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Medição mini-laboratório. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante

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De quais instrumentos de medição um radioamador iniciante precisa? Voltímetro? - Sim. Ohmímetro? - Sim. Gerador de baixa frequência? - Sim. Um gerador de pulsos para testar o funcionamento de cascatas em circuitos integrados? - Sem dúvida! Sonda para instalação de "discagem"? - Absolutamente. E, claro, o sonho de um radioamador é um osciloscópio, em cuja tela se pode observar a “vida” das cascatas e nós eletrônicos.

Esses dispositivos são reunidos em um prédio por Arthur Mesropovich Piltakyan, um ávido rádio amador da escola, o desenvolvedor de muitos rádios amadores e projetos industriais no campo da televisão, medição e outros equipamentos, autor de dezenas de publicações em periódicos, incluindo o Revista de rádio e livros populares para radioamadores.

Ao desenvolver um minilaboratório, a tarefa era simplificar ao máximo os instrumentos de medição incluídos nele, mas ao mesmo tempo fornecer parâmetros suficientes para a atividade prática de um radioamador iniciante. A aparência do laboratório é mostrada na fig. 1, e um diagrama de blocos peculiar - na fig. 2.

Minilaboratório de medição

Minilaboratório de medição

Um de seus instrumentos importantes é um osciloscópio. Sua resistência de entrada é de aproximadamente 70 kOhm, a menor amplitude do sinal de entrada é de 0,1 V. Com uma amplitude superior a 5 V, é permitido aplicar o sinal diretamente nas placas defletoras do tubo de raios catódicos. Faixas de frequência de varredura - 60...600 e 600...6000 Hz.

O gerador de frequência de áudio (3H) opera em uma frequência fixa de cerca de 1 kHz e produz um sinal senoidal com uma tensão de até 1,5 V. O gerador de pulsos também opera em uma frequência fixa, sua amplitude máxima de saída atinge 15 V. O ohmímetro permite medir a resistência na faixa de 50 Ohm...40 kOhm e 500 Ohm...400 kOhm.

Todos esses dispositivos são alimentados por uma unidade comum. Apenas um voltímetro com uma sonda não requer energia elétrica. Ele é projetado para medir tensão CC dentro de 10, 100 e 1000 V. Ao usar um voltímetro como sonda, uma fonte de energia autônoma - uma bateria - entra em operação.

Vamos analisar o dispositivo e funcionamento de todas as unidades do mini-laboratório de acordo com seu conceito (Fig. 3).

Minilaboratório de medição
(clique para ampliar)

Osciloscópio (nó A1). Sua base é um tubo de raios catódicos (CRT) VL1. Possui um filamento (terminais 1, 14), um cátodo (2), um eletrodo de controle ou modulador (3), um eletrodo de focalização ou primeiro ânodo (4), um segundo ânodo (9) e dois pares de (10, 11) e placas defletoras verticais (7, 8) dispostas mutuamente perpendicularmente ao longo do eixo CRT.

Uma alta tensão é aplicada entre o cátodo e o segundo ânodo, no nosso caso 600 V. O cátodo aquecido emite elétrons que, sob a influência de uma tensão positiva, correm em direção ao segundo ânodo, passando sequencialmente pelos orifícios do modulador e o eletrodo de focagem. Tendo ganho velocidade, por inércia eles passam pelo orifício do segundo ânodo e, movendo-se entre as placas defletoras, finalmente atingem a tela CRT, fazendo-a brilhar na forma de um ponto brilhante. Elétrons carregados negativamente tendem a se repelir, então o ponto não tem limites claros.

Para obter um ponto luminoso em vez de um ponto borrado, o fluxo de elétrons deve ser focalizado. Para isso, uma tensão constante é aplicada ao eletrodo de foco de um resistor variável R8 - movendo seu motor, o foco desejado é alcançado.

Para ajustar o brilho do ponto (doravante denominado imagem), é utilizado um modulador, aplicando-lhe uma tensão negativa do motor do resistor variável R9. Quanto maior for, menos elétrons atingirão a tela, menor será o brilho do ponto.

Se não houver tensão nas placas, o ponto ficará localizado aproximadamente no centro da tela. Mas é necessário aplicar tensão, digamos, em placas horizontais (com um resistor variável R5), o ponto se moverá horizontalmente em direção à placa com tensão positiva. O ponto se comportará de maneira semelhante quando a tensão for aplicada às placas verticais (com um resistor variável R1) - ele se moverá para cima ou para baixo.

Quando uma tensão alternada de 1 Hz é aplicada às placas horizontais, um ponto na tela se move a cada segundo da posição mais à esquerda para a posição mais à direita e vice-versa. Aumentar a frequência da tensão resultará no aparecimento de uma linha horizontal sólida na tela, cujo comprimento depende da amplitude da tensão aplicada. Uma imagem semelhante pode ser observada quando o mesmo sinal é aplicado às placas defletoras verticais. A presença de dois pares de placas permite mover um ponto na tela em qualquer direção, ou seja, "desenhar" qualquer forma.

Na prática, as placas horizontais são alimentadas com uma tensão que lembra os dentes de uma serra (é chamada de "dente de serra"), enquanto as verticais são alimentadas com o sinal em estudo, digamos, uma forma senoidal. Com a mesma frequência de ambos os sinais, uma imagem de um período de uma tensão senoidal aparecerá na tela. Com o aumento da frequência da tensão em estudo, haverá dois períodos, três vezes - três, etc. Para poder selecionar o número necessário de períodos observados, a frequência da tensão dente de serra é sintonizada, tornando-a um múltiplo da frequência do sinal em estudo.

E agora um esclarecimento. Embora a história fosse e será sobre placas horizontais e verticais, na verdade elas foram deliberadamente trocadas em relação à sua posição usual, já que no projeto real o tubo é girado 90° para fornecer uma imagem maior do sinal em estudo.

A fonte da tensão dente de serra, geralmente chamada de tensão de varredura, é um oscilador controlado por frequência feito em um transistor VT1. Funciona assim. Depois que a energia é ligada, a tensão do coletor do transistor é zero. Os capacitores C4 e C5 começam a carregar (ou C4 e C6, dependendo da posição do contato móvel da chave SA2), o transistor é fechado. A taxa de carregamento dos capacitores depende de sua capacitância total e da resistência dos resistores R12, R13. Assim que a tensão no coletor atingir um determinado valor, o transistor abrirá como uma avalanche e os capacitores serão descarregados quase a zero pela seção coletor-emissor. A tensão do coletor cai para quase zero, o transistor fecha e o processo se repete.

Os capacitores carregam quase linearmente, mas descarregam muito mais rápido. Como resultado, uma tensão de dente de serra é formada no coletor do transistor, cuja frequência é ajustada gradualmente pela chave SA2 e pelo resistor R13 de variação suave. Se o capacitor C5 estiver ligado, a frequência pode ser alterada de 600 a 6000 Hz, quando o capacitor C6 estiver ligado, ele pode ser ajustado de 60 a 600 Hz.

Mas a amplitude da tensão do dente de serra ainda não é suficiente para fornecê-la às placas defletoras. Portanto, ele entra pelo capacitor de desacoplamento C7 e pelo resistor limitador R14 para o estágio de amplificação, feito no transistor VT2. Através do resistor R15, a tensão é fornecida à base do transistor do divisor R16, R17, que junto com o resistor R18 determina o modo de operação do transistor.

A tensão dente de serra do resistor de carga R19 é fornecida para a chave SA3. À esquerda, de acordo com a posição do esquema do contato móvel do interruptor, a tensão é aplicada às placas horizontais. Na posição correta, um sinal externo pode ser aplicado às placas do soquete X5.

O sinal investigado com amplitude superior a 10 V é alimentado às placas verticais através do soquete X2, do resistor variável R20 e da chave SA1 (seu contato móvel deve estar na posição mostrada no diagrama). Parte do sinal é retirado do motor do resistor variável R2 e alimentado na base do transistor gerador - este é um circuito de sincronização que permite "parar" a imagem na tela do CRT.

Ao estudar sinais de amplitude muito menor, eles são alimentados do motor do resistor variável através da chave SA1 (seus contatos móveis agora devem estar na posição inferior de acordo com o diagrama) para a entrada de um amplificador feito nos transistores VT3, VT4. Para aumentar a resistência de entrada do primeiro estágio do amplificador, são introduzidos os resistores R21, R24. O estágio de saída do amplificador é feito da mesma forma que o estágio análogo do gerador de varredura. Do resistor de carga R31, o sinal amplificado é alimentado através do capacitor C10 para a chave SA1. O capacitor C15 impede a auto-excitação do amplificador.

Se o sinal for grande, ele é alimentado no soquete X4 e a extensão da imagem na tela é regulada por um resistor variável R25. Esta opção é usada, por exemplo, ao medir a resistência de resistores com um ohmímetro (mais sobre isso depois).

Fonte de alimentação (nó A2). Ele contém dois retificadores que fornecem uma tensão de 600 V para alimentar o CRT, uma tensão estabilizada de 240 V para alimentar os estágios nos transistores VT1, VT2, VT4, bem como uma tensão de 15 V para alimentar o estágio no transistor VT3 , geradores e estruturas externas testadas conectadas ao soquete X1 (e, claro, ao soquete X16 ou X17, XXNUMX).

O transformador de alimentação T1 contém quatro enrolamentos: rede I, elevador II, filamento III e abaixador IV. A tensão de 600 V é removida do retificador, feita de acordo com o esquema de duplicação nos diodos VD3, VD4 e nos capacitores de filtro C16, SP. Metade da tensão deste retificador é fornecida a um estabilizador paramétrico dos resistores R32, R33 e dos diodos zener VD1, VD2. Como resultado, é obtida uma tensão estabilizada de 240 V. Usando a ponte de diodo VD5 e o filtro C19R35C18, é obtida uma tensão de 15 V - somente no caso da posição dos contatos móveis da chave SA5 mostrada no diagrama . Se esses contatos forem colocados em uma posição diferente, a tensão alternada do enrolamento IV será aplicada ao ohmímetro. Nesta opção, o LED de sinalização HL1 apaga.

Voltímetro com sonda (nó A3). O voltímetro é feito de acordo com o esquema usual com um indicador de mostrador RA1 e resistores adicionais de subfaixas de medição. Para simplificar o processo de calibração do voltímetro, cada resistor adicional é composto por dois conectados em série - uma constante e um trimmer. A tensão medida é aplicada ao soquete X9 e um dos soquetes X6-X8, dependendo da subfaixa desejada.

Ao usar um voltímetro como sonda, as sondas são incluídas nos soquetes X9 e X10. O ponteiro do indicador é ajustado para a divisão final da escala - referência condicional zero - com um resistor variável R36. Como a faixa de resistência desse resistor é grande, a sonda pode funcionar com uma descarga significativa da bateria G1.

Ohmímetro (nó A4). É feito de acordo com o circuito de ponte clássico, quando o resistor sob teste (ou outra parte com resistência) é incluído no ombro da diagonal da ponte (soquetes X14, X15), a tensão é aplicada a uma diagonal (os terminais extremos do resistor variável R46) e do outro (o motor do resistor R46 e soquete X14 - fio comum) - removido. A ponte é balanceada com um resistor variável, e o valor da resistência é medido em sua escala. O indicador de equilíbrio é um osciloscópio, cujo soquete X4 está conectado ao soquete X12 de um ohmímetro. Quando a ponte estiver equilibrada, a imagem na tela se transformará em um ponto.

A faixa do ohmímetro é definida pela chave SA6, que inclui o resistor R44 (faixa 500 Ohm ... 400 kOhm) ou R45 (50 Ohm ... 40 kOhm) no braço da ponte.

Gerador AF (nó A5). Um transistor VT5 acabou sendo suficiente para construir este gerador, que produz oscilações senoidais de uma frequência fixa. A geração de oscilação ocorre devido ao feedback entre o coletor e a base do transistor através de uma cadeia de resistores R47 - R49 e capacitores C20, C21, C23.

Do resistor de carga do gerador R52, as oscilações senoidais são alimentadas através do capacitor C24 para o resistor variável R51 (controle de amplitude do sinal de saída) e de seu motor para o soquete X11. Uma sonda está incluída neste soquete, com a ajuda da qual um sinal é enviado à estrutura que está sendo testada. Obviamente, o fio comum do gerador (digamos, soquete X16) está conectado ao mesmo fio da estrutura. A energia é fornecida ao gerador pelo interruptor SA7.

Gerador de pulso (nó A6). É montado de acordo com o esquema de um multivibrador simétrico nos transistores VT6, VT7, portanto, pulsos com a mesma duração e pausa (o chamado "meandro") serão observados na saída do gerador (no resistor R56). Do controle deslizante do resistor variável, o sinal de saída ajustável é alimentado no soquete X13. Como no gerador anterior, uma sonda remota é conectada ao soquete. A energia é fornecida ao gerador de pulso retangular pela chave SA8.

Detalhes e construção. O transformador de rede é caseiro, feito em circuito magnético W 18x32. O enrolamento I contém 1670 voltas de fio PEV-1 0,25, II - 1890 voltas de PEV-1 0,15, III - 49 voltas de PEV-1 0.75. IV - 100 voltas de PEV-1 0.35.

Capacitores de óxido - K50-31 (C8. C14). K50-32 (C16, C17). K50-12 (C 18. C19). Capacitor C9 - papel para uma tensão de pelo menos 500 V. C20-C27 - qualquer um para uma tensão de pelo menos 15 V, o restante dos capacitores - filme, filme de metal ou papel para uma tensão superior a 200 V. Resistores variáveis R13, R46 - tipo SP-1, respectivamente, com potência de 2 e 1 W. as demais variáveis ​​e resistores sintonizados são SPO-0.5, os resistores fixos são MLT não inferiores à potência indicada no diagrama.

Em vez de MD217, é permitido usar MD218, KD105G. KD209V e outros diodos retificadores com uma tensão reversa de pelo menos 800 V, e KD906A substituirá qualquer ponte de diodo projetada para uma tensão reversa de mais de 50 V. Em vez de 2S920A, outros diodos zener conectados em série são adequados, a tensão de estabilização total dos quais é cerca de 240 V em uma corrente de estabilização máxima de 30...42 mA.

O transistor GT320B pode ser substituído por outro das séries GT308, GT313, GT320, GT321, o restante - com parâmetros semelhantes.

Interruptores - galetnye. controles deslizantes ou interruptores. Ponteiro indicador RA1 - M4248 ou outro de pequeno porte com corrente de deflexão total da flecha 100 μA. Fonte de alimentação G1 - bateria ou célula galvânica com tensão de 1,5 V.

A estrutura do laboratório de medição com dimensões 240x200x150 mm é feita de cantos de alumínio 15x15 mm. O painel frontal é articulado e pode ser girado 90° (Fig. 4).

Minilaboratório de medição

Neste painel, um CRT com moldura de proteção de luz, um indicador de seta, controles e tomadas são reforçados. Parte das partes do gerador de varredura é montada em uma placa (Fig. 5), o amplificador - na outra (Fig. 6), os geradores - na terceira (Fig. 7), a fonte de alimentação - na quarta (Fig. 8). Todas as placas são cortadas em textolite e prateleiras de metal ou guias de montagem são rebitadas nelas.

Minilaboratório de medição

Minilaboratório de medição

Os detalhes do voltímetro, sonda e ohmímetro são colocados em uma tira de material isolante presa com um canto de metal ao painel frontal por dentro do gabinete. Para instalar a bateria, é utilizado um suporte simples (Fig. 9), feito de uma tampa plástica de um frasco de remédio comum.

Minilaboratório de medição

O diâmetro da tampa deve ser ligeiramente maior que o diâmetro da bateria. Duas tiras de 35 ... 40 de comprimento e 4 ... 5 mm de largura são cortadas de estanho fino e soldadas a elas ao longo de um segmento de um fio de instalação trançado no isolamento. Em seguida, uma tira aquecida é perfurada pela tampa em sua parte inferior. Após o resfriamento, a tira é fixada com segurança na tampa. Em seguida, uma bateria é colocada na tira, uma tampa é perfurada sobre ela com uma segunda tira aquecida, ela é pressionada com força contra a bateria e mantida nesta posição até que a tira esfrie. O suporte é colado na placa.

Para colocar as peças do aparelho dentro de uma caixa relativamente pequena, são utilizados dois níveis - a base e a prateleira (Fig. 10). Um transformador de rede, uma placa geradora de pulsos e 3 horas, bem como uma placa de fonte de alimentação são colocados na base - eles são colocados em racks com cerca de 15 mm de altura da base.

Minilaboratório de medição

Duas pranchas de madeira com seção de 15x15 mm e comprimento de 140 mm são fixadas na parte inferior da base - elas substituem as pernas da caixa.

As placas do gerador de varredura e do amplificador são colocadas na prateleira.

Para facilitar o uso do osciloscópio, uma escala transparente com uma grade de escala é instalada na frente da tela do CRT. É feito de vidro orgânico com espessura de 1.5 ... 2 mm de acordo com as dimensões internas da moldura de forma que seja inserido na moldura com certa força. Com um objeto pontiagudo, por exemplo, uma agulha grossa, 10 marcas horizontais são aplicadas à escala a uma distância igual uma da outra. Para evitar a paralaxe, os mesmos riscos são aplicados no lado oposto. Pasta preta de uma caneta esferográfica é esfregada nos riscos.

E outro dispositivo caseiro - uma escala de ohmímetro (Fig. 11), feita de papel grosso. É pressionado com uma porca de resistor variável R46 no painel frontal. No momento da calibração do ohmímetro, a mesma escala de "draft" é definida, os valores de resistência dos resistores de "referência" são aplicados a ela e, a seguir, são transferidos para a escala principal.

Minilaboratório de medição

As conexões entre as placas e as peças são feitas com fio de instalação trançado isolado. Como é difícil comprar um soquete para um CRT, 11 contatos são feitos de folha de cobre. Um fio de montagem fino de comprimento apropriado é soldado a cada contato. Enquanto o contato é aquecido, um tubo de PVC de cerca de 25 mm de comprimento é puxado sobre ele. O contato deve ser colocado no pino com força.

Antes de prosseguir com o ajuste, você deve verificar cuidadosamente a instalação e a resistência de todas as conexões. Em seguida, sem incluir o dispositivo na rede, os limites de medição do voltímetro são definidos com os trimmers R41 - R43, fornecendo a tensão limite correspondente aos seus soquetes de entrada e controlando-o com um voltímetro "exemplar". No limite de "1000 V", basta aplicar, digamos, 200 V e, com o resistor R41, posicionar a agulha indicadora na divisão correspondente da escala. Depois de fechar os soquetes X9 e X10. defina com um resistor variável R36 a seta indicadora para a divisão final da escala.

Agora, com uma sonda, você pode verificar os circuitos de alta tensão e baixa tensão - se houver algum curto-circuito neles. Só depois disso é possível ligar o laboratório na rede e medir a tensão entre o terminal superior do capacitor C16 conforme o diagrama e o fio comum. Além disso, cuidados especiais e requisitos de segurança devem ser observados, pois a tensão atinge várias centenas de volts! Eles também verificam a tensão entre o ânodo do diodo zener VD1 e o fio comum e entre o terminal positivo do capacitor C18 e o fio comum. Se as tensões correspondem às indicadas no diagrama, eles começam a verificar e ajustar o osciloscópio.

A chave SA1 é colocada na posição "Amplificador", SA3 na posição "Expandido", o controle deslizante do resistor R13 é ajustado aproximadamente na posição intermediária e o resistor R20 é ajustado na posição inferior de acordo com o esquema. Quando você gira os controles deslizantes dos resistores R9 "Brilho" e R8 "Foco", uma linha de varredura deve aparecer na tela do CRT. Verifique a ação dos reguladores "Offset X" (R5) e "Offset Y" (R1) - ao girar os controles deslizantes, a linha deve se mover da esquerda para a direita e de cima para baixo. A linha de varredura deve ser preservada quando a chave SA1 estiver na posição "Placa".

Pode acontecer que em vez de uma linha na tela apareça um ponto. Em seguida, verifique novamente a instalação do gerador de varredura. Se nenhum problema for encontrado, verifique a cascata no transistor VT1. Para fazer isso, a saída do capacitor C7, deixada de acordo com o esquema, é desconectada do gerador e um condutor conectado ao soquete X5 é conectado, e a chave SA3 é colocada na posição "In. X". Obviamente, durante todas as soldas e conexões, o dispositivo é desligado da rede.

Movendo o motor do resistor R13 de uma posição extrema para outra, eles tentam obter uma linha de varredura na tela. Se, em qualquer posição do controle deslizante do resistor e da chave SA2, um ponto permanecer na tela ou uma linha de varredura (deve ter 5 ... 10 mm de comprimento) aparecer apenas na posição extrema direita do controle deslizante de acordo com o diagrama, substitua o transistor VT1.

Quando a cascata começar a funcionar, restaure a conexão do capacitor C7 e coloque a chave SA3 na posição "Desenvolvido". Na ausência de uma linha de varredura, a instalação e manutenção das partes da cascata no transistor VT2 são verificadas.

Verificar o amplificador de deflexão vertical é fácil com um gerador 3H (geralmente começa a funcionar imediatamente). O soquete X2 é conectado com um condutor curto ao soquete X11, a energia é fornecida ao gerador com a chave SA7, o controle deslizante do resistor R51 é movido para a posição superior de acordo com o diagrama, a chave SA1 é ajustada para a posição "Amplificador", o ganho é definido com o resistor R20 para que a imagem da "imagem" de linhas em movimento caótico ocupe toda a tela. Em seguida, os reguladores "Frequência suave" e "Sincronização" obtêm uma imagem fixa de várias oscilações senoidais em ambas as posições da chave SA2.

Na faixa de baixa frequência do gerador (o contato móvel da chave SA2 está na posição correta de acordo com o diagrama), senóides mais comprimidas podem ser observadas no lado esquerdo da imagem em comparação com o lado direito - o resultado de uma varredura não linear. Obviamente, você pode reduzir ligeiramente a não linearidade selecionando mais precisamente os resistores R14. R16 - R18, mas na maioria dos casos não é necessário.

A ação do regulador "Strength U2" é verificada da seguinte forma. Conecte os soquetes X4 e XI2 com um condutor curto, coloque a chave SA3 na posição "In X" e a chave SA5 na posição "Ohm". Uma linha vertical deve aparecer na tela, cujo comprimento pode ser alterado pelos resistores variáveis ​​​​R25 e R46. O ajuste e verificação do osciloscópio termina aqui.

Agora, usando um osciloscópio, você pode verificar a forma de onda do gerador 3H conectando os soquetes X4 e X11. Uma forma mais correta da senóide pode ser obtida selecionando o resistor R50.

Da mesma forma, a forma das oscilações retangulares do gerador de pulsos é verificada conectando os soquetes X4 e X13. Se desejar, a simetria do "meandro" pode ser refinada selecionando os resistores R53 - R55.

O estágio final no estabelecimento de um laboratório é a calibração de um ohmímetro. Conecte os soquetes X4 e XI2 com um condutor. switch SA1 está definido como "Amplificador", SA3 - "In. X". SA5 - "Ohm", SA6 - para baixo de acordo com o diagrama. Uma escala de "rascunho" é fixada no painel frontal, uma alça de "bico" com risco fino é colocada na haste saliente do resistor. Os plugues são inseridos nos soquetes X14, X15, conectados por fios de montagem com clipes de crocodilo. Os resistores são selecionados com uma resistência exata ou possivelmente próxima de 50,100,200, etc. até 40000 ohms. Ao conectar os "crocodilos" sucessivamente a cada resistor, eles alcançam o equilíbrio da ponte com o resistor R46 - ao longo do menor comprimento da linha vertical na tela do CRT. Na balança contra os riscos do “bico” observe o valor da resistência. Da mesma forma, o ohmímetro é calibrado na segunda subfaixa (SA6 - na posição superior de acordo com o diagrama), estocando resistores das resistências correspondentes, após o que a graduação é transferida para a escala "final".

E o último. Quando o osciloscópio está operando, o CRT aquece. Para que seu calor não afete o modo dos transistores dos nós próximos, é aconselhável colocar um cilindro de papelão no tubo.

Autor: A. Piltakyan, Moscou

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