Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником - Генрих Кардашев

Отойдя от правил латинской грамматики в образовании имен существительных, а, напротив, на американский манер, его можно было бы назвать «репеллером», чтобы не путать с одноименными химическими средствами защиты, репеллентом (который уместнее было бы называть по-русски «антикомарином»). Этот самый «репеллер» (ассоциация с «пропеллером» не вредит пониманию сути дела и в чем-то даже полезна) представляет собой обыкновенный ультразвуковой генератор, снабженный соответствующим излучателем, который и посылает самкам, увы, не вовремя, столь ненавистные ими призывы любви…

Советские ученые тоже не спали, и в прямом и в переносном смысле, «комаров, да мошек» в тайге почище, чем во вьетнамских джунглях, ну а левшей-то у нас всегда было хоть отбавляй. Вот и подковали комариков: хвать их и на электрический стульчик (американцы, по обыкновению, на него людей сажают, а наши-то гуманисты — комаров). Те запищали, заголосили… Дальше, не подумайте, что стала вся «оборонка» особые «электростулья» выпускать, а просто записали все это аккуратненько на пленочку, и давай на тайгу вещать: «Здесь вашего брата убивают! Спасайся, кто может!». А чтобы понятнее было для этих меньших, но отнюдь не наших братьев, вещание велось на столь ненавистной ими ультразвуковой частоте, на которой они сами во время пыток орали… Вот, вам и «Кыш, комарик!», по-советски.

Создание на подобных же принципах акустических «репеллеров» для отпугивания птиц с сельхозугодий, аэродромов и т. п. объектов позже вошло в обычную мировую практику, хотя вопросы привыкания, индивидуализации и прочие остались и по сию пору.

Здесь, хочется еще сделать небольшое отступление-экскурс в область биоакустики (есть и такая наука). Согласно последней, гудение (жужжание) комаров связано с колебаниями воздуха при взмахах их крыльев.

Основная частота этого процесса составляет 500…550 Гц — до ультразвука-то, ой, как далеко! Возможно, это только несущая частота, а сам сигнал внутри закодирован, наука пока еще это не исследовала. Это гудение для «комарильи» (так я назову эскадрилью комаров, близкую по духу и фонемам к испанской «камарилье» — свите-клике около монарха) является боевым сигналом самцам к сбору. Ибо именно такова частота звуков, исходящих от крыльев их «боевых подруг», конечно же, самцы, в отличие от исследованных американцами самок, охотно летят на этот зов любви. То, что эти звуки столь привлекательны, косвенно подтверждается тем фактом, что высоковольтные трансформаторные подстанции обычно буквально забиты всякого рода мошкарой. Правда, гипотез насчет того, как они туда попали и по какой причине сдохли, можно выдвинуть великое множество, но предположим, что их привлекают звуки, издаваемые элементами конструкций трансформаторов, работающих на переменном токе. Ну, а как «гудят» трансформаторы, хорошо известно каждому. Наличие же высших (но отнюдь не ультразвуковых) гармоник в их звуке также легко понять, так как в кривой тока, из-за нелинейности намагничивания сердечника, они всегда присутствуют.

Далее, помимо колеблющихся крылышек, звуки могут порождаться еще и по принципу смычка и струны: так «стрекочут» кузнечики, сверчки, цикады и другие насекомые.

Наконец, пенье птиц и ультразвуки, издаваемые летучими мышами — это третий механизм возникновения звука, голосовой, за счет модуляции выдыхаемого воздуха. Как возникают ультразвуковые (!) колебания у комаров? Не очень понятно, но примем это за клинический факт, отталкиваясь от которого, начнем активно бороться с паразитами. Ниже представляются специальные разработки лаборатории Мастер КИТ для решения столь актуальной проблемы.

Электронный репеллент Мастер КИТ NM5017

Данный набор содержит основной компонент предлагаемого антикомариного оружия (отпугивателя насекомых-паразитов): генератор электрических высокочастотных колебаний. Схема генератора, выполненная в виде виртуальной модели в программе EWB, показана на рис. 122, а.

Здесь сохранены в основном позиционные обозначения компонентов, включая монтажную печатную плату А501, и добавлен ряд элементов из программы EWB, обеспечивающих возможность демонстрации работы этого устройства. К сожалению, программа пока не позволяет дать полномасштабную мультимедийную картину: полет комаров, их писк и отражение «басурман» с помощью «репеллера». Возможно, что кто-либо из читателей, создаст подобную «игрушку» — «Комариные Войны». Для этого, правда, потребуются дополнительные сведения о диаграммах направленности излучателей, затухании ультразвука в воздухе и, главное, «сенсорике» комаров.

Рис. 122. Электронный репеллент от комаров Мастер КИТ NS167:

 а — виртуальная модель в EWB; б — осциллограмма сигнала; в — общий вид

Генератор выполнен по схеме симметричного мультивибратора на транзисторах VT1, VT2.

Мультивибраторы генерируют периодические колебания несинусоидальной формы. Термин «мультивибратор» происходит от двух латинских слов: multum — много и vibrare — колебать. Импульсы, создаваемые мультивибратором при периодическом заряде и разряде конденсаторов, представляют одновременное множество колебаний разных частот, что и объясняет приведенное название. В автоколебательных мультивибраторах условия баланса амплитуд и фаз выполняются не для одной, а сразу для многих частот, из которых и складываются результирующие колебания.

Простейший мультивибратор представляет собой двухкаскадный усилитель, в котором выходы и входы каскадов соединены перекрестными RC-цепями положительной обратной связи. В схеме на рис. 122, а реализованы коллекторно-базовые связи посредством конденсаторов С2 и С5. Заряд и разряд этих конденсаторов через соответствующие резисторы носит характер релаксационных колебаний. Поэтому генераторы данного типа называют также релаксационными, или релаксаторами (от лат. relaxatio — уменьшение напряжения, расслабление).

Период повторения (следования) колебаний зависит от суммы постоянных времени (RC) зарядно-разрядных цепей. Частота следования импульсов (величина обратно пропорциональная периоду) регулируется резистором R6. К выходу генератора (выводы 2, 3) включен излучатель (Speaker), моделируемый резистором R13.

Здесь мы приняли сопротивление пьезоизлучателя чисто активным, полагая, что это высокодобротная колебательная система, находящаяся в режиме резонанса на основной гармонике. Строго говоря, проблема используемого излучателя и его согласования с генератором требует отдельного обсуждения и является немаловажной, а, возможно, даже критической, при практической реализации устройства. При неправильном его подборе, поговорить с комарами не удастся: они Вас не поймут! Наличие регулятора R6 позволяет будущим Дарвинам и Павловым, рассортировав комаров по видам, а также полу и состоянию желудков, провести более детальные исследования. Может, и откроете что-нибудь новенькое, если очень постараетесь, да и повезет. Излучатель для этого надо взять более широкополосный, например, электродинамический, да усилитель добавить. Не помешает также микрофон и осциллоскоп для регистрации формы кривой и уровней звука, по ним и спектральный состав можно найти… «Мелкоскопчик» и т. д. Одним словом, «Паяльник в руки!». Ну, а пока что, мы тихонько модель погоняем.

Для исследования работы мультивибратора в схему дополнительно включен также осциллоскоп, фиксирующий форму выходных колебаний напряжения. Осциллограммы можно снимать при различных значениях R6. Для этого надо «открыть» лицевую панель виртуального осциллоскопа и выполнить необходимые установки (см. рис. 122, б). Затем включить моделирование и последовательно нажимать клавишу [R] для регулировки «вниз» и [R] + Shift, соответственно, для регулировки «вверх». При этом надо иметь в виду некоторые особенности работы программы. Во-первых, для регулировок надо щелкнуть предварительно ЛКМ, поместив курсор в любую точку рабочего поля, кроме панели осциллоскопа. Во-вторых, регистр шрифта должен стоять в позиции «Еп», а не «Ru», так как программа канадская. В-третьих, желательно начинать исследования с 50 % (при очень малых значениях R6 генератор не самовозбуждается). Наконец, для получения реалистичной картины колебаний относительная ошибка анализа RELTOL должна быть не более 0,0001.

Картина колебаний на нижней границе регулировки (R6 = 0 %), что соответствует верхней границе по частоте показана на рис. 122, б. Нетрудно видеть, что это типичные экспоненциальные кривые заряда и разряда конденсатора через резистор с периодом около 50 мкс, что дает частоту следования 20 кГц. Вообще говоря, эту частоту желательно поднять выше, иначе люди, особенно молодые, с музыкальным слухом будут слышать этот звук. А вот на сколько его надо поднять: хорошо бы полюбопытствовать у самих комариков. Возможно, для них надо писать специальные фуги или современный «крутяк». Ряд подобных компьютерных программ уже существует, но отзывы на них комаров нам не известны. Кроме того, повторю еще раз: важно какова излучающая система и как она согласована с генератором (а заодно уж и с воздухом).