравится алгебра релейных схем.
«Электронный судья». Представьте себе, что в ваш кибернетический кру-
жок обратился представитель спортивного комитета школы со следующей
просьбой: «В нашей школе будут проводиться большие соревнования по
поднятию тяжестей. Нам бы хотелось четко и быстро сообщать результаты
зрителям.
Главным для нас является, конечно, световое табло, на котором должен
фиксироваться результат. Это табло должно загораться по сигналам от трех
судей. Правила соревнования гласят: вес считается взятым правильно, если
это единодушное мнение всех трех судей или двух из них, но при условии,
что один из этих двух является старшим судьей.
Нам бы хотелось, — продолжал представитель спортивного комитета
школы, — чтобы каждый из судей, имея у себя на столе кнопку, мог бы,
Рис. 182. Схема логического элемента ИЛИ
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
нажимая ее, посылать сигнал о своем мнении. Если кнопка нажата, то это
значит, что вес взят правильно; если же не нажата, то он не считает упраж-
нение выполненным. Кнопки судей связаны проводами с логической маши-
ной, которая после обработки исходной информации выдает сигнал на све-
товое табло —ВЕС ВЗЯТ ПРАВИЛЬНО или РЕЗУЛЬТАТ НЕ ЗАСЧИТЫ-
ВАЕТСЯ.
Можете ли вы изготовить такую разумную машину?»
«Конечно, изготовить такую машину нам под силу», — ответит за всех
руководитель вашего кружка.
Сигналы в нашу машину будут приходить от трех различных судей по
трем различным входам — А, В, и С. Условимся, что ко входу А приходит
сигнал от старшего судьи. Выходной сигнал, выработанный автоматом, дол-
жен быть направлен в одно место, а именно в световое табло. Вот почему вся
логическая машина на рисунке 184 изображена в виде «черного ящика»
с тремя входами и одним выходом, соединенным со световым табло.
Сформулируем более че.тко условия работы нашей машины. Сигнал X
на выходе «черного ящика» должен появляться в трех случаях:
372
0101110100
когда нажаты кнопки А, В и С,
или когда нажаты кнопки А и В,
или когда нажаты кнопки А и С.
Структурная формула работы автомата будет следующей:
Кому из ребят не понятно, как мы получили эту формулу, тем придется
еще раз прочитать раздел «Алгебра Буля».
Для реализации полученной формулы нам понадобятся следующие логи-
ческие элементы:
1	—элемент	И	на	три	входа	(А	В С),
2	— элемент	И	на	два	входа	(А	В),
3	— элемент	И	на	два	входа	(А	С).
Кроме того,	сигналы с	выхода всех трех элементов И должны быть по-
даны на элемент ИЛИ с тремя входами. Окончательная функциональная
схема разумной машины показана на рисунке 184.
Рис. 183. Логический элемент НЕ
Наблюдательный читатель легко заметит, что полученную структурную
формулу можно упростить. Действительно, согласно ранее выведенному рас-
пределительному закону булевой алгебры (см. стр. 349) запишем:
А В С + А В = А В (С + 1),
но С + 1 всегда равно 1. Представьте, если на элемент ИЛИ подается сигнал
С и обязательно постоянно присутствует другой сигнал (1), то на выходе
элемента сигнал будет всегда присутствовать (X = 1).
Схема машины, начерченная по новой структурной формуле, приведена
на рисунке 184, справа.
Мы разобрали алгоритм (программу) составления функциональной схе-
мы логической машины. Он сводится к следующему:
1.	Вначале четко формулируется задача будущей машины.
2.	По условиям задачи составляется структурная формула работы ма-
шины.
0101110101
373
В
*
РАЗУМНАЯ
МАШИНА
СВЕТОВОЕ
ТАБЛО
А-В-С+А-В+А-С В А-В + А-С
X
Рис. 184. Функциональная схема электронного судьи
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
3.	Производится упрощение структурной формулы, если это, конечно,
возможно.
4.	Составляется функциональная схема логической машины.
5.	Составляется электрическая схема машины.
Четыре первых пункта алгоритма мы с вами выполнили вместе. Составить
электрическую схему вам предоставляется самостоятельно. В вашем распо-
ряжении для этого вполне достаточный арсенал типовых схем логических
элементов И, ИЛИ и НЕ. Именно из этих элементов и составляется электри-
ческая схема. Теперь все будет зависеть от того, какие радиодетали имеются
в вашем распоряжении.
Машина, отгадывающая числа и имена ребят. Разве не интересно постро-
ить машину, которая могла бы отгадывать задуманные числа? Для этого,
оказывается, ей вовсе не нужно читать ваши мысли, а достаточно уметь
делать правильные логические выводы на основании некоторых данных о за-
думанном числе.
Например, для отгадывания числа от 0 до 7 машине нужно, чтобы вы ей
ответили на три вопроса:
374
0101110110
1.	Частное от деления задуманного числа на 4 нечетное?
2.	Частное от деления задуманного числа на 2 нечетное?
3.	Задуманное число нечетное?
Машина обработает полученную информацию и выдаст вам число, кото-
рое вы задумали. Все ваши ответы должны состоять из набора ДА, НЕТ или
1, 0. Суммарный ответ, выраженный в таких единицах, определит задуман-
ное число. Например, если суммарный ответ состоит из ДА, ДА, НЕТ, или,
что то же самое, 1, 1, 0, то задуманное вами число равно 6.
Чтобы в этом убедиться достаточно выполнить действия, указанные
в вопросах.
После первого деления вы получите 1 и 2 в остатке. Частное нечетное,
ответ на первый вопрос должен быть удовлетворительный — ДА или 1. От-
метим, что если число меньше четырех, то ответ равен нулю, то есть числу
четному и остатку; например, при делении 3 на 4 получим 0 и 4 в остатке.
На второй вопрос ответ тоже положительный, а на третий отрица-
тельный.
Рис, 185. Машина, отгадывающая имена ребят
Всего из трех ответов мы можем составить восемь различных комбина-
ций, каждой из которых соответствует свое определенное число:
НЕТ НЕТ НЕТ —0 0 0 — 0,
НЕТ НЕТ ДА —001 — 1,
НЕТ ДА НЕТ —0 1 0 — 2,
НЕТ ДА ДА — 0 1 1 — 3,
ДА НЕТ НЕТ — 1 0 0 — 4,
ДА НЕТ ДА — 1 0 1 — 5,
ДА ДА НЕТ — 1 1 0 — 6,
ДА ДА ДА -111-7.
Легко заметить, что средний столбец представляет собой не что иное.
как запись десятичных чисел от 0 до 7 в двоичной системе счисления. В этом
и заключается разгадка «секрета» нашей машины. Отвечая на поставленные
вопросы, вы «автоматически» переводите задуманное число в двоичную си-
стему счисления и сообщаете машине полученный двоичный код. Теперь ма-
0101110111
375
шина уже действительно автоматически переводит двоичный код задуманно-
го числа в привычную нам десятичную систему счисления, то есть выполняет
роль дешифратора двоичного кода. Эти «способности» машины можно ис-
пользовать и для других задач, например для отгадывания имен.
Разобрав логику (правила) работы машины, легко составить ее электри-
ческую схему. В основе ее используется схема дешифратора, показанная на
рисунке 185. Разбор похожей схемы дешифратора читатель найдет на стр. 375.
То, что вы еще раньше познакомились с двоичным счислением, а также
с дешифратором двоичного кода в десятичный, позволило быстро понять
работу отгадывающей машины и составить ее электрическую схему. А если
бы обо всем этом ничего не знать? Как быть в этом случае? Оказывается,
с помощью алгебры релейных схем очень просто решить поставленную за-
дачу. Представляя отгадывающую машину «черным ящиком», на который
подается три сигнала А, В и С (см. рис. 186), на выходе «ящика» мы долж-
ны иметь восемь сигналов: 0, 1, 2... 7. Запишем условия задачи машиной
каждого из восьми выходных сигналов:
АВС

Й Й й й й Й Й Й
0	12	3	4	5	6	7
6
0	1	2
Рис. 186. Функциональная схема отгадывающей машины
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Сигнал на выходе «0» равен — 0 = Л и В и С,
Сигнал на выходе «1» равен— 1= Jh В и С,
Сигнал на	выходе	«2»	равен — 2	=	А	и	В	и	С,
Сигнал на	выходе	«3»	равен — 3	=	А	и	В	и	С,
Сигнал на	выходе	«4»	равен — 4	=	А	и	В	и	С,
Сигнал на	выходе	«5»	равен — 5	=	А	и	В	и	Q,
Сигнал на	выходе	«6»	равен — 6	=	Л	и	В	и	С,
Сигнал на	выходе	«7»	равен — 7	=	А	и	В	и	С.
Функциональная схема отгадывающей машины будет такой, как пока-
зано на рисунке 186. Но помните, что А = НЕ А.
Вернемся к электрической схеме отгадывающей машины (рис. 185). Для
примера покажем, как дешифрируется код НО, то есть по полученным отве-
там определяется число шесть. В этом случае при ответе на вопросы включа-
ются первый (А) и второй (В) тумблеры. Третий тумблер (С) остается в от-
ключенном состоянии. При этом замыкается определенная электрическая
цепь, в результате чего включается электрическая лампочка около цифры 6.
Всего таких комбинаций включения цепей, очевидно, должно быть восемь.
376
0101111000
На нашей машине можно отгадывать 7 имен, так как она «разбирается»
только в таком числе кодов. Из дальнейшего описания будет ясно, что
код ООО использовать нельзя. Выберем имена и запишем их тремя столб-
цами:
А	В	С
Витя	Миша	Вова
Миша	Витя	Лена
Коля	Лена	Миша
Вова	Анда	Юра
Отвечая на вопрос о том, есть ли задуманное имя в первом, втором или
в третьем столбцах, вы сообщаете код имени. Так, имя Витя встречается
только в первом и втором столбцах, значит, оно имеет код ПО. В остальном
машина работает точно так же, как и при отгадывании чисел. А может быть,
для такой машины найдется другое применение? Подумайте!
КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ
МАШИНА,
ИГРАЮЩАЯ
В
КРЕСТИКИ-НОЛИКИ
Летом 1962 года в американском городе Йорк-
таун-Хайтс экс-чемпион штата Коннектикут по
шашкам Роберт Нили впервые за восемь лет по-
терпел поражение. Разумеется, мистеру Нили по-
ражение не доставило радости. И тем более его
вряд ли утешило то обстоятельство, что победу
над ним одержала машина — электронная вычис-
лительная машина модели IBM-7094.
Кибернетическая машина победила быстро
и четко без каких-либо подсказок со стороны че-
ловека! И, пожалуй, самое интересное в том, что
машина училась играть в шашки точно так же,
как и человек: с помощью наблюдений и на соб-
ственном опыте, разбираясь в ошибках и запоми-
ная их, чтобы не повторять в будущем. За какие-
нибудь 6—7 лет «учебы» она усвоила все тонкости
игры в шашки.
Если бы за игрой машины следили опытные шашисты, они не усомнились
бы, что «партнер» экс-чемпиона обладает высокоразвитым мышлением. Ма-
шина просчитывала варианты партии на двадцать ходов вперед и руковод-
ствовалась стратегией, достойной чемпиона, что и доказала победа над
Нили.
Но самым замечательным во всем этом было то, что человек, составив-
ший программу игры в шашки, сам не был сильным шашистом. Он не со-
ставлял, да и не мог бы составить конкретного плана игры, который привел
к поражению экс-чемпиона Нили. Со стороны могло бы показаться, что ма-
шина руководствуется «собственным разумом». Конечно, никакого разума
в человеческом смысле вычислительная машина не имела. Но в данном конк-
ретном случае — при игре в шашки — она вела себя так, словно обладала
хорошо тренированным мышлением. На деле же вычислительная машина
выполняла только то, для чего она и была предназначена, — производила
простейшие арифметические операции. Машина выполняла действия над
числами в соответствии с программой, основанной на правилах игры в шаш-
ки и подготовленной человеком.
0101111001
377
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Когда машина IBM-7094 в первый раз начала играть в шашки, она
могла делать только самые простые ходы. В ту пору она была «неопытным
новичком», и даже плохой игрок мог бы ее обыграть. Но программа ее рабо-
ты предусматривала запоминание в памяти вариантов игры, приводящих
к выигрышу или к прохождению в дамки.
Так как долговременная память электронной вычислительной машины
позволяет хранить многие миллионы цифр, машина оказалась в состоянии
запоминать огромное количество вариантов партий. Выбирая следующий
ход, машина сравнивала данный вариант партии с многими другими, храня-
щимися в ее запоминающем устройстве, и делала такой, какой, по опыту,
давал наибольшие шансы на выигрыш.
Чем больше машина играла в шашки, тем больший опыт она накаплива-
ла. Это позволило ей создавать и запоминать более обобщенные варианты
игры, вырабатывать тактику, обеспечивающую сохранение инициативы
и защиту от прохождения в дамки. Накопив опыт нескольких тысяч партий,
машина стала систематически обыгрывать своего программиста, считающе-
го себя весьма средним игроком.
Наконец настал день, когда знания машины в области стратегии и такти-
ки шашечной игры превзошли возможности ее учителя!
С кибернетической машиной, играющей в шахматы, все значительно
сложнее.
Чтобы заставить вычислительную машину играть в шахматы, мы прежде
всего должны изобразить положение фигур на доске и сами фигуры по спо-
собу, который машина могла бы запомнить. Эту задачу решить не трудно,
приписав каждой из 64 клеток шахматной доски, а также каждой фигуре
свой машинный признак.
Играя в шахматы, машина внимательно следит за доской, «анализирует»
создавшиеся ситуации и самостоятельно выбирает очередной ход. И делает
это она потому, что шахматные фигуры и правила шахматной игры легко
могут быть представлены в числовой форме. Для этого все фигуры и правила
их ходов оцениваются очками. Например: король—10 000 очков, ферзь —
100 очков, ладья — 50 очков, слон и конь — по 25 очков, пешки — по 2 очка.
Отставшие, сдвоенные или изолированные пешки оцениваются по одному
очку. Сдвоенные пешки у себя — скидка в одно очко, у противника — при-
бавка в одно очко.
Кроме того, при игре машины учитываются позиционные качества фигур.
Если одна и та же фигура стоит на центральных клетках шахматной доски,
то к ее баллу добавляется еще два очка, на крайних клетках — сбрасываются
два очка. Машина на основании детального анализа своей позиции и пози-
ции противника выбирает и делает такой ход, который ведет к повышению
балла своей позиции при любых ответах противника. Так она добивается
наилучшего соотношения очков позиций в свою пользу.
Следует отметить, что пока на шахматной доске находятся все или,
по крайней мере, большинство фигур, число возможных комбинаций ходов
достигает огромной величины, выражающейся астрономическим числом,
содержащим более 100 цифр. Академик Андрей Николаевич Колмогоров
прикинул: чтобы просчитать все возможные варианты партий на пятнадцать
ходов вперед, пришлось бы уставить машинами несколько планет нашей
Солнечной системы и заставить их работать одновременно. А шахматисты
без всякой посторонней помощи делают это, сидя за турнирным столиком!
Электронная вычислительная машина пока еще не в состоянии перебрать
все комбинации своих ходов и ответов противника. Она вынуждена ограни-
378
0101111010
читься пробой трех-четырех ходов, то есть машина может «думать» на три-
четыре хода вперед в начале игры. А в конце игры ее способности «предви-
деть» значительно возрастают по мере уменьшения фигур на доске.
Если шахматист может предвидеть больше, чем на три-четыре хода впе-
ред, то в начале партии он получает несомненный перевес над машиной.
В противном случае всегда выигрывает машина. Если противник нарушает
правила игры или слишком долго думает над очередным ходом, то машина
немедленно дает знать об этом соответствующим сигналом.
Кибернетические машины успешно играют не только в шашки или шахма-
ты. Им по плечу все игры, которые имеют строгие правила. Я уверен, не
пройдет и 3—5 лет, как некоторые из читателей этой книги будут участ-
никами Всесоюзных соревнований «Разумных машин и кибернетических
автоматов». Очки там будут присуждать не за скорость или маневренность
модели и даже не за ее внешний вид, а за «ум» и «смекалку», за умение
в кратчайшее время решать сложные логические задачи, играть с партнером
в игры.
Рис. 187. Принцип игры в крестики-нолики
.. .И вдруг судья объявит по радио: «Кибернетический автомат, построен-
ный юными кибернетиками из Дворца пионеров города Риги, играет с ав-
томатом, построенным ребятами из Бурят-Монгольской АССР, в крестики-
нолики. Машина будет состязаться с машиной!»
С игрой в крестики-нолики, наверное, все из ребят знакомы. А кто не
умеет в нее играть, после короткого инструктажа сможет довольно быстро
научиться.
Поясним вкратце принцип этой игры с помощью схемы, показанной на
рисунке 187.
Один из участников игры все время должен ставить в клетках ноль,
а другой крестик. Требуется поставить в одну линию (ряд) три ноля или
три крестика. Ряд может быть горизонтальным (три возможности), верти-
кальным (три возможности) или диагональным (две возможности). Игра
оканчивается одним из трех вариантов. Три ноля подряд (а) —выигрывает
один игрок; три крестика подряд (б) — выигрывает другой игрок; все клетки
заполнены, но нет ни одного ряда из трех нолей и ни одного ряда из трех
крестиков — ничья (в).
0101111011
379
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Если ни один из игроков не ошибается, то эта игра всегда оканчивается
вничью. Не входя в излишние подробности о возможностях игры, изложим
вкратце простейшие рекомендации для нее.
Во-первых, каждый игрок должен попытаться положить основу для двух
возможных рядов, неизвестных противнику. Опыт показал, что наилучшим
начальным ходом будет занятие одной из угловых клеток, например клетки
3 (см. рис. 187). Эта клетка доминирует над тремя рядами: горизонтальным,
вертикальным и диагональным. Наилучшим ответным ходом будет занятие
центральной клетки, чем блокируется один из рядов противника и одновре-
менно достигается господство над тремя другими рядами.
При втором ходе лучше занять клетку, которая не вынуждала бы про-
тивника делать специальный ответный ход, например занять клетку 6, а не
1, 2 или 5. Это соблазняет противника занять угловую клетку. Хотя третий
ход неизбежно бывает вынужденным, но в одном случае он также очень
выгоден, поскольку позволяет получить два ряда с двумя занятыми клетками
каждый (3, 4, 5 и 7, 6, 5).
Так как ответным ходом можно блокировать только один из этих рядов
после занятия клетки 4 или 7, четвертым ходом партия заканчивается. В дей-
ствительности игра была проиграна уже при втором ответном ходе (клет-
ка 1), который был ошибочным. Как только один из игроков заполнил ряд,
то он выиграл, а проигравший лишается возможности сделать следующий
ответный ход, даже если бы это позволило ему заполнить ряд.
В этой игре у игрока, начинающего игру, имеется 9!! полных стратегий,
а у его противника 8!! полных стратегий. Однако в силу симметрии игрового
поля число различных полных стратегий на самом деле гораздо меньше.
Так, например, в начале игры у игрока, делающего первый ход, имеется
девять возможных ходов, но с точки зрения продолжения игры число раз-
личных ходов равно всего трем: ход в центральную клетку, ход в угловую
клетку и ход в одну из клеток, расположенных на стороне квадрата между
угловыми клетками. Однако если даже учесть все такие симметрии в игре,
то общее число полных стратегий все же остается весьма большим. Анализ
игры, то есть исследование всех возможностей выигрыша, показывает, что
ходы распадаются на две категории: произвольные и вынужденные.
Начинается игра произвольным ходом, так как можно выбирать любую
клетку, не рискуя потерять «качество», как только противник сделает первый
ответный ход. Однако при последующих ходах может случиться, что против-
ник займет две соседние клетки. В этом случае, для того чтобы не проиграть,
необходимо тотчас сделать вынужденный ход, заняв третью, соседнюю в
этом ряду клетку.
Вынужденные ходы ухудшают положение игрока вместо того, чтобы
улучшать его. Если же игрок таким ходом улучшает свое положение, это
значит, что противник, вынудивший его сделать такой ход, сам допустил
ошибку, обычно приводящую к поражению. Следовательно, для того чтобы
добиться успеха, игрок должен взвесить все свои шансы для полного ис-
пользования возможностей, представленных произвольными ходами.
Ни вынужденные, ни выигрышные ходы не должны пройти незамечен-
ными. Необходимо, конечно, строго соблюдать правила игры. Нельзя, на-
пример, одновременно делать больше одного хода, а проигравший не впра-
ве делать еще один заключительный ответный ход.
Кибернетическая машина, играющая в крестики-нолики, должна действо-
вать в соответствии с этими правилами, то есть анализировать положение,
создаваемое каждым ходом человека, и делать соответствующий ответный
380
0101111100
Рис. 188. Логическая схема машины, играющая с человеком в крестики-нолики
ход. Такой анализ может быть подразделен на четыре отдельных этапа,
позволяющих выяснить:
1)	не проиграла ли машина;
2)	может ли машина выиграть игру за один ход и какой для этого сде-
лать ход;
3)	может ли человек выиграть при следующем ходе и как предотвратить
эту возможность;
4)	как избежать указанных положений и убедиться, какой из ходов дает
наибольший шанс на выигрыш.
Для решения поставленных задач можно пойти по двум путям: попытать-
ся создать действительно разумную машину, анализирующую игровые
ситуации по перечисленным четырем пунктам, или же представить все воз-
можные комбинации в виде жесткой программы.
Мы в своей конструкции пошли по второму пути, так как он в данном
случае проще. Причем на программу нами наложены следующие ограниче-
ния: первый ход делает машина и притом обязательно в центральную клет-
ку поля.
0101111101
381
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Логическая схема машины представлена на рисунке 188. Остановимся
на ней поподробнее.
После того как машина сделала свой первый ход в центральную клетку
и поставила крестик, у игрока остается две возможности: занять одну из
угловых клеток (1, 3, 5, 7) или одну из средних клеток (2, 4, 6, 8). Мы уже
говорили, что из-за симметрии игрового поля ходы 1, 3, 5, 7, а также ходы
2, 4, 6 и 8 равноценны.
Допустим, что противник поставил нолик в клетку 1, тогда согласно за-
ложенной программе машина делает ход в клетку 2. Игроку в этом случае
остается или сделать вынужденный ход и занять клетку 6, или не занимать
этой клетки и тем самым обеспечить победу машине при следующем ходе.
Во втором случае машина так и поступит. Черный кружок на логической
схеме с буквой В показывает, что машина окончила игру и притом выиграла.
Если же вынужденный ход человек сделает в клетку 6, то машина соглас-
но программе занимает клетку 7 и ставит в нее свой крестик. Опять у игрока
две возможности: или сделать свой вынужденный ход и поставить нолик
в клетку 3, или ошибиться и поставить нолик в одну из свободных клеток.
Во втором случае машина зафиксирует выигрыш!
При записи игроком нолика в клетку 3 машина отвечает крестиком в
клетку 8. Этот ход делается по программе, заложенной в машину. Человеку
опять остается выбор: поставить нолик в клетку 4 и свести игру вничью или
не ставить нолика в эту клетку и тогда проиграть машине.
При первом ответном ходе игрока в одну из средних клеток (2, 4, 6 или
8) машина обязательно выигрывает. Логическая последовательность ходов
в этом случае значительно проще, и читатель ее самостоятельно сможет про-
следить по рисунку.
Кибернетическая машина, к постройке которой мы приступаем, — это
загадочный «черный ящик». Достаточно такой «ящик» включить в сеть, как
он сразу же готов сразиться с человеком в крестики-нолики. И здесь без
сражения не скажешь, кто победит: человек или машина! Правда, чаще
всего игра кончается ничьей. Это случается, если в течение всей игры человек
не допустит ни одной ошибки. С этим положением вы уже знакомы из раз-
бора логической схемы машины.
Но достаточно игроку ошибиться хотя бы раз, машина обязательно под-
метит допущенную ошибку и использует в своем ответном ходе. Теперь уже
рассчитывать на ничью не приходится. Еще один-два хода, и на табло
машины загорятся неприятные для игрока слова — Я ВЫИГРАЛА!
Уместно заметить, что сама машина никогда не ошибается, если, конеч-
но, она исправна. Если программа правильно составлена, то машина четко
будет делать свои ходы, каждый раз анализируя сложившуюся обстановку
на игровом поле. В этом вы скоро сами сможете убедиться.
Внешний вид машины хорошо виден из рисунка 189.
Первое, что бросается в глаза, так это игровое поле, состоящее из 9 ин-
дикаторных ячеек. Каждая такая ячейка способна отобразить- крестик или
нолик. Достаточно игроку нажать кнопку, расположенную в центре выбран-
ной ячейки, как в ней тут же высветится нолик. При своем ответном ходе
машина высвечивает теперь уже в другой ячейке крестик. Одновременно
загореться в одной и той же ячейке и нолик и крестик не могут. Схемой
машины такое включение исключено.
Несколько выше игрового поля располагается световое табло. Если маши-
на выигрывает, то на табло высвечиваются слова Я ВЫИГРАЛА! При
ничейном результате на табло загорается слово НИЧЬЯ.
382
0101111110
Ниже индикаторных ячеек, слева, размещен тумблер включения машины
Вкь Несколько выше тумблера расположена сигнальная лампочка Ль пока-
зывающая, что прибор включен и готов к работе.
Каждый раз, когда машина должна делать очередной ход, игрок нажи-
мает кнопку пуск Кп. Это единственная операция, которую игрок делает за
автомат! В остальном машина полностью самостоятельна. Прежде всего это
касается выбора хода и высвечивания в нужной ячейке крестика. Несколько
изменив логику машины, можно и эту операцию автоматизировать так, что
она не будет требовать от человека дополнительной команды. Сделать это
несложно, и каждый, кто построит кибернетическую машину по нашему опи-
санию, сможет самостоятельно внести в схему необходимые изменения.
В течение всего времени, пока машина «обдумывает» свой очередной
ход, периодически мигает лампочка Л2 В это же время в самом «черном
ящике» что-то трещит, напоминая ребятам, следящим за игрой машины, что
она «живая». Зрителям это всегда очень нравится и вызывает общий во-
сторг.
Рис. 189. Кибернетическая машина, играющая в крестнкн-нолики
Игра человека с машиной в крестики-нолики проходит так.
Первым включается тумблер Bkj. Тут же должна загореться сигнальная
лампочка Л| —значит, напряжение на прибор подано. Все 9 индикаторных
ячеек и табло остаются погашенными, на них в это время ничего не высве-
чивается.
Далее игрок нажимает кнопку пуска машины Кп- Начинает мигать лам-
почка Л2. В течение 5—10 с машина «обдумывает» свой первый ход и...
ставит крестик в центр игрового поля. После высвечивания в клетке 9 кре-
стика лампочка Л2 гаснет.
Следующий ход предоставляется игроку. Для этого он в выбранной ячейке
должен нажать кнопку. При этом именно в этой ячейке высветится нолик.
Для ответного хода машины необходимо вторично нажать кнопку пуска
Кп и так далее...
При нажатии на кнопку сброса Кеб мгновенно пропадают все высвечен-
ные крестики и нолики, а также слова на табло. Кибернетическая машина
готова к новой игре с человеком!
Приступаем к изготовлению кибернетической машины.
0101111111
383
Индикаторная ячейка X—0. Общий вид и чертежи ячейки, а также ее
электрическая схема приведены на рисунке 190.
Корпус ячейки делается из листовой жести. Начинать нужно с колец
1 и 2. Оба они изготавливаются из полосок жести шириной 25 мм. Во внутрь
малого кольца впаяйте четыре угольника 3. Их высота равна высоте колец.
В результате должна получиться довольно жесткая крестовина 5, которая
при помощи полосок 4 соединяется с наружным кольцом 1. Осталось при-
паять к наружному кольцу четыре угольника 6, и корпус ячейки готов.
Лампочки Л1 —Л8 крепятся на проволочных растяжках с помощью пай-
ки. Если случится, что какая-либо из лампочек перегорит, заменить ее будет
совсем не сложно, хотя при этом и придется воспользоваться паяльником.
К сожалению, ячейку все же нужно будет вынимать из машины. Для растя-
жек подойдет медная проволока диаметром 0,3—0,4 мм. Проволочки должны
быть хорошо припаяны к цоколю лампочек. При отсутствии надежного кон-
такта, лампочка во время игры будет мигать, что вызовет справедливый
упрек в адрес конструктора машины.
ПЛАСТИНКА ИЗ ЦВЕТНОГО
ЦЕЛЛУЛОИДА
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА
ИНДИКАТОРНОЙ ЯЧЕЙКИ
Рис. 190. Индикаторная ячейка «крестик-нолик»:
а — электрическая схема;
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Когда будете приобретать лампочки, покупайте их сразу 90 штук. Только
на одну ячейку потребуется 8 лампочек! Отсюда легко подсчитать, что на
9 ячеек их пойдет 72 штуки. Величина напряжения лампочек не играет боль-
шого значения и может меняться от 2,5 В до 6,3 В. Не забудьте только это
учесть, когда будете рассчитывать витки обмотки понижающего трансфор-
матора.
Осталось выполнить, пожалуй, самый ответственный узел индикаторной
ячейки — контактную кнопку.
Вырежьте из листового гетинакса или текстолита толщиной 2,0 — 2,5 мм
пластинку 10 размерами 66 X 30 мм. В центре пластинки просверлите отвер-
стие диаметром 4—5 мм. Пружинящие контакты 8 и 9 возьмите от готового
телефонного реле. Каждый такой контакт крепится на двух алюминиевых
или медных заклепках диаметром 1,0—1,2 мм.
Кроме того, на той же пластинке устанавливаются три контактных
лепестка. На электрической схеме индикаторной ячейки эти лепестки обозна-
чены цифрами 3, 4 и 5, а пружинящие контакты 8 и 9 обозначены цифра-
ми 1 и 2.
384
0110000000
По концам пластинки 10 на заклепках крепятся два угольника 11. Про-
следите, чтобы эти угольники электрически не касались пластинок 8 и 9.
Если нужно, не поленитесь проложить изолирующие прокладки. При помощи
угольников 11 пластинка 10 крепится к корпусу ячейки. Для изготовления
угольников 11 подойдет та же жесть, что и для колец 1 и 2 корпуса. Когда
будете припаивать угольники к корпусу, обратите внимание: отверстие пла-
стинки 10 должно приходиться точно на центр крестовины.
Чтобы понять работу контактной кнопки в целом, нужно мысленно пред-
ставить себе полностью собранную индикаторную ячейку, установленную
на передней панели машины. Чертеж разреза такой ячейки показан на рисун-
ке 190, б.
С лицевой стороны передней панели на четырех винтах крепится пла-
стинка, выполненная из белого плексигласа. Ее размеры равны 80x80 мм.
Пластинка закрывает отверстие в передней панели, имеющееся против каж-
дой индикаторной ячейки (см. рис. 189). С внутренней стороны панели
на те же винты устанавливается корпус ячейки, после чего все вместе
стягивается гайками. Получается довольно жесткая конструкция, причем
оба кольца корпуса должны плотно прилегать к пластинке из плексигласа.
Точно в центре пластинки крепится втулка, в которую довольно свободно
входит штырь с головкой контактной кнопки на конце. Чтобы не вытачивать
втулку и штырь на токарном станке, их можно взять готовыми. Проще
всего для этого использовать малогабаритный переменный резистор типа
СПО-0,15. После того как втулка установлена на пластинке, на свободный
конец штыря напаивается латунная трубка. Длина трубки выбирается из
расчета, чтобы она плотно упиралась в контактную пластинку 8. При этом
зазор между головкой кнопки и втулкой должен быть около 1 мм. Теперь
достаточно нажать пальцем на головку кнопки, как пластинка 8 упрется
в пластинку 9. При этом контактная кнопка не должна иметь никаких люф-
тов. Отпустите кнопку — штырь вместе с трубкой под действием пружинящего
контакта 8 займет свое исходное положение. Электрическая цепь вновь будет
разорвана.
Чтобы высвеченные крестики и нолики выглядели более нарядно и имели
четко очерченные края, между пластинкой и передней панелью установите
0110000001
385
Рис. 191. Схема питания машины
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
дополнительную пластинку 16. Выполняется она из цветного целлулоида
толщиной 0,2—0,5 мм. Предварительно черной нитрокраской на пластинке
закрашиваются все места, кроме круга и креста.
После того как сделаете первую индикаторную ячейку, непременно испы-
тайте ее в работе. Устраните все неполадки и приступайте к изготовлению
сразу партии из 9 штук. Что касается первой ячейки, то ее лучше в машину
не ставить. Для вас она была опытной.
Когда делаешь какую-либо модель, всегда хочется побыстрее увидеть
результаты своих трудов. Это не только прибавляет энергии, но и вселяет
уверенность, что не допущено грубых ошибок. Вот и теперь, имея в своем
распоряжении 9 индикаторных ячеек, отображающих крестики и нолики,
довольно просто сделать интересную самоделку для своих подшефных ок-
тябрят. С ее помощью за игрой двух ребят в крестики-нолики сможет следить
большая аудитория.
Внешний вид предлагаемой самоделки будет таким же, как показано на
рисунке 189. Оттуда же возьмите все необходимые размеры передней панели.
Лучше всего для изготовления панели подойдет гетинакс или текстолит тол-
386
0110000010
щиной 4—5 мм. В руках у каждого из игроков находится небольшой пульт,
состоящий из девяти тумблеров. Включая тот или иной тумблер, игрок смо-
жет замкнуть цепь питания лампочек любой индикаторной ячейки. Причем
схема позволяет одному игроку высвечивать только нолики, а другому —
крестики. Для питания такой самоделки подойдет любой понижающий транс-
форматор, выходное напряжение которого соответствует напряжению лам-
почек накала. Если готового трансформатора подобрать не удастся, то имеет
смысл его сразу делать таким, какой он нужен для основной кибернетиче-
ской машины. Все необходимые намоточные данные вы найдете на следую-
щей странице.
Блок питания машины. Его электрическая схема дана на рисунке 191,
слева. А чтобы было легче понять назначение релейной автоматики отдель-
ных цепей (Рь Р2 и Р3), справа приведены основные потребители блока и
команды управления ими. Таких потребителей у блока пять:
1)	схема включения на индикаторных ячейках ноликов;
2)	схема включения на индикаторных ячейках крестиков;
3)	схема вспомогательных команд;
0110000011
387
Рис. 193. Блок программ
4)	сигнальные лампочки Л1 и Л2, а также лампочки светового табло;
5)	лампочки индикаторных ячеек.
Первые три потребителя электроэнергии требуют постоянного тока, для
к. чего служит выпрямитель на диодах Д1—Д4 с емкостным фильтром на кон-
денсаторе Сь
щ Сигнальные лампочки и индикаторные ячейки питаются непосредственно
от обмоток IV и V трансформатора Тр.
При включении тумблера Bki загорается сигнальная лампочка Л1 и
одновременно постоянное напряжение — 15 В подается на схему включения
> крестиков и на схему вспомогательных команд. Все остальные потребители
остаются пока отключенными. Так, например, схема включения ноликов от-
ключена потому, что не сработало реле Р2, а лампочки индикаторной ячейки
Х9 еще не горят, так как не сработало реле Р3, и так далее. . .
Первой нажимается кнопка пуска машины Кп. При этом должно срабо-
тать реле Р2, в результате чего постоянное напряжение — 15 В подается на
схему включения ноликов, а переменное напряжение 3,5 В — на лампочки
Л5—Л8 ячейки Х9. При отключении кнопки Кп реле Р2 остается во вклю-
388
0110000100
ценном состоянии, поскольку оно заблокировало само себя нижней группой
контактов.
При нажатии кнопки сброса Кеб срабатывает реле Рн Его нормально за-
мкнутые контакты разрывают цепь питания — 15 В. Все потребители посто-
янного тока тут же отключаются, и схема возвращается в свое исходное
состояние.
Понижающий трансформатор Тр имеет три вторичных обмотки и пред-
назначен для получения трех различных напряжений: 20 В X 2 А, 3,5 В X
X 10 А и 3,5 В X 2 А. Сердечник трансформатора набирается из стандарт-
ных пластин Ш-30 электротехнической стали. Сечение сердечника — 15 см2,
толщина набора — 50 мм. Первичная обмотка I содержит 400 витков про-
вода ПЭЛ 0,66, обмотка II — 300 витков провода ПЭЛ 0,5. Понижающая
обмотка III содержит 65 витков провода ПЭЛ 0,9, обмотки IV и V имеют
по 20 витков провода ПЭЛ 2,0 и ПЭЛ 1,0 соответственно.
Пластины при сборке укладывают так, чтобы прямоугольные и Ш-образ-
ные пластины чередовались на концах каркаса. Если пластины с просечкой
(перемычка отштампована вместе с Ш-образной пластиной), то пластины
надо укладывать так, чтобы просечка оказывалась то с одной стороны кар-
каса, то с другой.
Каркас склейте из картона толщиной 1,0—1,5 мм.
Обмотку надо наматывать плотно, укладывая виток к витку. Каждый
слой в обмотке необходимо изолировать конденсаторной бумагой или чер-
тежной калькой. Концы отводов пропускают через отверстия в щечках кар-
каса. Не должно быть «проваливающихся» витков по краям слоев около
щечек каркаса.
Все детали источника питания свободно размещаются на плате размером
130 X 170 мм, выполненной из листового текстолита или гетинакса толщиной
5—6 мм. В качестве реле Pj—Р3 подойдут малогабаритные электромагнитные
реле типа РСМ с сопротивлением катушки 500—700 Ом или реле типа
РСМ-9, паспорта 200 и 201.
При размещении деталей на плате придерживайтесь рисунка 90.
Смонтированный блок питания на четырех шпильках непосредственно
крепится к передней панели машины.
0110000101
389
Схема вспомогательных команд. Сюда относятся: реле времени с выдерж-
кой 10 с, реле времени с выдержкой 0,1—0,2 с, мультивибратор (пульсатор)
с периодом 0,8—1,0 с.
Как видно из рисунка 191, схема вспомогательных команд всего выраба-
тывает четыре команды управления от одной кнопки пуска машины. Полная
электрическая схема изображена на рисунке 192.
При нажатии кнопки Кп срабатывает реле Рь отчего конденсатор Ci
мгновенно заряжается до напряжения — 15 В.
При отпускании кнопки Кп включается реле времени, собранное на
транзисторе Ть В течение времени порядка 10 с реле Р2 остается во
включенном состоянии. При этом начинает пульсировать мультивибратор,
собранный на транзисторах Т3 и Т4. Пока реле Р2 не отключится, пульса-
тор выдает команды на включение лампочки Л2 с периодом 0,8—1,0 с. При
этом длительность импульсов включения равна 0,4—0,5 с.
Одновременно с работой мультивибратора включается реле Р5,кото-
рое своими нормально разомкнутыми контактами обеспечивает выдачу
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
команды на включение табло. При этом на световом табло загорается
надпись —Я ДУМАЮ!
При отключении реле Р2 табло гаснет, а лампочка Л2 перестает мигать.
В тот же момент срабатывает реле времени, собранное на транзисторе Т2.
Его электромагнитное реле формирует одновременно две команды управ-
ления с длительностью 0,1—0,2 с : команду пуска машины и команду опроса.
Назначение перечисленных команд уже разбиралось в предыдущем разделе.
Полный монтаж схемы проведите на плате размерами 140 X 90 мм.
Все навесные детали, включая транзисторы, монтируются на гвоздиках.
В качестве реле Р1—Р5подойдут те же малогабаритные электромагнитные
реле, что и для блока питания машины.
Смонтированный блок обязательно проверьте в работе под напряже-
нием.
При этом не забывайте, что команда пуска машины и команда опроса
должны вырабатываться спустя 10 с после отпускания кнопки Кп. До этого
момента схема формирует команду включения табло и команду на включе-
ние лампочки Л2.
390
0110000110
Блок программ. В него входят две схемы: схема включения ноликов и
схема включения крестиков (рис. 191). Разбор начнем с первой схемы, так
как она значительно проще.
Полная схема блока программ изображена на рисунке 193. Из-за недо-
статка места в книге мы ограничимся лишь схемами включения индикатор-
ных ячеек 1 и 8. Схемы включения ячеек 2, 7 представлены условно, а для
ячеек 3, 4, 5 и 6 вовсе опущены, поскольку все они одинаковые.
Схема включения ноликов собрана на реле Poj—Ро8. Ее назначение —
высвечивать на той или иной индикаторной ячейке нолик после того, как
нажата контактная кнопка, расположенная в центре выбранной ячейки. Ра-
боту схемы рассмотрим на примере включения индикаторной ячейки 1.
До того как нажата кнопка К ь реле Poj обесточено, а цепь питания
левой группы лампочек Л|—Л4 разорвана. Проследите цепь по схеме
самостоятельно и убедитесь в этом сами.
При кратковременном нажатии кнопки Ki сработает реле Роь блоки-
руя цепь кнопки верхней группой своих контактов. При этом загораются
4
1
1
Рис. 196. Электрическая схема блока памяти (ветвь 3)
4
лампочки, отображающие на ячейке 1 нолик, поскольку на них подается
напряжение 3,5 В от понижающего трансформатора блока питания. Точно
так же, нажимая контактную кнопку на любой другой ячейке, можно всегда
отобразить на ней нолик.
Забегая несколько вперед, заметим, что цепь питания лампочек, высве-
чивающих крестик, проходит через контакты реле Poj. Когда включено реле
Роь то эта цепь разрывается. Сделано так для того, чтобы исключить
одновременное высвечивание на ячейке крестика и нолика и тем самым из-
бежать неразберихи, которая может возникнуть на игровом поле в резуль-
тате каких-либо неисправностей в машине.
Схема включения на индикаторных ячейках крестиков включает в себя
восемь электромагнитных реле Pxi—Рх8 и блок памяти. Каждое такое реле
подготавливает соответствующую цепь питания группы лампочек Л5—Л8.
Срабатывают реле Рх по командам, поступающим из блока памяти. Если
программа блока памяти составлена правильно, то каждой ситуации, воз-
никающей на игровом поле, соответствует своя, единственная команда
управления. Так что по команде из блока памяти может сработать только
0110000111
391
какое-либо одно реле Pxj—Рх8 из восьми. Вот так машина осуществляет
свой очередной ход, поставив в выбранную клетку нолик или крестик. После
хода машины игрок ставит свой нолик, и тут же создается другая игровая
ситуация. Новая ситуация порождает новую команду управления, которая
подается на одно из оставшихся еще отключенными реле Рх.
Допустим, что команда с блока памяти поступила на реле Рх8. При
этом верхний конец ее катушки окажется соединенным с проводом — 15 В.
Нижний конец катушки еще продолжает висеть в воздухе и ждет своей
команды. Такой командой является команда опроса, которая поступает на
все реле и как бы опрашивает их. При этом катоды диодов Д1—Д8 со-
единяются с проводом +15 В. Только после этого сработает реле Рх8,
обеспечивая своими контактами подачу на группу лампочек Л£-Л8 восьмой
ячейки переменного напряжения 3,5 В. Верхняя группа контактов реле Рх8
блокирует диод Д8, после чего команду опроса можно прекратить. Реле Рх8
останется во включенном состоянии.
Что такое блок памяти?
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
Чтобы лучше понять работу блока памяти, вернемся к логической схеме
кибернетической машины (рис. 188) и представим ее в виде релейной схемы.
Составление релейного аналога начнем с рассмотрения ее левой ветви,
когда на ход машины в центральную клетку игрок отвечает ходом в клетку 1.
При этом, как следует из схемы рисунка 193, включатся все реле верхней
линейки блока памяти Рщ. Их контакты должны будут обеспечить подачу
команды управления на реле Рх2, так чтобы при своем последующем ходе
машина могла поставить крестик в клетку 2.
На рисунке 194 приведена электрическая схема рассматриваемого уча-
стка логической схемы (ветвь 1). Нижняя часть схемы вам должна быть
хорошо знакома. О назначении верхнего ряда диодов будет сказано несколь-
ко позже. Но поскольку все они включены в прямом направлении, в работе
схемы их участием можно пренебречь.
Чтобы не загромождать схемы, сами электромагнитные реле блока па-
мяти из нее выброшены, а оставлены только их контакты. Впервые здесь
мы воспользовались несколько отличным обозначением контактов реле, чем
то, к которому вы привыкли. Новое обозначение особенно широко исполь-
392
0110001000
зуется в технической литературе, когда требуется изобразить сложную ре-
лейную схему. Оно более четко показывает, замкнут ли контакт или разо-
мкнут.
Логическая схема ветви 1 поможет более наглядно представить работу
релейной схемы.
Итак, на первый ход машины в клетку 9 человек ответил ходом в клетку 1.
При этом в блоке памяти должна выработаться команда, обеспечивающая
при последующем ходе машины срабатывание реле Рх2. Это условие схемой
выполняется, поскольку нормально разомкнутый контакт П1 после сраба-
тывания реле Рп1 замкнется.
Просмотрите внимательно всю схему и убедитесь в том, что никакое дру-
гое реле из Рх при этом больше не сработает.
Действительно, группа реле слева от Рх2 обесточена, так как их общая
цепь питания разорвана нормально разомкнутым контактом П6. Реле Рх6
сможет сработать только при условии, что включится реле Рпз, или Рп4,
или Рп5?или Рп7, или Рп8.
При втором ходе игрок может занять клетку 6 или одну из клеток 3, 4,
5, 7 и 8. Второй вариант явно хуже первого. Машина не замедлит восполь-
зоваться допущенной ошибкой и поставит крестик в клетку 6. В программе
блока памяти такой ход заложен. Допустим, игрок поставил нолик в клет-
ку 3. Тут же сработает группа реле Рп3 блока памяти, чем будет обесточена
подготовка цепи питания реле Рхб. При подаче команды опроса именно это
реле и сработает.
Рассмотрим более верный ход игрока, когда он занимает клетку 6. Наи-
лучшим ответным ходом для машины в этом случае будет ход в клетку 2.
Действительно, как только игрок поставит нолик в клетку 6, должно сра-
ботать реле Рп6. Своими нормально разомкнутыми контактами оно подго-
товит цепь питания реле Рх7.
Третьим ходом игрока может быть или постановка нолика в клетку 3 или
же в одну из клеток 4, 5 или 8.
Последние три хода ошибочны, и машина ими не замедлит воспользо-
ваться. При этом будет подготовлена цепь питания реле Рх3, так что при
ответном ходе машины оно сработает.
0110001001
393
Если игрок поставит нолик в клетку 3, то машине будет целесообразно
поставить крестик в клетку 8. При этом надежда на победу для нее еще не
потеряна. При занятии игроком клетки 3 сработает группа реле Рпз. Пра-
вый контакт реле Рп3 разомкнется, а левый замкнется. Тем самым будет под-
готовлена цепь включения реле Рх8. При ответном ходе машины именно оно
и сработает.
Последний ход игрока — занять клетку 4 или клетку 5. В первом случае
машина поставит крестик в клетку 5 и сведет партию в ничью, во вто-
ром — в клетку 4 и выиграет.
Мы разобрали релейный вариант логической схемы машины для ветви 1.
Какие-либо другие возможности включения реле Рх в ней исключены. Имен-
но рассмотренная программа заложена (буквально запаяна) в блоке памя-
ти машины.
В той же последовательности самостоятельно разберите остальные семь
ветвей логической схемы и постарайтесь составить для них свои электриче-
ские схемы.
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
В книге они приводятся на рисунках 195—201.
Чтобы получить общую программу работы машины, нужно все восемь
программ соединить вместе.
Такая программа будет учитывать любую возможную игровую ситуацию
и в зависимости от нее определять ходы машины.
Для объединения программ достаточно все их подавать на реле
Pxi—Рх8 через схемы ИЛИ. Вот теперь должно быть понятно, для чего
нам понадобились верхние диоды. На этих диодах осуществляется сборка
сигналов команд управления.
Для подсчета необходимого числа реле блока памяти составим таблицу,
где будем учитывать общее число контактных групп по каждому из реле
Рп!—Рп8 для данной ветви. Эти сведения просуммируем и поделим на два.
При этом мы исходим из того, что в блоке памяти используются реле с дву-
мя контактными группами. Для этого лучше всего подойдут реле РЭС-9,
паспорт 200 или 201, а также реле РЭС-6, паспорт 103. Если этих реле
достать не удастся, то берите реле типа РСМ с сопротивлением катушки
525—750 Ом.
394
0110001010
Таблица
№ ветви	1	2	3	4	5	6	7	8	п	Количество реле Рп
П1	1	3	3	1	2	1	1	2	14	7
п2	0	0	2	2	2	2	2	1	11	6
п3	3	1	1	3	2	2	0	0	12	6
П4	3	3	3	3	2	2	1	2	19	10
П5	3	1	1	3	1	2	2	1	14	7
Пб	2	2	0	0	2	1	2	2	11	6
п7	1	3	3	1	0	0	2	2	12	6
П8	2	2	2	2	1	2	2	2	15	8
Все детали блока программ, включая реле схем включения ноликов и кре-
стиков, монтируются на одной плате, как показано на рисунке 202. В со-
ответствии с размерами, приведенными на рисунке, вырежьте из листового
гетинакса или текстолита плату. Толщина материала должна быть не ме-
нее 3—4 мм.
Последовательность монтажа деталей на плате следующая. Сначала
устанавливаются электромагнитные реле и плоскостные диоды типа Д7 или
Д226. Диоды монтируются на гвоздиках. После чего подключается питание
на все катушки реле, а также распаивается схема включения ноликов (ре-
ле Ро) и схема включения крестиков (реле Рх). Последней запаивается
программа блока памяти. Распайку программы нужно вести, строго придер-
живаясь логических ветвей. Начинайте с ветви 1 (рис. 194). Ее семь выход-
ных концов припаяйте к минусовым концам диодов сборки команд. Для мон-
тажа каждой из ветвей желательно иметь монтажный провод диаметром
0,3—0,5 мм разной расцветки.
Такой цветной код помогает и в процессе монтажа, и при отыскании
неисправностей в схеме.
0110001011
395
Рис. 202. Плата блока программ
ДИОДНАЯ МАТРИЦА
Рис. 203. Монтаж машины, играющей в крестики-нолики.
Пример размещения платы блока программы в общей сборке машины
показан на рисунке 203.
Световое табло. Конструкцию табло возьмите из описания, приведенного
на стр. 180. Вот два варианта его включения.
В первом варианте, каждый раз при нажатии кнопки пуска машины, на
табло высвечиваются слова Я ДУМАЮ! Для этого в схеме на рисунке 192
предусмотрена специальная команда включения табло (Р5 ),
Второй вариант сложнее. Каждый раз, когда машина выигрывает пар-
тию, на табло должно высвечиваться Я ВЫИГРАЛА!, а при ничейном ре-
зультате— НИЧЬЯ. Чтобы получить необходимую информацию для такого
режима работы табло, нужно иметь специальную схему, которая бы при
каждом ходе машины анализировала сложившуюся ситуацию на игровом
поле и выдавала соответствующие команды на табло.
В качестве исходной информации для анализа удобнее всего восполь-
зоваться сигналами прямо с индикаторных ячеек. В самом деле, при высве-
чивании на той или иной ячейке крестика на клемму 3 (рис. 193) подает-
ся не только переменное напряжение 3,5 В, но и постоянное напряже-
0110001101
397
Рис. 204. Функциональная схема, вырабатывающая команды ВЫИГРАЛА! н НИЧЬЯ
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИГРЫ
ние—15 В. Если эти сигналы обработать согласно функциональной схеме,
изображенной на рисунке 204, слева, то поставленная задача будет решена.
Вот структурная формула автомата, построенного по приведенной схеме:
Xi’%2 ’ ^3 + ^8 ’ Х4 + ^7 ’ -^6 ’ ^5+ Xj’Xg ‘^7 “h ’ ^6 + ^3 ’ ^4 ’ ^5+
+ ХгХ5+ х7-Хз= Л.
В формуле используются все восемь выигрышных ситуаций. Сигнал из
центральной клетки нами не рассматривался, поскольку он всегда сущест-
вует. По заложенной в машину программе первый ход она обязательно де-
лает в центральную клетку. Поэтому этот сигнал никакой дополнительной
информации не содержит.
Для получения команды НИЧЬЯ (С) понадобится дополнительная ин-
формация о том, что все восемь клеток поля уже заняты и что игра закон-
чена. Обозначим такой сигнал через В. Тогда искомый сигнал С может быть
получен из следующей структурной формулы:
С = А • В.
398
0110001110
Отсюда следует, что для получения сигнала С необходимо:
1) чтобы машина до этого не выиграла — сигнал А,
2) чтобы были заняты все клетки игрового поля крестиками или нолика-
ми — сигнал В.
На рисунке 204, справа, показана функциональная схема для получения
сигнала В. Для этого пришлось использовать и сигналы, появляющиеся на
индикаторных ячейках при высвечивании на них ноликов. При этом на клем-
ме 5 (рис. 193) будет постоянное напряжение—15 В, как и в случае высвечи-
вания крестика (клемма 3). Подав оба сигнала на схему ИЛИ, на ее выходе
получим сигнал о том, что на данной ячейке горит или нолик, или крестик.
Нам не важно, какой в данном случае высвечивается знак, важно другое —
мы знаем, что ячейка занята. Перемножив восемь таких сигналов на схеме
И, получим исходный сигнал В.
(Ох + XJ ’ (О2 + Х2) • (О3 + Х3) • (О4 + Х4) • (Х5+ О5) (О6 + Х6) • (О7 +
+ Х7) (О8 + Х8) = в.
Электрическую схему соединений логических' элементов составьте сами.
Проще всего это сделать, используя электромагнитные реле и диоды.
Осталось смонтировать табло и логическую схему к нему на передней
панели машины, и можете приступать к проверке работы всего кибернетиче-
ского автомата. Автомат должен функционировать строго по заданному ва-
ми алгоритму.
Если теперь повнимательнее посмотреть на построенный кибернетический
автомат, способный играть с человеком в крестики-нолики, то можно убе-
диться в том, что делает он это только потому, что обладает способностью
логически мыслить. А что значит логически мыслить? Это значит наилучшим
образом выбирать из множества возможных решений единственно пра-
вильное.
Опыт помогает людям научиться выполнять различные вещи. Киберне-
тические машины работают по программе, включающей элемент обучения.
Эти программы используются при решении машиной отдельных задач,
например, таких, как игра в крестики-нолики или управление станком-
автоматом. В настоящее время создаются так же специальные кибернети-
ческие машины, способные самостоятельно обучаться.
Чтобы машина научилась что-то делать, она должна, как человек, уметь
оценивать результат своих действий. Например, в машину, играющую в
крестики-нолики должен поступать сигнал о том, выиграла она игру или
проиграла. По нему она сделает вывод, были ли ходы правильными или
ошибочными. Машина запомнит успешные ходы и использует их повторно,
если в последующей игре встретятся аналогичные ситуации. Если машина
проиграла игру, то она не может сразу решить, какой из ее ходов был не-
верным, но, собрав информацию из нескольких игр, она сможет выбрать
лучшие ходы.
Кибернетические машины, управляющие технологическими процессами
на заводах, также можно сделать самообучающимися. Такие.машины по
мере накопления опыта смогут улучшать технологический процесс.

РОБОТЫ
ИЗ ИСТОРИИ
РОБОТОВ
РОБОТ-
ЭКСКУРСОВОД
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ
«ПУТЕШЕСТВЕННИК»
ИЗ ИСТОРИИ
РОБОТОВ
Своим названием роботы обязаны совсем не
кибернетикам и даже не инженерам, а. . . писа-
телю. Это Карел Чапек — известный чешский пи-
сатель и драматург впервые придумал это слово.
В начале тридцатых годов Чапек написал
пьесу, которую назвал «RUR». Ее герою, инжене-
ру Россу, удалось изобрести сложную машину, ко-
торая могла выполнять все работы человека. Вот
эту человекоподобную машину автор и назвал
«роботом».
Изобретение Росса сразу же привлекло внима-
ние капиталистов, которые организовали специ-
альную фирму для производства роботов. Роботы
имели полное внешнее сходство с человеком и мог-
ли выполнять всякую работу. Спрос на них был
настолько велик, что завод вскоре перешел на их
массовое производство. Хозяева роботов стали
0110010001
401
РОБОТЫ
заменять ими живых людей на фабриках и заводах. Наконец-то капиталисты
почувствовали себя спокойными. Но не надолго! Однажды роботы наброси-
лись на людей и перебили их всех. Люди на Земле прекратили свое существо-
вание, а их место заняли разумные автоматы.
Конечно, Чапек в своей пьесе фантазирует. Как бы ни были совершенны
роботы, они никогда не смогут превзойти в своем развитии человека, а зна-
чит, и победить его.
В то же время робот — это не андроид, не автомат, строго действующий
по заранее заданной программе. В отличие от андроидов, роботы более гиб-
ки в своих действиях и более чувствительны к изменениям внешней обста-
новки. У них имеется зрение — фотоэлементы, слух — микрофоны, осяза-
ние — емкостные и контактные датчики, речь — громкоговоритель, а для
обработки получаемой информации закладываются логические машины.
Если андроиды служили в основном для развлечения, то роботы, обладая
хорошей подвижностью, работоспособностью и мгновенной реакцией, могут
во многих случаях облегчить труд людей. В настоящее время их используют
в трудных и вредных для здоровья человека условиях, например в космиче-
ских исследованиях, в ядерной физике.
Один из первых роботов был построен американским инженером Венсли
в 1925 году. Автор дал ему имя мистер Телевокс. Когда у Венсли спроси-
ли, откуда это странное имя, он ответил: «Первая половина слова — «те-
ле»— греческая и означает «далекий», вторая — «воке» — латинская и зна-
чит «голос». Своим названием я хотел подчеркнуть способность моего робо-
та отвечать на команды, поданные голосом человека».
Внешне мистер Телевокс был не очень привлекателен: квадратная голова
с какими-то прямоугольниками вместо глаз и рта, женская шпилька вместо
носа, открытое деревянное туловище со сложным переплетением проводов и
механизмов внутри и, наконец, нелепые руки и ноги. Телевокс обладал спо-
собностью слышать и исполнять несколько различных приказаний, отдавае-
мых человеком при помощи звуков свистка.
Подавая различное число повторных свистков, Венсли мог заставить
робота открыть окна, закрыть дверь, пустить в ход вентилятор и пылесос,
а также зажечь свет в комнате.
Телевокс был не только слышащим и говорящим роботом. Он мог выпол-
нять некоторые домашние работы, заменяя домработницу.
Предположим, что хозяйка робота находится в гостях. К своему возвра-
щению домой она хочет иметь горячий ужин. Для этого ей стоит только
воспользоваться телефоном и позвонить домой Телевоксу. При помощи сви-
стков можно отдать соответствующее распоряжение, и механический слуга
подогреет ужин.
Как это он сделает? Очень просто. Уходя из дому, хозяйка должна по-
ставить кастрюлю и сковороды с кушаньями на электрическую плиту. На до-
лю Телевокса тогда останется только включение плиты в электросеть, что он
легко сможет сделать самостоятельно.
Очень скоро у мистера Телевокса появились братья. Первым из них был
робот Эрик, построенный в 1928 году английским инженером Ричардсом.
Этот робот выступил перед публикой 15 сентября 1928 года в Лондоне на
открытии ежегодной выставки Общества инженеров. Он произнес длинную
речь об итогах истекшего года. Эрика показывали и во многих других горо-
дах. Летом 1930 года корреспондент одной из немецких газет был в при-
морском английском городке Маргейте, где он увидел Эрика. Вот что он
написал:
402
0110010010
«В комнате, куда нас впустили, ничего не было видно, кроме небольшого
помоста и сидевшего на нем серебристого существа, напоминавшего по
внешности рыцаря в латах. Это существо имело металлическое лицо со
своеобразными монгольскими чертами. На его груди красовались три круп-
ные буквы: RUR, как у роботов в пьесе Чапека. Эта металлическая фигура
была тоже роботом.
Вот на эстраде, рядом с металлической фигурой, появляется человек в си-
нем костюме и сообщает, что сам он инженер, построивший этот робот, и что
фамилия его Ричардс.
— Пробудись, Эрик, и встань! — сказал инженер, хозяин робота.
Глазные впадины Эрика засверкали, а в открытом рту засветились зеле-
ные лампочки. Затем робот, оттопырив металлические руки, медленно под-
нялся, как очень усталый человек, и по команде начал делать гимнастику. Он
поднимал правую руку, левую руку, обе руки, а затем каким-то металличе-
ским голосом стал говорить.
Я оглядываюсь вокруг. У всех, как и у меня, удивление на лице. А ин-
женер Ричардс, будто угадав мои мысли, продолжает:
— Нет, это не просто патефон. Эрику можно задавать вопросы, и он на
них ответит. Но, пожалуйста, задавайте только простые вопросы. Эрик не
очень образован. Он знает, который час, как его зовут, каков его рост, как
называется город, где мы находимся, и тому подобные простые вещи.
Как всегда в таких случаях, наступило всеобщее молчание. Я оказался
самым храбрым. У меня в руках часы. Я спрашиваю резко:
— Который час, Эрик?
Эрик поворачивает свою металлическую голову с желтыми огнями в гла-
зах и тотчас произносит:
— Пятнадцать пятьдесят две.
«О, у него в голове, в его проволочном мозгу, есть часы!» — подумал
я. После меня его начинают спрашивать другие, и Эрик всем отвечает: сооб-
щает даты, числа, свой вес...
— А что вы думаете о возможности войны между Италией и Абиссини-
ей? — спрашивает кто-то.
Эрик молчит. В это время инженер Ричардс холодно замечает:
— Нет, сэр! Ваш вопрос слишком сложен для робота! Эрик не думает, он
не может думать...
Демонстрация робота затянулась. Уже никто не знал, о чем спрашивать
Эрика. Тогда Ричардс попросил публику подойти поближе и стать позади
железного человека. Открыв дверцу в спине робота, инженер показал таин-
ственную машину в действии. Все собственными глазами убедились в том,
что внутри Эрика нет никого живого, даже самого маленького ребенка».
Как же действовал робот? Немецкий корреспондент ошибался, утвер-
ждая, что Эрик выполнял словесные команды самостоятельно, без всякого
участия человека. То, что человека нельзя увидеть внутри робота, еще ниче-
го не доказывало. Человек мог сидеть где-нибудь далеко, в стороне — в со-
седней комнате, на чердаке, в подвале или даже в соседнем доме — и быть
тесно связанным с роботом скрытыми под полом электрическими провода-
ми. Именно так и было с Эриком. Живой помощник робота находился в
другом здании на расстоянии метров ста от дома. Телефон передавал ему
приказы или вопросы, а он, живой помощник, нажимал на ту или иную
кнопку управления механизмом, выполняющим заданную команду, или
произносил в микрофон словесный ответ, который воспроизводился громко-
говорителем, вмонтированным в голову Эрика.
0110010011
403
РОБОТЫ
В конце 1932 года на свет появилось детище английского профессора
физики Гарри Мея — робот Альфа весом 2000 кг. Робот мог вставать, са-
диться, поднимать и опускать руки, шевелить пальцами, говорить, свистеть
и петь. Если дать ему в правую руку револьвер, он мог стрелять вверх, впе-
ред и довольно точно. На расстоянии двадцати метров все пули попадали
почти в одну точку. Делал он это очень хладнокровно, а рука его при этом
не дрожала от волнения.
В сороковых годах нашего столетия во многих странах, в том числе и в
нашей стране, было построено много роботов. Но все они в основном были
похожи друг на друга и мало отличались от только что описанных. Теперь
они кажутся нам слишком примитивными.
Резкий скачок в развитии радиоэлектроники после второй мировой войны,
появление вначале миниатюрных радиоламп, а потом и транзисторов сдела-
ли возможным создание действительно разумных автоматов.
Что значит «разумный робот»? Это машина, принимающая самостоя-
тельные решения. Но для этого она должна уметь принимать информацию
об окружающей обстановке, перерабатывать ее и выдавать нужные коман-
ды в исполнительные механизмы. Все эти вопросы легли в основу кибер-
нетики!
По мере совершенствования роботов и усложнения выполняемых ими
функций постепенно уменьшалось внешнее сходство их с человеком. Одно-
временно увеличивалось сходство выполняемых действий с теми операциями,
которые делает человек. А человекоподобных роботов теперь можно встре-
тить только на выставках юных техников да еще в музеях, где они выпол-
няют роль экскурсоводов.
В один из ноябрьских дней 1962 года лекционный зал Политехнического
музея в Москве был заполнен необычными зрителями. Отметить 90-летие
музея собрались известные всей стране ученые, инженеры и журналисты.
Как бывает в таких случаях, в адрес юбиляра было сказано много теплых
и дружеских слов. И вот на сцену вышел. . . робот. Присутствующие встре-
тили его аплодисментами. Роботов-экскурсоводов строили и раньше. Но ро-
бот всегда оставался за «кулисами», вывести его прямо к посетителям
и оставить с ними еще никто не пробовал. Это предстояло сделать сотрудни-
кам отдела автоматики музея.
Прежде всего нужно было определить назначение подобной конструкции.
Механический гид должен не только передвигаться, говорить, уметь включать
экспонаты в электрическую сеть, но и слышать вопросы и отвечать на них.
Значительно сложнее оказалась задача — каким голосом наделить робо-
та? Сначала думали — неземным. Пробовали и бас, и баритон, и тенор.
Придумали даже устройство, состоящее из полутораметровой трубы, ведра
и листа фанеры, для получения сверхнеобычного голоса. Получалось эффект-
но, но слушатели не выдерживали и пяти минут такого монолога. Пришлось
ограничиться нормальным человеческим голосом.
В отличие от уже описанных роботов, робот-экскурсовод имеет самостоя-
тельные «мозг» и «тело». В то время как «тело» обходит экспонаты и рас-
сказывает об их достоинствах, «мозг» неподвижно покоится в специальном
шкафу. Обе системы с помощью трех радиоканалов связи управляются
с пульта оператора. А непосредственно в роботе располагается вся его меха-
ника, обеспечивающая ему движение, микрофон с выходом в радиоканал
«подслушивания», громкоговоритель, воспроизводящий голос диктора, рас-
положенного рядом с «мозгом». . . Такое решение упростило «внутрен-
ности» робота.
404
0110010100
1
шифратор
ОБОТ
СП
РЕЧЕВАЯ УСТАНОВКА
устройство
авт.остановки
пз
р
СП
S
«
го
устройство
включ.экспон
ПУЛЬТ
УПРАВЛЕНИ
передатчик
кнопки
команд
СП
си
л
CD
CD
CD
дешифратор
Рис. 205. Блок-схема автоматического экскурсовода
приемник
речи

передатчик
речи
передатчик
вопросов
приемник
команд
подавитель
помех
дешифратор
исполнит, реле
моторная 4
группа ~
Жляторы
команд
приемник
вопроса
приемник
команд
г I
подавитель
помех
» ।
стоп
пуск


РОБОТЫ
Из блок-схемы автоматического экскурсовода, изображенной на рисунке
205, видно, что робот состоит из трех основных узлов: собственно робота,
переносного пульта и речевой установки, или, как называли раньше,
«мозга».
Робот представляет собой трубообразную конструкцию с шаром вместо
головы и маленькими смешными ногами. Он окрашен в белый и красный
цвета, некоторые детали его — в золотистый. При включении робота вспыхи-
вают ярко-зеленые глаза. В руках он держит микрофон, а на месте рта рас-
положен динамик. Рост электронного красавца—180 см без антенны.
Питается робот от аккумуляторов НКН-10, расположенных в средней
части туловища. Под аккумулятором находятся тяговые электродвигатели.
Они с помощью шатунно-кривошипных механизмов придают «ногам» воз-
вратно-поступательное движение.
Аппаратура робота включает в себя блок управления движением, блок
приема речи, блок питания и микрофон с передатчиком. Разберем более под-
робно взаимодействие этих узлов.
Блок управления движением, расположенный неп’осредственно в самом
роботе, состоит из радиоприемника, дешифратора на четыре канала и испол-
нительных реле, включающих нужные тяговые электродвигатели.
Сигналы управления подаются на блок управления движением по радио-
каналу команд с переносного пульта управления, который постоянно нахо-
дится в руках у оператора.
Отсюда же команды поступают на речевую установку для включения
магнитофона.
Речевая установка состоит из приемника команд, приемника «подслуши-
вания», передатчика речи, магнитофона и автоматики включения экспонатов.
Вся вместе аппаратура робота-экскурсовода работает так.
Передатчик команд (см. блок-схему) обеспечивает подачу шести команд
управления.
Четыре из них служат для управления движением робота. Для этого на
роботе устанавливается шестиканальный приемник команд, настроенный
на частоту передатчика команд. Две остальные команды служат для включе-
ния и остановки магнитофона.
Текст робота, записанный на магнитофоне, транслируется по радиока-
налу речи.
Синхронно с текстом записаны импульсы включения действующих экспо-
натов.
Для этого предусмотрена дистанционная система управления всей экспо-
зицией отдела. Подробно об этом можно прочитать на стр. 38 в разделе
«Автомат-экскурсовод».
Когда робот заканчивает свой рассказ о каком-нибудь экспонате, магни-
тофон автоматически останавливается.
Как только робот перейдет к следующему стенду, оператор посылает сиг-
нал с пульта управления, и магнитофон включается вновь.
По окончании экскурсии магнитофонная лента автоматически перематы-
вается в исходное положение.
Между роботом и оператором поддерживается двухсторонняя радио-
связь (радиоканалы речи и «подслушивания»). Эти два канала позволяют
сотруднику музея контролировать и корректировать ход экскурсии и отве-
чать на задаваемые вопросы.
Вот уже около десяти лет робот-экскурсовод встречает посетителей отде-
ла автоматики Политехнического музея. Иногда он ломается, но его «лечат».
406
0110010110
Он неплохо справляется со своими обязанностями. Будете в Москве, непре-
менно зайдите и познакомьтесь с роботом!
Робот, изготовленный ребятами мореходного училища г. Калининграда
под руководством преподавателя Б. Н. Василенко, более «смышлен», чем ро-
бот-экскурсовод. За робота-экскурсовода все делает оператор. По его коман-
дам робот передвигается, объяснения посетителям он также делает «по под-
сказке» с магнитофона, отвечает на вопросы тоже не сам — за него это де-
лает сотрудник музея.
У робота, сделанного калининградскими ребятами, имеются «органы
чувств», некоторые из которых нельзя даже найти у человека.
Например, с помощью газового счетчика этот робот может реагировать
на радиоактивность.
В нескольких метрах от опасной зоны он звуком, речью и световыми
сигналами предупреждает о радиоактивном заражении.
Робот также способен «видеть» свет, «слышать» звук и «ощущать»
тепло.
С помощью сложной контактной системы и блока звуколокатора, рабо-
тающего по принципу отражения звуковых колебаний от окружающих пред-
метов (см. стр. 100), он замечает препятствия на своем пути и ловко их об-
ходит.
У моряков Калининградского порта ребята достали водолазный костюм.
Шлем и манишка скафандра — это уже почти готовая голова. Вместо иллю-
минаторов вставили оргстекло. При нагревании оно размягчается и при-
обретает самую причудливую форму.
Внутри шлема помещается голова робота — обычный пластмассовый буй,
в который вмонтированы фотореле, микрофоны, термореле и сигнализатор
радиоактивности. На манишке скафандра высверливается отверстие. С внут-
ренней его стороны укрепляется громкоговоритель, а с наружной — телефон-
ный номеронабиратель.
Программа действий робота записана на ленте двухдорожечного магни-
тофона. На первой звуковой дорожке записывается речь робота, на второй—
все командные сигналы. Через реле, установленное в магнитофоне, сигналы
управляют работой шагового искателя, к которому подключаются все испол-
нительные механизмы. Нужно лишь выбрать какой-либо номер на телефон-
ном диске, записать командные сигналы от обычного звукового генератора,
и робот немедленно приступает к выполнению полученного задания. Несмот-
ря на относительную простоту, электронное программное устройство имеет
неограниченные возможности. На одной магнитной ленте умещаются тысячи
командных сигналов, это позволяет составить для робота разнообразные
и интересные программы.
Робот действует не только по заранее разработанному плану. Ему можно
приказать и непосредственно по радио. На «макушке» робота устанавливает-
ся антенна. Моторчик от электрочасов медленно ее вращает. А для поворота
«головы» и движения «губ» подойдут любые маломощные двигатели с редук-
тором на 3—5 об/мин.
Туловище робота ребята сделали из списанных дюралюминиевых бензо-
баков от самолета, которые раздобыли на местном аэродроме. К нижней
части такого туловища привинчивается цилиндр для аккумулятора, к верх-
ней части — голова скафандра. Сверху цилиндра крепится магнитофон
и ставится туловище, снизу — монтируются ноги. Руки робота закрепляются
прямо на осях двух редукторов с приводом от электродвигателей. При этом
нужно иметь в виду, что чем больший груз будет поднимать робот, тем
0110010111
407
Рис. 206. Блок-схема робота, которого сделали калининградские ребята
мощнее должны быть моторы для подъема рук. В роботе используются
электродвигатели с редуктором реверсивного действия типа 2МС-250, можно
использовать и 2ПП-40.
Ноги робота в какой-то мере имитируют походку человека. Чтобы добить-
ся этого эффекта, было разработано оригинальное устройство, которое на-
поминает поворачивающиеся колесики ножек рояля. Если работает мотор
правой ноги, то передние колеса подошвы автоматически разворачиваются
вправо, и наоборот.
Питание робота осуществляется от аккумулятора типа 12АСАМ-28. Его
емкости хватает на восемь суток.
Если нет аккумулятора, то его может заменить выпрямитель. Правда,
тогда действия робота будут ограничены длиною кабеля, идущего к розет-
ке сети.
Полная блок-схема робота изображена на рисунке 206.
В Москве проходил конкурс роботов. Робот калининградских ребят занял
на нем первое место.
РОБОТ-
ЭКСКУРСОВОД
Кто из ребят захочет сделать робота-экскурсо-
вода у себя в кибернетическом кружке — не по-
жалеет. Успех на всех выставках, где он будет
принимать участие, роботу обеспечен.
Изготовить этот робот не так уж сложно. А вы-
полнять он может весьма обширную программу:
ходить, переступая поочередно то одной, то дру-
гой ногой, обходить препятствия, поднимать ле-
вую или правую руку. В руке робот может дер-
жать небольшие предметы, например букет цветов
или книгу. С ним можно даже «разговаривать».
Сопровождая ребят, пришедших на выставку, ро-
бот подробно расскажет о каждом экспонате. Ес-
ли кому что-либо будет непонятно, роботу можно
задать вопросы, и тут же спокойным голосом он
даст объяснение.
Теперь вы знаете, что отвечает на вопросы
вовсе не робот, а человек-оператор. Он сидит в этом же помещении, спрятав-
шись где-нибудь за стендом, но так, чтобы ему был хорошо виден объект уп-
равления. А чтобы знать вопросы, которые задают ребята, в роботе установ-
лен микрофон, который как бы подслушивает все, о чем говорят вокруг.
И вот теперь через специальный передатчик подслушанный разговор пере-
дается оператору. У оператора в свою очередь имеется приемник, настроен-
ный на частоту этого передатчика.
Так работает канал подслушивания.
Для передачи речи от оператора к роботу имеется другой канал связи.
Его мы назвали каналом речевого сигнала. Здесь все наоборот. Оператор
свои ответы произносит в микрофон. Далее этот сигнал излучается передат-
чиком речи, принимается приемником речи и усиливается усилителем, на
выходе которого включен громкоговоритель Д (рис. 207). Именно этот уси-
ленный сигнал слышат ребята, которые собрались вокруг робота.
Команду управления передают от оператора к роботу. Это третий канал
связи — канал команд управления.
Для более оперативного управления роботом лучше для этих задач иметь
0110011001
409
Рис. 207. Блок-схема робота-экскурсовода
второго оператора. В руках у него передатчик, которым он передает в любой
очередности одну из семи команд. Нажал, например, оператор кнопку
ЛЕВАЯ НОГА — робот сделает один шаг левой ногой, нажал кнопку ПРА-
ВАЯ НОГА — еще один шаг, но теперь уже правой ногой. Если несколько
задержать по времени команду ПРАВАЯ НОГА, робот повернется налево.
Оставшиеся пять команд позволяют оператору управлять положением
обеих рук и одного большого пальца. Для этого имеются команды: ПРАВАЯ
РУКА ВВЕРХ; ПРАВАЯ РУКА ВНИЗ; ЛЕВАЯ РУКА ВВЕРХ; ЛЕВАЯ
РУКА ВНИЗ; ПАЛЕЦ РАЗЖАТ.
Приемник команд управления смонтирован непосредственно в роботе.
Он не только принимает радиосигналы, излучаемые передатчиком команд
управления, но и раскодирует их, обеспечивая включение того или иного
5 исполнительного механизма.
ь* Нам осталось разобрать вопрос: «Что надо сделать, чтобы рассмотренные
три канала не мешали друг другу?» Для этого, оказывается, их достаточно
о разнести по частоте на 0,5—0,7 МГц. При такой расстройке избирательные
а, свойства приемника вполне обеспечивают надежную работу «соседей».
410
0110011010
БЛОК АВТОМАТИКИ
АНТЕННА
ДАТЧИКИ ЗРЕНИЯ
ДАТЧИК СЛУХА
ИСТОЧНИК РЕЧИ
ПРИЕМНИК КОМАНД
СОЛЕНОИД
УПРАВЛЕНИЯ
"ПАЛЬЦЕМ"
ПЕРЕДАТЧИК
БАТАРЕЯ ПИТАНИЯ ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕЙ
АППАРАТУРЫ
АККУМУЛЯТОР ПРАВОЙ НОГИ
АККУМУЛЯТОР ЛЕВОЙ НОГИ
КАТОК ПРАВОЙ НОГИ
КАТОК ЛЕВОЙ НОГИ
Рис. 208. Внешний вид робота-экскурсовода
СОЛЕНОИД
УПРАВЛЕНИЯ
•'ПАЛЬЦЕМ"
Для любительской радиосвязи на УКВ отведен диапазон частот 28,0 —
29,7 МГц, соответствующих волнам длиной от 10,7 до 10,1 м. Этот участок
называют десятиметровым любительским диапазоном. На любой частоте
внутри этого диапазона можно вести двустороннюю радиосвязь. А для
радиоуправления моделями (в данном случае роботом) разрешается исполь-
зовать только диапазон частот 28,0—28,2 МГц. Так что выбирать частоту
канала команд управления не приходится, она должна находиться в сере-
дине разрешенного диапазона и равняться 28,1 МГц. Частоту канала речи
можно установить где-нибудь в пределах 28,7—28,8 МГц, а для канала под-
слушивания — 29,5—29,7 МГц.
Повторяю, прежде чем приступать к постройке передающей аппа-
ратуры для любого из трех каналов, необходимо обратиться в местный
радиоклуб ДОСААФ, который поможет вам оформить разрешение.
Электрическая схема робота состоит из четырех достаточно самостоя-
тельных узлов: аппаратуры команд управления, аппаратуры для подслуши-
вания разговора ребят, аппаратуры речи и блока привода движением ног
и рук.
0110011011
411
К, K2 Kg K4 Kg к6 к.
Т, П403 П415 П416 Т2-Т3 П403 МП415 МП416 Т4-Т6 МП39-МП42
Рис. 209. Схема передатчика команд управления
Размещение аппаратуры в роботе показано на рисунке 208. Конструкцию
аппаратуры продумайте самостоятельно. Здесь в габаритах вы не огра-
ничены.
Движение ног и рук робота осуществляется четырьмя двигателями по-
стоянного тока. Действуют они автономно и управляются каждый от своей
команды.
Руки робота перемещаются при помощи червячных секторов, которые
через дополнительные редукторы связаны со своими электродвигателями.
В конце хода этих секторов установлены концевые выключатели, которые
ограничивают угол отклонения рук в разумных пределах. Перемещать боль-
шой палец на руке можно как при помощи соленоида, так и от электродви-
гателя с редуктором.
Каждая ступня робота — это тележка на четырех колесах, которые при-
водятся во вращение от электродвигателя с редуктором. В каждой ноге
° располагается аккумуляторная батарея, питающая электродвигатель. Такое
расположение придает большую устойчивость роботу при ходьбе. Если раз-
сц местить аккумулятор где-нибудь в туловище, то тогда только и гляди, чтобы
412
0110011100
робот не завалился. Скорость передвижения тележки должна равняться
5—10 м/мин. А отсюда уже выберите коэффициент передачи редуктора.
Аппаратура команд управления. Перед тем как ее делать, перечитайте
раздел «Управление моделями по радиопроволоке».
Передатчик работает в диапазоне частот 28,0—28,2 МГц, обеспечивая
мощность излучаемого сигнала в режиме несущей около 300 мВт. При чув-
ствительности приемника 10 мкВ такая мощность гарантирует надежное
управление роботом в помещении в пределах до 100 м. Питание передатчика
осуществляется от автономного источника. Им могут быть три последова-
тельно включенные батарейки типа 3336Л или аккумуляторная батарея из
девяти элементов типа Д-0,1 или Д-0,2. Общий ток потребления передатчи-
ком — не более 50 мА.
Полная электрическая схема передатчика изображена на рисунке 209.
Каскад на транзисторе Tj является одновременно задающим генерато-
ром и предварительным усилителем мощности, обеспечивающим на выходе
около 50 мВт высокочастотной энергии. Подобная схема приведена на
стр. 239.
Усилитель мощности на транзисторах Т2 и Т3 работает по двухтактной
схеме в режиме класса В. Коэффициент усиления каскада по мощности на
частотах 28,0—28,2 МГц равен 7—10.
Контроль работы высокочастотной части передатчика осуществляется
подключением параллельно антенной катушке L6 лампочки Л1 от карманно-
го фонаря 2,5 В X 0,15 А. Делается это следующим образом. Если при нажа-
тии кнопки Кк лампочка горит достаточно ярко, значит, передатчик работает
исправно.
Антенна типа CLC связана с концевым выключателем Ко, который вклю-
чает цепь питания передатчика только при вставленном штыре.
Если включить передатчик при отключенной антенне, то коллекторный
ток транзисторов Т2 и Т3 возрастет в 2—3 раза, отчего они могут выйти из
строя. Чтобы этого не случалось, в конструкции передатчика предусмотрена
цепь блокировки. Пока антенна не подключена, кнопка Ко, разрывает цепь
питания передатчика по проводу—12В.
Правая часть схемы, представленная на рисунке 209, — модулятор. С его
работой вы знакомились при описании однокомандной аппаратуры радио-
управления (рис. 118). Единственным отличием является возможность по
желанию менять частоту генерации мультивибратора. При нажатии на одну
из кнопок Ki—К? частота модуляции будет меняться от 500 Гц до 4000 Гц.
Каждой звуковой частоте соответствует своя команда управления. Величи-
ны резисторов Ri2—R18 подбираются в процессе совместной настройки пе-
редатчика и приемника. Их величины должны находиться в пределах
1—75 кОм.
При работе мультивибратора схема модулятора, собранная на транзи-
сторах Т4—Т7, формирует импульсный сигнал симметричной формы, обеспе-
чивая тем самым стопроцентную модуляцию несущей. Чтобы работу задаю-
щего генератора сделать стабильной по частоте, напряжение модуляции по-
дается только на усилитель мощности.
Распайка радиодеталей на плате передатчика производится на гвозди-
ках, как показано на рисунке 210.
Конструкция и намоточные данные катушек и Г2 приводятся на стра-
нице 243. Катушка L3 имеет 4 витка с отводом от середины, провод —
ПЭЛ 0,6—0,8. Катушки Г5 и L6 каркаса не имеют, провод — ПЭЛ 1,0 и 1,5
соответственно.Катушка Ь5 имеет 15 витков с отводом от середины, диаметр
0110011101
413
витка— 14 мм, шаг намотки— 1,5 мм. L6 имеет 3 витка, диаметр витка —
20 мм, шаг намотки — 3 мм. Общий вид катушек Ь5и L6 и их крепление
к плате показаны на рисунке 210.
Дроссель Др1 лучше поставить готовый. Его индуктивность равна
40—80 мкГ. Дроссель можно сделать и самим. Для этого возьмите резистор
МЛ Т-0,5 величиной не менее 100 кОм и на нем намотайте 90 витков провода
ПЭЛ 0,12. Концы катушки припаиваются к выводам резистора.
Конденсаторы С2—С8 должны быть обязательно керамическими типа
КДК или КТК. Подстроечный конденсатор Сч— типа КПК-М.
Транзисторы Т2 и Т3 снабжены теплоотводными радиаторами. Чертежи
такого радиатора приведены на рисунке 121.
На той стороне, где расположены детали, никаких соединений между
гвоздиками делать не следует. Все соединения выполняются с нижней сторо-
ны одножильным проводом диаметром 0,4—0,5 мм, имеющим хлорвиниловую
изоляцию. Хорошо для этого использовать посеребренный провод, на кото-
рый при монтаже надевается хлорвиниловая трубочка.
Рис, 210. Плата передатчика команд управления:
а — чертеж платы,
РОБОТЫ
После окончания монтажа платы необходимо проверить правильность
схемы и устранить замеченные ошибки.
Налаживать плату передатчика начинайте с каскада, собранного на
транзисторе Ть Для этого отключите базы транзисторов Т2 и Т3,а взамен
их между общим проводом и освободившимися гвоздиками припаяйте по
резистору 100 Ом и конденсатору 100 пФ. Параллельно включенные резистор
и конденсатор эквивалентны входному сопротивлению цепи базы высоко-
частотного транзистора типа П403 или П415.
В цепь питания схемы, между гвоздиками а-а включите миллиамперметр
с током полного отклонения 50 мА. Подайте на каскад напряжение питания
и произведите его настройку по методике,приведенной на стр. 243.Коллектор-
ный ток установите в пределах 7—10 мА. Напряжение в каждом плече экви-
валентной нагрузки (Rh= 100Ом. Сн = 100 пФ) должно быть порядка 2 В.
Частоту генерации проверьте по частотомеру типа 44-1. Частота должна
быть равна 28,1 МГц.
Восстановите схему, подключив базы транзисторов Т2 и Т3 к их гвоз-
дикам. Поставьте перемычку между гвоздиками а-а. В разрыв цепи питания
414
0110011110
между точками б-б включите миллиамперметр с током полного отклонения
100 мА, а к гвоздикам 1-2 припаяйте эквивалент антенны — резистор с со-
противлением RH = 47 Ом. Параллельно Rh подключите высокочастотный
щуп или детекторную головку лампового вольтметра, как это делалось при
налаживании передатчика на одном транзисторе.
После необходимых доработок на схему подайте питание. При выключен-
ных командных кнопках напряжение между эмиттером транзистора Т4 и об-
щим проводом должно быть равно —12 В. При этом миллиамперметр пока-
жет ток 50—70 мА, а ламповый вольтметр — некоторое напряжение. Зна-
чит, проверяемая схема работает.
Изменением емкости подстроечного конденсатора С9 настройте контур
Е£э на частоту задающего генератора. При этом ток по прибору должен
упасть до 35—40 мА, а напряжение на резисторе Rh должно возрасти до
4,0—4,5 В. Такая величина напряжения соответствует выходной мощности
350—400 мВт. Если нужной мощности получить не удается, то уменьшайте
величину pe3HCTopaR3 до 30—47 Ом. Тем самым увеличиваете напряжение
б — монтажная схема
сигнала, подаваемого на вход усилителя мощности с предыдущего кас-
када.
Отключите миллиамперметр, поставив между гвоздиками б-б перемычку,
и переходите к настройке схемы модулятора. Для этого разорвите цепь
между эмиттером транзистора Т4 и дросселем Др1 и нагрузите модулятор
на резистор 200 Ом. На рисунке 209 такое включение резистора отмечено
пунктиром. Перечитайте еще раз внимательно материал, касающийся налад-
ки схемы модулятора, приведенный на стр. 243. Там даны необходимые сведе-
ния по настройке похожей схемы.
Командные частоты мультивибратора (Т6 и Т7) следует устанавливать
при совместной настройке передатчика и приемника по резонансным часто-
там ЕС-фильтров.
Полностью восстановите схему согласно рисунку 209 и еще раз убеди-
тесь, что как при работе в режиме несущей, так и при модуляции ее одной
из звуковых частот выходная мощность передатчика остается неизменной
(300—400 мВт).
Настроенную плату установите на переднюю панель передатчика и про-
0110011111
415
Рис. 211. Передатчик команд управления
РОБОТЫ
изведите недостающий монтаж. Конструкция передатчика и его передней
панели приведена на рисунке 211.
Конструкцию и методику настройки антенны возьмите из описания одно-
командного передатчика (см. стр. 246).
Окончательная проверка настроенного передатчика производится со-
вместно с приемником команд управления.
Полная электрическая схема приемника приведена на рисунке 212.
Хотя на схеме показано только два фильтра, их число равно семи. Подклю-
чаются они через резисторы R14—Ri8 и работают точно так же, как и фильт-
ры, собранные на транзисторах Т4 и Т5 Разница только в частотах, на кото-
рые они настроены. Все пять дополнительных фильтров монтируются на
отдельной плате, которая вместе с платой приемника устанавливается точно
в такой же металлической коробке, как и передатчик. В качестве примера
можете использовать конструкцию приемника, приведенную на рисунке 119.
Металлический корпус является хорошим экраном от помех, которые могут
наводиться непосредственно на схему приемника, минуя антенну. Работает
такой приемник крайне неустойчиво.
416
0110100000
aV
ЗОк
,1 Г
'1 R5
1 Юк
С= 20 .
R6 r8
1к 47к
R9 R1o|
1к 470к’
R х
+к11 39к
5ЮХ12В Сд 5,0х12вГС10
|R7
!эо
R4
4,7к
0,05
Tf П403 Т2 П13-П16 Т3 П13-Л16
С2 5,0x1.2В П415
П416
6,01
Н12
470К
R1375
С14
Б» 9В
£5_П13-1И6
R14
0x12В -р
0.051
РЭС-10
41
0,05
РЭС-10
С15 0,05
ХД1
Рис. 212. Схема приемника команд управления
Питается приемник от двух батареек типа 3336Л. Ток потребления при
отсутствии команд равен 5 мА, при приеме команд он не превышает 25 мА.
Одного комплекта батарей вполне хватает на несколько месяцев работы
аппаратуры.
Работа первых двух каскадов, собранных на транзисторах Ti и Т2) вам
должна быть хорошо знакома. Каскад на транзисторе Tj —сверхрегенера-
тивный детектор, каскад на Т2 — усилитель напряжения. Подробно эти каска-
ды разобраны на стр. 240. Напряжение на выходе второго каскада равно 0,2В
и более. Так что третий каскад на транзисторе Т3 работает в режиме двух-
стороннего ограничения сигнала. Этим снимается зависимость амплитуды
сигнала, подаваемого на входы LC-фильтров от расстояния приемника до
передатчика. Во всех случаях напряжение на выходе ограничительного
каскада равно 3 В.
Далее усиленный командный сигнал подается на LC-фильтры. С их ра-
ботой вы знакомились в разделе «Автоматы переключения электрогирлянд».
Там тоже нужно было различать команды, отличающиеся друг от друга
только частотой.
0110100001
417
Познакомившись с работой приемника и дешифратора, можете перехо-
дить к их изготовлению. Монтируются они на гетинаксовой плате размером
125x65 мм, толщиной 2,0—2,5 мм. Придерживаясь чертежа платы приемни-
ка (рис. 213), произведите разметку отверстий под гвоздики. Монтажную
схему платы дешифратора составьте сами. Она должна полностью повторять
расположение деталей двух фильтров, собранных на транзисторах Т4 и Т5.
Данные катушки L! и дросселей Др1 и Др2 приведены на стр. 238. Там
же дана технология изготовления похожего приемника. Катушки фильтров
мотаются на сердечниках типа СБ—14 или ОБ—12. Провод намотки —
ПЭЛ 0,08 до заполнения катушки. Электромагнитные реле Р используются
типа РЭС-10, паспорт 302. За счет ослабления контактных пружин добей-
тесь, чтобы реле надежно срабатывало от одной батарейки 3336Л. Для
этого аккуратно снимите с реле крышку и пинцетом немного ослабьте обе
пружины. Если нужного типа реле достать не удастся, то подойдут любые,
лишь бы они надежно срабатывали от напряжения 4,5—6 В и имели сопро-
тивление катушки 300—700 Ом.
Окончательная проверка работы приемника с дешифратором обязатель-
но производится при подключенной антенне. В качестве антенны использует-
ся кусок медной или латунной проволоки диаметром 3—4 мм, длиной
45—50 см. При этом может случиться, что некоторые из электромагнитных
реле будут срабатывать самопроизвольно. Придется несколько увеличивать
величины резисторов RH—Ri9. Если чувствительность приемника окажется
недостаточной, несколько уменьшите величину резистора R7 вплоть до его
полного отключения.
Осталось еще раз подстроить частоты командных сигналов модулятора
по резонансным частотам LC-фильтров, и аппаратура канала команд управ-
ления готова к работе.
РОБОТЫ
Аппаратура речи и аппаратура подслушивания. Они мало чем отличают-
ся друг от друга.
Передатчики у них вообще одинаковые, а разница в приемниках со-
стоит только в том, что приемник канала речи работает на громкоговори-
418
0110100010
тель, а на выходе приемника подслушивания включены головные телефоны.
Электрическая схема передатчика изображена на рисунке 214. Его высоко-
частотная часть, собранная на транзисторах Ть Т2 и Т3 полностью повторяет
схему передатчика команд управления (рис. 209). Возьмите оттуда все дан-
ные, включая конструкцию катушек и антенны, а также расположение дета-
лей на плате, и приступайте к изготовлению.
Модулятор нового передатчика собран на плате усилителя сигнала
(рис. 51). Усиленный сигнал прикладывается одновременно к базам тран-
зисторов Т2 и Т3, модулируя таким образом излучаемый сигнал по амплиту-
де. Вот так в этом передатчике осуществляется амплитудная модуляция
высокочастотного сигнала. При настройке передатчика важно подобрать
коэффициент усиления усилителя таким образом, чтобы не было перемоду-
ляции. Возможность такой регулировки глубины модуляции несущей в пла-
те заложена. Для этого там стоит потенциометр R3.
После того как плата передатчика смонтирована и настроена на эквива-
лент-нагрузку (RH = 47 Ом), она помещается в алюминиевую коробку.
б — монтажная схема
Вместо командных кнопок на передней панели устанавливаются две клеммы
для подключения микрофона. Передатчик рассчитан для работы с самодель-
ным микрофоном из капсюля ДЭМШ-1. Описание изготовления такого
микрофона приведено на стр. 100. Если готового капсюля достать не удастся,
то в качестве микрофона можно использовать угольный или динамический
микрофон любой марки, включая: МК-10, МД-41, МК-59 и МД-47.
Как видно из рисунка 215, электрическая схема приемника состоит из
трех плат: платы сверхрегенеративного детектора, платы усилителя сигнала
(рис. 51) и платы усилителя мощности (рис. 54).
Необходимые данные платы сверхрегенеративного детектора, включая
его настройку, приведены при описании приемника команд управления.
Если хотите слушать принимаемый сигнал на головные телефоны, сигнал
с выхода детектора достаточно подать на плату усилителя сигнала. При
настройке приемника его усиление подбирается резистором R3, чтобы
выходной сигнал не ограничивался по амплитуде. Узнать об этом можно или
по осциллографу, или на слух. При больших ограничениях прослушиваются
искажения речи оператора.
0110100011
419
Т| П403	Т2-Т3 П403
П415	П415
П416	П416
Рис. 214. Схема передатчика речи
В приемнике речи, помимо усиления сигнала по напряжению, требуется
его усиление по мощности. Для этих целей там служит плата усилителя
мощности. Выход усилителя мощности рассчитан на работу с электродина-
мическим громкоговорителем типа 0,1 ГД, 0,15ГД, 0,2ГД и 0,25ГД. Все необ-
ходимые сведения об этом усилителе можно найти на стр. 108.
Чтобы приемник работал устойчиво и не реагировал на мешающие по-
мехи, его плата помещается в корпус, выполненный из листового алюминия.
Технология изготовления такого корпуса, а также внутренний монтаж прием-
ника приведены на рисунке 213.
Для питания приемника лучше всего подойдет батарейка от карманного
фонаря типа 3336Л или набор из шести сухих элементов типа «Сатурн» или
«Марс». Каждый из описанных приемников имеет свое автономное питание.
Блок движения. Кинематическая схема блока показана на рисунке 216.
Схема должна быть достаточно жесткой и не иметь люфтов.
Имеющиеся в вашем распоряжении материалы, детали, электродвигате-
ли, редукторы и аккумуляторы определят, в основном, конструкцию и габа-
риты робота.
0110100101
421
РОБОТЫ
.. .Ноябрь 1970 года. Снова по уже привычной
трассе Земля—Луна устремился посланец на-
шей страны — автоматическая станция «Луна-17».
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ И опять это было обычным началом совершенно
«ПУТЕШЕСТВЕННИК»необычного космического эксперимента. После
того как станция произвела успешную мягкую
посадку в Море Дождей, она стала совершать по
командам с Земли необычные операции. Сначала
со станции был спущен специальный трап, по ко-
торому затем на поверхность Луны медленно
съехал восьмиколесный самоходный аппарат
«Луноход-1».
И вот он уже отправляется в свой первый рейс
по Луне, оставляя на ее поверхности колею. Впе-
реди его ждал загадочный лунный мир.
Можно не сомневаться, что не за горами то
время, когда роботы-«путешественники» появятся на поверхности Марса,
Венеры и других планет. Ойи станут верными помощниками космонавтики
в раскрытии, многих тайн Вселенной.
Наш кибернетический «путешественник» — это забавная машина, очень
напоминающая живое существо, не внешностью, конечно, а своим поведе-
нием. Осторожно и неутомимо исследует он незнакомый мир, полный не-
ожиданностей. Вот на его пути встретилось непреодолимое препятствие —
огонь, вода или. . . ножка стула. Робот на мгновение замирает, потом откаты-
вается назад и деловито обходит опасное место.
Пожалуй, самая интересная особенность нашего «путешественника» —
это его способность самого себя «подкармливать». Да, да, в самом деле это
так. Когда аккумулятор, от которого питается его электродвигатель хода,
истощается, он тут же устремляется на станцию пополнения электроэнергии.
Там «путешественник» запасается электроэнергией — питается до тех пор,
пока не насытится, то есть пока снова не зарядятся его аккумуляторы. После
этого робот вновь отправляется в свое путешествие.
Похожий робот предлагаю вам сделать самим. Конструкцию тележки и
ее внешнее оформление разработайте сами. Ее размеры зависят от габари-
тов электронной аппаратуры, которая размещается на шасси. Если исполь-
зовать типовые платы, описанные в книге, вполне подойдет тележка от ки-
бернетического Тузика. Ее описание читатель найдет на стр. 154.
Разберем алгоритм работы аппаратуры управления роботом. В этом нам
поможет функциональная схема, приведенная на рисунке 217.
При включении спаренного тумблера Bki «путешественник» отправляет-
ся в свой путь. Только вперед! Если же на его пути появляется какая-либо
опасность, он должен обойти ее и... снова вперед!
Маневр обхода определяется обстановкой и требует иногда не одну, а не-
сколько довольно сложных операций. Робот как бы сам ориентируется на
местности. Для этого он принимает датчиками информацию, обрабатывает
ее, вырабатывает решения и исполняет их. А если что сделает не так, тут же
сам исправит свою ошибку.
Движется модель от электродвигателя Дь который через редуктор вра-
щает задние колеса. Направление «вперед» или «назад» изменяется пере-
ключением контактов реле Р3. При его срабатывании меняется полярность
источника питания электродвигателя, после чего двигатель начинает вра-
щаться в обратную сторону.
422
0110100110
Рис. 217. Функциональная схема кибернетического «путешественника»
Движение модели вправо и влево обеспечивает двигатель Д2, который
также через понижающий редуктор поворачивает подвеску переднего руле-
вого колеса относительно продольной оси модели. Направление вращения
электродвигателя определяется полярностью напряжения, подводимого
к якорю через систему контактов реле Р4 и Р5.
Первым сигналом, воздействующим на робота, является освещенность
в комнате, где проводятся испытания. Если света в комнате достаточно, то
сработает реле Pi датчика «Темнота», которое включит питание на все
остальные узлы схемы. «Путешественник» при этом как бы «проснется» и
тронется с места.
Как поведет себя робот при встрече с опасностью?
Информацию об окружающей обстановке он получает от шести датчи-
ков: «Вода», «Тепло», «Свет», «Звук», «Опасность слева» и «Опасность
справа». После срабатывания реле Pi все они теперь оказались включенными
При срабатывании любого из перечисленных датчиков сигнал об опас-
ности поступает на схему ИЛИ и далее на блок памяти Пь который запоми-
нает принятый сигнал на 3—5 с. Ровно на это время срабатывает реле Р3,
0110100111
423
меняя направление вращения ведущего электродвигателя на обратное.
Модель медленно начинает отступать от опасного места и едет назад 1—2 м.
Что дальше делать роботу? С какой стороны ему объезжать препятствие?
Для принятия правильного решения ему нужна дополнительная информация
об обстановке справа и слева. А ее у него нет, поскольку нет таких датчи
ков, которые бы ему это подсказали. Как здесь быть?
Так же, как часто поступает и человек! Сбился с дороги и не знает, ку-
да ему идти, направо или налево. «Ну, да ладно, попробую пойти направо».
Прошли некоторое расстояние по дороге направо, убедились, что не туда,
приходится возвращаться обратно и теперь уже сворачивать налево.
Для выполнения описанного маневра в схеме имеются три блока: блок
триггера Тг15 блок памяти П2 и блок памяти П3. На выходе блоков памяти
включены реле Р4 и Р5. Схема работает так. При возвращении электромаг-
нитного реле Р3 в исходное(отключенное)состояние модель вновь устремляет-
ся вперед. Одновременно срабатывает триггер Тг1? выдавая сигнал на один
из блоков памяти, П2 или П3. На какой именно блок памяти поступит сигнал,
а — общим вид,
Рис. 218. Кибернетический «путешественник»:
РОБОТЫ
неизвестно, и какое из двух реле, Р4 или Р5, сработает, мы тоже не знаем.
Здесь все будет зависеть от исходного состояния триггера, которое в конеч-
ном счете случайно.
Допустим, сработало реле Р4. При этом его нормально разомкнутый кон-
такт соединит одну из обмоток поляризованного реле типа РП-5 с прово-
дом—9 В. Использование в рассматриваемой схеме поляризованного реле
нейтрального типа значительно упрощает управление моделью в режиме
слежения за источником света. Подробно об этом рассказано на
стр. 143.
Как только сработает поляризованное реле, включится электродвигатель
Д2, от которого работает рулевая машинка с механическим возвратом в ней-
тральное положение (стр. 82), наш «путешественник» начнет обходить
препятствие слева. Время, в течение которого модель будет ехать с ле-
вым разворотом, определяется настройкой блока памяти П2. После прекра-
щения команды с блока памяти П2 реле Р4 отключится и модель вновь уст-
ремится вперед. Проехав несколько метров по прямой, робот опять может
встретиться с каким-либо препятствием, например с лужей. И снова
424
0110101000
модель делает только что описанный маневр, обходя препятствие теперь уже
справа, поскольку окажется включенным реле Р5.
Так кибернетический робот будет «путешествовать» до тех пор, пока не
разрядится аккумуляторная батарея Бь питающая двигатель Дь
Когда напряжение на зажимах аккумулятора Б! упадет до 5—6В, от-
ключится реле Р2; это говорит о том, что наш «путешественник» изрядно
«проголодался». При этом тут же отключится датчик «Свет», и модель пере-
станет бояться источников света. Теперь единственным желанием робота
является поскорее отправиться в поисках «пищи» — где бы подзарядить
свой подсевший аккумулятор. Делает это он так.
Одновременно с отключением реле Р2 подается напряжение питания на
оба фотореле («Свет питания»). Включается следящая система, обеспечи-
вающая движение модели строго на источник света. Работа такой следящей
системы была рассмотрена в разделе «Кибернетическая модель ночной
бабочки». Теперь модель едет прямо на небольшую электролампу, установ-
ленную на крыше «кормушки». Правда, если на пути встретятся какие-либо
препятствия, то модель объезжает их так же, как она это делала, когда без-
заботно «путешествовала» по комнате.
Датчик «Кормушка» — это небольшое устройство, служащее для подза-
рядки аккумулятора. Выполнена «кормушка» в виде небольшой коробки.
На верхней крышке у нее установлена электролампа мощностью 60—100 Вт,
вот к ней-то и спешит «проголодавшийся» робот (рис. 220).
Несколько ниже лампы расположены клеммы Ki иКгЛ которым подво-
дится электрический ток для зарядки аккумуляторов. Доехав до «кормуш-
ки», робот плотно прикасается пластинами Kpi и Крг к клеммам источника
тока и начинает принимать «пищу». Одновременно должен сработать один
из датчиков — «Опасность...», поскольку его вынесенный вперед щуп упрет-
ся в выступ «кормушки». Цепь электропитания двигателя Д1 разорвется
(Кд или Кп), и модель остановится.
Когда аккумулятор зарядится до напряжения 9—10 В, сработает ре-
ле Р2 (рис. 217) и наш «путешественник» вновь устремится вперед. Но в этот
же самый момент на своем пути он встретит сразу две опасности — выступ
«кормушки» и источник света (лампочка на крышке «кормушки»).
0110101001
425
Рассмотрим работу отдельных датчиков и функциональных блоков.
Датчик «Вода» (рис. 219, а). Чувствительный элемент датчика — это
два электрода, укрепленные на стойке комбинированного датчика на рас-
стоянии 1—2 мм друг от друга (рис. 218). Их нижние концы расположены на
высоте 3—5 мм от пола.
В качестве электродов возьмите серебряные или платиново-иридиевые
контактные пластинки от реле.
Электроды включены на вход полупроводникового усилителя тока, вы-
полненного на транзисторе В его коллекторную цепь включена обмотка
реле Рь В нормальном состоянии цепь между электродами разорвана и
транзистор Tj закрыт, так как его ток базы равен нулю. Реле Pi обесточено.
При погружении концов электродов в воду цепь базы транзистора за-
мыкается, и на входе усилителя появляется ток. Открывается транзистор Ть
и срабатывают контакты реле Pi. При этом ранее заряженный через резистор
R3 конденсатор Ci быстро разряжается через резистор R4, генерируя тем са-
мым одиночный импульс отрицательной полярности. Длительность импульса
Рис. 219. Схема датчиков «Вода» и «Опасность...»
РОБОТЫ
равна 2—5 мс, амплитуда —9 В. Работа такого формирователя импульсного
сигнала подробно разобрана на стр. 205.
С выхода датчика «Вода» импульсный сигнал поступает на вход схемы
ИЛИ блока памяти П1.
Датчик «Опасность...» (рис. 219, б). Контакт датчика Ki представляет
собой концевой выключатель, который срабатывает, как только вынесенное
вперед колесико комбинированного датчика упрется в какое-либо препят-
ствие. При этом база транзистора Ti через резистор Rj окажется соединен-
ной с проводом — 9 В. Транзистор войдет в режим насыщения, обеспечивая
тем самым надежное срабатывание реле Pi. Одновременно со срабатыва-
нием реле Pi схема генерирует импульсный сигнал, который далее подается
на вход схемы ИЛИ блока памяти Пь Конденсатор Ci предотвращает дре-
безжание контактов реле Р^
Датчик «Тепло» (рис. 220). Чувствительным элементом датчика является
термосопротивление Rp которое подключается на вход обычного триггера
(Ti и Т2). Схема триггера может находиться в одном из двух устойчивых
состояний, когда один из транзисторов открыт, а второй обязательно заперт.
426
0110101010
Рис. 220. Схема датчика «Тепло»
Рис. 221. Схема датчика «Звук»
Рис. 222. Схема блока памяти
При комнатной температуре подбором резистора R2 триггер настраивается
так, что транзистор Ti открыт, а реле Pi обесточено.
Если поднести к термосопротивлению горящую спичку или другой источ-
ник тепла, то отрицательное напряжение на базе транзистора Ti уменьшит-
ся и запрет его.
Одновременно сработает реле Ph обеспечивая генерацию одиночного им-
пульса на выходе схемы датчика.
При понижении температуры схема вновь приходит в первоначальное
состояние.
Датчик «Звук» (рис. 221). «Ухо» робота — микрофон, который подклю-
чен на вход усилителя, собранного на транзисторах Ti и Т2. На выходе уси-
лителя включено селективное электронное реле на транзисторе Т3. За счет
LC-фильтра электронное реле настроено на определенную частоту. Только
звуковой сигнал с этой частотой, попадая на микрофон, вызывает срабаты-
вание реле Pj. Когда нет сигнала с микрофона, транзистор Т3 заперт, а ре-
ле Pi обесточено.
Рис. 223. Схема блока триггера Тп
РОБОТЫ
Настройка усилителя на определенную частоту отсекает множество шу-
мовых помех, которые могут быть сильнее, чем полезный звуковой сигнал.
Звуковой сигнал команды можно подавать как обычным свистком, так и дет-
ской дудочкой. Подробно об этом, а также о работе звукового реле можно
прочитать в разделе «Управление звуком». Импульсный сигнал, выраба-
тываемый датчиком, подается на схему ИЛИ блока памяти П|.
Датчики: «Темнота», «Свет» и «Свет питания». Все эти датчики представ-
ляют обычную схему фотореле, работа которого подробно рассматривалась
в разделах: «Кибернетическая модель ночной бабочки» и «Кибернетический
Тузик». Можете воспользоваться любой из описанных там схем. Дальность
действия датчика «Свет» должна быть 1—2м, в то время как датчик «Свет
питания» должен отзываться на расстоянии 5—7 м.
Блоки памяти Пн П2и П3 (рис. 222). Схема блока памяти включает: схему
ИЛИ на диодах Д|—Д6 (стр. 369), схему ждущего мультивибратора, ге-
нерирующего импульсный сигнал длительности 3—5 с (см. стр. 129), и два
транзисторных усилителя тока (Т3 и Т4), на выходе которых включены реле
Pi и Р3.
428
0110101100
При подаче на один из входов схемы ИЛИ импульсного сигнала должен
сработать ждущий мультивибратор. Для надежного запуска этот импульс
должен иметь амплитуду 5—9 В при длительности 1—4 мс. Полярность им-
пульса отрицательная. Схемы, генерирующие одиночный импульс, зало-
женные в вышеописанные датчики, такие параметры нам обеспечивают.
Как только сработает ждущий мультивибратор, ранее открытый транзи-
стор Т2 запрется. Базы транзисторов Т3 и Т4 окажутся присоединенными
к проводу — 9 В через резисторы Rs— R7 и Rs— R8. Тут же эти транзисторы
откроются, обеспечивая тем самым надежное срабатывание реле Pj и Р3.
С момента включения реле Pj начнет заряжаться конденсатор С3. Для
его полного заряда до напряжения 9 В нужно время не более 1мс, так что,
пока транзистор Т2 заперт, процесс зарядки полностью успеет закончиться.
При отключении реле Pi конденсатор С3 начнет разряжаться через рези-
стор Rig, обеспечивая генерацию одиночного импульса, который далее ис-
пользуется для запуска триггера Trj. Таким образом, описанная схема фор-
мирует выходной импульсный сигнал спустя 3—5 с после поступления вход-
ного сигнала на один из входов схемы ИЛИ.
Срабатывание реле Р2 в блоке П1 обеспечивает реверсирование электро-
двигателя Дь а в блоках П2 и П3 — включение соответствующей обмотки по-
ляризованного реле РП-5.
Блок триггера Trj (рис. 223). Схема блока Тп состоит из хорошо изве-
стных вам каскадов: схемы триггера, работающего в режиме счетного запус-
ка, и двух электронных реле (Т3 и Т4), нагрузками которых являются элек-
тромагнитные реле Pi и Р2. При каждом перебрасывании триггера из одного
устойчивого состояния в другое схема генерирует одиночный импульс, кото-
рый далее используется для запуска блока памяти П2 или П3.
Во всех описанных выше схемах (рис. 219—223) используются обычные
электромагнитные реле типа РСМ, РЭС-6 или РЭС-9 с током срабатыва-
ния 10—30 мА.
Когда все датчики и блоки будут изготовлены и проверены в отдельности,
соберите на рабочем столе всю схему робота, строго придерживаясь рисун-
ка 217. И только после успешного испытания аппаратуры можете устанав-
ливать ее на машину. Расположение датчиков показано на рисунке 218.
Часто среди ребят можно услышать споры на тему: «Кто лучше иссле-
дует Луну, человек или робот?» Конечно, проще всего ответить на
этот вопрос так: «И тому и другому в космосе работы хватит». Действитель-
но, это так, и с этим нельзя не согласиться. Как бы велики ни были ус-
пехи проникновения человека в космос, космическим роботам всегда будет
принадлежать почетная и ответственная роль.
.. .И несмотря на непрерывное совершенствование автоматики, на появ-
ление все более разумных машин, даже самый «умный» робот или множество
роботов не смогут в космических исследованиях заменить человека полно-
стью. Всегда или по крайней мере в любом обозримом будущем будут слу-
чаи, когда только наличие человека на борту космического корабля решит
задачу до конца. Без человека не может быть полного освоения космоса!

ЭЛЕКТРОННАЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ
МАШИНА
МОДЕЛЬ
МОЗГА
ЧЕЛОВЕКА
ЭВМ И
МОЗГ
ЧЕЛОВЕКА
ЭЛЕКТРОННАЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ
МАШИНА
Трудно в наше время назвать научно-техниче-
скую проблему, которая вызывала бы такие оже-
сточенные споры и такой интерес к этим спорам,
какие вызывает проблема «человек — машина».
Еще наш соотечественник академик И. П. Павлов
в своем письме «Ответ физиолога психологам» пи-
сал, что человек — это машина, но в горизонте на-
шего современного видения — единственная по
высочайшему саморегулированию.
С каждым годом электронным вычислитель-
ным машинам приходится выполнять все более
сложные виды работ, которые раньше были до-
ступны только человеческому мозгу. Есть ли пре-
дел возможностям таких машин? Может ли вычи-
слительная машина выполнять все то, что под
силу мозгу человека?
К сожалению, в спорах, можно ли передать
0110101111
431
ЭВМ И МОЗГ ЧЕЛОВЕКА
ЭВМ мыслительные задачи, далеко не всегда точно определяют, что следует
понимать под словами «мышление человека», которое можно или которое
нельзя автоматизировать. Когда такой вопрос был задан Норберту Винеру,
он на него ответил так: «Современные вычислительные машины могут
обучаться, улучшать свою работу, оценивая ее результаты. Это верно. Назо-
вете ли вы это мышлением или нет — вопрос терминологии. Я могу с уверен-
ностью сказать, что данная область будет разрабатываться и впредь, по мере
того как мы сможем создавать все более сложные вычислительные машины».
Другими словами, мыслить — значит воспринимать, хранить, передавать, пе-
рерабатывать и выдавать информацию. Так принято сегодня считать в ки-
бернетике.
Любой прибор, решающий хотя бы одну, быть может весьма узкую и не-
сложную, функцию мозга в обработке информации, уже есть мысля-
щая машина. При этом, конечно, вовсе не нужно, чтобы такой прибор был
похож на мозг по своему физическому строению в большей степени, чем очки
похожи на глаза.
Электронные вычислительные машины, как и мозг, очень схожи, их со-
ставные части имеют множество соединений. Большинство из них служит
только для передачи информации, а остальные — снабжают энергией отдель-
ные блоки и узлы, чтобы они могли нормально функционировать. В вычисли-
тельных машинах такой энергией является электричество. В мозге источни-
ком энергии служат некоторые органические и неорганические соединения
и кислород, которые переносятся кровью.
И мозг и ЭВМ получают информацию по одним каналам, а выдают ее по
другим. Читая книгу, вы принимаете информацию глазами и через зритель-
ный нерв передаете ее мозгу. Уши, вкусовые бугорки на языке и другие
органы чувств принимают информацию другого характера. Ответ мозга вы-
дается в виде приказаний мышцам тела. Например, когда вы читаете, мозг
управляет глазной мышцей так, чтобы взгляд скользил вдоль печатной
строки.
Приказания, которые исходят от мозга, в значительной степени зависят
от получаемой им информации. В действительности во многих случаях чело-
веческий мозг должен реагировать на поступающую информацию практиче-
ски мгновенно. Если, например, вы играете в футбол, то ваш мозг посылает
команды соответствующим группам мышц, причем содержание этих прика-
заний во многом зависит от того, где вы видели мяч и других игроков
в предыдущее мгновение.
Вычислительная машина обычно получает информацию в виде опреде-
ленной системы отверстий, пробитых в ленте или на перфокарте; в таком же
виде она и отвечает. Конструкторы современных ЭВМ стремятся приблизить
форму входной и выходной информации к виду, легко воспринимаемому че-
ловеком. Так, многие современные машины могут быть соединены с электри-
ческой пишущей машинкой, которая печатает решение задачи в виде пред-
ложений и цифр на листе бумаги. Уже имеются машины, воспринимающие
информацию прямо с человеческого голоса!
И мозг и вычислительная машина — сложные устройства, элементы ко-
торых связаны не только между собой, но и с внешним миром. В чем же
сходство способов связи в мозге и ЭВМ и какие из них сложнее?
Мозг намного сложнее современной вычислительной машины. Большая
электронная вычислительная машина состоит из нескольких десятков тысяч
транзисторов и в десять или в двадцать раз большего числа других дета-
лей — в ней примерно от ста тысяч до миллиона элементов. Количество нерв-
432
0110110000
ных клеток в мозге человека приблизительно равно 10 000 000 000, что соот-
ветствует числу элементов в ста тысячах больших вычислительных машин.
Иными словами, мозг одного человека содержит больше элементов, чем все
электронные вычислительные машины, вместе взятые!
Однако при сравнении числа составных частей мозга и ЭВМ мы, по-
жалуй, были несколько несправедливы к машине, потому что каждый из ее
элементов используется намного интенсивнее любой отдельно взятой нерв-
ной клетки мозга. Хотя вычислительные машины устроены значительно
проще, чем мозг, и состоят из меньшего количества элементов, внутренние
связи между элементами у них сложнее.
Способ связи в вычислительной машине зависит от ее типа — аналоговая
она или цифровая. В аналоговой вычислительной машине сигналы, посылае-
мые от одной ее части в другую, передаются в виде электрических напряже-
ний. Эти напряжения принимают любые значения в пределах определенного
интервала, например от —50 до +50 В.
В цифровой электронной вычислительной машине сигналы имеют вполне
определенное число значений. Большинство современных цифровых машин
все вычисления проделывают, пользуясь только двумя сигналами — 0 и 1.
В мозге информация передается по нервным волокнам, и его сигналы
состоят из импульсов возбуждения. Нервные волокна могут передавать
информацию только по принципу «все или ничего», то есть в двоичном коде.
При этом особую роль играет частота, с которой следуют импульсы. Именно
частота здесь информативна. Она может меняться от 0 до 200 Гц. В этом
отношении характер изменения сигналов в нервных волокнах подобен тому,
которым обладают аналоговые машины. Мозг, пользуясь сигналами
обоих типов, дает ему определенное преимущество перед электронными
вычислительными машинами.
Чтобы представить себе возможности вычислительных машин и в даль-
нейшем сравнить их с возможностями мозга, достаточно рассмотреть только
цифровые машины, поскольку все то, что выполняет аналоговая машина,
присуще и цифровой. Однако это не значит, что аналоговые машины людям
не нужны. На аналоговой машине многие задачи можно решать гораздо
быстрее и с меньшими усилиями, чем на цифровой.
Аналоговые машины используются для изучения любых физических си-
стем — от управляемых снарядов до мартеновских печей. Сигналы в анало-
говой машине могут моделировать величину воздействия аэродинамической
силы на рули управления ракеты или изменение ее траектории. Можно про-
моделировать также количество шихты и металла на различных уровнях
мартеновской печи.
Инженер, решающий задачу на аналоговой машине, должен так соеди-
нить различные ее блоки, чтобы образовалась электрическая модель, или
аналог, моделируемой им физической системы. Вот откуда появилось на-
звание аналоговой машины!
Цифровые машины еще более универсальны, чем аналоговые. Перечис-
лить все, что они могут выполнить, просто невозможно. В этом отношении
они напоминают мозг с огромным разнообразием выполняемых им функций:
от управления простейшими движениями до сложной деятельности, как, на-
пример, конструирование современных вычислительных машин, более слож-
ных, чем они сами.
И все же возможности цифровых ЭВМ пока весьма ограниченны. От вы-
числительной машины нельзя получить ничего другого, кроме того, что в нее
было заложено в виде программы действий. Отсюда следует, что вычисли-
0110110001
433
тельная машина способна исполнять только то, что человек знает, как
ей делать. Когда учитель задает какую-либо вычислительную задачу, он
говорит, что от вас требуется. Этого оказывается вполне достаточно, чтобы
вы самостоятельно решили задачу до конца. Когда же составляют програм-
му для вычислительной машины, ей приходится говорить, как решать ту или
иную задачу.
Такое различие между «что» и «как» ставит принципиальную грань
между человеком и машиной. Именно оно определяет разницу между цифро-
вой вычислительной машиной, как весьма эффективным, но крайне глупым
помощником в вычислениях, и разумным человеческим существом.
Сама программа действия для машины, требующая часто сложных и
длинных вычислений и реализуемая в виде перфокарт или перфолент, являет-
ся наилучшим показателем электромеханических способностей машины. Эти
способности по скорости и объему вычислительных операций могут быть
потрясающими и экономят работу тысяч людей. Однако характер работы,
как бы ни была сложна машина, предопределен мыслью человека.
ЭВМ И МОЗГ ЧЕЛОВЕКА
Как устроена современная электронная вычислительная машина, готовая
соревноваться с человеческим мозгом?
Одна из таких машин показана на рисунке 224. Все электронные схемы
в ней помещены в металлические шкафы, которые защищают их от пыли.
Устройство, расположенное слева от оператора, служит для считывания
информации с перфоленты и для преобразования ее в электрические сиг-
налы, которые затем подаются в машину. Справа от оператора находится
перфорирующее устройство, которое пробивает в бумажной ленте отверстия
в соответствии с поступающими из машины сигналами, которые представ-
ляют собой закодированное решение задачи.
Входное устройство для считывания информации и выходное печатаю-
щее устройство, которое служит для выдачи решения, — это каналы, связы-
вающие машину с внешним миром. В некоторых типах машин вместо бу-
мажных лент используются перфокарты.
Шкафы, расположенные по центру, сплошь забиты электронной аппара-
турой, разбитой на блоки и ячейки. Одна из таких ячеек показана на ри-
сунке 225. Ее составные части те же, что и в радиоприемнике, но только
434
0110110010
более высокого качества. В схемах большинства ЭВМ используются транзи-
сторы, поскольку они миниатюрнее радиоламп, потребляют меньше энергии
и более надежны.
Надежность — один из основных факторов успешной работы электрон-
ных вычислительных машин. Обеспечить ее можно только за счет примене-
ния высококачественных радиодеталей и высокой культуры эксплуатации
машины. Если бы использовались детали низкого качества и вероятность
выхода из строя одного из элементов в течение часа работы была бы равна
0,0001, то очевидно, что в больших вычислительных машинах, состоящих,
скажем, из 1 000 000 деталей, общее число деталей, выходящих из строя за
час, равнялось бы 100. Каждую минуту в такой машине выходило бы из
строя до двух радиодеталей! Такая машина практически не пригодна
к работе.
Одним из основных блоков ЭВМ является арифметическое устройство.
В этот блок поступают числа, закодированные в виде электрических сигна-
лов. Там они складываются, вычитаются, умножаются и делятся. Умножение
Рис. 225. Типовая ячейка электронной вычислительной машины
чисел в арифметическом устройстве сводится к повторному сложению, деле-
ние — к повторному вычитанию. Далее результаты вычислений, представлен-
ные также в виде электрических импульсов, передаются другим частям
машины.
Арифметическое устройство работает с огромной скоростью. Современ-
ная ЭВМ производит около миллиона операций в секунду. В более распро-
страненных вычислительных машинах сложение и вычитание двух тридцати-
разрядных двоичных чисел занимает 64 миллионные доли секунды. Таким
образом, за одну секунду может быть выполнено 15 625 сложений или вычи-
таний! Быстродействие такой машины равно 15 625 простейшим операциям
в секунду. Деление и умножение занимают больше времени. Число таких
операций машина может выполнить лишь около 500 в секунду.
Если бы команду для выполнения каждой операции давал оператор, то
быстродействие арифметического устройства нельзя было бы использовать
полностью. Чтобы вычисления производились без задержки, машина должна
иметь заранее составленную программу работы, а также числовые данные
для расчетов в виде различных коэффициентов и таблиц.
0110110011
435
ЭВМ It МОЗГ ЧЕЛОВЕКА
В сложных расчетах на различных этапах обычно требуется использова-
ние уже ранее полученных результатов. Когда человек производит вычисле-
ния с помощью карандаша и бумаги, он обычно записывает все промежуточ-
ные результаты, чтобы вернуться к ним несколько позже.
Несмотря на то, что арифметические операции в машине выполняются
электронными схемами, методы вычислений подобны тем, которые исполь-
зует человек при подсчете с карандашом и бумагой. Машина тоже может за-
поминать результаты своих промежуточных вычислений. Для этого она снаб-
жена блоком памяти. Память машины хранит множество двоичных чисел и
в случае необходимости может получить любое из них. Блок памяти машины
состоит из большого числа ячеек, каждая из которых помнит одно такое
число. Некоторые ячейки памяти заполняются соответствующими числами
в начале расчета, другие — в процессе вычислений.
По командам программы определяется, из каких ячеек следует взять
необходимые числа и в какие направить полученные результаты для каждой
операции, выполняемой арифметическим устройством.
В ячейках памяти содержатся также команды, составляющие программу
действий машины. Такие команды представлены в виде последовательностей
двоичных цифр и поэтому могут храниться в памяти точно так же, как и чис-
ла. Любая ячейка памяти может хранить как команду, так и число.
Единая форма представления чисел и команд — замечательная особен-
ность цифровых машин, которая позволяет намного лучше использовать их
память. Ячейки, не понадобившиеся для одной цели, можно использовать
для другой. Таким образом, программист имеет возможность применять
команды, которые видоизменяются по мере прохождения программы. Для
этого код команды посылается в сумматор, где к нему прибавляется некото-
рое число и образуется код новой команды. В большинстве программ не-
которые команды проходят несколько раз; при их видоизменении указанным
способом они могут быть использованы для выполнения операций, несколько
отличающихся друг от друга.
Каким же образом последовательность двоичных цифр может стать
командой для машины? Для этого указываются номера ячеек памяти, в кото-
рых содержатся числа, условное обозначение очередной операции над числа-
ми для арифметического блока и, наконец, соответствующие сигналы для
входного и выходного устройств. Все эти сведения содержатся в команде.
Пусть цифра 1 обозначает операцию сложения, 2 — вычитания, 3 —
умножения и так далее. Тогда команда 15 20 3 25 будет означать, что «нужно
взять содержимое ячеек памяти 15 и 20, перемножить их и результат послать
в ячейку 25». Эту машинную команду, выраженную числами десятичной
системы счисления, легко представить двоичными числами. Выглядеть она
тогда будет так: 01111 10100 011 11001.
Двоичные числа в памяти машины можно хранить различными способа-
ми. Все они основываются на свойстве материала находиться в одном из
двух состояний и переходить из одного состояния в другое.
Чаще всего в памяти машины используются крошечные кольца из маг-
нитного материала, называемые ферритовыми сердечниками. Внешне они
похожи на ферритовые кольца, применяемые в карманных приемниках. Сер-
дечники очень малы — порядка 1 мм в диаметре. Запись информации в такой
сердечник производится путем намагничивания в одном или в другом на-
правлении до насыщения. Для этого через его отверстие проходит провод,
по которому пропускается импульс тока записи. Магнитное насыщение в од-
ном направлении принимается за 0, в другом — за 1.
436
0110110100
Как же происходит считывание записанной информации?
Чтобы узнать, что хранится в сердечнике, 1 или 0, нужно по проводу
записи пропустить ток таким образом, чтобы его намагничивающая сила
перевела сердечник в состояние 0. Если сердечник до этого уже находился
в нулевом состоянии, то изменения магнитного потока в нем не произойдет.
А если там раньше была записана 1, то магнитный поток изменится.
Вторым проводом, проходящим внутри сердечника, является провод счи-
тывания; ток через него не пропускают. Если в сердечнике была записана 1,
то изменение магнитного потока вызовет электрический сигнал в считываю-
щем проводе. Если в сердечнике был записан 0, то никакого сигнала не
будет. Сотни тысяч ферритовых сердечников, аккуратно смонтированных
в специальные матрицы, составляют блок памяти, или, как его еще назы-
вают, куб памяти.
При считывании информации с магнитной памяти, образованной из фер-
ритовых сердечников, она стирается после превращения ее в электриче-
ский сигнал. Если информацию необходимо сохранить, специальная схема
возвращает ее сразу же после считывания, и она хранится в машине для
дальнейшего использования в программе.
Существуют и другие виды машинной памяти, например магнитная лента,
как у обычного магнитофона. В ней при считывании информация не уничто-
жается, и надобность в повторной записи здесь отпадает.
Таковы основные способы запоминания чисел и команд электронной
вычислительной машиной.
Как же записываются (запоминаются) числа и команды на перфокартах
и перфолентах?
Перфокарта, используемая для ввода информации в электронную вычис-
лительную машину, имеет 12 горизонтальных рядов, в каждом из которых
может быть пробито до 80 отверстий. Следовательно, всего имеется 960 мест,
каждое из которых может быть или пробито, или нет.
Каждое место для пробивки представляет собой двоичную цифру. Она
имеет значение 1, если отверстие пробито, или 0, если отверстия нет. Гори-
зонтальный ряд перфокарты содержит информацию, которая записывается
в одной ячейке блока памяти. Перфокарта, изображенная на рисунке 226,
0110110101
437
предназначена для машины, в ячейке памяти которой можно записывать
48 двоичных цифр, поэтому в каждом ряду только первые 48 мест для про-
бивки могут быть использованы для информации, посылаемой в машину.
Они сосредоточены в той части перфокарты, где написано «поле машины».
Остальные места для пробивки также используются, хотя они и не несут
информации в машину. В этих местах обычно указывается программа, к ко-
торой относится карта, и ее положение в ней на случай, если карты окажутся
перепутанными.
Отверстия перфокарты могут представлять как числа, так и команды;
например, один ряд отверстий соответствует числам, а другие — командам.
Иногда на карте делаются надписи в местах, где пробиваются команды. Эти
надписи помогают тем, кто пробивает и проверяет перфокарты, машина же
воспринимает только соответствующее расположение отверстий.
На перфоленте, которая также используется для ввода информации в ма-
шину, имеется пять продольных рядов для пробивки отверстий. Для заполне-
ния одной ячейки памяти требуется несколько поперечных рядов отверстий.
ЭВМ И МОЗГ ЧЕЛОВЕКА
Рис. 227. Считывающее устройство ЭВМ.
В зависимости от объема информации ее можно записать или на перфоленте
длиной от нескольких сантиметров до нескольких метров, или на перфо-
картах.
На рисунке 227 показано, как считывающее устройство преобразует ин-
формацию с перфоленты в электрические импульсы. Для этого гибкие метал-
лические контакты скользят по ленте. Попадая в отверстие ленты, контакт
касается металлической пластины, находящейся под напряжением, и по нему
проходит ток. Так, единица, изображаемая на перфоленте отверстием, по-
ступает в вычислительную машину в виде импульса тока. Аналогичным обра-
зом действует считывающее устройство для перфокарт, где металлические
контакты «нащупывают» отверстия; правда, в нем гораздо больше контак-
тов, чем в устройстве для считывания информации с перфоленты.
Вместо пружинящих контактов в последнее время широко используется
фотоэлектрический метод считывания информации. В этом случае перфо-
лента пропускается между осветителем (электрической лампочкой) и фото-
элементом. Когда между ними появляется отверстие в бумажной ленте, све-
товой луч попадает на светочувствительную поверхность фотоэлемента. При
438
0110110110
этом фотодатчик вырабатывает импульс тока, который строго соответствует
данной пробивке на перфоленте. Если же между осветителем и фотоэлемен-
том проходит участок ленты, не имеющий пробивок, то свет на фотоэлемент
не попадает, и в электрической цепи сигнала не возникает.
Из всех основных устройств цифровой ЭВМ нерассмотренным остался
только управляющий блок. Управляющий блок координирует работу всей
машины, последовательно получая из памяти по одной команде. В начале
вычислений программа и числовые данные считываются с перфоленты вход-
ным устройством и запоминаются соответствующими ячейками памяти. За-
тем первая команда посылается в управляющий блок.
Если программа предусматривает выполнение арифметической операции,
управляющий блок посылает команду арифметическому устройству произ-
вести эту операцию. Одновременно команда направляется также в блок
памяти. Она содержит номер ячеек, хранящих числа, необходимые для кон-
кретного вычисления. Вслед за этим, арифметическое устройство выполняет
требуемую операцию и снова отправляет результат в память. Другая коман-
да от управляющего блока содержит номер ячейки, в которую следует поме-
стить этот результат.
Некоторые команды программы указывают, что содержание определен-
ных ячеек памяти должно быть зафиксировано выходным устройством на
перфоленте. Это прежде всего касается полученного результата вычислений.
В этом случае управляющий блок должен послать команду не арифметиче-
скому, а выходному устройству.
Задача вычисления решена,в машину можно вводить новый объем инфор-
мации!
Первоначально ЭВМ были разработаны для выполнения сложных число-
вых расчетов, но они могут использоваться и для решения логических задач.
Одним из таких хорошо известных примеров нечислового использования
машины является машинный перевод с одного языка на другой. Настоятель-
ная потребность в машинном переводе возникла в последние годы, когда
ученые всего мира поняли, как важно обмениваться научной информацией.
На переводческой работе занято множество людей, и все же литературы так
много, что переводчиков на хватает.
Уже проведено очень много работ по составлению машинных программ
перевода с одного языка на другой. Но еще нигде в мире не создан
машинный комплекс, позволяющий осуществить поставленную задачу, хотя,
несомненно, такие ЭВМ скоро появятся.
Другое весьма важное применение вычислительных машин — подготовка
собственных машинных программ.
Составление программ для машин — очень трудоемкое занятие, отнимаю-
щее у программистов недели, а иногда и месяцы работы. И все для того,
чтобы машина выполнила поставленную задачу за какие-нибудь доли се-
кунды! Написание программы в форме, в которой она может быть использо-
вана памятью машины, называется «программированием на машинном язы-
ке». Обычно вычисления, которые должны быть запрограммированы, сна-
чала записывают на обычном математическом языке, который затем про-
граммист переводит на язык машины.
Конечно, если машина сама выполняет такой перевод на машинный
язык, то на программирование затрачивается значительно меньше усилий.
Большинство современных ЭВМ имеют в своем составе устройства, которые
позволяют осуществить такое автоматическое программирование. Правда,
ни одна из этих систем не разработана еще настолько, чтобы можно было
0110110111
439
МОДЕЛЬ
МОЗГА
ЧЕЛОВЕКА
ЭВМ И МОЗГ ЧЕЛОВЕКА
сразу же использовать обычный математический язык. И тем не менее в этом
случае задача предварительно записывается на языке, больше похожем на
математический, чем на машинный.
Итак, электронная вычислительная машина может делать все то, что мо-
жет быть формализовано и представлено ей в виде программы. Но что имен-
но может быть формализовано? Пока ученые ответ еще не нашли. Пока
только человек, его мозг способен «понять» и «осмыслить» задачу, а точнее,
сформулировать ее в удобном виде. Нетрудно согласиться, что «сформули-
ровать» задачу — это значит наполовину ее решить.
«Формулирование» задачи есть действительно процесс ее решения. Че-
ловек всегда стремится найти в новой проблеме нечто схожее с уже извест-
ным, дать формулировку в установленных и знакомых ему терминах, схемах
и математических символах. Сегодня, к сожалению, человек еще не в со-
стоянии воспроизвести все это в машине, только его мозг способен справиться
с подобной задачей. За миллиарды лет своего развития мозг превратился
в самую совершенную вычислительную машину!
Как устроен мозг человека? Как он решает
творческие задачи?
Как протекают процессы запоминания инфор-
мации в мозге, во многом еще остается тайной.
Наука не отрицает того, что еще есть много во-
просрв, на которые пока ответить нельзя.
Раскрыть принципы работы мозга — значит
найти ключ к проектированию ЭВМ будущего.
Этим вопросом сегодня занялась новая наука —
нейрокибернетика.
Физиолог изучает строение мозга, прослежи-
вает каналы и связи нервной системы, изучает ее
электрические и химические свойства. Пользуясь
физическими, химическими и биологическими по-
нятиями, он описывает взаимосвязь между раз-
личными органами, с помощью которых человек
чувствует, мыслит и действует.
Ученого-кибернетика мозг интересует прежде всего как пример разум-
ной машины, созданной самой природой. Кибернетики пытались подойти
к этой задаче с позиций физиологов. Мозг человека оказался настолько
сложной системой, что разобраться в деталях его работы было невозмож-
но. И только аналогия в работе мозга и вычислительной машины наметила
подход к решению этой сложнейшей проблемы.
Создавая первые ЭВМ, инженеры мало знали о строении мозга. Они
стремились создать машину, которая бы быстро и точно могла производить
вычисления. Сходство ЭВМ с человеческим мозгом было обнаружено позже,
когда физиологи при изучении мозга стали сравнивать известные им факты
с тем, что они узнали от специалистов по вычислительной технике.
Прежде всего физиологи обратили внимание на бинарность в поведении
нервной системы. Оказывается, каждое нервное волокно в любой момент
времени либо «включено», либо «выключено». Оно либо активно и при этом
проводит сигнал возбуждения, либо пассивно и сигнала не проводит. На-
сколько смогли определить физиологи, в функционировании нервных волокон
не существует никакого промежуточного состояния.
440
0110111000
Сигналы и передача их по «каналам связи» были найдены! Оставалось
найти центр переработки информации, выполняющий функцию мышления.
Вскоре и он был найден — это был мозг. Но обнаружить в сложной системе
место расположения того или иного узла еще не значит понять, как он ра-
ботает. Так случилось и с мозгом. Ученые еще не нашли ключа к разгадке
кода сигналов нервной системы и алгоритма их обработки головным моз-
гом. Пока ученые могут делать те или иные выводы только на основании
общих наблюдений за его работой.
Дальнейшее изложение материала будет основано главным образом на
гипотезах нейрокибернетиков. Поскольку именно эти гипотезы играют сегод-
ня важную роль при сравнительном изучении живого мозга и искусственных
разумных систем, следует постоянно помнить, что многие из них представ-
ляют собой всего лишь наиболее правдоподобные догадки ученых.
Из уроков по анатомии человека вам должно быть известно, что голов-
ной и спинной мозг у человека образуют центральную нервную систему,
которая связана отходящими от нее нервами со всеми частями организма.
Нервы похожи на белые нити и содержат очень много волокон, заключен-
ных в защитную оболочку. В наиболее тонких нервах бывает до нескольких
сот волокон, в толстых — до нескольких тысяч.
Основным логическим элементом мозга является нейрон. Нейрон —
это просто другое название нервной клетки. От ее центральной части, назы-
ваемой телом клетки, отходят тонкие ответвления. Эти ответвления позво-
ляют нервной клетке держать связь на гораздо большие расстояния и со
значительно большим числом клеток, чем если бы она состояла только из
центральной части.
Одни из этих отростков называются аксонами. Они играют роль вы-
ходного канала, по которому передается сигнал возбуждения. Другие от-
ростки называются дендритами. Нервные волокна фактически состоят
из одних аксонов нервных клеток и достигают иногда фантастической дли-
ны, если иметь в виду, что это отростки мизерной по величине живой клет-
ки. Например, тело нервной клетки находится в спинном мозге человека, а ее
аксон достигает пальцев ноги и имеет длину около метра. Подобный аксон
представляет собой невероятно тонкую трубку. Если бы мы захотели сделать
модель аксона в большом масштабе в виде трубки, то при диаметре в один
сантиметр его длина оказалась бы больше четырех километров!
Передача возбуждения по нервным волокнам отличается от передачи
электрического сигнала по проводам. Сигналы в нервных волокнах состоят
из серии импульсов, которые в виде волны возбуждения распространяются
по ним. Все импульсы имеют одинаковую величину и практически не осла-
бевают при прохождении по аксону. Скорость их распространения различ-
на— примерно от 100 м/с для толстых волокон до 0,3 м/с для тончайших.
Напоминаю, что электрический сигнал по проводу распространяется со
скоростью, равной приблизительно одной трети скорости света, то есть
100 000 000 м/с.
Конечно, это не означает, что вычислительная машина работает в мил-
лион раз быстрее человеческого мозга. Преобразование сигналов транзи-
сторами и ферритовыми сердечниками занимает гораздо больше времени,
чем просто передача сигналов по проводу.
Как головной, так и спинной мозг содержат белое и серое вещество. Бе-
лое вещество состоит из нервных волокон, в то время как серое — из тел
нервных клеток. В спинном мозге серое вещество окружено белым веще-
ством. Серое вещество содержит тела нервных клеток, аксоны которых рас-
0110111001
441
пространяются в белом веществе вверх и вниз, а также тела нервных кле-
ток, аксоны которых протянулись от спинного мозга к мышцам.
В головном мозге серое вещество образует на большей части его поверх-
ности слой толщиной в два-три миллиметра. На каждый квадратный мил-
лиметр поверхности этого слоя, называемого корой головного мозга, при-
ходится около 20 000 нейронов. Есть основания полагать, что именно эта
часть мозга выполняет функцию мышления.
Одни клетки коры головного мозга имеют длинные аксоны, которые про-
никают в белое вещество и сообщаются с различными частями мозга, дру-
гие же имеют короткие аксоны для передачи сигналов клеткам внутри самой
коры. Все эти нервные клетки имеют разветвленную сеть дендритов. Аксоны
и дендриты различных нервных клеток переплетаются и соединяются во мно-
гих точках. Через эти контакты, называемые синапсами, может пере-
даться возбуждение от аксона одной нервной клетки к дендриту другой.
Для возбуждения нервной клетки недостаточно импульса, приходящего
только к одному из синапсов клетки, — необходимо почти одновременное
ЭВМ И МОЗГ ЧЕЛОВЕКА
воздействие сигналов на несколько синапсов дендритов этой клетки. Воз-
будившись, нервная клетка может передавать возбуждение другим нейро-
нам через синапсические соединения, которые образуют ее аксоны с дендри-
тами других клеток.
Синапсы, через которые в клетку поступают возбуждающие импульсы,
называются возбуждающими синапсами. Существует также дру-
гой вид синапсических соединений, в которых при поступлении сигнала
возникает противоположный эффект, то есть клетка становится менее чув-
ствительной к возбуждению. Такие виды возбуждений называются тор-
мозящими синапсами.
Каждый квадратный миллиметр коры головного мозга содержит тысячи
аксонов, соединяющих ее через белое вещество с другими частями мозга.
Многие аксоны нейронов коры несут из нее информацию; аксоны же клеток,
не принадлежащих коре, образуют синапсические связи с ее нервными клет-
ками. Таким образом, кора имеет множество путей для входа и выхода ин-
формации.
Физиологическое строение мозга можно представить как огромную массу
442
0110111010
нейронов с еще большим количеством аксонов и дендритов, переплетенных
между собой и образующих многочисленные соединения. Принцип работы
головного мозга в значительной мере еще остается загадкой.
Организация нервных клеток головного мозга, разумеется, не похожа на
совокупность элементов внутри цифровой вычислительной машины; ни ариф-
метическое устройство, ни управляющий блок или память не похожи ни на
одну из частей мозга. Однако у человека, без сомнения, есть память, и он
может производить арифметические операции, но в выполнении этих функ-
ций участвует весь мозг, а не отдельные его области.
На рис. 228 приведена условная схема нейрона, позволяющая лучше по-
нять принцип работы нервных клеток и способы их соединения между собой.
Большой кружок представляет собою тело клетки, а линия, выходящая
справа, — ее аксон. Три линии слева означают аксоны других клеток, кото-
рые вступают в синапсический контакт с аксоном клетки через свои дендри-
ты. Треугольники — возбуждающие синапсические контакты, а маленький
кружок — тормозной синапс. Цифра 2 в большом круге обозначает число
возбуждающих синапсов, к которым должны одновременно прийти сигна-
лы, возбуждающие нервную клетку. Если сигнал приходит к тормозному
синапсу, то он уничтожает действие одного из возбуждающих синапсов.
Нейрон возбуждается только тогда, когда в одно и то же время поступают
сигналы к возбуждающим синапсам, а сигнал тормозного синапса отсут-
ствует. Когда нервная клетка возбуждается, она посылает по своему аксону
сигнал, который может возбуждать или тормозить другие клетки.
Живая нервная клетка намного сложнее описанной выше схемы. В част-
ности, возбуждающие синапсы живого нейрона по своему действию не все
одинаковы. Несмотря на это, интересно разобраться в том, что можно сде-
лать при помощи схем, состоящих из таких упрощенных элементов. Оказы-
вается, что подобные схемы могут делать то же самое, что и схемы из жи-
вых нервных клеток.
Схемы из искусственных нейронов можно заставить выполнять все опе-
рации, необходимые для работы вычислительной машины. Так, из них мож-
но собрать арифметический блок, и при этом не потребуется каких-либо дру-
гих элементов. Предположим, например, что мы хотим построить логиче-
0110111011
443
ЭВМ И МОЗГ ЧЕЛОВЕКА
скую схему, которая имела бы пять входов и выдавала импульс на выходе
только тогда, когда на вход поступают точно два сигнала. На рисунке 229
показана схема, работающая именно по такому принципу. Нейрон А воз-
буждается, если одновременно поступают два или больше сигналов и если
возбуждающий сигнал посылается на нейрон В. Если сигналов больше, чем
два, то возбуждается нейрон Б, который тормозит возбуждение нейрона В.
Таким образом, нейрон В возбуждается когда сигналы поступают не более
чем по двум входам.
Совершенно не выясненным до настоящего времени остается вопрос, как
мозг человека выполняет вычислительные или логические операции без
программы, поступающей в него с перфокарт или перфоленты. Известно по-
ка только одно, что программа работы, мозга, в отличие от программы рабо-
ты вычислительной машины, органически связана с ним и хранится непо-
средственно в нем.
Конечно, можно сконструировать вычислительную машину, которая за-
поминала бы все прошлые программы для решения будущих задач, но объем
памяти такой машины потребовал бы столь огромных затрат, что ее созда-
ние было бы практически невозможным. Мозг же имеет удивительную спо-
собность улучшать свои «программы» по мере накопления опыта и может
самостоятельно найти новую программу для своих действий.
И мозг и вычислительная машина запоминают информацию. Мы рас-
смотрели некоторые способы запоминания, используемые в ЭВМ. Как про-
исходит процесс запоминания в мозге, во многом еще остается тайной; один
из возможных способов состоит из образования «самовозбуждающихся пе-
тель».
Если аксон нейрона соединен со своим собственным возбуждающим си-
напсом, как показано на рисунке 229, б, то клетка может находиться в со-
стоянии самовозбуждения. Иными словами, каждый импульс в аксоне сно-
ва возбуждает клетку через синапс и вызывает следующий импульс через
одну тысячную секунды и так далее. Самовозбуждение, однажды возникнув,
будет продолжаться неопределенно долго, но начинается оно не случайно,
а под действием приходящего сигнала. Итак, клетка может быть в двух со-
стояниях — либо в покое, либо в состоянии самовозбуждения. Когда она
находится в состоянии покоя, импульс, поступающий по верхнему входу,
переведет нейрон в состояние самовозбуждения. Импульс, поступающий по
нижнему входу, вернет клетку в прежнее состояние покоя.
Другое отличие мозга от вычислительной машины — это его способность
работать надежно даже тогда, когда многие составные части не функциони-
руют нормально. Доказано, что в мозге взрослого человека каждый день
отмирает около 100 000 клеток. В то же время неисправность нескольких
элементов вычислительной машины полностью выводит ее из строя.
Человеческий мозг работает удивительно надежно, даже когда многие
его нервные клетки выходят из строя или когда изменяются их свойства, на-
пример, если кровь содержит алкоголь или наркотик. Очевидно, клетки моз-
га организованы так, что для осуществления какой-либо функции исполь-
зуется гораздо больше нейронов, чем минимально требовалось бы. Так
обеспечивается в целом надежная работа системы, составленной из недо-
статочно надежных элементов. ЭВМ будущего, возможно, будут обладать
подобными же свойствами. Как это ни парадоксально, но такой путь наибо-
лее целесообразен. Он уже рассматривается кибернетиками.
Изучение мозга нейрокибернетиками несомненно даст ответы на мно-
гие вопросы, которые сегодня волнуют разработчиков ЭВМ. И когда ответы
444
0110111100
будут получены, тогда удастся построить весьма совершенные вычислитель-
ные машины, блоки которых, по-видимому, будут отличаться от блоков,
применяемых сегодня. Отдельные части таких машин будут относительно
просты и легки для массового производства. Некоторые логические элемен-
ты могут не совсем точно выполнять свои функции, но в машине, как в еди-
ном комплексе, они будут соединены так, что в целом обеспечат надежную
работу.
Элементы какого типа смогут быть использованы в вычислительных ма-
шинах будущего? Известно, что при прохождении электрического тока через
раствор железного купороса на дне сосуда образуются железные нити. Уче-
ным удалось вырастить довольно разветвленную систему нитей в сосудах
с большим числом электродов. Информация в виде электрических сигналов
поступает в систему железных нитей через электроды. Здесь же имеются и
другие, считывающие электроды, которые получают сигналы из системы.
Уже рассмотрен ряд способов, которыми можно создать систему, само-
организующуюся для достижения некоторых конкретных задач.
Простейшие компоненты, из которых в перспективе будут состоять вычи-
слительные машины, возможно, смогут размножаться подобно железным ни-
тям. Дальнейшее исследование головного мозга покажет, как должна функ-
ционировать вычислительная машина, состоящая из таких саморазмножаю-
щихся элементов.
Все это совсем не означает, что человеку останется только нежиться в те-
ни без устали работающих электронных Геркулесов. Просто на наших гла-
зах происходит великое разделение труда. Можно сказать, что себе челове-
чество оставляет определение цели, машинам отдает их достижение.
Кибернетика с честью носит свое имя. Это действительно рулевой. Руле-
вой прогресса.
ОГЛАВЛЕНИЕ
О ЧЕМ ЭТА КНИГА!		000000101	5
Глава 0001 И)	Андроиды	0000001001	9
	Телеграфный будильник Эдисона	0000001110	14
ПРОГРАММА	Программное управление моделями	0000010011	19
	Станок с программным управлением	0000010101	21
	Автоматы переключения электрогирлянд	0000011000	24
	Автомат-экскурсовод	0000100110	38
	«Что посеешь, то и пожнешь»	0000101001	41
Глава 0010 (2)	Странный случай	0000101101	45
	Вероятность случайных событий	0000110000	48
СЛУЧАЙ	Электронная вычислительная машина		
	«ОРЛЕНОК-1*	0000110101	53
	Электронная вычислительная машина		
	«ОРЛЕНОК-П»	0000111101	61
	Генератор случайных чисел	0001000110	70
	Моделью управляет случай	0001001100	76
Глава ООН (3)	«Спалланцаниева проблема» Радиоэхо	0001010101 0001011000	85 88
ОБРАТНАЯ	Эхолокатор «Редут-0001»	0001011011	91
СВЯЗЬ	Модель звукового локатора	0001100100	100
	Триггер	0001110111	119
	Мультивибратор	0001111101	125
	Ждущий мультивибратор	0010000001	129
Глава оюо (4)	Машина и природа	0010001001	137
	Кибернетическая модель ночной бабочки	0010001111	143
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ	Кибернетический Тузик	0010011000	152
ЗВЕРИ	Мышь в лабиринте	0010100100	164
Глава 0101 (5)	Сколько бит информации в книге?	0010110111	183
СИГНАЛ	Кибернетическое чучело	0011000000	192
	Электронный светлячок	0011001001	201
	Генератор импульсов Как заставить машину понимать челове-	0011001100	204
	ческий голос	0011010010	210
Глава ОНО	Несколько интересных историй о канале		
	связи и о других изобретениях. ..	0011011101	221
КАНАЛ	По двум проводам — шесть команд		
СВЯЗИ	управления Управление моделями по «радиопрово	0011100001	225
	локе»	0011101011	235
	Управление звуком	0011110110	246
Глава 0111	Почему человек считает десятками?	0011111111	255
ОТ БОСОНОГОЙ	Двоичное счисление Автоматический фотоэлектронный счетчик	0100001001 0100010010	265 274
МАШИНЫ	Электронный секундомер с цифровым от-		
ДО ЭВМ	счетом	0100010101	277
	Кибернетический замок	0100011011	283
Глава юоо (8)	Как считает ЭВМ?	0100100011	291
	Спортивные часы с цифровым табло	0100101011	299
ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЫ	ЭВМ в физическом эксперименте	0100111101	317
Глава Ю01 1Я	Алгебра Буля	0101010111	343
	Простейшие разумные машины	0101101010	362
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ	Кибернетическая машина? играющая в		
ИГРЫ	крестики-нолики	0101 111001	377
Глава Ю10 И0)	Из истории роботов	0110010001	401
РОБОТЫ	Робот-экскурсовод	0110011001	409
	Кибернетический «путешественник»	0110100110	422
Глава юн (Н|	Электронная вычислительная машина	0110101111	431
	Модель мозга человека	0110111000	440
ЭВМ
И МОЗГ ЧЕЛОВЕКА
К ЧИТАТЕЛЯМ
Издательство просит отзывы об этой книге присы-
лать по адресу: 125047, Москва, ул. Горького, 43.
Дом детской книги.
для СРЕДНЕГО
И СТАРШЕГО ВОЗРАСТА
Юрий Михайлович
Отряшенков
ЮНЫЙ КИБЕРНЕТИК
ИБ № 1256
Ответственный редактор
Г. В. Малькова.
Художественный редактор
О. К. Кондакова.
Технический редактор
В. К. Егорова.
Корректоры
Н. Г. Худякова и
Е. И. Щербакова.
Сдано в набор 31/V 1977 г. Подписано
к печати 29/V 1978 г. А00470. Формат
70Х100,/,в. Бум. офс. № 1. Шрифт
литературный. Печать ультрасет. Усл.
печ. л. 36,4. Уч.-изд. л. 38,03. Тираж
100 000 экз. Заказ № 394. Цена 1 р. 50 к.
Ордена Трудового Красного Знамени из
дательство «Детская литература»,Москва,
Центр, М. Черкасский пер., 1. Фабрика
«Детская книга» № 2 Росглавполиграф-
прома Государственного комитета Сове-
та Министров РСФСР по делам изда-
тельств, полиграфии и книжной тор-
говли. Ленинград, 193036,	2-я Со-
ветская,7.
Отряшенков Ю. М.
0-86 Юный кибернетик: Научно-популярная лит-ра.
— М.: Дет. лит., 1978. — 447 с., ил.
В пер.: 1 р. 50 к.
Энциклопедическая книга о кибернетике. Читатели смогут познакомиться
с основами кибернетики, а также построить ряд кибернетических устройств по
приведенным в книге схемам и рекомендациям.
ББК 32.816
70803—336	6П2.15 (072)
О-412—77
М101(03)78