Зварювальні маски типу хамелеон названі так тому, що світловий фільтр автоматично змінює міру затемнення залежно від інтенсивності світлового потоку. Це набагато зручніше, ніж звичайний щиток чи маска старого типу зі змінним фільтром. Надівши хамелеон, ви добре все бачите і до початку зварювання: фільтр майже прозорий і не заважає вам працювати. При розпалюванні дуги за лічені частки секунди він затемняється, захищаючи очі від опіку. Після того, як дуга згасне, він знову стає прозорим. Ви можете проводити всі необхідні маніпуляції, не знімаючи маску, що набагато зручніше, ніж піднімати та опускати захисний екран і вже в рази краще, ніж тримати в руці щиток. Але великий вибір різних за ціною екземплярів може поставити в глухий кут: у чому різниця, і яка з них краща? Як вибрати маску хамелеон розкажемо нижче.
Маски для зварювання хамелеон представлені у великій різноманітності. Вибір – зовсім непросте завдання. Причому важливий не так зовнішній вигляд, як якісні показники
Світлофільтр у хамелеоні: що таке і який краще
Те невелике скло, яке встановлено на зварювальній масці, є справжнім дивом науки і техніки. У ньому зібрано останні досягнення в оптиці, мікроелектроніці, в області рідких кристалів та сонячній енергетиці. Ось таке "скло". Насправді це цілий багатошаровий пиріг, який складається з наступних елементів:
Основна та головна перевага зварювальної маски-хамелеону в тому, що навіть якщо вона не встигла спрацювати, ультрафіолет та інфрачервоне випромінювання вона не пропустить (якщо маска була опущена). І ступінь захисту від цих шкідливих впливів не залежить від налаштувань. У будь-якому випадку і за будь-яких налаштувань від цих типів шкідливого впливу ви огороджені.
Але це тільки в тому випадку, якщо в «пирозі» присутні відповідні фільтри і мають належну якість. Так як перевірити це без спеціальних пристроїв неможливо, доводиться орієнтуватися на сертифікати. А вони у масок мають бути обов'язково. Причому на території Росії їх видавати можуть лише два центри: ВНДІС та ФДБУ при ВНДІ охорони та економіки праці. Щоб бути точно впевненими в тому, що сертифікат справжній, його номер можна на офіційному сайті федеральної служби Росаккредитації ось за цим посиланням.
Це форма на сайті Росакредитації для перевірки сертифіката. Заповнити можна тільки номер, всі інші поля залишивши порожніми (Щоб збільшити розмір картинки, клацніть по ній правою клавішею мишки)
У відповідне поле вводиться номер сертифіката та отримуєте дату дії, інформацію про заявника, виробника. Невелика примітка: абревіатура СІЗОД розшифровується як засіб індивідуального захисту оптичної дії. Так називається маска зварювальника бюрократичною мовою.
Якщо такий сертифікат є, з'явиться повідомлення. Натиснувши на посилання, побачите текст сертифіката (Щоб збільшити розмір картинки клацніть по ній правою клавішею мишки)
Найголовніше, що ви переконуєтеся, що даний продукт (порівняйте, до речі, і назву та модель) є безпечним для вашого здоров'я.
Можливо, вас зацікавить,
Класифікація автоматичних зварювальних світлофільтрів
Так як світлофільтр і його якість - ключовий елемент у цьому виробі, то і вибір маски хамелеону потрібно починати з нього. Усі його показники класифікуються за стандартом EN379 і мають відображатися на поверхні через дріб.
Тепер докладніше, що ховається за цими цифрами та якими вони мають бути. У кожній із позицій може стояти цифра від 1, 2, 3. Відповідно, «1» — найкращий варіант — перший клас, «3» — найгірший — третій клас. тепер про те, в якій позиції відображається якась характеристика і що вона означає.
Розшифровка класифікації EN37
Оптичний клас
Він відображає, наскільки чітко і без спотворень буде видно картинку через світлофільтр. Залежить від якості використовуваного захисного скла (плівки) та якості складання. Якщо першому місці стоїть «1», спотворення будуть мінімальними. Якщо значення більше, все бачитимете, як через криве скло.
Розсіювання світла
Залежить від чистоти та якості оптичних кристалів, що використовуються. Показує, ступінь «каламутності» картинки, що передається. Порівняти можна з мокрим автомобільним склом: доки зустрічок немає, краплі майже не заважають. Щойно з'являється джерело світла, все розпливається. Ось щоб не було цього ефекту, необхідно, щоб на другій позиції була «1».
Однорідність чи гомогенність
Показує, наскільки рівномірно затінюється фільтр у різних частинах. Якщо третьої позиції стоїть одиниця, різниця може бути трохи більше 0,1DIN, 2 — 0,2 DIN, 3 — 0,3DIN. Зрозуміло, що комфортніше буде за рівномірного затемнення.
Кутова залежність
Відображає залежність затемнення від кута перегляду. Тут теж найкраще значення "1" - перший клас змінює затемнення не більше ніж на 1 DIN, другий - на 2 DIN і третій - на 3DIN.
Так виглядає «жива» різниця між якісною маскою і з не дуже хорошим світлофільтром
З усього цього відомо, що чим більше в характеристиці світлофільтра одиниць, тим зручніше вам буде працювати в масці. Ось на це і потрібно орієнтуватись при виборі маски зварювальника хамелеон. Фахівці віддають перевагу як мінімум таким параметрам 1/1/1/2. Коштують такі маски дорого, але навіть при тривалій роботі у них не втомлюються очі.
Зварювальникам-аматорам, для роботи іноді, можна обійтися світлофільтрами простіше, але 3-й клас вважається «минулим століттям». Тому, напевно, купувати маски з такими фільтрами не варто.
І ще один момент. Продавці всю цю класифікацію називають зазвичай одним терміном оптичного класу. Просто це формулювання досить точно відображає суть усіх характеристик.
Є ще кілька налаштувань хамелеону, які дозволяють підлаштувати режим затемнення для цієї ситуації. Вони можуть розташовуватися всередині, на світлофільтрі, а можуть бути винесені назовні у вигляді ручок зліва на бічній поверхні маски. Це такі параметри:
Маска хамелеон як вибрати
Крім параметрів світлофільтра є ще безліч інших налаштувань та особливостей, які можуть вплинути на вибір.
- Кількість датчиків для виявлення дуги. Їх може бути 2, 3 чи 4. Вони реагують на появу дуги. Візуально їх можна побачити на панелі лицьової маски. Це невеликі круглі або квадратні вікна на поверхні фільтра. Для аматорського використання достатньо 2-х штук, для професіоналів - чим більше, тим краще: якщо якісь виявляться заблокованими (перекриються яким-небудь предметом при зварюванні у складній позиції), то зреагують інші.
- Швидкість спрацьовування світлофільтру. Розкид параметрів тут великий - від десятків до сотень мікросекунд. Вибираючи маску для домашнього зварювання, бурите ту, хамелеон якої затемніть не пізніше ніж через 100 мікросекунд. Для професіоналів час менший: 50 мікросекунд. Світлові удари ми часом не помічаємо, але їхній результат — очі, що втомилися, а професіоналам вони потрібні весь робочий день. Тож вимоги жорсткіші.
- Розміри фільтру. Чим більше скла, тим більший огляд ви отримуєте. Але розміри світлофільтра сильно відбиваються вартості маски.
- Плавне або ступінчасте регулювання ступеня затемнення. Краще – плавна. Якщо затемнеться/просвітлюватись фільтр буде стрибками, ви швидко втомитеся. До того ж він може почати «моргати» від відблисків, що не потішить.
- Вихідний ступінь затемнення та діапазон регулювання. Чим світліший фільтр у вихідному стані, тим краще вам буде видно до початку зварювання. Також бажано, щоб було два діапазони затемнення: до невеликих ступенів до 8DIN при роботі з аргоном або при ручному дуговому зварюванні при поганому освітленні. Також менше затемнення може знадобитися людині у віці. і при хорошому освітленні необхідно затемнення до 13 DIN. Так що краще, якщо є два режими: 5-8DIN/8-13DIN.
- Електроживлення. На більшості масок для зварювання з автоматичним затемненням є два типи елементів живлення: сонячна батарея і літієві батареї. Таке комбіноване джерело живлення є найнадійнішим. Але при цьому відсік літієвих батарей повинен відкриватися, щоб була можливість заміни батарей, що вийшли з ладу. У деяких дешевих масках батарейки інтегровані: вийняти їх можна лише розрізавши пластик (що інколи наші умільці роблять).
- Вага. Маски можуть важити від 0,8 до 3 кг. Якщо доведеться носити на голові трикілограмову гирю годинника сім-вісім, до кінця зміни шия, та й голова будуть як дерев'яні. Для аматорського зварювання цей параметр не дуже критичний, хоча теж зовсім не зручно працювати у важкій масці.
- Зручність кріплення на голові. Є дві системи кріплення оголов'я і самого щитка, але для цих масок вони майже неважливі: вам не потрібно щоразу піднімати/опускати маску. Вона може бути опущена протягом усієї роботи. Важливо, скільки є регулювань і наскільки щільно вони дозволяють підігнати оголов'я. Також важливо, щоб усі ці ремінці не давили, не терли, щоб зварювальнику було комфортно.
- Наявність регулювання, що дозволяє відсунути щиток від обличчя. Це важливо, якщо вам потрібні для нормального зору окуляри. Тоді щиток потрібно віднести подалі від обличчя, щоб розмістилися ваші лінзи.
З корисних, але необов'язкових режимів є можливість перемикання маки з режиму зварювання в режим шліфування. Цим перемикачем ви практично відключаєте живлення світлофільтра, ваша маска стає простим щитком.
Марки та виробники
Як вибрати маску хамелеон для зварювання, ви знаєте, але як орієнтуватися серед маси виробників? Насправді, все не дуже складно. Є перевірені бренди, які постачають завжди якісну продукцію та підтверджують свої гарантійні зобов'язання. Ось їх не дуже багато:
- SPEEDGLAS зі Швеції;
- OPTREL із Швейцарії;
- BALDER зі Словені;
- OTOS із Південної Кореї;
- TECMEN з Китаю (не дивуйтеся, маски справді гарні).
Для домашнього застосування вибрати хамелеон маску непросто. З одного боку, потрібно, щоб вона була якісна, але платити 15-20 тисяч за неї явно не всім по кишені, та й не рентабельно це. Тому про європейських виробників доведеться забути. Вони хоч випускають хороші маски, але ціни на них ніяк не менші за 70$.
На ринку є безліч китайських масок дуже невеликої вартості. Але їх купувати ризиковано. Якщо вам потрібний китайський бренд, це TECMEN (Текмен). Ось у них справді сертифіковані маски хамелеони заводської якості. Модельний ряд досить широкий, ціни – від 3 тис. рублів до 13 тис. рублів. Є зі світлофільтрами першого класу (1/1/1/2) і трохи гірше, з усіма налаштуваннями та регулюваннями. Після оновлення навіть найдешевша маска за 3000 рублів (TECMEN DF-715S 9-13 TM8) має змінну батарею, затримку просвітлення від 0,1 до 1 сек, плавне регулювання та режим роботи «шліфування». На фото нижче представлено її технічні характеристики. Важко повірити, але вона коштує лише 2990 рублів.
Непогано відгукуються власники про зварювальні маски Ресанта. Моделей не дуже багато, але МС-1, МС-2 та МС-3 - непоганий вибір за невеликі гроші (від 2 тис. рублів до 3 тис. рублів).
Маски Ресанта МС-1 і МС-3 мають плавне регулювання, що, безперечно, зручніше. Але у хамелеона МС-1 немає регулювань чутливості. Професіоналів вони навряд чи влаштують, а домашнього використання цілком підходять.
Технічні характеристики масок хамелеон Ресанта
Дуже хороші маски випускає Південно-Корейська компанія OTOS (Отос). У неї ціни трохи вищі, ніж у наведених вище, але є дві відносно недорогі моделі: OTOS MACH II (W-21VW) за 8700 рублів та ACE-W i45gw (Infotrack™) за 13690 рублів.
Технічні характеристики OTOS MACH II W-21VW ця маска-хамелеон – гідний вибір навіть для професійного використання
Експлуатація зварювального хамелеону
Основна вимога до догляду за маскою: світлофільтр потрібно берегти: він легко дряпається. Тому класти маску "обличчям" вниз не можна. Протирати її потрібно лише абсолютно чистою та м'якою тканиною. Якщо потрібно, можна змочити тканину чистою водою. НЕ протирати ні спиртом, ні будь-якими розчинниками: світлофільтр покритий захисною плівкою, яка розчиняється у цих рідинах.
Є ще одна особливість будь-яких зварювальних хамелеонів: вони за низьких температур починають «гальмувати». Тобто спрацьовують із затримкою, причому обидві сторони — і на затемнення, і на просвітлення. Особливість дуже неприємна, тому нормально працювати в них взимку не вийде навіть якщо вказана температура експлуатації від -10°C, як на TECMEN DF-715S 9-13 TM8. Вже при -5° усі не можуть вчасно затемнитись. Тож у цьому плані чеснішим виявився OTOS, вказавши стартову температуру експлуатації від -5°C.
Насамкінець подивіться відео про те, як вибрати маску хамелеон для зварювання.
Принесли мені маску зварювальника автоматичну etaltech et8f зі скаргою – працює нестабільно. На жаль я її не сфотографував, вона ось така, тільки наклейка інша:
Дивимося інструкцію:
Чорним по білому написано, що працює від сонячних батарей. Розкриваю та….
Дві літієві батареї, наглухо запаяні в плату. Ось тобі і сонячні батареї. В інтернеті, на жаль, немає схем масок. На платі написано artotic s777f – Це китайський виробник цих масок, як завжди, великий китайський завод клепає продукцію, а у нас тільки навішують бренд – корвет, etalon, кратон, калібр…
Літієві батарейки з'єднані послідовно і через діод йдуть на шину VCC. На платі є операційний підсилювач 27L2C, два чотиривірних двоканальних аналогових мультиплексора BU4551BF, один мультивібратор HCF4047. Я трошки пореверсинжинирував схему, часто у мене був такий вираз обличчя: О.о але дещо зрозуміти вдалося.
Живлення на мультиплексори від VCC надходить завжди. Так як вони КМОП споживають струм тільки під час перемикання. Сонячна батарея підключена на базу транзистора так, що за наявності освітленості відкриває транзистор і через транзистор з VCC через фільтр подається живлення на операційний підсилювач. У маски два змінних резистора налаштування – ступінь затемнення та чутливість. Усередині два перемикачі – режим зварювання-заточення, і швидкість стеління після припинення дуги. Як датчики використовуються два паралельно з'єднані фотодіоди. Причому в режимі заточування вони закорочуються, сідаючи на землю. Виходить сонячна батарея використовується лише як датчик. Через 2-3-5 років батарейки скиснуть і маску викинуть, купуючи нову. Так хитро китайці забезпечують постійний потік замовлень. Жодних іоністорів та ланцюгів зарядки не передбачено.
Що ще вдалося впізнати. Скло – подвійний бутерброд із РК фільтрів, тобто два скла використовуються для гарантованого затінення. Правда, якість скла невисока і я явно бачив різницю в затінку між центром і краями. Скло включене між виходами Q і! Q мультивібратора 4047. При цьому на склі меандр, амплітуда якого – і є ступінь затінення. При зміні ступеня затінення від мінімуму до максимуму змінюється амплітуда меандру з 4,2 до 6В. Для цього хитрого фокусу змінюється напруга на вході живлення мультивібратора. Навіщо живити скло напругою прямокутної форми - не знаю, чи для зменшення явища поляризації, чи ще для чого. Я пробував погратися зі склом просто так, якщо на нього подати напругу - воно як ємність заряджається і при знятті напруги розтінюється досить довго - має пройти секунд 5-7, перш ніж воно стане прозорим.
UPD. Змінний струм для живлення РК світлофільтра використовується для усунення явища електролізу, якщо запитати скло постійним струмом, то згодом розчиниться один із прозорих електродів. Напруга живлення різна - у fubag optima 11 напруга живлення скла - 24В змінної частоти 0,5 Гц.
Самі датчики - фотодіоди в тонованому пластиковому корпусі, заточені на ІЧ випромінювання, тому маска не хотіла спрацьовувати на енергозберігаючу лампу. Але гостро реагувала на РК монітор і добре спрацьовувала на лампу розжарювання.
Ось такі справи. З огляду на відсутність схем керування маскою в інтернеті взагалі, здається цікавим завданням склепати опенсорсну схему керування маскою на мікроконтролері. З нормальною зарядкою від сонячної батареї, розумною обробкою сигналу з датчиків та додатковими функціями. Наприклад автоматичним затіненням наглухо якщо температура нижча за порогову, все одно на морозі швидко спрацювати не вийде - так затінимося повністю і станемо просто зварювальною маскою.
Було застережено, що на потужності понад 600 Вт краще використовувати дворівневе харчування, яке дозволяє досить серйозно розвантажити вихідний каскад і на меншій кількості кінцевих транзисторів отримати більшу потужність. Для початку варто пояснити що є таке - дворівневе харчування.
Сподіваємося не треба пояснювати що таке двополярне джерело живлення, цей варіант можна назвати "чотириполярним", оскільки щодо загального проводу є 4 різних напруги. Принципова схема такого джерела наведено малюнку 1.
Малюнок 1.
Однак напруга живлення необхідно подавати на кінцевий каскад підсилювача, а як бути, якщо цих напруг 2? Правильно - необхідна додаткова схема управління цим харчуванням. За принципом управління розрізняють 2 основних класу - G і H. Відрізняються вони між собою насамперед тим, що клас G змінює напругу живлення на кінцевому каскаді плавно, тобто. силові транзистори системи управління харчування працюють у підсилювальному режимі, а класі H силові ключі системи управління живленням подають студруко, тобто. вони або повністю закриті, або повністю...
Тимчасові діаграми наведені малюнку 2 і 3, на рис.2 - клас G, на рис.3 - клас H. Синя лінія - вихідний сигнал, червона і зелена - напруга живлення кінцевого каскаду підсилювача потужності.
Малюнок 2. 
Малюнок 3.
Як має подаватися харчування на кінцевий каскад начебто розібралися, залишилося з'ясувати, яким набором елементів це зробити.
Для початку розглянемо клас H. На малюнку 5 наведено принципову схему підсилювача потужності працюючого в класі H.
Малюнок 4 ЗБІЛЬШИТИ .
Синім прописано напругу і потужне навантаження 4 Ома, червоні для навантаження 8 Ом, на малюнку так само показано рекомендоване джерело живлення. Як видно із схеми її кістяк складається з типового класу AB, проте харчування на підсилювач напруга подається вже з більш високовільної "гілки" живлення, причому вплив вихідного сигналу на напругу живлення підсилювача напруга знижено (зменшено опір R36, R37, іноді номінал цих резисторів доводиться знижувати аж до 68 Ом, особливо на потужностях вище 1 кВт), оскільки при підключенні "другого поверху" живлення на вихідному сигналі спостерігається невеликий сплеск, який вухом вловить не кожен, а ось на стійкість схеми він впливає досить серйозно.
Управління живленням, що подається на кінцеві каскади, здійснюється компораторами LM311, поріг спрацьовування яких регулюється підстроювальними резисторами R73 і R77. Для правильного налаштування потрібно або дуже хороший слух або, що краще - осцилограф.
Після компораторів стоять транзисторні драйвера, які працюють безпосередньо на затвори мосфітів різної структури. Оскільки силові мосфіти управління живленням працюю до лючевому режимі, то тепло, що виділяється на них, досить низьке, для них набагато важливіше максимальний струм, що протікає по відкритому перехід стік-витік. Ми використовуємо для цього транзистори IRFP240-IRFP9240 для підсилювачів до 700 Вт, їх же, але вже по 2 в паралель для потужностей до 1 кВт і IRF3710-IRF5210 для потужностей понад 1 кВт.
На малюнку 5 наведено принципову схему підсилювача потужності на 1400 Вт класу H. Відрізняється схема від попереднього варіанту тим, що в кінцевому каскаді використовується вже 6 пар транзисторів (для підсилювача на 1000 Вт необхідно 4 пари), а силові ключі управління живлення IRF3710-IRF52.
Малюнок 5. ЗБІЛЬШИТИ
На малюнку 6 наведено принципову схему підсилювача "Хамелеон 600 G", що працює в класі G ну і з вихідний потужність до 600 Вт, причому як на навантаження як 4 Ома, так і 8 Ом. По суті управління "другим поверхом" живлення здійснюється повторювачами напруги вихідного сигналу, тільки на них попередньо подається додаткова опорна напруга 18 вольт і як тільки напруга на виході наближається до величини напруги "першого поверху" більш ніж на 18 вольт повторювачі починаю подавати напругу з " другого поверху”. Плюсом даної схемотехніки є те, що існують комутаційні перешкоди, характерні для класу H, проте поліпшення якості звуку вимагає досить серйозних жертв - кількість транзисторів в управлінні напругою живлення кінцевого каскаду має дорівнювати кількості кінцевих транзисторів і це буде практично на межу ОБР, т.е. е. потрібне досить хороше охолодження.
Малюнок 6 ЗБІЛЬШИТИ
На малюнку 7 наведена схему підсилювача на потужність до 1400 Вт каса G, в якій використовується 6 пар як кінцевих, так і керуючих транзисторів (для потужностей до 1000 Вт використовується по 4 пари)
Малюнок 7 ЗБІЛЬШИТИ
Креслення друкованих плат - повна версія - лежать. Креслення у форматі lay, в jpg будуть дещо пізніше.
Технічні характеристики підсилювачів зведені до таблиці:
| Найменування параметру | Значення |
| Напруга живлення, В, дворівнева не більше | |
| Максимальна вихідна потужність на навантаження 4 Ома: РОЗУМ ХАМЕЛЕОН 600 H РОЗУМ ХАМЕЛЕОН 1000 H РОЗУМ ХАМЕЛЕОН 1400 H РОЗУМ ХАМЕЛЕОН 600 G РОЗУМ ХАМЕЛЕОН 1000 G | |
| Вхідна напруга регулюється підбором резистора R22 і може бути покладена в стандартні 1 В. Однак слід зауважити, що чим вищий власний коф посилення, тим вищий рівень THD і ймовірність збудження. | |
| THD для класу H та вихідний потужності 1400 Вт не більше THD для класу G та вихідний потужності 1400 Вт не більше При вихідній потужності до включення другого поверху живлення рівень THD для обох підсилювачів не перевищує | 0,1 % |
| Струм спокою, що рекомендується, переостаннього каскаду на резисторі R32 або R35 встановлюється напруга в 0,2 резистором R8 | |
| Рекомендований струм спокою кінцевих транзисторів на будь-якому з резисторів 0,33 Ома встановлюється напруга 0,25 В резистором R29 | |
| Регулювання захисту рекомендується проводити на реальній АС, підключивши паралельно АС опір 6 Ом і домагаючись стійкого свічення світлодіода VD7 при 75 % від максимальної потужності |
На жаль у даного підсилювача виявився один недолік - при високих напругах живлення дифкаскад починає свідомо грітися через занадто великий струм, що протікає через нього. Знизити струм - збільшити спотворення, що не бажано. Тому було застосовано використання тепловідводів на транзистори диф каскаду:
ПРОЧИТАТИ ПОВНІСТТЮ ВЕСЬ МАТЕРІАЛ ПРО СЕМЕМЕРИЧНЕ ПІДСИЛЮВАЛЬНОБУДОВАННЯ
Навчальний план курсу
| № газети | Навчальний матеріал |
| 17 | Лекція №1.Основні цілі та завдання олімпіадного руху в контексті сучасної освіти в Росії. Історія хімічного олімпіадного руху на Росії. Система хімічних олімпіад та творчих конкурсів у Росії. Роль хімічних олімпіад в освіті та науці.(Тюльков І.А., Архангельська О.В.) |
| 18 | Лекція №2.Методика підготовки та проведення олімпіад різного рівня. Організація хімічних олімпіад: від найпростішого до складного. Підготовча, основна та заключна стадії організації олімпіад. Система дійових осіб олімпіади, їх роль.(Тюльков І.А., Архангельська О.В.) |
| 19 | Лекція №3.Концептуальна основа змісту олімпіадних завдань. Зразкова програма утримання різних етапів хімічних олімпіад: жорсткі межі чи орієнтири для підготовки? Класифікація олімпіадних завдань. Завдання хімічних олімпіад: від етапу до етапу, від туру до туру.(Тюльков І.А., Архангельська О.В.) Контрольна робота №1(Термін виконання – до 25 листопада 2008 р.) |
| 20 | Лекція №4.Методика вирішення завдань, що включають «ланцюжок» перетворень. Класифікація завдань із схемами перетворень. Тактика та стратегія вирішення олімпіадних завдань із «ланцюжками». |
| 21 | Лекція №5.Методика вирішення завдань із фізичної хімії (1). Завдання з термохімії. Завдання з використанням понять «ентропія» та «енергія Гіббса».(Тюльков І.А., Архангельська О.В., Павлова М.В.) |
| 22 | Лекція №6.Методика вирішення завдань із фізичної хімії (2). Завдання на хімічну рівновагу. Завдання з кінетики.(Тюльков І.А., Архангельська О.В., Павлова М.В.) Контрольна робота №2(Термін виконання – до 30 грудня 2008 р.) |
| 23 | Лекція №7.Методичні підходи до виконання експериментальних завдань. Класифікація завдань експериментального туру. Практичні навички, необхідні успішного виконання експериментальних завдань.(Тюльков І.А., Архангельська О.В., Павлова М.В.) |
| 24 | Лекція №8.Методичні засади підготовки школярів до олімпіад. Використання сучасних педагогічних технологій під час підготовки до олімпіад різного рівня. Тактика та стратегія підготовки та участі в олімпіадах. Організаційно-методична робота вчителя-наставника. Методичні підходи до складання олімпіадних завдань. Олімпіади як підвищення кваліфікації педагогів-наставників. Роль інтернет-спілкування та засобів масової інформації в обміні педагогічним досвідом.(Тюльков І.А., Архангельська О.В., Павлова М.В.) |
| Підсумкова робота. Короткий звіт про проведення підсумкової роботи, що супроводжується довідкою з навчального закладу, має бути направлений до Педагогічного університету не пізніше 28 лютого 2009 р. (Докладніше про підсумкову роботу буде надруковано після лекції № 8.) |
|
І.А.ТЮЛЬКОВ,
О.В.АРХАНГЕЛЬСЬКА,
М.В. ПАВЛОВА
ЛЕКЦІЯ №4
Методика розв'язання задач,
включають «ланцюжок» перетворень
Класифікація завдань із схемами перетворень
У завданнях Всеросійської олімпіади школярів з хімії на будь-якому етапі та для будь-якої вікової паралелі учасників завжди є завдання зі схемами послідовних перетворень одних речовин на інші, які характеризують зв'язок між основними класами органічних та неорганічних речовин. Багатостадійну схему перетворення одних речовин на інші у певній послідовності часто називають «ланцюжком». У «ланцюжку» частина чи всі речовини можуть бути зашифровані.
Для виконання цих завдань необхідно знати основні класи неорганічних та органічних сполук, номенклатуру, лабораторні та промислові способи їх одержання, хімічні властивості, у тому числі продукти термічного розкладання речовин, механізми реакцій.
«Ланцюжки» – це оптимальний спосіб перевірити великий обсяг знань (практично за всіма розділами загальної, неорганічної та органічної хімії) в одному завданні.
Схеми перетворень речовин можна класифікувати в такий спосіб.
1) По об'єктах:
а) неорганічні;
б) органічні;
в) змішані.
2) За типами чи механізмами реакцій (переважно це стосується органічної хімії).
3)За формою «ланцюжка».
а) Дано всі речовини без зазначення умов протікання реакцій.
б) Усі чи деякі речовини зашифровані буквами. Різні літери відповідають різним речовинам, умови перебігу реакцій не вказані.
(У схемах стрілки можуть бути спрямовані в будь-який бік, іноді навіть в обидві сторони. Причому це не знак оборотності! Такі реакції, як правило, містять різні реагенти.)
в) Речовини у схемі повністю або частково зашифровані літерами та зазначені умови протікання реакцій чи реагенти.
г) У схемах замість речовин дано елементи, що входять до складу речовин, у відповідних ступенях окиснення.
д) Схеми, у яких органічні речовини зашифровані як брутто-формул.
Схеми можуть бути лінійними, розгалуженими у вигляді квадрата або іншого багатокутника (тетраедра, куба і т.д.).
Тактика та стратегія вирішення олімпіадних завдань із «ланцюжками»
У цій лекції ми дотримуватимемося класифікації завдань за формоюпредставлених у «ланцюжку» послідовних перетворень одних речовин на інші.
Для того, щоб правильно вирішити будь-яке завдання на складання рівнянь реакцій згідно зі схемою, необхідно:
1) проставити цифри під або над стрілками – пронумерувати рівняння реакцій, звернути увагу, в який бікспрямовані стрілки в ланцюжку перетворень;
2) розшифрувати представлені літерами, властивостями або брутто-формулами речовини (відповідь має бути мотивованим, тобто. необхідно не просто записати формули розшифрованих з'єднань, а дати докладні пояснення розшифрування);
3) записати (під відповідними номерами) усі рівняння реакцій;
4) уважно перевірити, чи правильно розставлені коефіцієнти;
5) написати умови протікання реакцій, якщо це потрібно.
Перетворити одну речовину на іншу можна різними шляхами. Наприклад, отримати CuO можна з Су, Cu(OH) 2 CuSO 4 Cu (NO 3) 3 і т.д. Приймається будь-яке правильнеРішення. Для деяких завдань наведено альтернативні рішення.
Проілюструємо практично всі типи «ланцюжків», що даються на регіональному (III) етапі. Рівень цих завдань близький до програми для вступників до хімічних вузів. Тому це будуть приклади не лише з комплектів регіональних етапів Всеросійської олімпіади, а й зі вступних екзаменаційних білетів з хімії до МДУ ім. М.В.Ломоносова. Крім того, використовуються завдання з попередніх цих іспитів олімпіад останніх років (наприклад, з конкурсу «Підкори Воробйові гори» та олімпіади «Ломоносів»). При вирішенні завдань, у яких є зашифровані речовини, даються докладні пояснення розшифрування тієї чи іншої сполуки.
Почнемо з найлегших завдань.
Дано всі речовини без вказівок умов перебігу реакцій
Завдання 1.
Fe 2 (SO 4) 3 -> FeI 2 -> Fe(OH) 2 -> Fe(OH) 3 -> Fe 2 O 3 -> Fe -> Fe 2 (SO 4) 3 .
Рішення
Пронумеруємо ланцюжок:
Для проведення першої реакції потрібні одночасно і відновник, і з'єднання, здатне вивести зі сфери реакції сульфат іон. Наприклад, йодид барію.
У третій реакції потрібен окислювач. Найбільш підходящим є пероксид водню, тобто. виходить лише один продукт реакції. Напишемо рівняння реакцій.
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.
Завдання 2.Напишіть рівняння реакцій, що відповідають наступній схемі:
Рішення
1) CH3COONa+HCl=CH3COOH+NaCl;
2) 5CH 3 COCH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 = 5CH 3 COOH +5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O;
3) 2CH 3 COOH + CaCO 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 3 = 2CH 3 COONa + CaСO 3 ;
6) (СН 3 СOO) 2 Ca(тв.) = СН 3 СОСН 3 + CaCO 3 .
Завдання 3.
Напишіть рівняння реакцій, що відповідають наступній схемі:
Рішення
1) 2СuCl + Cl2 = 2CuCl2;
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 реакції 6) може бути тільки сіллю пропіну (З 3 Н 4), тому що алкіни з кінцевою
C =
CH-групою – це СН-кислоти, з якими реагують комплекси міді та срібла.
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. розчин) = Cl;
11) C 3 H 3 Cu + 3HNO 3 (Конц.) = Cu (NO 3) 2 + C 3 H 4 + NO 2 + H 2 O (у водному розчині);
12) Cu + 2H 2 SO 4 (Конц.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.
Усі чи деякі речовини зашифровані буквами.
Умови перебігу реакцій не вказані
Завдання 4.Дана схема перетворень:
Напишіть рівняння реакцій, позначених стрілками. Назвіть невідомі речовини.
Рішення
Визначення невідомих речовин. CuSO 4 можна отримати розчиненням Cu, CuO або Cu 2 O у сірчаній кислоті. Сu 2 O підходить, т.к. ця речовина вже є в ланцюжку. Таким чином, перші дві реакції можуть бути наступні:
1) 2Cu 2 O + O 2 = 4CuO (Х 1 = CuO);
2) СуO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O.
1) Сu 2 O = Cu + СuO
або Сu 2 O + H 2 = Cu + H 2 O (Х 1 = Cu);
2) Cu + 2H 2 SO 4 (конц.) = СуSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.
Відомо, що свіжоприготовлений гідроксид міді (ІІ) окислює альдегіди. В результаті реакції утворюється оранжевий осад Cu 2 O. Отже, 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.
Відповідь. X 1 – це або мідь, або оксид міді(ІІ); X 2 - це гідроксид міді(II) свіжоприготовлений.
Завдання 5(Хімічний факультет МДУ, 1998 р.). Напишіть рівняння хімічних реакцій, що відповідають наступній послідовності перетворень:
Рішення
Відправною (ключовою) ланкою в даній схемі є речовина Е - альдегід. Розглянемо реакції 4, 5 та 1. Відомо, що якісною реакцією на альдегід є його взаємодія зі свіжоприготовленим Cu(OH) 2 . Через війну виходить відповідна альдегіду карбонова кислота і Cu 2 O. Ймовірно, що речовина F – Cu 2 O, т.к. з речовини F слід отримати речовину В. Оскільки речовина виходить і при термічному розкладанні Cu(OH) 2 , ясно, що - CuO. Звідси випливає, що речовина – Н 2 О. D – спирт, який відновлюється за допомогою CuO в альдегід. І, нарешті, реакція 2: спирт (D) виходить гідратацією алкену (у схемі спирт виходить із води!), отже, він повинен містити в ланцюзі не менше двох атомів вуглецю.
A - Cu (OH) 2; B - CuO;
C - H 2 Про; D - RCH 2 CH 2 OH;
E - RCH 2 CHO; F - Cu2O.
Рівняння реакцій:
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 –COОH + Cu 2 Про + 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.
Завдання 6 (Для самостійного рішення).
Напишіть рівняння реакцій, що відповідають наступній схемі послідовних перетворень:
Назвіть речовини X 1 та X 2 .
Речовини у схемі повністю або частково зашифровані буквами
та зазначені умови протікання або реагенти
Завдання 7.Напишіть рівняння хімічних реакцій, що відповідають послідовності перетворень:
Визначте невідомі речовини.
Рішення
При взаємодії заліза із соляною кислотою виходить хлорид заліза(II). (Це пояснюється тим, що водень у момент виділення не дає окислитися залізу до ступеня окислення +3.) У 2-й реакції окислюється до , а сірчана кислота може відновлюватися до сірки або SO 2 . Розчин солей заліза(III), що вийшов, має кисле середовище, т.к. це солі, утворені слабкою основою та сильними кислотами. При додаванні соди – солі сильної основи та слабкої кислоти – відбувається спільний гідроліз, який протікає остаточно, тобто. утворюється осад (Fe(OH) 3) та газ (CO 2). Гідроліз кожної солі посилює гідроліз іншої.
Х 1 - FeCl 2; Х 2 - Fe 2 (SO 4) 3 і FeCl 3 (суміш);
Х 3 - Fe(OH) 3 (або CO 2 або NaCl і Na 2 SO 4).
Рівняння реакцій:
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 .
Завдання 8.Напишіть рівняння хімічних реакцій, що відповідають наступному ланцюжку перетворень:
Рішення
Пронумеруємо рівняння реакцій у «ланцюжку»:
Реакція 1 є тримеризацією ацетилену (типовий спосіб одержання бензолу). Далі (реакція 2) йде алкілування бензолу за Фріделем-Крафтсом у присутності кислоти Льюїса AlBr 3 . Бромування на світлі (реакція 3) протікає в бічному ланцюзі. Спиртовий розчин лугу реакції 4 є реактивом для отримання алкіну з дигалогенпохідного алкану. Далі йде реакція обміну (реакція 5): водень при потрійному зв'язку в алкіні та іон срібла в розчині аміачному оксиду срібла. І, нарешті (реакція 6) - фенілацетиленід срібла, що утворюється, вступає в обмінну реакцію з метилйодидом, в результаті якої подовжується вуглецевий ланцюг.
Рівняння реакцій:
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 + H2O;
5) C 6 H 5 -ССН + 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 .
Отже, зашифровані речовини:
У схемах замість речовин дано елементи,
входять до складу речовин у відповідних ступенях окиснення
Завдання 9.Напишіть рівняння реакцій, що ілюструють схему перетворень:
Рішення
Пронумеруємо рівняння реакцій у ланцюжку:
В реакції 1 йде окислення сполуки Fe(II) до сполуки Fe(III) (це можуть бути солі, гідроксиди, оксиди тощо). Як окислювач можна взяти дихромати або хромати, перманганати, галогени і т.д.
У реакції 4 залізо зі ступеня окиснення +3 відновлюється до простої речовини. Зазвичай металеве залізо одержують відновленням його оксидів (наприклад, хромом або алюмінієм за високих температур – металотермія).
Оксид заліза(III) можна отримати в результаті термічного розкладання його солей або гідроксиду (реакція 3). Реакція 2 швидше за все обмінна. Реакція 5 – взаємодія металевого заліза з кислотою-неокислювачем (HCl, HBr, CH 3 COOH тощо).
Розглянемо три з усіх можливих варіантів розв'язання цього завдання.
Перший варіант:
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 (прожарювання);
5) Fe + 2H + = Fe 2 + H 2 .
Другий варіант:
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 (прожарювання);
4) Fe 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Fe;
5) Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 .
Третій варіант:
1) 4FeO + O2 = 2Fe2O3;
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 (прожарювання);
4) Fe 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Fe;
5) Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 .
Схеми, у яких органічні речовини
зашифровані як брутто-формул
Завдання 10.Напишіть рівняння реакцій, що відповідають наступній схемі перетворень:
В рівняннях вкажіть структурні формули речовин та умови реакцій.
Рішення
Ключовою ланкою в ланцюжку є речовина з формулою С3Н4О2. По реакції 1 речовина відновлюється (у брутто-формулі з'являються додаткові чотири атоми водню), а по реакції 3 – окислюється (у формулі з'являються додаткові два атоми кисню). Найімовірніше, що З 3 Н 4 Про 2 – пропандіаль (CHO–CH 2 –CHO), тоді З 3 Н 4 Про 4 – пропандіолова кислота (COOH–CH 2 –COOH), а З 3 Н 8 Про 2 – пропандіол- 1,3 (CH 2 OH-CH 2 -CH 2 OH). Розмірковуючи аналогічно (прораховуючи зміни в числі атомів у молекулі), робимо висновок про те, що по реакції 4 виходить подвійний етиловий ефір пропандіолової кислоти (C 2 H 5 OОС-CH 2 -COOC 2 H 5). Реакція 5 - лужний гідроліз ефіру, в результаті якого виходить C 3 H 2 O 4 Na 2 - сіль (NaOOC-CH 2 -COONa), а по реакції 6 за допомогою галогенметану виходить подвійний метиловий ефір пропандіолової кислоти (CH 3 OOC-CH 2 -COOCH 3).
Реакція 2 – взаємодія пропандіолу-1,3 з метаналем з утворенням діоксану-1,3 
Рівняння реакцій:
Завдання 11.
Напишіть рівняння реакцій, що відповідають наступній схемі перетворень:
В рівняннях вкажіть структурні формули речовин та умови протікання реакцій.
(Знак S Nозначає, що реакція протікає за механізмом нуклеофільного заміщення.)
Рішення
Пронумеруємо рівняння реакцій у ланцюжку:
У молекулі речовини C 8 H 9 Cl, отриманого через одну стадію з бензолу, міститься, мабуть, радикал феніл – це випливає із співвідношення вуглецю та водню у поєднанні (С 6 Н 5 С 2 H 4 Cl). Тоді Х може бути речовиною C 6 H 5 -СH 2 -CH 3 , яка перетворюється на С 6 Н 5 -З 2 H 4 Cl при дії на нього хлору на світлі; або Х може бути речовиною C 6 H 5 -СH=CH 2 , яка дає З 6 Н 5 З 2 H 4 Cl при дії на нього HCl. І в тому, і в іншому випадку хлор йде до вторинного атома вуглецю З 6 Н 5 СHCl-СН 3 .
Речовина Y виходить за реакцією нуклеофільного заміщення хлору швидше за все на ВІН – групу (реакція 3). Тоді реакція 4 буде реакцією дегідратації. З 8 Н 8 у контексті цього завдання, ймовірно, З 6 Н 5 -СH = СН 2 . У цьому випадку реакція 5 - окислення подвійного зв'язку перманганатом в нейтральному середовищі - призводить до утворення діолу з брутто-формулою С 8 H 10 O 2 . І, нарешті, поява у завершальній «ланцюжок» формулі (порівняно з речовиною Z) ще чотирьох атомів вуглецю, чотирьох атомів водню та двох атомів кисню означає реакцію етерифікації діолу та оцтової кислоти.
Рівняння реакцій:
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) C6H5-CH(OH)-CH3C6H5CH=CH2+H2O;
5) 3C6H5CH=CH2+2KMnO4+4H2O=3C6H5CH(OH)–CH2(OH)+2MnO2+2KOH;
6) C 6 H 5 CH(OH)-CH 2 (OH) + 2CH 3 COOH = 
На закінчення наведемо приклади завдань, які були представлені на федеральних окружних* і Заключні етапи Всеросійської олімпіади школярів з хімії.На цих етапах ланцюжки перетворень стають складнішими. Крім безпосередньо ланцюжка, даються додаткові відомості про властивості зашифрованих речовин. Для дешифрування речовин часто потрібно проводити розрахунки. Наприкінці тексту завдання зазвичай пропонується відповісти на кілька питань, пов'язаних із властивостями речовин із «ланцюжка».
Завдання 1 (Федеральний окружний етап 2008 р., 9-й клас).
« А, Бі У- Прості речовини. Ашвидко реагує з Бпри нагріванні до 250 °C, утворюючи темно-червоні кристали сполуки Г. Реакція Бз Упісля попередньої ініціації протікає дуже бурхливо, призводячи до утворення безбарвної речовини Д, газоподібного за нормальних умов. Г, у свою чергу, здатне реагувати з Упри температурі 300–350 °С, при цьому червоні кристали перетворюються на білий порошок. Еі утворюється з'єднання Д. Речовина Авступає в реакцію з Дтільки при температурі близько 800 °C, при цьому утворюються Еі У. Речовина Глегко може бути сублімовано при зниженому тиску та температурі нижче 300 °C, але при нагріванні вище 500 °C його пари розкладаються з утворенням речовини Бі знову ж таки з'єднання Е.
1. Визначте речовини А–Е.
2. Напишіть рівняння всіх згаданих реакцій відповідно до наведеної схеми.
3. Як взаємодіятимуть речовини Гі Ез водними розчинами сульфіду та йодиду натрію, з надлишком концентрованого розчину ціаніду калію? Напишіть рівняння реакцій.
4. Напишіть рівняння реакцій, що відбуваються при взаємодії речовин Г, Ді Еіз концентрованою азотною кислотою».
Рішення
1. Звернімо увагу на відсотки: з'єднання Д, Що складається з двох елементів Бі У, газоподібне та містить всього 2,74 % У. Такий малий відсоток свідчить про те, що чи атомна маса елемента Удуже мала, або у формулі Двеликий індекс у елемента Б. Враховуючи що Дза н.у. є газом, найбільш ймовірно, що У– це водень. Перевіримо нашу гіпотезу. Якщо склад Двисловити формулою Н хЕ у, то
2,74: (97,26/МЕ) = х : у.
Зауважимо, що з'єднання, де уне дорівнює 1, не отримати прямої взаємодії елемента з воднем в ході «бурхливої реакції після попередньої ініціації». Перегрупувавши рівняння, отримуємо МЕ = 35,5 х, яке має єдине розумне рішення при х= 1. Таким чином, У– водень, Б– хлор.
Визначимо речовину Е, До складу якого входить 55,94% хлору. Воно утворюється в ході реакції простої речовини Аз хлороводнем, і при цьому виділяється водень, що дозволяє припустити: Е- хлорид елемента, що утворює просту речовину А. Для з'єднання ЕCl x :
(55,94/35,45) : (44,06/МЕ) = х.
Звідси МЕ = 27,92 х. При х= 1 і 3 виходять відповідно кремній (28) і криптон (84), але це суперечить їх валентним можливостям та умові завдання, а ось при х= 2 виходить залізо (56), яке у реакції з хлороводнем дійсно утворює FeCl 2 . У результаті прямої реакції заліза з хлором утворюється інший хлорид – FeCl 3 .
Отже, зашифровані речовини:
А- Fe; Б- Cl 2; У- H 2;
Г- FeCl 3; Д- HCl; Е- FeCl 2 .
2. Рівняння реакцій у ланцюжку:
3. 2FeCl 3 + 3Na 2 S = 2FeS + S + 6NaCl;
FeCl 2 + Na 2 S = FeS + 2NaCl;
2FeCl 3 + 2NaI = 2FeCl 2 + I 2 + 2NaCl
(можливі реакції:
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.
Завдання 2 (Федеральний окружний етап 2007 р., 10-й клас).
«Під А–Е(крім У) Зашифровані речовини, що містять перехідні метали.
Кількісний склад речовин Аі З:
А:(Cu) = 49,3%, (O) = 33,1%, (S) = 16,6%.
C:(Co) = 50,9%, (O) = 34,5%, (S) = 13,8%.
1. Визначте речовини A–Eта напишіть рівняння реакцій.
2. У якому разі у наведеній схемі речовина Увиходить аморфним і в якому кристалічному? Запропонуйте за одним альтернативним методом синтезу кристалічної та аморфної речовини У.
3. Яка тривіальна назва має речовину D?»
Рішення
1. Склавши всі наведені масові частки (як речовини А, так і для речовини З), ми не отримаємо 100%. Значить, у цих речовинах міститься як мінімум ще один елемент!
Речовина А:
З огляду на малу масову частку невідомого елемента можна припустити, що це водень. Тоді брутто-формула з'єднання А: Cu 3 S 2 O 8 H 4 або Cu 2 SO 3 CuSO 3 2H 2 O.
Речовина З:
Аналогічно попередньому випадку можна припустити, що тут невідомий елемент – водень. Тоді формула речовини Збуде Co 2 (OH) 2 SO 3 .
Речовина У– це Al(OH) 3 . При взаємодії сульфату алюмінію із сульфітом натрію утворюється аморфний гідроксид алюмінію. У другому випадку, при взаємодії хлориду триетиламонію з Na утворюється кристалічний гідроксид алюмінію.
При взаємодії Уі Зпри нагріванні утворюється алюмінат кобальту - Co(AlO2)2.
У лужному середовищі відновлення перманганат-іону йде або до ступеня окислення +6, або до +5 відповідно Е- K 2 MnO 4 або 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 або K 3 MnO 4 .
Рівняння реакцій у «ланцюжку»:
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
(поряд з гідроксидом алюмінію в даній фазі будуть присутні основні сульфати різного складу, але традиційно вважається, що утворюється аморфний гідроксид алюмінію);
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. Розчини солей алюмінію мають кисле середовище:
3+ H + + 2+ 2H + + +.
При додаванні лугу (або водного розчину аміаку), карбонатів або гідрокарбонатів підвищення рН розчину призводить до зміщення рівноваги вправо та полімеризації аквагідроксокомплексів через місткові гідроксо- та оксо-групи в багатоядерні комплекси. В результаті утворюється продукт складу Al 2 O 3 x H 2 O ( х > 3) (аморфний осад, який не має постійного складу).
Метод отримання аморфного гідроксиду алюмінію:
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 отримання кристалічного гідроксиду алюмінію полягає в повільному пропущенні CO 2 через розчин тетрагідроксоалюмінату натрію:
Na + CO2 = NaHCO3 + Al(OH)3.
У другому випадку виходить продукт певного складу Al(OH) 3 .
3. Алюмінат кобальту має тривіальну назву "тенарова синь".
Завдання 3 (Прикінцевий етап 2008 р., 10-й клас).
«На наведеній нижче схемі представлені перетворення з'єднань A–До, що містять у своєму складі один і той самий елемент Х.
Додатково відомо:
Елемент Хзустрічається у природі у вигляді мінералу A(Зміст по масі: Na - 12,06%,
X - 11,34%, H - 5,29%, решта - кисень);
Б- бінарне з'єднання, що містить 15,94% (за масою) Х;
У– безбарвний газ із щільністю повітрям близько 1;
З'єднання Двикористовується у медицині у вигляді спиртового розчину;
d-модифікація Зсхожа з графітом за фізичними властивостями;
Речовина Ізнаходить широке застосування в органічному синтезі як відновник;
Молекула До(Майже плоска) має вісь симетрії третього порядку (при повному повороті навколо цієї осі симетрії молекула Довідтворює своє становище у просторі тричі); у спектрі ЯМР 1 Н з'єднання Доспостерігаються два сигнали.
1. Визначте елемент Х. Відповідь підтвердьте розрахунком.
2. Наведіть формули сполук A–І. Назвіть мінерал А.
3. Зобразіть структурну формулу Доі назвіть це з'єднання.
4. Напишіть рівняння всіх реакцій, що представлені на схемі.
5. Напишіть рівняння реакції Х(аморф.) із сумішшю концентрованих азотної та плавикової кислот.
6. Чим пояснюється схожість фізичних властивостей Зз графітом?
Рішення
1. Бінарна речовина Бутворюється при взаємодії мінералу Аз фторидом кальцію у присутності концентрованої сірчаної кислоти. Можна припустити, що Бкрім елемента Х містить фтор. Враховуючи, що валентність фтору в з'єднаннях дорівнює 1, Бможна записати у вигляді ХF n. Визначимо елемент Х:
де М r(Х) - відносна атомна маса елемента Х, n– валентність Х у поєднанні Б. З цього рівняння знаходимо
М r(Х) = 3,603 n.
Перебираємо значення nвід 1 до 8. Єдиний розумний варіант отримуємо при n = 3: М r(Х) = 10,81, тобто. елемент Х – бір, (а речовина Б- Тріфторид бору BF 3).
2. Знайдемо склад речовини А.
тобто. Na 2 B 4 H 20 O 17 , або Na 2 B 4 O 7 10H 2 O – мінерал «бура» (речовина А).
При відновленні бору трифториду гідридом натрію утворюється безбарвний газ У, Найімовірніше, що представляє водневе з'єднання бору. Оскільки щільність Уповітрям близько 1, молекулярна маса Ублизька до 29, отже, речовина – диборан B 2 H 6 ( M r = 28).
Подальша взаємодія диборану з надлишком NaH в ефірі призводить до утворення комплексного гідриду, що широко використовується в органічному синтезі як відновник, – тетрагідридоборату натрію Na (речовина) І).
При спалюванні диборану утворюється оксид бору, Г- У 2 Про 3, відновлення якого металевим алюмінієм призводить до утворення аморфного бору. Оксид бору реагує з водою, в результаті утворюється ортоборна кислота Н 3 ВО 3 (речовина Д, як спиртового розчину застосовується в медицині під назвою «борний спирт»). Борна кислота вступає в реакцію з концентрованою плавиковою кислотою, даючи комплексну кислоту, яка після обробки розчином гідроксиду натрію перетворюється на тетрафтороборат натрію Na (сполука Е).
Розглянемо взаємодію бору трифториду з газоподібним аміаком. BF 3 – типова кислота Льюїса (акцептор електронної пари); у молекулі аміаку є неподілена пара електронів, тобто. NH 3 може виступати як основа Льюїса. При реакції бору трифториду з аміаком утворюється аддукт складу BF 3 NH 3 (з'єднання Ж) (ковалентний зв'язок між атомами бору та азоту утворюється за донорно-акцепторним механізмом). Нагрівання цього аддукту вище 125 °С призводить до утворення нітриду бору BN (сполука З).
3. При реакції диборану з газоподібним аміаком при нагріванні утворюється продукт Домістить водень, бор і, ймовірно, азот. Молекула Домає плоску будову, її висока симетрія вказує на можливий вуглецевий аналог цієї сполуки – бензол. Однак, щоб у молекулі Добуло два типи атомів водню і була вісь симетрії третього порядку, потрібно в «бензольному» кільці замість атомів вуглецю по черзі розмістити атоми азоту і бору (рис.). З'єднання Доназивається "неорганічним бензолом" (боразол).
4. Рівняння описаних у задачі реакцій:
1) Na 2 B 4 O 7 10Н 2 Про + 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. Зауважимо, що частка BN ізоелектронна частинці C 2 сума ковалентних радіусів атомів бору і азоту приблизно дорівнює сумі двох ковалентних радіусів атома вуглецю. Крім того, бор з азотом мають можливість утворювати чотири ковалентні зв'язки (три за обмінним механізмом та один – за донорно-акцепторним). Відповідно, BN також утворює дві структурні модифікації – графітоподібну (-модифікація) та алмазоподібну (-модифікація). Саме тому -BN за фізичними властивостями дуже нагадує графіт (тугоплавкість, мастильні властивості).
Литература
Завдання Всеросійських олімпіад з хімії. За ред. акад. РАН, проф. В.В.Луніна. М.: Іспит, 2004, 480 с.; Хімія: формули успіху на вступних іспитах. Навчальний посібник. За ред. Н.Є.Кузьменко, В.І.Тереніна. М: Вид-во МДУ, Наука, 2006, 377 с.; Хімія-2006: Вступні іспити у МДУ. За ред. проф. Н.Є.Кузьменко та проф. В.І.Тереніна. М: Вид-во МДУ, 2006, 84 с.; Вступні іспити та олімпіади з хімії в Московському університеті: 2007. За ред. проф. Н.Є.Кузьменко та проф. В.І.Тереніна. М: Вид-во МДУ, 2008, 106 с.; Завдання Всеросійської олімпіади з хімії федерального окружного та заключного етапів 2003-2008 років. Інтернет. http://chem.rusolymp.ru; www.chem.msu.ru.
* До 2008 р. включно ВОШ(х) проходила у п'ять етапів: шкільний, муніципальний, регіональний, федеральний окружний та заключний. - Прим. авторів.
АМПовичок
Дорослий
ІНШІ ПІДСИЛЮВАЧІ НАПРУГИ
ХАМЕЛЕОН
Однак схемотехніку Ланзара можна дещо змінити, суттєво покращивши характеристики, підвищити ККД без використання додаткового джерела живлення, якщо звернути увагу на слабкі місця вже наявного підсилювача. Насамперед причиною збільшення спотворень служить струм, що міняється, протікає через транзистори, причому змінюється в досить великих діапазонах. Вже було з'ясовано, що основне посилення сигналу відбувається в останньому каскаді УН, який керується транзистором дифкаскаду. Діапазон зміни струму, що протікає, через дифкаскад досить великий, оскільки йому необхідно відкривати транзистор останнього каскаду УН, та й наявність не лінійного елемента в якості навантаження (перехід база-емітер) не сприяє збереженню струму при змінному напрузі. Крім цього, в останньому каскаді УНа струм теж змінюється в досить широких межах.
Одним з варіантів вирішення цієї проблеми є введення після дифкаскаду підсилювача струму - банального емітерного повторювача, який розвантажує дифкаскад і дозволяє більш чітко контролювати струм, що протікає через базу останнього каскаду УНа. Для стабілізації струму через останній каскад УНу зазвичай вводять генератори струму, проте цей варіант поки буде відкладений, оскільки є сенс спробувати легший варінт, причому суттєво впливає і на підвищення ККД.
Ідея полягає у використанні вольтодобавки, тільки не для окремого каскаду, а для УН цілком. Одним із перших варіантів реалізації цієї концепції був досить популярний у середині 80-х підсилювач потужності А. Агєєва, опублікований у РАДІО №8, за 1982 р. (рисунок 45, модель AGEEV.CIR).
Малюнок 45
У цій схемі напруга з виходу підсилювача подається, через дільник R6/R3, для позитивного плеча і R6/R4 для негативного, на висновки живлення використовуваного як УН операційного підсилювача. Причому рівень постійної напруги стабілізується D1 і D2, а ось величина змінної складової таки залежить від амплітуди вихідного сигналу. Таким чином вдалося отримати набагато більшу амплітуду на виході ОУ, не перевищивши значення його максимальної напруги живлення, а весь підсилювач стало можливим живити від +-30 В (дана версія адаптована під імпортну елементну базу, першоджерело харчувалося від +-25 В, а ОУ був з максимальною напругою пиття +-15 В). Якщо перейти в режим ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ, то на "екрані осцилографа" з'являться наступні осцилограми:
Малюнок 46
Виходячи з ідеї плаваючого живлення, яке і було застосовано Агєєвим, а також введенням підсилювача струму після дифкаскаду і був спроектований підсилювач потужності, схема якого наведена на малюнку 47, модель Chameleon_BIP.CIR, названий Хамелеоном, оскільки дозволяє підлаштовувати основні режими під напругу живлення - Регулювання струму спокою останнього каскаду УНу.
Малюнок 47 (ЗБІЛЬШИТИ)
Крім описаних вище схемотехнічних рішень, було введено ще одне - регулювання струму спокою останнього каскаду УНу, причому з елементами термостабілізації. Регулювання струму спокою останнього каскаду УН здійснюється підстроювальним резистором R12. На транзисторах Q3 і Q6 виконані емітерні повторювачі, що розвантажують дифкаскад, на ланцюжках R20, C12, R24, R26 для позитивного плеча і на R21, C13, R25, R27 для негативного плеча виконана вольтодобавка для УН. Крім збільшення ККД вольтодобавка здійснює ще одну другорядну функцію - у зв'язку з тим, що фактична амплітуда сигналу зменшилася, то зменшився діапазон змін струму через останній каскад УНу, що дозволило відмовитися від введення генератора струму.
В результаті рівень THD при вхідній напрузі 0,75 склав:
Малюнок 49
Як видно з графіка, що вийшов, рівень THD знизився практично в 10 разів по відношенню до Ланзару з ПБВК.
І ось тут уже починають свербіти руки - маючи такий низький рівень THD хочеться збільшити власну коф посилення, підкинути більше кінцевих транзисторів і "розігнати" цей підсилювач до рівня естрадного з вихідною потужністю близько 1 кВт.
Для дослідів слід відкрити файл Chameleon_BIP_1kW.CIR провести ряд первинних "вимірів" - струми спокою, величину постійної напруги на виході, АЧХ, рівень THD.
Отримані характеристики вражають, але...
Саме на цьому моменті в теорію втручається практика, причому не найкращим чином.
Для з'ясування де зачаїлася проблема слід запустити РОЗРАХУНОК ПО ПОСТОЯНОМУ СТРУМУі увімкнути режим відображення розсіюваних потужностей. Звернути увагу слід на транзистори дифкаскаду - кожному розсіюється близько 90 мВт. Для корпусу ТО-92 це означає, що транзистор починає нагрівати свій корпус, а враховуючи те, що обидва транзистори повинні бути якомога ближче один до одного, щоб рівномірно прогріватися і утримувати рівні струму спокою. Виходить, що "сусіди" мало того, що гріються самі, то ще й підігрівають один одного. Про всяк випадок слід нагадати, що з нагріванні струм через транзистор збільшується, отже струм спокою дифкаскаду почне збільшуватися і змінювати режими інших каскадів.
Для наочності встановіть струм спокою кінцевого каскаду рівним 200 мА, а потім транзисторам Q3 і Q6 надайте інше ім'я, прямо в вікні позначення додайте нижній дефіс і одиницю, щоб вийшло наступне: 2N5410_1 і 2N5551_1. Це необхідно для виключення впливів змінюваних параметрів транзисторів дифкаскаду. Далі потрібно задати температуру транзисторам дифкаскаду рівну, наприклад 80 градусів.
Як видно з розрахунків, що вийшло, струм спокою знизився, причому на стільки, що вже буде спостерігатися "сходинка". Неважко прорахувати, що з початковому струмі спокою 50 мА струм спокою кінцевого каскаду з прогріванням диф каскаду стане майже нульовим, тобто. підсилювач перейде в клас Ст.
Висновок напрошується сам собою - необхідно знижувати розсіювану потужність дифкаскаду, але це можна зробити лише зменшивши струм спокою цих транзисторів, або знизивши напругу живлення. Перше викликає збільшення спотворень, а друге - зниження потужності.
Є ще два варіанти вирішення проблеми – можна використовувати тепловідведення для цих транзисторів, але цей спосіб не дивлячись на працездатність не сильно додає надійності – потрібне постійне продування корпусу, щоб виключити прогрівання радіаторів до критичних температур у корпусі, що погано вентилюється. Або ж вкотре змінити схемотехніку.
Однак перед черговою зміною все ж таки слід доопрацювати даний підсилювач, а саме збільшити номінали R24 і R25 до 240 Ом, що спричинить невелике зниження напруги живлення УНу, ну і звичайно ж знизити напругу живлення до +-90 В, ну і трохи зменшити власну коф посилення .
Охолодження дифкаскаду підсилювача Хамелеон попередньої версії
У результаті цих маніпуляцій виходить що цей підсилювач при вхідній напрузі 1В здатний на навантаженні 4 Ома розвинути близько 900 Вт, при рівні THD 0,012%, а при вхідній напрузі 0,75 - 0,004%.
Для страховки на транзистори диф каскаду можна одягнути шматочки трубки від телескопічної антени радіоприймача. Для цього необхідно 6 відрізків завдовжки 15 мм та діаметром 5 мм. Всередину трубки помістити термопасти, спаяти трубки між собою, попередньо одягнувши їх на транзистори дифкаскаду і емітерними повторювачами, що йдуть за ними, і потім з'єднати із загальним.
Після цих операція підсилювач виходить досить стабільним, але все одно використовувати його краще при напрузі живлення +-80 В, оскільки підвищення напруги (якщо джерело живлення не стабілізовано) спричинить підвищення живлення підсилювача і буде запас по температурному режиму.
Радіатори на дифкаскад можна використовувати, якщо напруга живлення вбирається у +-75 У.
Креслення друкованої плати знаходиться в архіві, монтаж так само в 2 поверхи, перевірка працездатності та регулювання така сама, як і в попередньому підсилювачі.
ПІДСИЛЮВАЧ ВП або ШТОРМ або?
Далі буде розглянуто підсилювач більше відомий під назвою "ПІДСИЛЮВАЧ В.ПЕРЕПЄЛКІНА" або "ПІДСИЛЮВАЧ ВП", проте ставлячи АБО в назві глави жодним чином не було наміру зазіхнути на роботу В.Перепелкіна з проектування серії його підсилювачів - робота була зроблена велика і в У фіналі вийшли досить хороші та універсальні підсилювачі. Однак схемотехніка, що використовується, була відома досить давно і нападки на ШТОРМ з приводу передера, клонування не зовсім справедливі і подальший розгляд схемотехнічних рішень дасть вичерпну інформацію з приводу конструктиву обох підсилювачів.
У попередньому підсилювачі виникла проблема з розігрівом диф каскаду при високих напругах живлення і була позначена максимальна потужність, яку можна отримати використовуючи запропоновану схемотехніку.
Саме розігрів дифкаскаду можна виключити, і одним з варіантів вирішення цієї проблеми є розподіл потужності, що розсіюється, на кілька елементів, ну а найпопулярнішим - включення двох, послідовно з'єднаних транзисторів, причому один з них працює в складі дифкаскаду, другий - є дільником напруги.
На малюнку 60 наведено схеми, що використовують цей принцип:
Малюнок 60
Для того, щоб зрозуміти, що відбувається при такому рішенні, слід відкрити файл WP2006.CIR, який є моделлю підсилювача від Перепелкіна, відомого в інтернеті як WP.
В підсилювачі використовується УН, побудований за принципами наведених вище прикладів, проте трохи змінений - вихідний каскад УН працює не на транзистор термостабілізації, як зазвичай це буває, а є фактично окремим пристроєм, що має один вихід - точку з'єднання колекторів транзисторів Q11 і Q12 (рисунок 61) .
Малюнок 61 (ЗБІЛЬШИТИ)
Схема містить фактичні номінали одного з підсилювачів, проте на моделі довелося підбирати резистор R28, інакше на виході підсилювача була не прийнятна постійна напруга. Під час перевірки РОЗРАХУНКУ ПО ПОСТОЯНОМУ СТРУМУтеплові режими дифкаскаду цілком прийнятні - диф каскаді виділяється 20...26 мВт. Встановлений вище транзистор Q3 розсіює трохи більше 80 мВт, що теж у межах норми. Як видно з розрахунків введення транзисторів Q3 і Q4 цілком логічно і проблема розігріву диф каскаду вирішується цілком успішно.
Тут слід зазначити, що Q3, як і Q4 може розсіювати трохи більше ніж 100 мВт, оскільки нагрівання цього транзистора впливає на зміну струму спокою тільки останнього каскаду УНу. Крім того, у цього транзистора досить жорстка прив'язка до струму бази - для постійної напруги він працює в режимі емітерного повторювача, а для змінної складової це каскад із загальною базою. Але посилення змінної напруги відбувається не велике. Основне навантаження щодо збільшення амплітуди, як і раніше, на останній каскад УНу і до параметрів використовуваних транзисторів, як і раніше, пред'являються вищі вимоги. Кінцевий каскад використовує вольтодобавку, організовану на конденсаторах С16 та С17, що дозволило суттєво зависити ККД.
Враховуючи нюанси цього підсилювача і бажання використовувати традиційний вихідний каскад і була створена наступна модель - Stormm AB.CIR. Принципова схема наведена малюнку 62.
Малюнок 62 (ЗБІЛЬШИТИ)
Для підвищення ККД у цьому підсилювачі використано плаваюче харчування для УН, для автоматичного утримання нуля на виході доданий інтегратор на X2, а також введено регулювання струму спокою (R59) останнього каскаду УН. Все це дозволило знизити виділену на транзисторах диф каскаду теплову потужність до рівня 18 мВт. У цьому варіанті використовувався захист від перевантаження підсилювача Lynx-16 (мається на увазі, що Q23 управляє тиристором, який у свою чергу управляє оптроном, що з'єднує піни Т4 і Т5). Крім цього в останньому підсилювачі застосований ще один не зовсім традиційний хід - паралельно резисторам R26 і R27 встановлені конденсатори великої ємності, що дозволило значно збільшити коф посилення цього каскаду - ні для кого не секрет, що резистори в емітерних ланцюгах використовуються для термостабілізації і чим більше буде номінал цього резистора, тим каскад буде термостабільнішим, але коф посилення каскаду пропорційно знижується. Ну а оскільки ця ділянка досить відповідальна, то як конденсатори С15 і С16 потрібно використовувати конденсатори, здатні досить швидко перезаряджатися. Звичайні електроліти (TK або SK) тільки вносять додаткові спотворення за рахунок своєї інерційності, а ось конденсатори, що використовуються в комп'ютерній техніці, найчастіше звані імпульсні (WL) чудово справляються з покладеними на них завданнями.(Малюнок 63).
Малюнок 63
Всі ці зміни дозволили підвищити термостабільність, а також досить серйозно знизити рівень THD (переконатися в цьому, а також перевірити ступінь термостабільності можна самостійно).
Принципова схема для двоблочного варіанта наведена малюнку 64, модель Stormm_BIP.CIR
Малюнок 64 (ЗБІЛЬШИТИ)
Назва ШТОРМ було дано за можливість безболісного підвищення напруги живлення до +-135, що дає можливість, використовуючи окремі комутатори, перевести підсилювач у клас G або H, а це потужності до 2000 Вт. Власне і підсилювач ВП-2006 теж добре перекладається в ці класи, точніше сказати прабатько був проектований під клас H, але оскільки такі великі потужності в побуті практично не потрібні, а потенціал у даній схемотехніці досить хороший, то комутатори були видалені та з'явився чистий клас АВ .
ПІДСИЛЮВАЧ ХОЛТОНА
Принцип поділу розсіюваної потужності дифкаскаду використовується й у досить популярному підсилювачі Холтона, принципова схема якого наведена малюнку 65.
Малюнок 65 (ЗБІЛЬШИТИ)
Модель підсилювача знаходиться у файлі HOLTON_bip.CIR. Від класичного варіанту відрізняється використанням біполярних транзистори як кінцевий каскад, тому в якості передостаннього каскаду настійно рекомендується використовувати польові транзистори.
Також трохи підкориговані номінали резисторів R3, R5, R6, R7, R8, замінений стабілітрон D3 на більш високовольтний.. Всі ці заміни викликані необхідністю повернути струм спокою диф каскаду на рівень забезпечує мінімальні спотворення, а так само більш рівномірно розподілити потужність, що розсіюється. При використанні підсилювача з живленням менше використовуваного в цій моделі необхідно вказані елементи підібрати таким чином, щоб знову повернувся необхідний струм спокою диф каскаду.
Зі схемотехнічних особливостей - генератор струму в дифкаскаді, симетрія проходження вхідного сигналу по відношенню до сигналу зворотного зв'язку. При живленні УНу від окремого джерела живлення можна досягти максимальної вихідної потужності.
Зовнішній вигляд готового підсилювача (варіант на 300 Вт із біполярним виходом) показаний на рисунках 66 та 67.
Малюнок 66
Малюнок 67
Майже NATALY
Це досить сильно спрощений варіант високоякісного підсилювача NATALY, проте параметри і спрощений варіант вийшов дуже непоганими. Модель у файлі Nataly_BIP.CIR , важлива схема малюнку 68.
Малюнок 68 (ЗБІЛЬШИТИ)
Ремікс Сухова тому що це той самий підсилювач ВВ Н.Сухова, тільки виконав за симетричною схемою і використовує повністю імпортну комплектацію. Принципова схема малюнку 69, модель у файлі Suhov_sim_BIP.CIR .
Малюнок 69 (ЗБІЛЬШИТИ)
На цій моделі хотілося б зупинитися дещо детальніше, оскільки вона була вполощена в металі (рис. 69-1).
Малюнок 69-1
Навіть не озброєним оком видно, що УН виглядає дещо своєрідно – зверху напаяно деталі, призначення яких варто пояснити. Вони покликані заспокоїти цей підсилювач, який виявився дуже схильний до збудження.
До речі, заспокоїти його остаточно так і не вдалося. Стійкість утворюється лише за струму спокою кінцевого каскаду близько 150 мА. Звук дуже не дурний, стрілочний вимірювач THD, що має межу 0,1% практично не подає ознак життя, а розрахункові величини теж дуже показові (рисунок 69-2), але реальність говорить зовсім про інше - або потрібна серйозна переробка плати, плати в якій витримувалася більшість рекомендацій щодо розведення плат, або відмова від даної схемотехніки.
Малюнок 69-2
Сказати, що цей підсилювач зазнав фіаско? Можна, звичайно можна, але саме цей підсилювач є прикладом того, що моделювання далеко не реальність і реальний підсилювач може істотно відрізнятися від моделі.
Тому цей підсилювач списується в розряд головоломок, а до нього додаються ще кілька, які використовувалися разом із тим самим УН.
Запропоновані варіанти мають кінцевий каскад працюючий зі своїми власне ООС, тобто. мають власну коф. посилення, що дозволяє зменшити коф посилення самого УН і як наслідок - зменшити рівень THD.
Малюнок 69-3 Принципова схема підсилювача з біполярним кінцевим каскадом (ЗБІЛЬШИТИ)
Малюнок 69-4 THD схеми малюнка 69-3
Малюнок 69-4 Принципова схема з польовим вихідним каскадом (ЗБІЛЬШИТИ)
Малюнок 69-6 THD схеми малюнка 69-5
Невеликі доробки, введення буферного підсилювача на хорошому ОУ з повторювачами, для збільшення здатності навантаження вельми не погано відбилися на параметрах даного підсилювача, на додаток оснащеного балансним входом. Модель VL_POL.CIR , принципова схема малюнку70. Моделі VL_bip.CIR – біполярний варіант і VL_komb.CIR – з польовиками в передостанньому каскаді.
Малюнок 70 (ЗБІЛЬШИТИ)
Досить популярний підсилювач, проте модель оригінального варіанта не справила враження (файл OM.CIR), тому переточуючи УН під пропонований конструктив було зроблено деякі зміни. З результатами зміни можна ознайомитись, використовуючи файл з моделлю OM_bip.CIR , принципову схему наведено на малюнку 71.
Малюнок 71 (ЗБІЛЬШИТИ)
ТРАНЗИСТОРИ
У моделях використані транзистори можливо не скрізь доступні, тому не доповнити статтю списком транзистори, які можуть використовуватися в реальних підсилювачах, було б не справедливо.
| Найменування, структура | U ke, V |
I k, A |
h 21 |
F 1, MHz |
P k, W |
||
TO-220 (пласт) |
|||||||
TO-220 (пласт) |
|||||||
TO-220 (пласт) |
|||||||
З довідковими даними все начебто зрозуміло, проте...
Повальна гонка за прибутком викликає проблеми не лише на рівні роздрібної торгівлі у наметі на ринку, а й у серйозних підприємствах. Ліцензія на випуск IRFP240-IRFP920 була куплена корпорацією Vishay Siliconix і ці транзистори вже відрізняються від тих, що випускалися раніше I nternational R ectifier. Головна відмінність - навіть у одній партії коф посилення у транзисторів відрізняється і досить сильно. З'ясувати чому знизилася якість (погіршення технологічного процесу або закид на Російський ринок відбраковування) звичайно ж не вдасться, тому доводиться користуватися тим, що є і з ЦЬОГО потрібно вибрати те, що підійде.
В ідеалі звичайно ж слід перевірити і максимальну напругу і максимальний струм, однак основним параметром для підсилювача є коф посилення і він особливо важливий, якщо використовується кілька транзисторів, включених паралельно.
Використовувати наявний практично в кожному цифровому мультиметрі вимірювач коф посилення звичайно можна, але тільки одна проблема - у транзисторів середньої і великої потужності коф посилення сильно залежить від струму, що протікає через колектор. У мультиметрах струм колектора в тестері транзисторів становить одиниці міліампера і його використання для транзисторів середньої та великої потужності рівносильно ворожіння на кавовій гущі.
Саме тому і був зібраний стенд для відбраковування силових транзисторів, навіть не для відбраковування, а для підбору. Принципова схема стенду наведена малюнку 72, зовнішній вигляд - малюнок 73. Стенд служить для відбору транзисторів з однаковим коф посилення, але ніяк не для з'ясування значення h 21.
Малюнок 73
Малюнок 74
Стенд був зібраний протягом трьох годин і в ньому використовувалося буквально те, що валялося в ящику "Антикваріат", тобто. те, що не важко знайти навіть початківцю паяльнику.
Індикатор – індикатор рівня бобінного магнітофона, типу М68502. Індикатор був розкритий за місцем склеювання верхньої та нижньої кришок, штатна шкала була видалена, а замість неї була наклеена шкала, яку можна роздрукувати використовуючи ДОКівський документ і містить нагадування перемикання режиму роботи. Сектор зафарбовані кольоровими фламастерами. Потім кришки індикатора були склеєні разом за допомогою суперклею (рисунок 75).
Малюнок 75
Тумблера - по суті будь-які тумблери на два фіксованих положення, причому один повинен ОБОВ'ЯЗКОВО мати дві перемикаючі групи.
Діодний міст VD10 – будь-який діодний міст з максимальним струмом не менше 2 А.
Мережевий трансформатор - будь-який трансформатор потужністю не менше 15 Вт і змінною напругою 16...18 В (напруга на вході КРЕНКИ має бути 22...26 В, КРЕНКУ обов'язково на радіатор і бажано з гарною площею).
С1 та С2 мають досить велику ємність, що гарантує відсутність тремтіння стрілки під час проведення вимірів. С1 на напругу 25, С2 - на 35 або 50 В.
Резистори R6 і R7 через слюдяну прокладку притискаються до радіатора, на якому встановлена КРЕНКА, рясно обмазуються термопастою і притискаються смужкою склотекстоліту за допомогою шурупів.
Найбільш цікавим є конструкція затискачів для підключення висновків досліджуваних транзисторів. Для виготовлення даного роз'єму була потрібна смужка фольгованого склотекстоліту, в якій були просвердлені отвори на відстані виводу транзистора корпусу ТО-247, а фольга була розрізана канцелярським різаком. В отвори з боку фольги було запаяно по три ножі з телевізійного роз'єму СКАРТ-МАМА. Ножі були складені разом, практично впритул (рисунок 76).
Малюнок 76
Відстань "L" вибирається таким чином, щоб на фіксуючу шпильку одягалися корпуси транзисторів ТО-247 (IRFP240-IRFP9240) та ТО-3 (2SA1943-2SC5200).
Малюнок 77
Користуватися стендом досить просто:
При відборі польових транзисторів встановлюється режим MOSFETі вибирається тип транзистора з N каналом або P каналом. Потім транзистор одягається на шпильку, яке висновки прикладаються до контактним ножам роз'єму. Потім змінним резистором, назвемо його Калібрування, стрілка встановлюється в середнє положення (що відповідатиме струму, що протікає через транзистор 350-500 мА). Далі транзистор знімається і на його місце встановлюється наступний кандидат для використання в підсилювачі та запам'ятовуєтесь положення стрілки. Далі встановлюється третій кандидат. Якщо стрілка відхилився так само як на першому транзистори, то перший і третій можна вважати базовими і підбирати транзистори за їх коф посилення. Якщо ж стрілка третьому транзисторі відхилилася як і на другому та його показання відрізняються від першого, то проводиться перекалировка, тобто. повторне встановлення стрілки в середнє положення і тепер уже другий і третій транзистори вважаються базовими, а перший не придатним для цієї партії сортування. Слід зазначити, що однакових транзисторів у партії трапляється досить багато, проте є шанс, що перекалібрування може бути потрібним і після відбору вже солідної кількості транзисторів.
Малюнок 78
Так само відбираються і транзистори іншої структури, тільки перключив правий тумблер в положення P-CHANNEL.
Для перевірки біполярних транзисторів перемикається лівий тумблер у положення BIPOLAR(Малюнок 79).
Малюнок 79
Наостанок залишається додати, що маючи на руках стенд утриматися від перевірки коф посилення виробів Toshiba (2SA1943 і 2SC5200) було неможливо.
Результат перевірки досить сумний. Транзистори для зберігання були згруповані по чотири штуки однієї партії як найбільш зручне зберігання для особистого використання - в основному замовляються підсилювачі або на 300 Вт (дві пари), або на 600 Вт (чотири пари). Перевірено було СІМ (!) четвірок і тільки в одній четвірці прямих і в двох четвірках зворотних транзисторах коф посилення майже однакова, тобто. стрілка після калібрування від середини відхилялася лише на 0,5 мм. У решті четвірок обов'язково траплявся екземпляр або з більшим, або з меншим коф посилення і для паралельного включення вже не придатним (відхилення більш ніж на 1,5 мм). Транзистори було куплено у лютому-березні цього року, оскільки закупівля минулорічного листопада закінчилася.
Вказівка відхилень у мм - суто умовна, для простоти розуміння. При використанні індикатора, зазначеного вище типу, опорі R3 рівним 0,5 Ома (два резистори по 1 Ому паралельно) і положенні стрілки індикатора посередині струм колектора становив 374 мА, а при відхиленні на 2 мм він становив 338 мА і 407 мА. Не складними арифметичними діями можна підрахувати, що відхилення струму, що протікають, становлять 374 - 338 = 36 в першому випадку і 407 - 374 = 33 - у другому, а це трохи менше 10%, що вже не придатно для паралельного включення транзисторів.
ДРУКАРСЬКІ ПЛАТИ
Друковані плати є далеко не на всі згадані підсилювачі, оскільки переробка друкованих плат займає багато часу + ще збирання для перевірки працездатності та виявлення нюансів монтажу. Тому нижче наведено список наявних плат у форматі LAY, який час від часу поповнюватиметься.
Додані друковані плати або нові моделі можна буде качати або за посиланнями, якими доповнюватиметься ця сторінка:
ДРУКОВАНІ ПЛАТИ У ФОРМАТІ LAY |
|
| МІКРО-КАП 8, містить усі моделі, згадані в цій статті у папці SHEMSкрім цього в папці cvкілька прикладів фільтрів для побудови "кольоровимузики", в папці EQкілька моделей фільтрів для побудови еквалайзерів. | |
| Плата вихідного каскаду |
|
