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

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

Светофильтр в хамелеоне: что такое и какой лучше

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

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

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

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

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

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

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

Возможно, вас заинтересует,

Классификация автоматических сварочных светофильтров

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

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

Расшифровка классификации EN37

Оптический класс

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

Рассеивание света

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

Однородность или гомогенность

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

Угловая зависимость

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

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

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

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

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

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

Маска хамелеон как выбрать

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

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

  

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

  

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

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

Марки и производители

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

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

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

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

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

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

Технические характеристики масок хамелеон Ресанта

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

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

Эксплуатация сварочного хамелеона

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

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

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

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

Смотрим инструкцию:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 1.

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

Рисунок 2.


Рисунок 3.

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

Рисунок 4 УВЕЛИЧИТЬ .

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

Рисунок 5. УВЕЛИЧИТЬ

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

Рисунок 6 УВЕЛИЧИТЬ

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

Рисунок 7 УВЕЛИЧИТЬ

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

Технические характеристики усилетелей сведены в таблицу:

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

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

ПРОЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ ВЕСЬ МАТЕРИАЛ О СЕММЕТРИЧНОМ УСИЛИТЕЛЕСТРОЕНИИ

Учебный план курса

№ газеты	Учебный материал
17	Лекция № 1. Основные цели и задачи олимпиадного движения в контексте современного образования в России. История химического олимпиадного движения в России. Система химических олимпиад и творческих конкурсов в России. Роль химических олимпиад в образовании и науке. (Тюльков И.А., Архангельская О.В.)
18	Лекция № 2. Методика подготовки и проведения олимпиад различного уровня. Организация химических олимпиад: от простого к сложному. Подготовительная, основная и заключительная стадии организации олимпиад. Система действующих лиц олимпиады, их роль. (Тюльков И.А., Архангельская О.В.)
19	Лекция № 3. Концептуальная основа содержания олимпиадных задач. Примерная программа содержания различных этапов химических олимпиад: жесткие границы или ориентиры для подготовки? Классификация олимпиадных задач. Задачи химических олимпиад: от этапа к этапу, от тура к туру. (Тюльков И.А., Архангельская О.В.) Контрольная работа № 1 (срок выполнения – до 25 ноября 2008 г.)
20	Лекция № 4. Методика решения задач, включающих «цепочку» превращений. Классификация задач со схемами превращений. Тактика и стратегия решения олимпиадных задач с «цепочками».
21	Лекция № 5. Методика решения задач по физической химии (1). Задачи по термохимии. Задачи с использованием понятий «энтропия» и «энергия Гиббса». (Тюльков И.А., Архангельская О.В., Павлова М.В.)
22	Лекция № 6. Методика решения задач по физической химии (2). Задачи на химическое равновесие. Задачи по кинетике. (Тюльков И.А., Архангельская О.В., Павлова М.В.) Контрольная работа № 2 (срок выполнения – до 30 декабря 2008 г.)
23	Лекция № 7. Методические подходы к выполнению экспериментальных задач. Классификация задач экспериментального тура. Практические навыки, необходимые для успешного выполнения экспериментальных задач. (Тюльков И.А., Архангельская О.В., Павлова М.В.)
24	Лекция № 8. Методические принципы подготовки школьников к олимпиадам. Использование современных педагогических технологий при подготовке к олимпиадам различного уровня. Тактика и стратегия подготовки и участия в олимпиадах. Организационно-методическая работа учителя-наставника. Методические подходы к составлению олимпиадных задач. Олимпиады как средство повышения квалификации педагогов-наставников. Роль интернет-общения и средств массовой информации в обмене педагогическим опытом. (Тюльков И.А., Архангельская О.В., Павлова М.В.)
Итоговая работа. Краткий отчет о проведении итоговой работы, сопровождаемый справкой из учебного заведения, должен быть направлен в Педагогический университет не позднее 28 февраля 2009 г. (Подробнее об итоговой работе будет напечатано после лекции № 8.)

И.А.ТЮЛЬКОВ,
О.В.АРХАНГЕЛЬСКАЯ,
М.В. ПАВЛОВА

ЛЕКЦИЯ № 4
Методика решения задач,
включающих «цепочку» превращений

Классификация задач со схемами превращений

В заданиях Всероссийской олимпиады школьников по химии на любом этапе и для любой возрастной параллели участников всегда имеются задания со схемами последовательных превращений одних веществ в другие, которые характеризуют связь между основными классами органических и неорганических веществ. Многостадийную схему превращения одних веществ в другие в определенной последовательности часто называют «цепочкой». В «цепочке» часть или все вещества могут быть зашифрованы.

Для выполнения этих заданий необходимо знать основные классы неорганических и органических соединений, номенклатуру, лабораторные и промышленные способы их получения, химические свойства, в том числе продукты термического разложения веществ, механизмы реакций.

«Цепочки» – это оптимальный способ проверить большой объем знаний (практически по всем разделам общей, неорганической и органической химии) в одной задаче.

Схемы превращений веществ можно классифицировать следующим образом.

1) По объектам:

а) неорганические;

б) органические;

в) смешанные.

2) По типам или механизмам реакций (в основном это касается органической химии).

3) По форме «цепочки».

а) Даны все вещества без указаний условий протекания реакций.

б) Все или некоторые вещества зашифрованы буквами. Разные буквы соответствуют разным веществам, условия протекания реакций не указаны.

(В схемах стрелки могут быть направлены в любую сторону, иногда даже в обе стороны. Причем это не знак обратимости! Такие реакции, как правило, содержат разные реагенты.)

в) Вещества в схеме полностью или частично зашифрованы буквами и указаны условия протекания реакций или реагенты.

г) В схемах вместо веществ даны элементы, входящие в состав веществ, в соответствующих степенях окисления.

д) Схемы, в которых органические вещества зашифрованы в виде брутто-формул.

Схемы могут быть линейными, разветвленными, в виде квадрата или другого многоугольника (тетраэдра, куба и т.д.).

Тактика и стратегия решения олимпиадных задач с «цепочками»

В этой лекции мы будем придерживаться классификации заданий по форме представленных в «цепочке» последовательных превращений одних веществ в другие.

Для того чтобы правильно решить любую задачу на составление уравнений реакций согласно схеме, необходимо:

1) проставить цифры под или над стрелками – пронумеровать уравнения реакций, обратить внимание, в какую сторону направлены стрелки в цепочке превращений;

2) расшифровать представленные буквами, свойствами или брутто-формулами вещества (ответ должен быть мотивированным , т.е. необходимо не просто записать формулы расшифрованных соединений, а дать подробные объяснения расшифровки);

3) записать (под соответствующими номерами) все уравнения реакций;

4) внимательно проверить, правильно ли расставлены коэффициенты;

5) написать условия протекания реакций, если это необходимо.

Превратить одно вещество в другое можно различными путями. Например, получить CuO можно из Сu, Cu(OH) 2 , CuSO 4 , Cu(NO 3) 3 и т.д. Принимается любое правильное решение. Для некоторых задач приведены альтернативные решения.

Проиллюстрируем практически все типы «цепочек», которые даются на региональном (III) этапе. Уровень этих заданий близок к программе для поступающих в химические вузы. Поэтому это будут примеры не только из комплектов региональных этапов Всероссийской олимпиады, но и из вступительных экзаменационных билетов по химии в МГУ им. М.В.Ломоносова. Кроме того, используются задания из предшествующих этим экзаменам олимпиад последних лет (например, из конкурса «Покори Воробьевы горы» и олимпиады «Ломоносов»). При решении заданий, в которых имеются зашифрованные вещества, даются подробные объяснения расшифровки того или иного соединения.

Начнем с самых легких заданий.

Даны все вещества без указаний условий протекания реакций

Задача 1.

Fe 2 (SO 4) 3 -> FeI 2 -> Fe(OH) 2 -> Fe(OH) 3 -> Fe 2 O 3 -> Fe -> Fe 2 (SO 4) 3 .

Р е ш е н и е

Пронумеруем цепочку:

Для проведения первой реакции нужны одновременно и восстановитель, и соединение, способное вывести из сферы реакции сульфат ион. Например, йодид бария.

В третьей реакции нужен окислитель. Наиболее подходящим является пероксид водорода, т.е. получается только один продукт реакции. Напишем уравнения реакций.

1) Fe 2 (SO 4) 3 + 3BaI 2 = 2FeI 2 + I 2 + 3BaSO 4 ;

2) FeI 2 + 2NaOH = Fe(OH) 2 + 2NaI;

3) 2Fe(OH) 2 + H 2 O 2 = 2Fe(OH) 3 ;

4) 2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O;

5) Fe 2 O 3 + 2Al = 2Fe + Al 2 O 3 ;

6) 2Fe + 6H 2 SO 4 (50%-я) = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Задача 2. Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей схеме:

Р е ш е н и е

1) CH 3 COONa + HCl = CH 3 COOH + NaCl;

2) 5CH 3 CОCH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 = 5CH 3 CОOH +5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O;

3) 2CH 3 COOH + CaСO 3 = (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O + CO 2 ;

4) CH 3 COCH 3 + 8NaMnO 4 + 11NaOH = CH 3 COONa + 8Na 2 MnO 4 + Na 2 CO 3 +7H 2 O;

5) (CH 3 COO) 2 Ca + 2NaOH = 2CH 3 COONa + Ca(OH) 2

(CH 3 COO) 2 Ca + Na 2 СО 3 = 2CH 3 COONa + CaСO 3 ;

6) (СН 3 СOO) 2 Ca(тв.) = СН 3 СOСН 3 + CaCO 3 .

Задача 3.

Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей схеме:

Р е ш е н и е

1) 2СuCl + Cl 2 = 2CuCl 2 ;

2) CuCl(тв.) + 3HNO 3 (конц.) = Cu(NO 3) 2 + HCl + NO 2 + H 2 O;

3) Cu + 4HNO 3 (конц.) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O;

4) Cu + Cl 2 = CuCl 2 ;

5) 2Cl + 2NaOH + O 2 = 2CuO + H 2 O + 2NaCl + 4NH 3 ;

6) C 3 H 3 Cu (в реакции 6) может быть только солью пропина (С 3 Н 4), потому что алкины с концевой
C= CH-группой – это СН-кислоты, с которыми реагируют комплексы меди и серебра.

Cl + CH= C–CH 3 = CuC= C–CH 3 + NH 3 + NH 4 Cl;

7) 2C 3 H 3 Cu + 3H 2 SO 4 (конц.) = 2C 3 H 4 + 2CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

8) CuSO 4 CuO + SO 3

CuSO 4 CuO + SO 2 + 0,5O 2 ;

9) CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O;

10) CuCl + 2NH 3 (водн. р-р) = Cl;

11) C 3 H 3 Cu + 3HNO 3 (конц.) = Cu(NO 3) 2 + C 3 H 4 + NO 2 + H 2 O (в водном растворе);

12) Cu + 2H 2 SO 4 (конц.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

Все или некоторые вещества зашифрованы буквами.
Условия протекания реакций не указаны

Задача 4. Дана схема превращений:

Напишите уравнения реакций, обозначенных стрелочками. Назовите неизвестные вещества.

Р е ш е н и е

Определение неизвестных веществ. CuSO 4 можно получить растворением Cu, CuO или Cu 2 O в серной кислоте. Сu 2 O не подходит, т.к. это вещество уже имеется в цепочке. Таким образом, первые две реакции могут быть следующие:

1) 2Cu 2 O + O 2 = 4CuO (Х 1 = CuO);

2) СuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O.

1) Сu 2 O = Cu + СuO

или Сu 2 O + H 2 = Cu + H 2 O (Х 1 = Cu);

2) Cu + 2H 2 SO 4 (конц.) = СuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

Известно, что свежеприготовленный гидроксид меди(II) окисляет альдегиды. В результате реакции получается оранжевый осадок Cu 2 O. Следовательно, Х 2 – Сu(OH) 2 .

3) CuSO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + Cu(OH) 2 ;

4) 2Cu(OH) 2 + R–CHO = R–COOH + Cu 2 O + 2H 2 O

RCHO + NaOH + 2Cu(OH) 2 = RCOONa + 3H 2 O + Cu 2 O.

Ответ . X 1 – это или медь, или оксид меди(II); X 2 – это гидроксид меди(II) свежеприготовленный.

Задача 5 (химический факультет МГУ, 1998 г.). Напишите уравнения химических реакций, соответствующие следующей последовательности превращений:

Р е ш е н и е

Отправным (ключевым) звеном в данной схеме является вещество Е – альдегид. Рассмотрим реакции 4, 5 и 1. Известно, что качественной реакцией на альдегид является его взаимодействие со свежеприготовленным Cu(OH) 2 . В результате получается соответствующая альдегиду карбоновая кислота и Cu 2 O. Вероятно, что вещество F – Cu 2 O, т.к. из вещества F следует получить вещество В. Поскольку вещество В получается и при термическом разложении Cu(OH) 2 , ясно, что В – CuO. Отсюда следует, что вещество С – Н 2 О. D – спирт, который восстанавливается с помощью CuO в альдегид. И, наконец, реакция 2: спирт (D) получается гидратацией алкена (в схеме спирт получается из воды!), значит, он должен содержать в цепи не менее двух атомов углерода.

A – Cu(OH) 2 ; B – CuO;

C – H 2 О; D – RCH 2 CH 2 OH;

E – RCH 2 CHO; F – Cu 2 O.

Уравнения реакций:

1) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O;

2) H 2 O + R–CH=CH 2 = R–CH 2 –CH 2 OH;

3) R–CH 2 –CH 2 OH + CuO = R–CH 2 –CH=О + Cu + H 2 O;

4) R–CH 2 –CH=O + 2Cu(OH) 2 = R–CH 2 –CООH + Cu 2 О + 2H 2 O

RCHO + NaOH + 2Cu(OH) 2 = RCOONa + 3H 2 O + Cu 2 O;

5) 2Cu 2 O + O 2 4CuO

Cu 2 O = Cu + CuO.

Задача 6 (для самостоятельного решения) .

Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей схеме последовательных превращений:

Назовите вещества X 1 и X 2 .

Вещества в схеме полностью или частично зашифрованы буквами
и указаны условия протекания или реагенты

Задача 7. Напишите уравнения химических реакций, соответствующие последовательности превращений:

Определите неизвестные вещества.

Р е ш е н и е

При взаимодействии железа с соляной кислотой получается хлорид железа(II). (Это объясняется тем, что водород в момент выделения не дает окислиться железу до степени окисления +3.) Во 2-й реакции окисляется до , а серная кислота может восстанавливаться до серы или SO 2 . Получившийся раствор солей железа(III) имеет кислую среду, т.к. это соли, образованные слабым основанием и сильными кислотами. При добавлении соды – соли сильного основания и слабой кислоты – происходит совместный гидролиз, который протекает до конца, т.е. образуется осадок (Fe(OH) 3) и газ (CO 2). Гидролиз каждой соли усиливает гидролиз другой.

Х 1 – FeCl 2 ; Х 2 – Fe 2 (SO 4) 3 и FeCl 3 (смесь);

Х 3 – Fe(OH) 3 (или CO 2 , или NaCl и Na 2 SO 4).

Уравнения реакций:

1) Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 ;

2) 6FeCl 2 + 4H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 4FeCl 3 + S + 4H 2 O

6FeCl 2 + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 4FeCl 3 + 3SO 2 + 6H 2 O;

3) 4FeCl 3 + Fe 2 (SO 4) 3 + 9Na 2 CO 3 + 9H 2 O = 6Fe(OH) 3 + 9CO 2 + 12NaCl + 3Na 2 SO 4 .

Задача 8. Напишите уравнения химических реакций, соответствующие следующей цепочке превращений:

Р е ш е н и е

Пронумеруем уравнения реакций в «цепочке»:

Реакция 1 является тримеризацией ацетилена (типичный способ получения бензола). Далее (реакция 2) идет алкилирование бензола по Фриделю–Крафтсу в присутствии кислоты Льюиса AlBr 3 . Бромирование на свету (реакция 3) протекает в боковой цепи. Спиртовой раствор щелочи в реакции 4 является реактивом для получения алкина из дигалогенпроизводного алкана. Далее идет реакция обмена (реакция 5): водород при тройной связи в алкине и ион серебра в аммиачном растворе оксида серебра. И, наконец (реакция 6) – образующийся фенилацетиленид серебра вступает в обменную реакцию с метилйодидом, в результате которой удлиняется углеродная цепь.

Уравнения реакций:

1) 3C 2 H 2 = C 6 H 6 ;

2) C 6 H 6 + C 2 H 5 Br = C 6 H 5 –C 2 H 5 + HBr;

3) C 6 H 5 –C 2 H 5 + 2Br 2 = C 6 H 5 –CBr 2 –CH 3 + 2HBr;

4) C 6 H 5 –CBr 2 –CH 3 + 2KOH = C 6 H 5 –C= СН + 2KBr + H 2 O;

5) C 6 H 5 –CСН +OH = AgC= C–C 6 H 5 + 2NH 3 + H 2 O;

6) AgC= C–C 6 H 5 + CH 3 I = AgI + CH 3 –C= C–C 6 H 5 .

Итак, зашифрованные вещества:

В схемах вместо веществ даны элементы,
входящие в состав веществ в соответствующих степенях окисления

Задача 9. Напишите уравнения реакций, иллюстрирующие схему превращений:

Р е ш е н и е

Пронумеруем уравнения реакций в цепочке:

В реакции 1 идет окисление соединения Fe(II) до соединения Fe(III) (это могут быть соли, гидроксиды, оксиды и т.д.). В качестве окислителя можно взять дихроматы или хроматы, перманганаты, галогены и т.д.

В реакции 4 железо из степени окисления +3 восстанавливается до простого вещества. Обычно металлическое железо получают восстановлением его оксидов (например, хромом или алюминием при высоких температурах – металлотермия).

Оксид железа(III) можно получить в результате термического разложения его солей или гидроксида (реакция 3). Реакция 2 скорее всего обменная. Реакция 5 – взаимодействие металлического железа с кислотой-неокислителем (HCl, HBr, CH 3 COOH и т.д.).

Рассмотрим три из всех возможных вариантов решения этой задачи.

Первый вариант :

1) 2Fe 2+ + Cl 2 = 2Fe 3+ + 2Cl – ;

2) Fe 3+ + 3OH – = Fe(OH) 3 ;

3) 2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O (прокаливание);

5) Fe + 2H + = Fe 2+ + H 2 .

Второй вариант:

1) 2Fe(OH) 2 + H 2 O 2 = 2Fe(OH) 3 ;

2) Fe(OH) 3 + 3HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O;

3) 4Fe(NO 3) 3 = 2Fe 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2 (прокаливание);

4) Fe 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Fe;

5) Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 .

Третий вариант:

1) 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 ;

2) Fe 2 O 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O;

3) 2Fe 2 (SO 4) 3 = 2Fe 2 O 3 + 6SO 2 + 3O 2 (прокаливание);

4) Fe 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Fe;

5) Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 .

Схемы, в которых органические вещества
зашифрованы в виде брутто-формул

Задача 10. Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей схеме превращений:

В уравнениях укажите структурные формулы веществ и условия реакций.

Р е ш е н и е

Ключевым звеном в цепочке является вещество с формулой С 3 Н 4 О 2 . По реакции 1 вещество восстанавливается (в брутто-формуле появляются дополнительные четыре атома водорода), а по реакции 3 – окисляется (в формуле появляются дополнительные два атома кислорода). Наиболее вероятно, что С 3 Н 4 О 2 – пропандиаль (CHO–CH 2 –CHO), тогда С 3 Н 4 О 4 – пропандиоловая кислота (COOH–CH 2 –COOH), а С 3 Н 8 О 2 – пропандиол-1,3 (CH 2 OH–CH 2 –CH 2 OH). Рассуждая аналогично (просчитывая изменения в числе атомов в молекуле), делаем вывод о том, что по реакции 4 получается двойной этиловый эфир пропандиоловой кислоты (C 2 H 5 OОС–CH 2 –COOC 2 H 5). Реакция 5 – щелочной гидролиз эфира, в результате которого получается C 3 H 2 O 4 Na 2 – соль (NaOOC–CH 2 –COONa), а по реакции 6 с помощью галогенметана получается двойной метиловый эфир пропандиоловой кислоты (CH 3 OOC–CH 2 –COOCH 3).

Реакция 2 – взаимодействие пропандиола-1,3 с метаналем с образованием диоксана-1,3

Уравнения реакций:

Задача 11.

Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей схеме превращений:

В уравнениях укажите структурные формулы веществ и условия протекания реакций.

(Знак S N обозначает, что реакция протекает по механизму нуклеофильного замещения.)

Р е ш е н и е

Пронумеруем уравнения реакций в цепочке:

В молекуле вещества C 8 H 9 Cl, полученного через одну стадию из бензола, содержится, по-видимому, радикал фенил – это следует из соотношения углерода и водорода в соединении (С 6 Н 5 С 2 H 4 Cl). Тогда Х может быть веществом C 6 H 5 –СH 2 –CH 3 , которое превращается в С 6 Н 5 –С 2 H 4 Cl при действии на него хлора на свету; или Х может быть веществом C 6 H 5 –СH=CH 2 , которое дает С 6 Н 5 С 2 H 4 Cl при действии на него HCl. И в том, и в другом случае хлор идет ко вторичному атому углерода С 6 Н 5 СHCl–СН 3 .

Вещество Y получается по реакции нуклеофильного замещения хлора скорее всего на ОН – группу (реакция 3). Тогда реакция 4 будет реакцией дегидратации. С 8 Н 8 в контексте этой задачи, вероятно, С 6 Н 5 –СH=СН 2 . В этом случае реакция 5 – окисление по двойной связи перманганатом в нейтральной среде – приводит к образованию диола с брутто-формулой С 8 H 10 O 2 . И, наконец, появление в завершающей «цепочку» формуле (по сравнению с веществом Z) еще четырех атомов углерода, четырех атомов водорода и двух атомов кислорода означает реакцию этерификации диола и уксусной кислоты.

Уравнения реакций:

1) C 6 H 6 + CH 2 =CH 2 C 6 H 5 –C 2 H 5 ;

2) C 6 H 5 –C 2 H 5 + Cl 2 C 6 H 5 –CHCl–CH 3 + HCl;

3) C 6 H 5 –CHCl–CH 3 + NaOH + H 2 O = C 6 H 5 CH(OH)–CH 3 + NaCl;

4) C 6 H 5 –CH(OH)–CH 3 C 6 H 5 CH=CH 2 + H 2 O;

5) 3C 6 H 5 CH=CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O = 3C 6 H 5 CH(OH)–CH 2 (OH) + 2MnO 2 + 2KOH;

6) C 6 H 5 CH(OH)–CH 2 (OH) + 2CH 3 COOH =

В заключение приведем примеры заданий, которые были представлены на федеральных окружных * и заключительных этапах Всероссийской олимпиады школьников по химии. На этих этапах цепочки превращений становятся более сложными. Кроме непосредственно цепочки, даются дополнительные сведения о свойствах зашифрованных веществ. Для дешифровки веществ часто необходимо проводить расчеты. В конце текста задания обычно предлагается ответить на несколько вопросов, связанных со свойствами веществ из «цепочки».

Задача 1 (федеральный окружной этап 2008 г., 9-й класс).

«А , Б и В – простые вещества. А быстро реагирует с Б при нагревании до 250 °C, образуя темно-красные кристаллы соединения Г . Реакция Б с В после предварительной инициации протекает очень бурно, приводя к образованию бесцветного вещества Д , газообразного при нормальных условиях. Г , в свою очередь, способно реагировать с В при температуре 300–350 °С, при этом красные кристаллы превращаются в белый порошок Е и образуется соединение Д . Вещество А вступает в реакцию с Д только при температуре около 800 °C, при этом образуются Е и В . Вещество Г легко может быть сублимировано при пониженном давлении и температуре ниже 300 °C, но при нагревании выше 500 °C его пары разлагаются с образованием вещества Б и опять же соединения Е .

1. Определите вещества А –Е .

2. Напишите уравнения всех упомянутых реакций в соответствии с приведенной схемой.

3. Как будут взаимодействовать вещества Г и Е с водными растворами сульфида и йодида натрия, с избытком концентрированного раствора цианида калия? Напишите уравнения реакций.

4. Напишите уравнения реакций, происходящих при взаимодействии веществ Г , Д и Е с концентрированной азотной кислотой».

Р е ш е н и е

1. Обратим внимание на проценты: соединение Д , состоящее из двух элементов Б и В , газообразное и содержит всего 2,74 % В . Такой малый процент свидетельствует о том, что или атомная масса элемента В очень мала, или в формуле Д большой индекс у элемента Б . Учитывая, что Д при н.у. является газом, наиболее вероятно, что В – это водород. Проверим нашу гипотезу. Если состав Д выразить формулой Н х Э у , то

2,74: (97,26/М Э) = х : у .

Заметим, что соединения, где у не равен 1, не получить прямым взаимодействием элемента с водородом в ходе «бурной реакции после предварительной инициации». Перегруппировав уравнение, получаем М Э = 35,5х , которое имеет единственное разумное решение при х = 1. Таким образом, В – водород, Б – хлор.

Определим вещество Е , в состав которого входит 55,94% хлора. Оно образуется в ходе реакции простого вещества А с хлороводородом, и при этом выделяется водород, что позволяет предположить: Е – хлорид элемента, образующего простое вещество А . Для соединения ЭCl x :

(55,94/35,45) : (44,06/М Э) = х .

Отсюда М Э = 27,92х . При х = 1 и 3 получаются соответственно кремний (28) и криптон (84), но это противоречит их валентным возможностям и условию задачи, а вот при х = 2 получается железо (56), которое в реакции с хлороводородом действительно образует FeCl 2 . В ходе прямой реакции железа с хлором образуется другой хлорид – FeCl 3 .

Итак, зашифрованные вещества:

А – Fe; Б – Cl 2 ; В – H 2 ;

Г – FeCl 3 ; Д – HCl; Е – FeCl 2 .

2. Уравнения реакций в цепочке:

3. 2FeCl 3 + 3Na 2 S = 2FeS + S + 6NaCl;

FeCl 2 + Na 2 S = FeS + 2NaCl;

2FeCl 3 + 2NaI = 2FeCl 2 + I 2 + 2NaCl

(возможны реакции:

2FeCl 3 + 6NaI = 2FeI 2 + I 2 + 6NaCl

6FeCl 3 + 18NaI = 2Fe 3 I 8 + I 2 + 18NaCl);

FeCl 3 + 6KCN = K 3 + 3KCl;

FeCl 2 + 6KCN = K 4 + 2KCl.

4. FeCl 3 + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NOCl + Cl 2 + 2H 2 O;

3HCl + HNO 3 = NOCl + Cl 2 + 2H 2 O;

2FeCl 2 + 8HNO 3 = 2Fe(NO 3) 3 + 2NOCl + Cl 2 + 4H 2 O.

Задача 2 (федеральный окружной этап 2007 г., 10-й класс).

«Под А –Е (кроме В ) зашифрованы вещества, содержащие переходные металлы.

Количественный состав веществ А и С :

А: (Cu)=49,3%, (O)=33,1%, (S)=16,6%.

C: (Co)=50,9%, (O)=34,5%, (S)=13,8%.

1. Определите вещества A –E и напишите уравнения реакций.

2. В каком случае в приведенной схеме вещество В получается аморфным и в каком кристаллическим? Предложите по одному альтернативному методу синтеза кристаллического и аморфного вещества В .

3. Какое тривиальное название имеет вещество D ?»

Р е ш е н и е

1. Сложив все приведенные массовые доли (как для вещества А , так и для вещества С ), мы не получим 100%. Значит, в этих веществах содержится как минимум еще по одному элементу!

Вещество А:

Учитывая малую массовую долю неизвестного элемента, можно предположить, что это водород. Тогда брутто-формула соединения А : Cu 3 S 2 O 8 H 4 , или Cu 2 SO 3 CuSO 3 2H 2 O.

Вещество С :

Аналогично предыдущему случаю можно предположить, что и здесь неизвестный элемент – водород. Тогда формула вещества С будет Co 2 (OH) 2 SO 3 .

Вещество В – это Al(OH) 3 . При взаимодействии сульфата алюминия с сульфитом натрия образуется аморфный гидроксид алюминия. Во втором же случае, при взаимодействии хлорида триэтиламмония с Na образуется кристаллический гидроксид алюминия.

При взаимодействии В и С при нагревании образуется алюминат кобальта – Co(AlO 2) 2 .

В щелочной среде восстановление перманганат-иона идет либо до степени окисления +6, либо до +5, соответственно Е – K 2 MnO 4 или K 3 MnO 4 .

А – Cu 2 SO 3 CuSO 3 2H 2 O; B – Al(OH) 3 ; C – Co 2 (OH) 2 SO 3 ; D – CoAl 2 O 4 ; E – K 2 MnO 4 или K 3 MnO 4 .

Уравнения реакций в «цепочке»:

1) 3CuSO 4 + 3Na 2 SO 3 = Cu 2 SO 3 CuSO 3 2H 2 O + 3Na 2 SO 4 + SO 2 ;

2) 3Na 2 SO 3 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 + 3SO 2

(наряду с гидроксидом алюминия в данной фазе будут присутствовать основные сульфаты различного состава, но традиционно считается, что образуется аморфный гидроксид алюминия);

3) Na + Cl = Al(OH) 3 + NaCl + NEt 3 + H 2 O;

4) 2CoSO 4 + 2Na 2 SO 3 + H 2 O = Co 2 (OH) 2 SO 3 + SO 2 + 2Na 2 SO 4 ;

5) Co 2 (OH) 2 SO 3 + 4Al(OH) 3 2CoAl 2 O 4 + SO 2 + 7H 2 O;

6) 2KMnO 4 + Na 2 SO 3 + 2KOH = 2K 2 MnO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O

KMnO 4 + Na 2 SO 3 + 2KOH = K 3 MnO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O.

2. Растворы солей алюминия имеют кислую среду:

3+ H + + 2+ 2H + + + .

При добавлении щелочи (или водного раствора аммиака), карбонатов или гидрокарбонатов повышение рН раствора приводит к смещению равновесия вправо и полимеризации аквагидроксокомплексов через мостиковые гидроксо- и оксо-группы в многоядерные комплексы. В результате образуется продукт состава Al 2 O 3 x H 2 O (х > 3) (аморфный осадок, не имеющий постоянного состава).

Метод получения аморфного гидроксида алюминия:

Al 2 (SO 4) 3 + 6KOH = 2Al(OH) 3 + 3K 2 SO 4

Al 2 (SO 4) 3 + 6KHCO 3 = 2Al(OH) 3 + 3K 2 SO 4 + 6CO 2 .

Метод получения кристаллического гидроксида алюминия заключается в медленном пропускании CO 2 через раствор тетрагидроксоалюмината натрия:

Na + CO 2 = NaHCO 3 + Al(OH) 3 .

Во втором случае получается продукт определенного состава – Al(OH) 3 .

3. Алюминат кобальта имеет тривиальное название «тенарова синь».

Задача 3 (заключительный этап 2008 г., 10-й класс).

«На приведенной ниже схеме представлены превращения соединений A –К , содержащих в своем составе один и тот же элемент Х .

Дополнительно известно:

Элемент Х встречается в природе в виде минерала A (содержание по массе: Na – 12,06 % ,
X – 11,34 %, H – 5,29 %, остальное – кислород);

Б – бинарное соединение, содержащее 15,94 % (по массе) Х;

В – бесцветный газ с плотностью по воздуху около 1;

Соединение Д используется в медицине в виде спиртового раствора;

d -модификация З схожа с графитом по физическим свойствам;

Вещество И находит широкое применение в органическом синтезе в качестве восстановителя;

Молекула К (почти плоская) имеет ось симметрии третьего порядка (при полном повороте вокруг этой оси симметрии молекула К воспроизводит свое положение в пространстве три раза); в спектре ЯМР 1 Н соединения К наблюдаются два сигнала.

1. Определите элемент Х . Ответ подтвердите расчетом.

2. Приведите формулы соединений A –И . Назовите минерал А .

3. Изобразите структурную формулу К и назовите это соединение.

4. Напишите уравнения всех представленных на схеме реакций.

5. Напишите уравнение реакции Х (аморф.) со смесью концентрированных азотной и плавиковой кислот.

6. Чем объясняется сходство физических свойств -модификации З с графитом?»

Р е ш е н и е

1. Бинарное вещество Б образуется при взаимодействии минерала А с фторидом кальция в присутствии концентрированной серной кислоты. Можно предположить, что Б помимо элемента Х содержит фтор. Учитывая, что валентность фтора в соединениях равна 1, Б можно записать в виде ХF n . Определим элемент Х:

где М r (Х) – относительная атомная масса элемента Х, n – валентность Х в соединении Б . Из этого уравнения находим

М r (Х) = 3,603n .

Перебираем значения n от 1 до 8. Единственный разумный вариант получаем при n = 3: М r (Х) = 10,81, т.е. элемент Х – бор, (а вещество Б – трифторид бора BF 3).

2. Найдем состав вещества А .

т.е. Na 2 B 4 H 20 O 17 , или Na 2 B 4 O 7 10H 2 O, – минерал «бура» (вещество А ).

При восстановлении трифторида бора гидридом натрия образуется бесцветный газ В , вероятнее всего, представляющий водородное соединение бора. Поскольку плотность В по воздуху около 1, молекулярная масса В близка к 29, следовательно, вещество В – диборан B 2 H 6 (M r = 28).

Дальнейшее взаимодействие диборана с избытком NaH в эфире приводит к образованию комплексного гидрида, широко используемого в органическом синтезе в качестве восстановителя, – тетрагидридобората натрия Na (вещество И ).

При сжигании диборана образуется оксид бора, Г – В 2 О 3 , восстановление которого металлическим алюминием приводит к образованию аморфного бора. Оксид бора реагирует с водой, в результате образуется ортоборная кислота Н 3 ВО 3 (вещество Д , в виде спиртового раствора применяется в медицине под названием «борный спирт»). Борная кислота вступает в реакцию с концентрированной плавиковой кислотой, давая комплексную кислоту, которая после обработки раствором гидроксида натрия превращается в тетрафтороборат натрия Na (соединение Е ).

Рассмотрим взаимодействие трифторида бора с газообразным аммиаком. BF 3 – типичная кислота Льюиса (акцептор электронной пары); в молекуле аммиака имеется неподеленная пара электронов, т.е. NH 3 может выступать в качестве основания Льюиса. При реакции трифторида бора с аммиаком образуется аддукт состава BF 3 NH 3 (соединение Ж ) (ковалентная связь между атомами бора и азота образуется по донорно-акцепторному механизму). Нагревание этого аддукта выше 125 °С приводит к образованию нитрида бора BN (соединение З ).

3. При реакции диборана с газообразным аммиаком при нагревании образуется продукт К , содержащий водород, бор и, вероятно, азот. Молекула К имеет плоское строение, ее высокая симметрия указывает на возможный углеродный аналог этого соединения – бензол. Однако, чтобы в молекуле К было два типа атомов водорода и имелась ось симметрии третьего порядка, необходимо в «бензольном» кольце вместо атомов углерода поочередно разместить атомы азота и бора (рис.). Соединение К называется «неорганическим бензолом» (боразол).

4. Уравнения описанных в задаче реакций:

1) Na 2 B 4 O 7 10Н 2 О + 6CaF 2 + 8H 2 SO 4 (конц.) = 4BF 3 + 2NaHSO 4 + 6CaSO 4 + 17H 2 O;

2) 2BF 3 + 6NaH = B 2 H 6 + 6NaF;

3) B 2 H 6 + 3O 2 = B 2 O 3 + 3H 2 O;

4) B 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2B;

5) B 2 H 6 + 2NaH 2Na;

6) B 2 O 3 + 3H 2 O = 2H 3 BO 3 ;

7) H 3 BO 3 + 4HF (конц.) = Н + 3H 2 O,

Н + NaOH = Na + H 2 O;

8) BF 3 + NH 3 = BF 3 NH 3 ;

9) 4BF 3 NH 3 BN + 3NH 4 BF 4 ;

10) 3B 2 H 6 + 6NH 3 2B 3 N 3 H 6 + 12H 2 .

5. B (аморф.) + 3HNO 3 (конц.) + 4HF (конц.) = Н + 3NO 2 + 3H 2 O.

6. Заметим, что частица BN изоэлектронна частице C 2 , сумма ковалентных радиусов атомов бора и азота примерно равна сумме двух ковалентных радиусов атома углерода. Кроме того, бор с азотом имеют возможность образовывать четыре ковалентные связи (три по обменному механизму и одну – по донорно-акцепторному). Соответственно, BN тоже образует две структурные модификации – графитоподобную (-модификация) и алмазоподобную (-модификация). Именно поэтому -BN по физическим свойствам очень похож на графит (тугоплавкость, смазочные свойства).

Л и т е р а т у р а

Задачи Всероссийских олимпиад по химии. Под ред. акад. РАН, проф. В.В.Лунина. М.: Экзамен, 2004, 480 с.; Химия: формулы успеха на вступительных экзаменах. Учебное пособие. Под ред. Н.Е.Кузьменко, В.И.Теренина. М.: Изд-во МГУ, Наука, 2006, 377 с.; Химия-2006: Вступительные экзамены в МГУ. Под ред. проф. Н.Е.Кузьменко и проф. В.И.Теренина. М.: Изд-во МГУ, 2006, 84 с.; Вступительные экзамены и олимпиады по химии в Московском университете: 2007. Под ред. проф. Н.Е.Кузьменко и проф. В.И.Теренина. М.: Изд-во МГУ, 2008, 106 с.; Задачи Всероссийской олимпиады по химии федерального окружного и заключительного этапов 2003–2008 гг. Интернет. http://chem.rusolymp.ru ; www.chem.msu.ru .

* До 2008 г. включительно ВОШ(х) проходила в пять этапов: школьный, муниципальный, региональный, федеральный окружной и заключительный. – Прим. авторов.

АМПовичок
ВЗРОСЛЫЙ

ДРУГИЕ УСИЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

ХАМЕЛЕОН

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

Рисунок 45

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

Рисунок 46

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

Рисунок 47 (УВЕЛИЧИТЬ)

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

Рисунок 49

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

Охлаждение дифкаскада усилителя Хамелеон предыдущей версии

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

УСИЛИТЕЛЬ ВП или ШТОРМ или?

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

Рисунок 60

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

Рисунок 61(УВЕЛИЧИТЬ)

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

Рисунок 62 (УВЕЛИЧИТЬ)

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

Рисунок 63

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

Рисунок 64 (УВЕЛИЧИТЬ)

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

УСИЛИТЕЛЬ ХОЛТОНА

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

Рисунок 65 (УВЕЛИЧИТЬ)

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

Рисунок 66

Рисунок 67

ПОЧТИ NATALY

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

Рисунок 68 (УВЕЛИЧИТЬ)

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

Рисунок 69 (УВЕЛИЧИТЬ)

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

Рисунок 69-1

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

Рисунок 69-2

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

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

Рисунок 69-4 THD схемы рисунка 69-3

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

Рисунок 69-6 THD схемы рисунка 69-5

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

Рисунок 70 (УВЕЛИЧИТЬ)

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

Рисунок 71 (УВЕЛИЧИТЬ)

ТРАНЗИСТОРЫ

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

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

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

Рисунок 73

Рисунок 74

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

Рисунок 75

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

Рисунок 76

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

Рисунок 77

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

Рисунок 78

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

Рисунок 79

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

ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ

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

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