Как работает домашняя электроника?

Электричество используется не только для того, чтобы вырабатывать механическую или тепловую энергию, на нем работают электронные устройства, такие, как телевизор, видеомагнитофон, видеокамера, магнитофон, компьютер. Некоторые современные бытовые приборы, выполняющие по несколько операций сразу (например, автоматическая стиральная машина), имеют электронное управление, что позволяет сделать панель управления более компактной.

Принцип радиосвязи заключается в следующем. Передатчик преобразовывает аудио– или видеосигнал в последовательность электрических сигналов. Проходя по передающей антенне, ток высокой частоты вызывает в окружающем пространстве электромагнитные волны. Достигнув принимающей антенны, волны возбуждают в ней ток той же частоты, на которой работает передатчик. В приемнике происходит обратное преобразование сигнала.

Телевизионный сигнал преобразуется в последовательность электрических сигналов с помощью иконоскопа, который представляет собой вакуумную электронную трубку. Внутри иконоскопа расположен мозаичный экран, на который с помощью электронной пушки передается изображение. При этом заряжается каждая ячейка мозаики в зависимости от световой энергии, которая на нее попала. Электрические сигналы проходят через усилитель, а потом через передающую антенну. В телевизоре имеется кинескоп, электронная пушка которого преобразует электрические сигналы в видимое изображение.

Телевизор может иметь сразу несколько электронных вакуумных пушек. Хороший этому пример – панорамный телевизор, который имеет кинескоп в несколько раз больший, чем у обычного телевизора. Одной трубки было бы недостаточно для такого телевизора, поэтому в нем установлены три электронные пушки.

Телевизор может вообще не иметь электронной пушки. Например, ноутбуки, представляющие собой портативные компьютеры, слишком малы для того, чтобы иметь монитор с электронной пушкой, поэтому они имеют цифровой дисплей. Плазменные телевизоры не имеют электронной пушки, так как изображение в них формируется с помощью катодов, которые вызывают свечение пикселей.

В процессе передачи и обработки сигнала его приходится усиливать, так как напряжения радиосигнала недостаточно для работы передающего и принимающего устройства. Поэтому применяются различные усилители напряжения слабых электрических сигналов.

В зависимости от диапазона усилители можно разделить на низко– и высокочастотные. Усилители напряжения могут быть ламповыми, транзисторными, полупроводниковыми.

Аудио– и видеосигнал можно хранить с помощью различных носителей информации, из которых самым простым является магнитная лента разных форматов. Она применяется для записи и воспроизведения аудио– и видеозаписей. Принцип действия магнитной ленты сводится к следующему.

Поливинилхлоридная пленка покрыта специальным составом, который называется ферромагнетиком. Этот состав состоит из мельчайших частиц металлов (Fe, Cr), которые имеют свойство намагничиваться при прохождении через них электрического тока. Получив заряд, ферромагнетики могут хранить заряд бесконечно долго.

Запись осуществляется следующим образом. Передаваемый звуковой сигнал поступает на пишущую головку, по которой с определенной скоростью проходит магнитная лента. При этом ферромагнитный слой заряжается, тем самым копируя передаваемый аудио– или видеосигнал.

Для воспроизведения записи магнитная лента пропускается через воспроизводящую головку, в которой из-за заряда ферромагнетического покрытия возбуждается ток со слабым напряжением, приблизительно 1 V. Полученный сигнал проходит через усилитель, а потом преобразовывается в видимое изображение или звук.

Описанный выше способ хранения и передачи информации является аналоговой технологией, которую постепенно вытесняет другая, более совершенная технология, – цифровая. Электрические сигналы, предающие информацию, представляют собой протекающий ток с меняющимся напряжением. Цифровая технология основана на том, что аудио– и видеосигнал кодируется в электрические сигналы, имеющие значение «0» и «1». При этом можно добиться более высокого качества изображения, а также передавать информацию на более дальние расстояния.

Электромагнитные волны, несущие закодированный сигнал от передатчика к приемнику, встречают на своем пути множество препятствий, которые накладывают отпечаток на сигнал, в результате чего при передаче сигнала на длительные расстояния возникают помехи, которые трудно исправить.

С появлением цифровой технологии эту проблему стало легче решать, так как сигнал закодирован в виде комбинации чисел, а потому помехи, которые накладываются на сигнал, не имеют никакого значения при его декодировании.

Цифровая технология позволяет применять новые носители информации, самым известным из которых является лазерный диск. Он представляет собой алюминиевый диск, с обеих сторон защищенный покрытием. Информация на нем записана в виде участков, отражающих и не отражающих свет: при попадании лазерного луча на поверхность диска луч отражается или нет. Таким образом происходит передача информации.

Раньше лазерные диски записывали на специальной аппаратуре, потом изготавливалась матрица, по которой печатались другие диски. Теперь можно самому делать записи на лазерный диск, для этого существуют специальные пишущие дисководы.

Материал лазерного диска, на который записывается информация при попадании на него луча оптической системы на поверхности окисляется. Записанный сигнал выглядит в виде чередующихся отражающих и не отражающих свет участков. Это и есть цифровой способ кодирования информации.

Некоторые устройства имеют сменные карты памяти, которые представляют собой картриджи, вставляемые в специальные разъемы. Для примера можно привести цифровой фотоаппарат, который фотографирует в сменную карту памяти. Изображение из объектива попадает на трансфокатор, где происходит его кодирование в систему электрических сигналов. Эта информация записывается на карту памяти. Сменные карты памяти в качестве носителей информации могут применяться в электронных микрофонах, электронных записных книжках, электронных диктофонах.

Трансфокатор является неотъемлемой частью любой видеокамеры, которая может быть аналоговой или цифровой. Аналоговая видеокамера имеет или неподвижную пишущую головку, как у магнитофона, или вращающийся барабан, который записывает на магнитную ленту. Цифровая видеокамера имеет до четырех вращающихся головок, которые позволяют производить запись без потерь в качестве. Естественно, что цифровые камеры имеют другой трансфокатор, который кодирует сигнал в цифровом формате.

Цифровые технологии применяются практически во всех отраслях электроники: телевизорах, видеомагнитофонах, видеокамерах, магнитофонах и т. д. Персональный компьютер является устройством, работающим исключительно на цифровых технологиях. В принципе, это большой цифровой магнитофон. Жесткий диск представляет собой носитель информации, изолированный в герметичном корпусе. Вся информация обрабатывается в виде двоичного кода.

Обработка информации производится процессором, быстродействие которого зависит от тактовой частоты. За единицу отсчета принят один байт, равный восьми битам (восемь знакомест).

Однако цифровые технологии пока уступают по популярности аналоговым, так как стоят дороже, а также имеют свои стандарты.

Цифровые технологии используются для передачи и обработки телевизионного сигнала. Телевизоры повышенной четкости уже имеются в продаже, некоторые телестанции вещают в цифровом формате. Цифровые телевизоры имеют более широкий, абсолютно плоский экран.

В цифровых телевизорах применяется много различных усовершенствований, таких, как картинка в картинке, телетекст. При желании можно сделать стоп-кадр нужного фрагмента и видоизменить его с помощью различных режимов панорамирования. Цифровой звук также отличается четкостью исполнения, большинство телевизоров имеют функцию трехмерного звучания, которую также принято называть виртуальным звуком, или эффектом «звук вокруг».

Цифровые видеомагнитофоны, видеокамеры, музыкальные центры позволяют более качественно воспроизводить звук и изображение, что делает цифровую технологию технологией будущего.

Помимо всего прочего, электроника также широко применяется в быту. Теперь уже никого не удивляет тот факт, что стиральная машина или холодильник имеют электронную начинку. Электроника применяется даже в таких простых устройствах, как, например, нагревательный кабель (теплые полы).

Все больше и больше бытовые приборы заменяют ручной труд. Неавтоматические устройства заменяются полуавтоматическими, полуавтоматические – автоматическими. Это вызывает необходимость совершенствовать способы управления устройствами, так как они могут выполнять по несколько операций одновременно.

В пример можно привести стиральную машину с фронтальной загрузкой. Для выполнения полного цикла в память следует внести не менее 10 команд. Добавление воды, время стирки, температура нагрева воды, скорость вращения стирального бака, гидростоп, время отжима – все эти операции должны вводиться с панели управления, поэтому нет ничего удивительного в том, что командоаппарат с кулачковым механизмом все чаще и чаще заменяется электроникой.

Большинство кондиционеров уже не имеет панели управления как таковой, все команды вводятся с дистанционного управления, которое позволяет выбирать время включения и выключения, температуру нагрева или охлаждения воздуха, в память можно заложить программу по поддержанию в помещении определенной температуры.

Электроника применяется в холодильниках, душевых кабинах и других устройствах. Чем больше операций может выполнять устройство, чем сложнее эти операции, тем умнее должно быть устройство, поэтому применение электроники во многих случаях просто необратимо.