2.1. Доработка «Кота в мешка»
В продаже появилась игрушка, которая в соответствии со своим внешним видом так и называется – «Кот в мешке». Даже при незначительном акустическом воздействии (шуме, громком голосе, а тем более хлопке или ударе) вблизи игрушки, из нее раздается звуковой сигнал, напоминающий визг кота, схваченного за хвост или ведущего драку с другим котом.
То же происходит, но с другим звуковым эффектом, если потрогать хвост «псевдокота», выступающий из «мешка».
В чем причина таких неадекватных звуков? Их появлению способствует устройство, электрическая схема которого показана на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Электрическая схема устройства «Кот в мешке»
Как можно разумно использовать данное устройство?
Среди множества электронных устройств, повторяемых радиолюбителями особое место занимают простые акустические сигнализаторы– датчики, которые благодаря их универсальности можно использовать в быту практически неограниченно– от систем охраны до автоматических включателей или составных частей более сложных устройств, активируемых шумовым воздействием.
Как частный случай, акустические датчики можно использовать в фокусах, например, на новогодней елке, где от слов «Елочка, гори!» автоматически включатся световые эффекты. Другой возможный пример– сигнализатор повышенного уровня шума в помещении, сейчас такие сигнализаторы становятся все актуальнее. Основой для всех вышеперечисленных вариантов успешно послужит рассматриваемый ниже электронный узел. Его особенность в очень большой чувствительности, которая обусловлена сочетанием в схеме пьезоэлемента ВМ1 и транзисторов с высокими характеристиками усиления тока.
Электронный узел, схема которого показана на рис. 2.2, представляет собой усилитель 34 на транзисторах с большим статическим коэффициентом передачи тока. Собственно датчиком служит пьезоэлектрический капсюль ВМ1. Он преобразует звуковой сигнал в электрические колебания.
Усилитель на транзисторах VT1 и VT2 построен по принципу усиления постоянного тока. Резкий шум, тряска, хлопок или небольшое механическое воздействие по капсюлю ВМ1 немедленно отразится изменением напряжения в базе транзистора VT2 на 1… 1,2 В. Чувствительность узла такова, что устройство реагирует на шум резкого характера (например, хлопок) на расстоянии 4.. 5 м.
Второй каскад на транзисторе VT2 усиливает сигнал до уровня, необходимого для активации входного ключа микросхемы DA1 (вывод 3).
Постоянный резистор R2 ограничивают коллекторный ток VT1, предохраняя транзистор от выхода из строя. Конденсатор С1 обеспечивает положительную обратную связь между входом и выходом усилителя. Конденсатор С2 сглаживает пульсации напряжения источника питания.
При воздействии звукового сигнала на капсюль ВМ1 усиленный электрический сигнал поступает на усилитель тока, выполненный на входном каскаде специализированной микросхемы DA1. При этом на одном из выходов DA1 (вывод 5) присутствует сигнал высокого уровня, который является управляющим для транзистора VT3.
Транзистор VT3 управляет электродвигателем, рассчитанным на номинальное постоянное напряжение 3 В. При наличие сигнала высокого логического уровня в базе VT3 двигатель начинает вращаться (это происходит в течение 1 мин, если нет повторного звукового воздействия на капсюль ВМ1), поэтому, благодаря механике. Предусмотренной в игрушке, «Кот в мешке» заметно колеблется, трясется и вращается вокруг своей оси, пока работает электродвигатель Ml.
Для того, чтобы продлить время включения электродвигателя в устройство вводят оксидный конденсатор СЗ (на схеме не показан), включенный между точкой А (отрицательная обкладка) и «плюсом» источника питания. В моменты акустического шума конденсатор СЗ заряжается, благодаря этому время работы электродвигателя Ml увеличивается.
В то же время на выводе 4 микросхемы DA1 появляется последовательность импульсов, которые преобразуются динамической головкой ВА1 в звуковой сигнал. Продолжительность этого звукового сигнала (на слух воспринимаемого как мяуканье кошки в мартовский период) соотносится к продолжительности времени вращения электродвигателя Ml как 3:1.
Как показала практика, увеличение емкости дополнительного конденсатора СЗ свыше 10 мкФ неэффективно, так как теряется стабильность работы всего узла – раз от раза колеблется точность задержки выключения реле, заметно теряется общая чувствительность к акустическим воздействиям (требуется время на зарядку СЗ).
При новом звуковом воздействии на датчик процесс повторится сначала.
Если вместо электродвигателя Ml применить слаботочное электромагнитное реле на напряжение, соответствующее U, то устройство может управлять любой соответствующей нагрузкой, электрические и мощностные характеристики которой зависят от типа применяемого электромагнитного реле К1.
Устройство надежно работает в круглосуточном режиме.
На практике узел эффективно работает при напряжении источника питания (установленного вместо батареи GB1) от 4 до 10 В постоянного стабилизированного напряжения. Максимальный ток потребления узла не превышает 50 мА (с учетом установленного вместо Ml реле TRU-5VDC-SB-SL,
TTI TRD-9VDC-FB-SL, Omron G2R-112PV или аналогичного). Коммутирующие контакты реле управляют устройством нагрузки.
Подключения к источнику питания и к коммутируемым цепям устройств периферии удобно выполнить с помощью электромонтажного клеммника или любого подходящего разъема.
Ток потребляемый в режиме ожидания, – 3.. 5 мА.
Времязадающий конденсатор СЗ (если есть необходимость его установки в схему) надо выбрать с малым током утечки (К53-4, К52-18). Пьезокапсюль ВМ1 (ЗП-22) можно заменить наЗП-1, ЗП-18, ЗП-З или другой аналогичный. Для этой цели хорошо подходит пьезокапсюль излучатель из электронных часов в корпусе типа «пейджер».
Кремниевые транзисторы VT1, VT2 заменяют любыми из серии КТ3107, КТ502, С557. Заменять их на германиевые нежелательно из-за большого тока покоя последних. Реле (кроме вышеуказанных вместо Ml) можно заменить на RM85-2011-35-1012, BV2091 SRUH-SH-112DM и аналогичные. Все указанные типы реле рассчитаны на работу в цепи коммутации нагрузки до 250 В и током до 3 А. В качестве реле можно применить и отечественные элементы, например РЭС10, РЭС15 и аналогичные, однако они рассчитаны на работу в цепях коммутации не более 150 В, а кроме того, отечественные реле по сравнению с зарубежными обходятся дороже на один… два порядка.
2.2. Простой электронный триггер для включения
Квартирные звонки с дистанционным управлением (по радиоканалу) и выбором мелодий вносят в обыденную жизнь радиолюбителей новые варианты своего применения. Теперь, купив такое устройство не трудно дополнить его простой приставкой и применить по своему усмотрению. По паспортным данным такой звонок (например, фирмы «Paget Trading Ltd») представляет собой электронное устройство, состоящее из радиоприемника и передатчика сигналов радиочастоты 433, 925 МГц.
Их можно приобрести в магазинах электроники и строительных товаров, супермаркетах и магазинах электротоваров. Для выезжающих за границу это совсем просто – там (Шенгенская зона) супермаркеты изобилуют подобными товарами, нужно только попасть во время в сезон скидок – тогда цена будет невелика.
Пространство действия устройство распространяется до 100 м в условиях прямой видимости, что оказывается вполне достаточным для управления в пределах среднестатистической квартиры или дома.
Итак, устройство состоит и передатчика и приемника радиосигналов. Передатчик, внешне представляющий собой корпус в виде брелка для ключей, размером со стандартный спичечный коробок в доработке не нуждается. Все, что потребуется для его эффективного функционирования– это менять раз в полтора-два года аккумуляторную батарею (такую же, какая установлена в большинстве передатчиков-брелков охранной сигнализации для автомобилей). Ее напряжение 12 В, 23 АЕ, фирма-производитель GP «Ultra», но может быть и любая другая.
Антенна передатчика– кусок многожильного провода в полихлорвиниловой изоляции длиной 10 см расположен спиралью внутри корпуса «брелока». Для того, чтобы несколько увеличить дальность действия всего устройства (о таких вариантах – ниже) необходимо вместо штатной антенны установить телескопическую (например, от промышленного радиоприемника) или, в крайнем случае, использовать в качестве антенны аналогичный штатному многожильный провод длиной 90… 110 см, распушив (как лепестки цветка) на конце тонкие проводники (диаметр расходящихся лепестков 6.. 8 см. Тогда при условия аналогичной доработки антенны в устройстве приемника, удается получить дальность работы до 400 м в условиях прямой видимости.
Благодаря несложной в повторении приставке (электрическая схема представлена на рис. 2.3) такое устройство принимает на себя новое назначение. Теперь с его помощью можно дистанционно управлять электролампой или другой подобной нагрузкой.
Вход устройства приставки подключается к базовой печатной плате радиозвонка неэкранированными проводами типа МГТФ-0,4 (или аналогичными), при этом подключается общий провод и вход элемента микросхемы DD1.1. Последний подключается к контакту (выводу) 6 микросборки U2 (имеющей маркировку «cainebo CL 102К 0985RX (55-10985-101)». Кроме нее в базовой схеме присутствует микросхема логики, включенная по схеме задающего генератора импульсов (он нужен для микросборки формирователя мелодичных сигналов Ul) CD4069UBC и сама микросборка, обеспечивающая эти мелодии U1– она маркирована «sound 0985MCU (55-10985-400). Отличить U1 от U2 можно не только по соответствующим обозначениям на базовой печатной плате, но и по тому, что микросборка U1– двусторонняя, a U2 с односторонним монтажом микроэлементов.
При поступлении радиосигнала– импульса от передатчика (его длительность около 2 с обеспечивается функционально передатчиком-брелком не зависимо от продолжительности воздействия на кнопку подачи сигнала в нем) на выводе 6 U2 уровень сигнала изменяется с низкого на высокий. Вывод 6 U2 по печатному монтажу соединен с выводом 9 U1.
Последний является входом управления для формирователя мелодичного сигнала. Таким образом, для того, чтобы во время передачи сигнала по радиоканалу не включался мелодичный звонок достаточно разорвать печатный проводник от вывода 6 U2 до вывода 9 Ul. Или отпаять один из проводников, ведущих к миниатюрной динамической головке звонка.
Рис. 2.3. Электрическая схема дополнения к радиозвонку
Основой схемы на рис. 2.3 является триггер на одном элементе популярной микросхемы К561ТМ2.
Не вдаваясь в подробности ее работы (об этом написаны горы статей) отмечу только самое главное: в этой микросхеме 2 D-триггера, каждый из которых содержит по два входа асинхронного управления S и R. Триггер переключается по положительному перепаду на тактовом входе С (вывод 3 DD1.1). При этом логический уровень, присутствующий на входе D передается на прямой выход Q. При высоком логическом уровне на входе сброса R триггер обнуляется. Напряжение питания может находится в пределах 5… 15 В.
Теперь, зная работу микросхемы DD1 можно понять общий принцип работы приставки.
При включении питания в первый момент времени на вход R DD1.1 благодаря разряженному конденсатору С2 поступает высокий логический уровень, который обнуляет триггер – на прямом выходе Q устанавливается низкий уровень напряжения. Транзистор VT1 закрыт, реле К1 обесточено, лампа ELI не горит.
Примерно через треть секунды (это обусловлено емкостью оксидного конденсатора С2 и сопротивлением резистора R1) первый зарядится почти до напряжения питания и уровень на входе R (вывод 4 DD1.1) переменится на низкий.
Теперь триггер готов к приему сигналов по тактовому входу С, имеющему, как следует из схемы, низкий исходный уровень. Когда с пульта– брелока поступает в эфир радиосигнал и принимается приемным устройством на вход С микросхемы DD1.1 от схемы дистанционного звонка поступает высокий уровень. Вследствие этого триггер перебрасывается в другое устойчивое состояние – теперь на его прямом выходе Q высокий уровень напряжения. Транзистор VT1 включает реле К1, а его контакты в свою очередь замыкают электрическую цепь питания осветительной лампы ELI. В таком состоянии триггер находится до следующего положительного фронта импульса на входе С, при поступлении которого (повторного нажатия клавиши на пульте-брелоке), триггер переходит в исходное состояние, осветительная лампа ELI обесточивается.
Цепь C2R1 обеспечивает сброс триггера микросхемы DD1 в исходный режим ожидания при включении питания. Оксидный конденсатор С1 выполняет функцию фильтрующего элемента по питанию. Диод VD1 препятствует броскам обратного напряжения при включении/выключении реле.
Суммарная мощность коммутируемой нагрузки зависит от параметров электромагнитного реле К1 и в нашем случае ограничивается 150 Вт.
Из-за небольшого количества дискретных элементов приставки, все они монтируются на участке перфорированной платы размером 30 40 мм и вместе с соединительными проводами помещаются в штатный корпус дистанционного звонка в отсек для автономных элементов питания. Для уменьшения воздействия электрических помех желательно, чтобы провода, соединяющие устройство с источником питания и идущие от реле К1 к осветительной лампе стремились к минимальной длине.
О деталях
Постоянные резисторы MЛT-0,25 (MF-25).
Оксидные конденсаторы типа К50-26 на рабочее напряжение не менее 16 В. Остальные неполярные конденсаторы типа КМ-6Б. Микросхему DD1 (К561ТМ2) можно заменить на К561ТМ1 без ущерба для эффективности работы узла, но в этом случае придется изменить схему, так как выводы у этих микросхем имеют разное назначение. Подробную информацию о таком варианте замены можно уточнить в справочниках по современным микросхемам КМОП.
Транзистор VT1 – полевой, с большим входным сопротивлением. Это позволяет минимизировать ток утечки в состоянии ожидания радиосигнала и практически не оказывает влияния на выход триггера, не смотря на ограничивающий резистор R2 с малым сопротивлением.
Реле К1 можно заменить на РЭС43 (исполнение РС4.569.201) или другое, рассчитанное на напряжение срабатывания 4…4,5 В и ток 10…50 мА.
Устанавливать в устройство реле с током включения более 100 мА нежелательно, так как управляющий работой реле транзистор VT1 имеет ограничение по мощности.
Вместо КП540А можно применить полевой транзистор любой из серии КП540 или его зарубежные аналоги BUZ11, IRF510, IRF521.
Светодиод HL1 – любой, с его помощью удобно контролировать срабатывание реле, и замыкание исполнительных контактов.
При необходимости элементы HL1, R3 из схемы можно исключить без последствий.
Штатный включатель освещения на схеме показан под наименованием SA1.
Еще одна промышленно предусмотренная в устройстве опция – сигнализатор упадка напряжения питания приемника на светодиоде. Светодиод начинает светиться, если напряжение питания устройства оказывается ниже чем +4,5 В. В базовом варианте предусмотрено автономное питание – 3 пальчиковых элемента по 1,5 В каждый. Но в условиях рекомендуемого применения устройства дистанционного звонка лучше всего осуществлять стационарное питание от стабилизированного источника питания с напряжением 5 В.
Стабилизация питающего напряжения выбирается такая, чтобы отклонение не превышало ± 5 %. Таким источником может быть, например, стабилизатор на микросхеме КР142Е-Н5А. Ток потребления передатчика в активном режиме 35 мА.
Ток потребления от источника питания приемного узла в постоянном режиме не превышает 10 мА в режиме ожидания и увеличивается до 50 мА при включении указанного в схеме реле. При других типах реле ток потребления может иметь другое значение.
2.3. Простое включение периферийных устройств от порта USB персонального компьютера
При включении компьютера (далее ПК), аудиоколонки надо включить отдельным включателем на их корпусе. Если колонки установлены поодаль от места оператора, такое положение вряд ли можно назвать удобным, особенно если пользователь желает просмотреть на DVD-рекордере фильм или любые другие видеоданные, сопровождаемые звуковым оформлением. Для этого приходится дополнительно включать колонки АС ПК кнопкой на их корпусе. Это неудобно.
Как сделать так, чтобы звуковые колонки включались автоматически вместе с активацией ПК?
Самое простое решение напрашивается само собой – подключить ПК и колонки в один электрический контур– фильтр, например SVEN OPTIMA, и включать всю аппаратуру одним включателем на корпусе тройника. Но есть и другой путь.
Задавшись целью автоматизировать включение колонок для персонального компьютера (далее – ПК) электронным способом, автор провел исследования и разработал простую схему.
Самый простой способ автоматизировать включение акустических систем (колонок) ПК во время работы системного блока – использовать стандартную шину USB.
Современные ПК позволяют подключать к шине USB (на задней панели системного блока располагается не менее 6 выходов для подключения устройств сопряжения с USB портом) различные периферийные устройства– сканеры, WED-камеры, принтеры, цифровые фотоаппараты и т. п.
Для тех акустических систем, в которых не предусмотрено автоматическое включение совместно с активацией системного блока ПК будет полезным доработка, которая предлагается в данной статье. Осуществить ее способен любой человек, мало-мальски знакомый с паяльником и основами электротехники.
Узел дополнения представляет собой транзисторный ключ (усилитель тока на составном транзисторе VT1-VT2), который управляется положительным потенциалом от разъема устройства USB +5В. Это напряжение снимается с соединительного кабеля (любой конфигурации USB– лишь бы он содержал напряжение +5В) – в авторском варианте применяется соединитель USB с встроенным светодиодом– подсветкой.
Здесь следует заметить, что управляющий сигнал можно взять непосредственно с материнской платы ПК, однако, чтобы не опутывать системный блок «бородой» из проводов, можно взять управляющий сигнал с любого из соединительных кабелей USB, идущих к сканеру, WEB– камере и другим устройствам.
Для адаптации к узлу управления включения колонок АС ПК разъем USB вскрывают (разбирают) и подключают к выводам 1 и 4 соответственно схеме рис. 2.4, проводники, соединяющие транзисторный ключ VT1-VT2 и колонками АС ПК.
2.3.1. О деталях
В последнее время в розничной продаже появились соединители USB с встроенным светодиодом– подсветкой в прозрачном корпусе. В таком случае, нахождение контактов для подключения дополнительного оборудования является наиболее простой задачей.
Транзисторный ключ с элементами обчески размещается внутри корпуса ПК.
Соединения осуществляются гибким экранированным проводом. Но. Если расстояние от АС ПК до разъема USB не превышает 1 м, то соединения можно выполнить и неэкранированным проводом типа МГТФ-0,6.. МГТФ-0.8.
При включении системного блока ПК управляющий сигнал амплитудой +5 В через выпрямительный диод VD1 поступает на транзисторный усилитель VT1, VT2. При отсутствии указанных на схеме транзисторов, можно реализовать токовый ключ на других кремниевых транзисторах с большим коэффициентом усиления, например КТ342В, КТ817Б (п-р-п проводимости).
Диод VD1 можно заменить на КД522, ДЗ10, Д220 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы С1 и С2, сглаживающие пульсации по питанию типа К50-24, К50-35 или аналогичные.
При выключении системного блока управляющий сигнал с разъема USB пропадает, и колонки АС ПК автоматически отключаются.
Узел не требует настройки и при исправных деталях начинает работать надежно сразу. Печатная плата не разрабатывалась, так как все немногочисленные элементы монтируются на штатной печатной плате звуковых колонок методом навесного монтажа.
Подключение к USB ПК не оказывает отрицательного влияния на параметры звука и мощность усилителя звуковой платы ПК и колонок. Транзистор VT2 на теплоотвод не устанавливают.
2.3.2. Дополнение для улучшения работы
Уменьшение помех (фона с частотой 50 Гц)
Параллельно каждому диоду в выпрямителе сетевого источника питания, находящегося в корпусе одной из колонок, подключают неполярный конденсатор типа КМ6 (или аналогичный), емкостью 0,01 мкФ. Кроме того, параллельно выходу ИП для фильтрации фона устанавливают компактный электролитический конденсатор фирмы HITANO емкостью 3300 мкФ на рабочее напряжение 25 В, вместо малоэффективного конденсатора 1000 мкФ. Эти простые доработки снижают фоновый шум с частотой 50 Гц, присутствующий в дешевых вариантах колонок производства Китай.
Уменьшение акустического шума трансформатора
Шумность понижающего трансформатора в узле питания усилителя АС колонок можно снизить простым способом: отпаивают выводы выходной обмотки понижающего сетевого трансформатора из печатной платы, затем очищают ацетоном внешнюю поверхность Ш-образных пластин, затем аккуратно наносят тонким слоем клей «Супер-момент-гель» на поверхность пластин и, не дав клею высохнуть, закрепляют пластины скотчем. Естественный нагрев трансформатора не превышает температуры +40 °C, поэтому применение скотча в этом варианте пожаробезопасно.
Уменьшение яркости свечения светодиодного индикатора
Светодиод, сигнализирующий о подаче питания на схему усилителя АС колонок, горит очень ярко и вызывающе «бросается в глаза» при работе с ПК. При включении ограничительного постоянного резистора (3 кОм) в цепи светодиода вместо штатного постоянного резистора MЛT-0,25 сопротивлением 470 Ом интенсивность свечения уменьшится и световой поток, исходящий от корпуса колонок не будет так бросаться в глаза при работе с ПК, особенно в ночное время.
Устранение механических детонаций корпуса
При воспроизведении музыки и речи с большой громкостью колонки марки SP-324A-QC продемонстрировали посторонний шум, вызванный колебанием пластмассового корпуса колонок из-за звукового давления внутри. Таким же дефектом обладают практически все модели недорогих АС колонок, реализованных в пластмассовом корпусе. Для устранения дефекта корпуса обеих колонок надо разобрать и проложить места соединения пластмассовых частей корпуса автомобильным герметиком (под цвет корпуса колонок). Затем корпуса собрать и проложить герметиком также места винтового соединении шурупов, обеспечивающих крепление пластмассовых стенок корпусов – одну к другой. После завершения процедуры– дать просохнуть автогерметику в течение 1 часа. Тип герметика может быть любым.
Вот такими несложными методами можно улучшить эффективность работы почти всех моделей колонок для ПК.
2.4. Устройство «антисон» в детском творчестве
Датчик положения (далее – ДП) применяется в промышленных устройствах контроля состояния положения кузова автомобиля, в охранной автомобильной сигнализации, и во множестве других случаев.
Среди датчиков положения (наклона) различают шариковые и ртутные. На основе самих датчиков отечественная промышленность выпускает микроблоки (с встроенным узлом сравнения и определенным уровнем напряжения на выходе – для установки в различные устройства), например, ДПА-М18-76У-1110-Н, ДПА-Ф60-40У-2110-Н и другие аналогичные.
По типу уровня напряжения на выходе, характеристике сравнения и преобразования сигнала, такие датчика делят на цифровые и аналоговые.
Не вдаваясь в дебри технологии производства электронных компонентов, далее коснемся практической стороны применения датчиков положения (наклона) радиолюбителями в домашних (бытовых) условиях.
Ртутные датчики положения (наклона) представляют собой стеклянный корпус, сравнимый по размерам с небольшой неоновой лампой (12Л5 мм) с двумя выводами-контактами и капелькой (шариком) ртути внутри стеклянного корпуса, запаянного под вакуумом.
Датчик положения (наклона) типа 8610 имеет известный в среде установщиков автомобильных сигнализации аналог SS-053, и широко используется в автомобилях и мотоциклах (в том числе зарубежного производства) в качестве бесконтактного датчика.
С его помощью обеспечивается контроль угла наклона подвески, открывания капота, багажника (в некоторых моделях автомобилей) и в других случаях. Очевидно, ничто не препятствует использовать такой датчик и радиолюбителю при создании своих конструкций.
2.4.1. Плюсы и минусы применения
Минусы в эксплуатации:
– невозможность (без специального оборудования) точно установить угол (градус) наклона, при котором ДП будет стабильно срабатывать;
– возможная токсичность ртути при разбивании датчика;
– инерционность срабатывания, обусловленная конструктивными особенностями датчика, такими, как «тяжеловесность» капли ртути.
Если с инерционностью срабатывания датчика в простых радиолюбительских конструкциях (к которым не предъявляют завышенные требования профессиональных устройств) можно согласиться почти всегда (инерционность срабатывания составляет десятые доли секунды), то неточность срабатывания датчика в зависимости от угла и скорости наклона представляет собой более серьезную проблему.
Однако, не смотря на это, для простых конструкции данный датчик отлично подходит без каких– либо дополнительных доработок. Управление устройствами нагрузки осуществляют с помощью двух контактов ДП 8610 (нормально разомкнутых). Предельно допустимый ток коммутации – 2 А.
Рассматриваемый ДП является полностью законченным устройством, коммутирующим (управляющим) внешнюю нагрузку.
Эти возможности РДП практически реализованы в небольшом и полезном устройстве, которое недавно появилось в серийном производстве под названием «Антисон».
Внутри «черного ящика» установлены три элемента питания типа СЦ-21 (с напряжением 1,5 В – каждый, соединенные последовательно, с суммарным напряжением батареи 4,5 В), включатель, замыкающий электрическую цепь, непосредственно ДП в стеклянном вакуумном исполнении и пьезоэлектрический капсюль со встроенным генератором (звуковой частоты) 34 типа 1205FXP.
При замкнутых контактах включателя питания, и, соответственно, при замкнутых контактах ДП, что происходит при наклоне корпуса прибора, раздается звуковой сигнал. Практическое применение этого устройства очевидно и трудно переоценить автомобилисту: прибор надевается на ухо человека (для этого предусмотрена специальная конструкция корпуса, см. рис. 2.6); при вертикальном положении головы водителя звуковой капсюль не активен, зато, при наклоне головы (как правило, при утомлении водителя на длинных перегонах он склонен ко сну, и голова наклоняется вперед, к рулевому колесу автомобиля) сразу раздается звуковой сигнал тревоги.
Кроме того, сигнал тревоги (замыкание контактов ДП) происходит не только при превышении угла наклона более чем на 20° в вертикальной плоскости, но в аналогичных условиях наклона в горизонтальной и иной плоскости – это расширяет возможности применения датчика.
ДП своими контактами замыкает электрическую цепь управления устройством нагрузки. Таким устройством может быть звуковой пьезоэлектрический капсюль, световой индикатор (например, ультра-яркий светодиод), СЭМР (слаботочное электромагнитное реле на соответствующее напряжение и ток срабатывания), вход оптоэлектронного реле или токовый ключ (на транзисторе, тиристоре), управляющий силовым узлом, потребляющим большой ток от источника питания.
Напряжение элемента питания в данном случае не принципиально, и зависит только от электрических параметров «устройства нагрузки».
Сегодня ДП можно без труда приобрести практически в любом магазине радиотоваров, его стоимость не превышает 100 руб (в регионах РФ).
При закреплении датчика в корпусе устройства его надежно фиксируют расплавленным парафином или моментальным клеем.
Таким образом, удается обеспечить максимальную стабильность функционирования ДП.
По особенностям своей конструкции (вакуум внутри стеклянного корпуса) ДП 8610 практически не допускает ложных срабатываний.
Диапазон рабочих температур от -30 до +45 °C. При соответствующей защите от внешних воздействий ДП эффективно работает в жидких, влажных средах и в условиях повышенной вибрации, что делает его практически незаменимым в ряде нестандартных ситуаций.
2.4.2. Практическое применение
Практическое применение ДП (кроме рассмотренного выше варианта) может быть разнообразным.
Например, датчик положения головы – при установке ДП в шлемофоны мотоциклов или в шлемофоны – аксессуары для компьютерных игр, или датчик наклона (отклонения под воздействием ветра) вертикальных строительных конструкций. ДП пригодились бы на Пизанской башне, для постоянного контроля изменения угла наклона к земле исторического памятника.
Так же возможно использование ртутного датчика, как устройство звукового извещателя падения или для контроля наклона в фототехнике. Как вариант, оправдано применение ДП для контроля положения вертикальной антенны (мачты) для радиопередающего устройства.
Кроме того, описать все возможные идеи, касательно особенностей применения портативного ДП трудно, ибо они бесконечны; очевидно, что вариантов применения ДП столь же много, как и альтернативных решений при разработке электрической схемы устройств одного принципа действия.
2.5. Что можно сделать из «игрушечной» радиостанции NS-881
Много вещей, «пылящихся в закромах» радиолюбителя могут получить вторую жизнь с помощью наших усилий и стараний. В статье хочу продолжить разговор о «переквалификации» относительно бесполезных или морально устаревших электронных устройств.
Портативная радиостанция-игрушка вряд ли может серьезно заинтересовать радиолюбителя по прямому назначению.
Скорее это «безобидная» детская игрушка для обучения азбуке Морзе кандидата перед вступлением в Союз радиолюбителей (или перехода на более высокую квалификационную категорию).
Устройство конструктивно состоит из генератора звуковой частоты, усилителя НЧ и приемо-передающего узла с несущей частотой 26 900 кГц. В разных вариантах этого типа трансиверов установленный кварц-резонатор может отличаться по частоте, а транзисторы маркироваться, к примеру, С9013, что, по сути, не влияет на качество сборки и надежность этой «игрушки».
Высокочастотная часть устройства выполнен на транзисторе VT1, двухкаскадный УЗЧ выполнен на VT2 и VT3; этот усилитель является самым главным элементом конструкции, разряжающим батарею питания.
Орган настройки частоты – подстроечный сердечник катушки контура. Однако при регулировке контура обычной металлической отверткой неизбежны дополнительные погрешности, из-за изменяемого стержнем отвертки поля в контуре.
Для процедуры регулировки необходима отвертка из непроводящего материала. При расположении рядом передатчика и приемника из одного комплекта невозможно определить уход частоты; в некоторых экземплярах уход рабочей частоты от номинального значения составляет до 2 МГц.
Поэтому в такой относительно простой конструкции нет смысла добиваться максимального соответствия частоты между приемником и передатчиком; полагаю, это имели в виду и производители устройства.
Учитывая небольшую мощность трансивера, при точной настройке несущих частот пользователю удается добиться увеличения дальности общения на сотню-другую метров, а в условиях городской застройки и того меньше. Все эти факторы обосновывают мое мнение о практической бесполезности этой «игрушки» для сколь угодно серьезного применения радиолюбителями. Однако, после несложной доработки, описываемой ниже, для данного устройства открываются новые перспективы.
Итак, для эффективного практического применения «игрушки» в быту маленького радиолюбителя, у меня возник ряд идей.
Во-первых, можно сделать «радиомаяк», дистанционно, в пределах сотни-другой метров оповещающий по радиоэфиру о срабатывании сигнализации (открывание двери подсобных помещений, бани, колодца, сарая, гаража).
Приемным узлом в данном и последующем варианте служит радиостанция, настроенная на волну 26,9 МГц.
Второй вариант аналогичного использования – тревожная кнопка, находящаяся постоянно в кармане одежды пожилого человека. При необходимости он может оповестить родных, находящихся в пределах одного дома (в других комнатах) о тревожной ситуации.
Да мало ли и других практических вариантов применения устройства NS-881; доработать его поистине лучше, чем просто «пылить» в закромах. В процессе работы могут возникнуть две сложности, которые, впрочем, легко устранимы.
2.5.1. Подбор частотного канала
Во-первых, «игрушечный» трансивер «запрограммирован» для передачи сигнала на частоте 26,9 МГц. Ни европейская сетка частот в гражданском диапазоне (частотный канал заканчивается на 5), ни отечественная не соответствуют этой частоте. Ближайший канал – 1C по европейской сетке (26,965 МГц). К слову, европейские каналы С2—С45, D1– D40 официально разрешены для использования в РФ.
Даже если замкнуть переключатель режимов «на передачу» и установить перемычку на кнопку с обозначением «азбука Морзе» (чтобы постоянно при наличии питания работал генератор 34), сигнал радиомаяка может принять только аналогичный «игрушечный» трансивер. А если его нет, или требуется оповещение на более распространенной частоте? Придется выпаять кварцевый резонатор и вместо него установить другой, исходя из сведений в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Соответствие частоты кварцевого резонатора выходной частоте трансивера NS-881 [1]Данные получены опытным путем 05.12.2012. Генератор несущей работает на гармониках частот кварцевого резонатора, именно поэтому возможно применение столь разных кварцевых резонаторов. У меня остались кварцы 7-16 МГц от давних экспериментов с ПК «Спектрум», поэтому экспериментировал с ними. Любой начинающий радиолюбитель может поэкспериментировать и с другими кварцами, результат может оказаться интересным.
[2]На зеркальной частоте уровень сигнала заметно слабее. Во время эксперимента для сканирования частот в качестве приемного узла (в связке «радиомаяк, реализованный на NS-881 и его радиосигналов приемник) использовал трансивер фирмы Icom модели IC-718, в котором имеется сверхрегенеративный приемник с широкой полосой пропускания.
Поскольку подавляющее большинство пользователей имеют трансиверы с европейской сеткой частот (к примеру, трансиверы «ТАИС» отечественного производства выпускаются с европейской сеткой), разумно установить такой кварцевый резонатор, который лучше всего согласуется по частоте именно с имеющимся в наличии (у вас) трансивером – к примеру, Веда ЧМ – 27,1875 МГц, Урал-Р – 27,175 МГц, Пилот – каналы С38 и D5, соответствующие частотам 27,385 и 27,465 МГц и аналогичные. Могут иметь место и другие варианты.
Теперь при подаче питания на «игрушку», переставшую быть таковой после доработки, я имею полноценный радиомаяк, весьма полезный в хозяйстве для дистанционного оповещения и предупреждения хозяев о тех или иных событиях, случающихся на небольшом расстоянии от источника тревоги.
2.5.2. Экономия батарей
«Штатное» питание от батареи типа «Крона» не обеспечивает длительной работы модернизированного радиомаяка. Поэтому, если позволяет ситуация, рекомендую вместо нее использовать более мощный аккумулятор, к примеру, D10-012 емкостью 1,2 А/ч и напряжением 12 В. Для рассматриваемого устройства такое, чуть повышенное, относительно 9 В, напряжение не опасно.
Чтобы еще более снизить энергопотребление рекомендую заменить штатный усилитель низкой частоты (НЧ) на представленный ниже (рис. 2.9).
Рис. 2.9. Электрическая схема усилителя
Такой рекомендации есть резонное обоснование. Дело в том, что большинстве разработок усилителей НЧ (в схемах, где используются транзисторы, микросхемы, к примеру, К174ХА10, К174УН4 и другие) даже в «спокойном» режиме – при отсутствии входного сигнала – ток потребления достаточно велик. А усилитель, схема которого представлена на рис. 3, имеет низкие искажения и ток покоя всего 700 мкА. Поэтому его я и рекомендую использовать для доработки в NS-881 (и в аналогичных малогабаритных радиостанциях и радиоприемниках, в других устройствах, где требуется усиление слабого сигнала в совокупности с экономичным питанием).
Усилитель работает в диапазоне частот 200—6000 Гц при неравномерности частотной характеристики (ХЧ) 3 дБ. Выходная мощность при напряжении питания 12 В примерно составляет 0,5 Вт при работе на нагрузку ВА1 сопротивлением 8 Ом.
В схеме применен экономичный микромощный операционный усилитель (ОУ) К140УД12. Для усиления малого выходного тока ОУ применяется двухтактный повторитель напряжения с большим коэффициентом усиления по мощности (КУМ), реализованный на 4-х транзисторах VT3-VT6. Цепь Rll, С6 предотвращает самовозбуждение усилителя на высоких частотах. Коэффициент усиления по напряжению (КУН) определяется соотношением сопротивлений резисторов R7 и R6.
Каскад на транзисторах VT1 и VT2 служит для обеспечения надежной работы ОУ (без искажений) при питании от однополярного источника. Отказ от обычного (традиционного для таких схемных решений) резистивного усилителя позволяет избежать возбуждения усилителя на низких частотах.
2.5.3. О деталях
В усилителе применены малогабаритные импортные резисторы с мощностью рассеяния 0,05 Вт. Можно использовать и резисторы для поверхностного монтажа, к примеру, типоразмера 0805. Оксидные конденсаторы – К50-35 или сходные по электрическим характеристиками и току утечки, остальные – КТ, КМ-5, КМ-6.
В качестве VT1, VT3 можно использовать транзисторы серий КТ3102, КТ3130, КГ6111, КТ342 с любым буквенным индексом. В качестве VT2 и VT4 – любые из серий КТЗ107, КТ6117; эти транзисторы должны иметь коэффициент передачи тока базы не менее 200. Транзистор VT5 можно заменить любым из серии КТ6115, КТ6112, КТ668, КТ685. Транзистор VT6 – КТ6114, КТ6117, КТ645, КТ680, КТ683. Микросхему К140УД12 можно заменить КР140УД1208 (цоколевка совпадает). В качестве ВА1 вместо «штатной» динамической головки от портативной радиостанции Си-Би диапазона NS-881 я использую 0,5-ГДШ-2.
2.5.4. Налаживание
Резистором регулировки громкости R3 уменьшают уровень входного сигнала до нуля. Далее, подбором сопротивления R1 устанавливают напряжение на эмиттерах VT1 и VT2 равное половине напряжения питания. Подбором сопротивления R5 нужно установить ток покоя усилителя, равный 700 мкА, при этом движок переменного резистора R3 должен находиться в нижнем (по схеме) положении, а динамическую головку на время измерения тока лучше отключить (чтобы исключить погрешность от тока утечки С7). Усиление по напряжению регулируется подбором сопротивления резистора R6.
Готовый усилитель желательно проверить с помощью генератора и осциллографа. При правильной компоновке элементов, возбуждения по высокой частоте (ВЧ) не возникает.
2.5.5. Подключение и применение
Вход усилителя (рис. 2.9) подключают к среднему выводу переменного резистора RP1 (обозначение на плате NS-881), регулятора громкости.
Как уже отмечалось выше, его применение в NS-881 значительно увеличило срок службы батареи.
Альтернативой описанного усилителя мощности может быть импортный интегральный УЗЧ, имеющий режим снижения потребляемой мощности. Но такой режим не удается задействовать без значительной доработки детектора радиоприемного тракта, что делает всю затею малорентабельной по времени и перспективному смыслу.
С другой стороны, простая доработка для «новой жизни» кажущегося бесполезным, игрушечного устройства, на мой взгляд, с учетом практически проведенных экспериментов, в том числе с заменой кварцевых резонаторов – для согласования с популярными и серийно выпускаемыми радиостанциями, заслуживает внимания.
2.6. Плеер для бабушки
Хочу привлечь внимание к нашим бабушкам и дедушкам – пожилым людям, которые не избалованы средствами связи и комфорта. Мы – молодежь – покупаем себе новые «игрушки», а старым, но эффективно работающим, уже нет места в «закромах». Сотовые телефоны, вышедшие из моды, как правило, передаются родственникам и продаются. А MP3-проигрыватели?
Устаревшие модели MP3-проигрывателей приходится выбрасывать или разбирать на части. Они могли бы послужить еще для наших прародителей (дедушек и бабушек), доставляя им несказанное удовольствие и добавляя комфорт на старости лет. Наши стареющие родственники привыкли считать каждую копейку, и часто экономят на себе. Сегодня можно увидеть у них в руках сотовые телефоны старых моделей, купленные на пенсию, или подаренные детьми (внуками) – те модели, которые уже дарителям не нужны. Оставим моральную сторону таких подарков, ведь бабушки и дедушки с удовольствием принимают и эти вещи, не претендуя на новинки, в результате родственники становятся мобильны в части связи и возможностей.
Таким же образом можно сделать приятное бабушке (дедушке), одарив их MP3-плеером, купленным, к примеру, лет 5 назад.
Этот MP3-плеер является проигрывателем со встроенной флеш-памятью. Он стильно выглядит и прост в обращении – все регулировки, включая регулировку громкости, осуществляются нажатием кнопок-клавиш. Воспроизводит музыкальные форматы MP3, WMA, WAV, МР2, МР1.
Небольшой (по нынешним меркам) объем памяти 256 Мб, питание от одного элемента ААА, разъем USB, позволяющий перезаписывать музыку с ПК, диктофон со встроенным высокочувствительным микрофоном, цифровой эквалайзер, FM-тюнер, зарядное устройство и аккумулятор (в виде элемента ААА), кабель для записи по линейному входу (кроме USB), входящие в комплект наушники – этот набор делает данную модель полезной во многих отношениях. Раскрою некоторые вышеназванные параметры шире:
Объем памяти 256 Мб позволяет записать в память проигрывателя 100–120 музыкальных композиций. Непрерывное время проигрывания при новом элементе питания составит порядка 2 час. Диктофон имеет отключаемую функцию VOR (пропуск тишины при записи). Встроенная функция памяти после отключения – при следующем включении плеер возвращается к тому моменту композиции, при котором был выключен. Битрейт (скорость передачи данных) 64-320 кбит/с.
Есть и «таймер сна». Эта отключаемая функция автоматически выключит плеер, если в заданное время (10–90 мин) не нажата ни одна кнопка. Однако, многие из вышеприведенных функций редко или даже никогда не будут использованы нашими бабушками и дедушками. По опыту я знаю, что они обращаются в основном к 2–3 простым функциям (то же касается и сотовых телефонов). Поэтому плеер, не смотря на кажущийся для нас анахронизм функциональных возможностей в сравнении с новейшими моделями и объемами памяти в десятки и сотни ГГб, для наших прародителей отличное средство развлечения в дороге или на отдыхе. А те из них, кто освоит функцию диктофона, могут «надиктовывать» мемуары. Но есть одно «но»…
2.6.1. Основной недостаток
Батарея, равно как и аккумулятор, быстро разряжается.
2 часа работы при максимальной громкости, согласитесь, это очень мало (успевает проиграться примерно 40 % записанных композиций). При дальней дороге приходится брать с собой до 4-х комплектов батареек.
И ресурс работы от одного элемента зависит не столько от уровня громкости (бабушки и дедушки часто плохо слышат), сколько от не отключаемой семицветной подсветки экрана, предусмотренной в данной модели. Отключить подсветку можно только принудительно.
2.6.2. Метод переделки
Он сводится к отключению плоской светодиодной матрицы, находящейся под ЖК-дисплеем.
Открутив 2 шурупа с тыльной стороны корпуса плеера мелкой крестообразной отверткой, вскрываем плеер и отделяем печатную плату от частей корпуса.
Теперь, перевернув плату на другую сторону, отпаиваем 4 проводника, ведущие к светодиодной матрице (общий провод – черный – контакт на плате 2), и вынимаем матрицу движением в сторону.
Саму матрицу W543 теперь также можно применять для световых эффектов. В ней задействовано 3 разноцветных светодиода, изменяющих свечение в зависимости от напряжения питания (в диапазоне 0–2 В). Черный провод – общий.
Плеер аккуратно собираем в обратной последовательности и передаем в пользование бабушке.
После незначительной переделки экран дисплея светиться не будет, а время работы от одного элемента питания увечится до 6 час, что с запасом обеспечит проигрывание по кругу всех записанных музыкальных композиций.
Также можно поступить с другими плеерами, где подсветка дисплея не отключается.
Кроме функции MP3-проигрывателя пожилой человек может использовать плеер и как накопительный банк памяти – это возможность надиктовать на диктофон (описанная выше) и, что более существенно – использование в виде флэш-накопителя с объемом памяти 256 Мб.
Это может удобно старым людям, например, для записи и последующей передачи в фотомастерскую изображений с компьютера или фотографий (в цифровом виде) от цифрового фотоаппарата. Объем памяти (при среднем сжатии) позволит вместить примерно 256 цифровых фото.
Причем для считывания данных с флеш-накопителя даже не требуется элемента питания, плеер просто вставляется в USB разъем компьютера или иного устройства (например, современного автомобильного проигрывателя CD где он предусмотрен), автоматически определяется как съемный диск, и начинается воспроизведение записанных композиций (или фотоизображений).
Выбрасывать столь ценную вещь жалко. А бабушка оценит внимание внука.
2.7. «Космические» или «нечеловеческие» звуки с помощью электронного устройства своими руками
Необычные звуковые эффекты, получаемые с помощью несложных приставок на микросхемах КМОП вполне способны поразить воображение читателей. Схема, представленная вниманию юных и не очень юных читателей на рис. 2.13 родилась в процессе различных экспериментов с популярной КМОП-микросхемой K176ЛA7.
Рис. 2.13. Электрическая схема «странных» звуковых эффектов
Одна и та же схема реализует целый каскад звуковых эффектов, в особенности животного мира, так сказать на «все случаи жизни».
Посудите сами: в зависимости от положения движка переменного резистора, установленного на входе схемы можно получить реальные звуки «кваканья лягушки», «соловьиной трели», «мяуканья кота», «мычания быка» и много-много других, даже различные человеческие членораздельные сочетания звуков, нетрезвое мычание и прочие нестандартные звуки.
Как известно, номинальное напряжение питания такой микросхемы 9 В, однако, как показывает практика для достижения особенных результатов, возможна работоспособность схемы при сознательном занижении напряжения до 4,5–5 В. Вместо микросхемы 176 серии в данном варианте вполне уместно использовать и ее более широко распространенный аналог серии К561 (К564, К1564).
Выход звуковых колебаний на звуковой излучатель ВА1 берется с выхода промежуточного логического элемента схемы.
Рассмотрим работу устройства в неправильном режиме – при напряжении питания 5 В. В качестве источника питания можно применить батареи из элементов питания (например, 3 элемента ААА, включенные последовательно) или стабилизированный сетевой источник питания с установленным на выходе фильтром – оксидным конденсатором емкостью от 500 мкФ с рабочим напряжением не менее 12 В.
На элементах DD1.1 и DD1.2 собран генератор импульсов, запускаемый «высоким уровнем напряжения» на выводе I DD1.1. Частота импульсов генератора звуковой частоты (34), при применении указанных RC-элементов, на выходе DD1.2 составит 2–2,5 кГц. Выходной сигнал первого генератора управляет частотой второго (собранного на элементах DD1.3 и DD1.4). Однако, если «снять» импульсы с вывода
II элемента DD1.4 – никакого эффекта не будет. Один из входов оконечного элемента управляется через резистор R5. Оба генератора работают в тесной связке друг с другом, само-возбуждаясь, и реализуя зависимость от напряжения на входе в непредсказуемые пачки импульсов (на выходе).
С выхода элемента DD1.3 импульсы поступают на простейший усилитель тока на транзисторе VT1 и, многократно усиленные, воспроизводятся пьезоизлучателем ВА1.
О деталях
В качестве VT1 подходит любой маломощный кремниевый транзистор р-п-р проводимости, в том числе КТ361 с любым буквенным индексом. Вместо излучателя ВА1 рекомендую использовать телефонный капсюль TESLArnin отечественный капсюль ДЭМШ-4М с сопротивлением обмотки 180–250 Ом. При необходимости усиления громкости звучания необходимо дополнить базовую схему усилителем мощности и применить динамическую головку с сопротивлением обмотки 8-50 Ом.
Все номиналы элементов резисторов и конденсаторов рекомендую применить указанные на схеме с отклонениями не более чем на 20 % (касается резисторов) и 5-10 % (для конденсаторов). Резисторы типа MЛT 0,25 или 0.125, конденсаторы типа МБМ, КМ и другие с незначительным допуском влияния окружающей температуры на их емкость.
Резистор R1 переменный, с линейной характеристикой изменения сопротивления, номиналом 1 МОм.
Если необходимо остановиться на каком-либо одном понравившемся эффекте, например «кряканье гусей» – следует добиться данного эффекта очень медленным вращением движка R1, затем отключить питание, выпаять переменный резистор из схемы, и, замерив его сопротивление, установить в схему постоянный резистор.
При правильном монтаже и исправных деталях устройство начинает реагировать сразу.
В данном варианте звуковые эффекты (частота и взаимодействие генераторов) зависят от напряжения питания.
При повышении напряжения питания более 5 В, для обеспечения безопасности входа первого элемента DD1.1, необходимо подключить в разрыв проводника между верхним по схеме контактом R1 и положительным полюсом источника питания ограничивающий резистор сопротивлением 50–80 кОм.
Устройство находит авторское применение в качестве игрушки с домашними животными, дрессировки собаки.
На рис. 2.14 изображена схема генератора колебаний звуковой частоты (34) с переменной частотой.
Рис. 2.14. Электрическая схема генератора колебаний звуковой частоты
Генератор 34 реализован на логических элементах микросхемы К561ЛH2. На двух первых элементах собран низкочастотный генератор. Он управляет частотой колебаний высокочастотного генератора на элементах DD1.3 и DD1.4. От этого получается, что схема работает на двух частотах попеременно. На слух смешанные колебания воспринимаются как «трель».
Звуковым излучателем является пьзоэлектрический капсюль ЗП-х (ЗП-2, ЗП-З, ЗП-18 или аналогичный) или высокоомный телефонный капсюль с сопротивлением обмотки более 1600 Ом.
Свойство работоспособности КМОП-микросхемы К561 серии в широком диапазоне напряжений питания использовано в звуковой схеме на рис. 2.15.
Автоколебательный генератор на микросхеме K561ЛH2 (первый и второй элементы) получает напряжение питания от схемы управления, состоящей из RC-зарядной цепочки и истокового повторителя на полевом транзисторе VT1.
Рис. 2.15. Электрическая схема автоколебательного генератора
При нажатии кнопки S1 конденсатор в цепи затвора транзистора быстро заряжается и затем медленно разряжается.
Истоковый повторитель имеет очень большое сопротивление и на работу зарядной цепи почти не влияет. На выходе VT1 «повторяется» входное напряжение, и сила тока достаточна для питания элементов микросхемы.
На выходе генератора (точка соединения со звуковым излучателем) формируются колебания с убывающей амплитудой до тех пор, пока напряжение питания не станет меньше допустимого (+3 В для серии микросхем К561). После этого колебания срываются. Частота колебаний выбрана примерно 800 Гц. Она зависит и может быть скорректирована конденсатором С1.
При подаче выходного сигнала 34 на звуковой излучатель или усилитель можно услышать звуки «мяуканья кошки».
Схема на рис. 2.16 позволяет воспроизводить звуки «кукования кукушки».
При нажатия на кнопку S1 конденсатор С1 и С2 быстро заряжается (С1 через диод VD1) до напряжения питания. Постоянная времени разряда для С1 около 1 с, для С2 – 2 с. Напряжение разряда С1 на двух инверторах микросхемы DD1 преобразуется в прямоугольный импульс, длительностью около 1 с, который через резистор R4 модулирует частоту генератора на микросхеме DD2 и одном инверторе микросхемы DD1. Во время длительности импульса частота генератора составит 400–500 Гц, при его отсутствии – примерно 300 Гц.
Напряжение разряда С2 поступает на вход элемента И (DD2) и разрешает работу генератора примерно в течении 2 с. В результате на выходе схемы получается двухчастотный импульс.
Необычные неповторимые звуки с помощью простых схемы: как мяукает кошка, лает собака, мычит корова находят применение в бытовых устройствах для привлечения внимания своей нестандартной звуковой индикацией к происходящим электронным процессам.
Рис. 2.16. Электрическая схема устройства с эффектом «кукования кукушки»
2.8. Простое устройство защиты от комаров для летнего лагеря и дачи
С наступлением теплого сезона у людей во всем мире появляются новые заботы– как уберечься от летающих насекомых– комаров и мух. Особенно нагнетает атмосферу и портит настроение нашим маленьким детям навязчивый знойный писк и гул комаров ночью.
Что защитить себя и семью кто-то устанавливает дома противомоскитные сетки, занавешивает форточки и дверные проемы марлей, намазывает свое тело специальными составами, отталкивающими надоедливых насекомых.
Промышленность развитых стран (в частности Финляндии) уже давно предлагает своему населению специальный прибор, напоминающий по принципу действия «электрический стул». Между проводниками-электродами, расположенными друг от друга на расстоянии 3,5 мм, при работе генератора ВЧ образуется электрическое поле. Насекомое, попавшее в это поле, погибает и, как правило, остается прилипшим на электродах, так что его без труда можно выбросить «в утиль», стряхнув прибор, как мы привыкли стряхивать старый ртутный градусник.
2.8.1. Принцип работы
Устройство работает по принципу уничтожения насекомых электрическим разрядом высокого напряжения.
Для человека оно не опасно (хотя ощутимо) в силу очень малого (единицы мкА) тока. При случайном воздействии на человека (касания сетки с электродами при включенном устройстве), человек ощущает лишь легкое покалывание.
Пользуются устройствам так.
При приближении комара (или иного летающего насекомого) нажимают на кнопку (бардового цвета, слева на ручке устройства на рис. 1), при этом «ракеткой» энергично ведут по воздуху в месте нахождения насекомого и «достают», касаются его. Комар после этого прилипает к электродам и погибает. Также можно уничтожать комаров и мух, сидящих на потолке или стенах комнаты, при этом «мокрых» и кровяных пятен на стенах не остается.
При проведении (взмахом) такой ракеткой вблизи летящего (сидящего на стене, потолке) насекомого (комара, мухи, шмеля, овода) с включенным электронным узлом, электрические разряд между параллельными проводниками воздействует на насекомое и приводит к его летальному исходу. Практикой установлено, что достаточно провести ракеткой с включенным устройством на расстоянии 5…7 см от насекомого. Непосредственный контакт не обязателен.
Длительная практика применения показала, что устройство продолжает хорошо работать, даже если на сетку между электродами попало более трех десятков мелких насекомых (комаров). Согласитесь, это эффективный показатель.
Устройство питается от двух пальчиковых батарей типа А А, с суммарным напряжением 3 В. Этого источника питания хватает на все лето активной работы.
2.8.2. Вопросы практического применения
Данное устройство против насекомых часто применяют в мобильном исполнении для локального действия. Но оно эффективно не только против комаров и мух, но и против ползающих насекомых, например, против тараканов и крупных муравьев.
Отрицательным моментом применения устройства является то, что убиенные электрическим током насекомые при воздействии тока частично сгорают и выделяют не очень приятный запах (каждое насекомое – свой). Но в случае обильного нашествия комаров и мух, на это уже, как правило, обращаешь внимание второстепенно.
Одним из второстепенных положительных моментов применения устройства является то, что летающие насекомые (мухи и комары) могут быть легко сняты с устройства легким стряхиванием, например, прямо в аквариум, где рыбы с удовольствием питаются ими. Это проверено на авторской практике, таким образом, частично решается и проблема разнообразия корма для рыб. Ведь, как известно аквариумистам, естественный (природный) корм лучше искусственного.
Для радиолюбителей не составит труда повторить представленную ниже электрическую схему устройства оберегающего человека от комаров мух и других летающих насекомых.
Для этой цели, а также для общего познания и возможности доработки устройства, автор разобрал его и скопировал электрическую схему. Она оказалось не сложной (см. рис. 2.17).
Рис. 2.17. Электрическая схема устройства уничтожения летающих насекомых
К сожалению, данные высокочастотного трансформатора Т1 оказались недоступны (нет обозначения). Поэтому автор пошел по пути замены его отечественным аналогом путем подбора. Наилучшие результаты (вместо штатного) показал согласующий трансформатор СТ-1А, который можно встретить «в закромах» радиолюбителя. Ранее он активно применялся в старых транзисторных радиоприемниках типа «Селга-404» и аналогичных.
Для повторения устройства в домашних условиях потребуется старая (или новая) ракетка для игры в бадминтон.
Доработка ракетки сводится к удалению капроновой или Лесковой сетки и замене ее на параллельные не соединяющиеся неизолированные провода (цельной стальной или цельной нихромовой (здесь не принципиально) проволоки диаметром 1 мм), установленные через равные промежутки (3,5…4 мм) и жестко натянутые по внутренней окружности обруча ракетки.
Конструктивная схема показана на рис. 2.18.
Рис. 2.18. Конструктивная схема переделки ракетки для игры в бадминтон
На рис. 2.19. показана схема подключения сетки из электродов.
Рис. 2.19. Конструктивная схема подключения электродов к устройству защитного заслона против летающих насекомых
Главное, чтобы контакты электродов не замыкались, иначе генератор ВЧ (см. рис. 2.17) выйдет из строя.
В самодельном варианте уместно питать устройство от сетевого адаптера с выходным постоянным напряжением в диапазоне 3–5 В. Это может быть, например, адаптер для питания аудиоплеера или любой аналогичный.
Ток потребления устройства во включенном состоянии от источника питания (для самодельного варианта) не превышает 30 мА.
При случайном касании защитной сетки человеком ощущается легкое покалывание в месте прикосновения. При отключении питания узла электронный заряд, обусловленный сохранением разницы потенциалов на обкладках конденсатора С1 сохраняется еще некоторое время– 1… 1,5 мин. При необходимости принудительно «разрядить» устройство после охоты на комаров при выключенном питании неизолированные проводники сетки рекомендуется кратковременно замкнуть (например, любым проводящим ток предметом, отверткой), сняв остаточный заряд.
2.8.3. Элементы устройства
Устройство, показанное на электрической схеме рис. 1, представляет собой генератор импульсов ВЧ на транзисторе VT1 и повышающем трансформаторе Т1. При замыкании контактов кнопки SA1 транзистор VT1 взаимодействуя с первичной обмоткой трансформатора Т1 (начала обмоток показаны на схеме точкой) переходит в режим генерации импульсов с частотой около 100 кГц. Эти импульсы можно проконтролировать на коллекторе и базе транзистора VT1 осциллографом.
На выводах вторичной обмотки вследствие магнитной индукции при работе генератора образуется переменное напряжение, которое через умножитель на диодах VD1, VD2 поступает на контакты XI, Х2. Постоянный резистор R2 ограничивает ток. Конденсатор С1 служит для частотного резонанса с вторичной обмоткой Т1. Нормальным считается такая работа узла, если на контактах XI, Х2 вольтметром в режиме измерения постоянного напряжения (DC) удается зафиксировать напряжение 80…90 В. При подключении вольтметра к контактам XI, Х2 внутренняя цепь измерительного прибора заметно шунтирует полезное напряжение, поэтому при указанных выше показаниях вольтметра реальная разность потенциалов в точках XI и Х2 составит около 100 В.
Если выходное напряжение окажется заметно большим, чем 100 В (что может быть при применении другого трансформатора вместо указанного СТ-1А или увеличения напряжения питания устройства (это делать не рекомендуется)), в схему вводят постоянный резистор R* между контактами XI и Х2 (показан на рис. 2 пунктиром).
Повышать выходное напряжение на контактах XI, Х2 совершенно нет необходимости, комары и так погибнут).
Замыкать контакты XI, Х2 при включенном питании (замыкании контактов кнопки SA1) не рекомендуется даже кратковременно – можно вывести из строя транзистор и трансформатор генератора.
К контактам XI, Х2 методом пайки присоединяют изолированные проводники сечением не менее 1 мм. Их длина должна быть минимальной (устройство максимально близко следует располагать к защитной сетке), скрутка проводников между собой недопустима.
2.8.4. О деталях и налаживании
Генератор устройства, как правило, начинает работать сразу же после подачи питания, при этом слышится негромкий характерный ВЧ звук. Если этого не произошло, проверяют ток потребления и контролируют напряжение в указанных на схеме точках первичной обмотки Т1.
Наиболее распространенная причина неисправности (если все детали заведомо исправны) в неправильном включении трансформатора Т1. Для устранения неполадки первичную обмотки включают так, чтобы начало первичной обмотки соответствовало «+» источника питания– то есть включают трансформатор наоборот относительно первого подключения.
Для дальнейшей настройки (или поиска неисправностей) желателен осциллограф. Им контролируют и добиваются изменением сопротивления резистора R2 максимального размаха амплитуды импульсов генератора, которые имеют частоту примерно 100 кГц. Если осциллографа нет, настраивают генератор с помощью вольтметра. На нижнем (по схеме) выводе первичной обмотки корректировкой сопротивления указанного резистора (если это необходимо) добиваются напряжения 2,8 В в режиме измерения постоянного напряжения. Но это скорее частный случай и, как правило, в этом необходимости нет.
Транзистор MIP504 в корпусе ТО-92 можно заменить на MIP508, MIP707, MIP510, MIP511 и на аналогичными по электрическим характеристикам.
Классическое применение данного типа транзисторов– коммутация различных реактивных нагрузок, реле и других приборов, содержащих катушки индуктивности, трансформаторов.
Ток нагрузки до 2 А, частота переключения до 120 кГц, предельное напряжение коллектор-эмиттер 60 В, управляющее напряжение (база– эмиттер) не более 6 В.
Трансформатор Т1 применен промышленный, какие можно найти и в старых запасах начинающего радиолюбителя.
Можно его заменить и на аналогичные варианты согласующих трансформаторов от транзисторных приемников. Главные требования при поиске замен: Ш– образные пластины, компактный внешний вид, необходимое количество отводов в первичной обмотке (согласно схемы рис. 2). Сопротивление между отводами в первичной обмотке таково: участок А – 1,7 Ом, Б – 2 кОм, В – 0,9 Ом. Сопротивление между выводами вторичной обмотки 250 Ом.
Все постоянные резисторы типа MЛT-0,25, MF-25. Конденсатор С1 обязательно высоковольный (рассчитанный на рабочее напряжение не ниже 100 В), например, К73-17, К78-17. Диоды VD1, VD2 типа КД254 с любым буквенным индексом, 1N4007. Кнопка SA1 типаП1М9-1Т или минитумблер MTS-1.
2.8.5. Ограничения и особенности устройства
Устройство содержит очень мало деталей, поэтому печатная плата в данном случае не разрабатывалась. Недостатков устройства и его ограничения по использованию из-за каких-либо побочных эффектов на практике не выявлено. Шумовой эффект (писк) от работы генератора ВЧ слышен лишь вблизи ракетки на расстоянии в 1 м и не оказывает отрицательного влияния на человека. По этому же еле слышному звуку можно контролировать работу устройства.
Также для визуального контроля работы в схему можно ввести светодиодный индикатор, включив светодиод последовательно с ограничительным резистором сопротивлением 82… 100 Ом. Данную цепь включают между «+» питания и эмиттером транзистора VT1. Ток потребления при этом несколько повысится, а ресурс работы элементов питания (при использовании батареек) пропорционально сократится.
Кроме рассмотренных вариантов с незначительной доработкой схемы (это остается для самостоятельного творчества) можно расширить спектр применения устройства, например, до маломощного электрошокера.
При питании от батарей с эквивалентным напряжением 3 В такой защитный электрошокер будет иметь поистине эффективные возможности из-за простоты повторения, низкой стоимости деталей и миниатюрного исполнения.
К слову, применение электрошокеров остается на совести и ответственности их владельцев.
2.9. Усиление звука…коровы
Среди многочисленных игрушек, имитирующих звуки животных с электронной начинкой внутри, есть самые замысловатые. Например, игрушка, имитирующая звук коровы, или говорящий поросенок: «поехали домой, а то я уже есть хочу!».
В первом случае промышленное электронное устройство, презентабельно оформленное в виде миниатюрной мягкой игрушки (производства наших друзей из КНР) издает звуки «му-у», что можно использовать для своих целей каждому читателю, адаптировав такую игрушку, например, для необычного сигнала в автомобиле.
Сразу оговорюсь, что использовать необычный звуковой сигнал в качестве основного нельзя, поскольку в правилах дорожного движения есть на этот счет строгие регламенты. Однако, в качестве дополнительного сигнала – можно, только не надо включать его при прохождении техосмотра.
Внимание, интересно!
Кроме того, в качестве звукового сигнализатора такое устройство можно применять практически везде в быту – от сигнализатора открывания двери холодильника и открывания межкомнатных (входных) дверей в квартире, до сигнализатора телефонного звонка или освещения – на все желание и творческая способность радиолюбителя.
Чтобы адаптировать устройство к своим целям и задачам, потребуется разобрать его, и добавить несложную (на одном транзисторе) схему усилителя мощности с подключенной на его выход динамической головкой 1–5 Вт.
Параллельно миниатюрному звуковому излучателю (динамического типа с сопротивлением катушки 250 Ом, без маркировки) подключены параллельно пара светодиодов, «съедающих» полезную мощность и без того маломощного усилителя. Как правило световой индикатор, дополнительно к звуковому в быту не понадобится, поэтому, соединительные проводники обоих светодиодов отпаиваем из платы.
Но штатный звуковой капсюль также не способен развить бо́льшую мощность, чтобы, например, озвучить среднюю комнату площадью 13x18 м.
Потребуется увеличить выходную мощность устройства. В нашем случае, чтобы согласовать высокоимпедансный выход микросхемы «игрушки» с низкоомной нагрузкой (в качестве динамической головки ВА1 с сопротивлением катушки 4-16 Ом) требуется применить усилитель тока на транзисторе VT1. Этот транзистор может быть как биполярным (кремниевым, структура п-р-р), так и полевым. При этом сопротивление резистора R1 во втором случае может быть более высоким (до 1 М) за счет малых входных токов и большого входного сопротивления полевого транзистора. Рассмотрим электрическую схему дополнительного усилителя на рис. 2.22.
Рис. 2.22. Электрическая схема дополнительного усилителя
Но и указанное на схеме (рис. 2.22 сопротивление (ограничительного резистора R1) позволит устройству работать без перегрузки. Итак, в качестве усилителя мощности «промышленного» генератора звуков «му-у-у-уууу» применяется полевой транзистор и схема на рис. 2.22.
Поскольку включение данного звукового эффекта не будет продолжительным по времени, транзистор VT1 на радиатор не устанавливают.
Контакты Ubx подключают к плате в точках «штатного» подключения динамического звукового капсюля. Вывод «+» капсюля подключают к резистору R1, а общий провод к общему проводу схемы на рис. 3.
Питание китайской игрушки составляет 2 последовательно включенных элемента типа СЦ-21, а рабочее напряжение в сумме составляет 3 В. На практике проверено, что электронную «начинку» игрушки и дополнительный усилитель можно питать внешним стабилизированным напряжением 3–8 В. Верхний предел данного диапазона является окончательным, после дальнейшего повышения напряжения генератор звуков «му-у» на залитой каплевидной микросборке выйдет из строя.
В качестве ключевого элемента в таком источнике питания можно использовать популярный стабилизатор КРЕН5А– КРЕН5В. При увеличении напряжения питания выходная мощность возрастает.
Вместо транзистора VT 1 можно применить также IRF511, IRF720 или отечественный аналог КП743Б.
Вместо указанной на схеме динамической головки ВА1 подойдет любая малогабаритная с сопротивлением 4—16 Ом, и мощностью до 5 Вт, например, 0,5ГДШ-2, 4ГДВ-1, 2ГД-36.
Усилитель мощности, предложенный в данной статье, можно применять и в других игрушках, для озвучивания необычных звуковых эффектов.
При подаче питания устройство трижды «говорит» «му-у-ууу», а потом замолкает. Следующее включение осуществляется путем замыкания контактной площадки на «штатной» плате игрушки (рис. 2.21).
Для адаптации устройства с усилителем мощности в быту требуется аккуратно припаять проводники к контактной площадке, на конце которых устанавливают геркон или включатель (кнопку) с нормально замкнутыми контактами. Проводники могут быть выполнены из гибкого медного многожильного провода МГТФ-0,6 или аналогичного.
Длина проводников (чтобы не было ложных срабатываний от наводок напряжения) не должна превышать 0,5 м.
Практика озвучивания открывания двери с помощью «игрушечных» звуков
Допустим, геркон на размыкание установлены на косяке двери, а в само подвижное полотно «вживлен» магнит напротив геркона. Тогда при закрытой двери контакты геркона разомкнуты и генератор «му» молчит.
При открывании двери магнит перестает воздействовать на геркон, в нормальном состоянии контакты которого замыкаются, устройство срабытывает и излучает звук «му» (или иной, если применяется другая звуковая игрушка).
Далее, даже если дверь будет открыта продолжительное время, генератор молчит (такова особенность игрушки); новый звук появится при следующем замыкании контактов (или открывании двери после ее закрытия).
В принципе, по той же логике можно переделывать или дообрабатывать под свои задачи практически любые электронные игрушки.