1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

НЕКОТОРЫХ ДРУГИХ СИГНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

 

1.3.1. АВТОМАТИЧЕСКИЕ МИГАЛКИ

 

На рис. 58 приведена очень простая схема мигалки, автоматически включающейся с наступлением темноты и выключающейся с рассветом. Она содержит лишь реле, лампу накаливания, потенциометр настройки и фоторе­зистор типа LDR03 или RCA7163.

Фоторезистор и лампа накаливания оптически связа­ны друг с другом. При включении выключателя K (в тем­ноте) через рабочий контакт jlреле по лампе течет ток.

Свет от нее одновременно падает и на фоторезистор F, его сопротивление умень­шается, что влечет за собой срабатывание реле и пре­рывание вследствие этого цепи питания.

Когда лампа гаснет, со­противление фоторезистора возрастает, реле возвраща­ется в исходное состояние и опять включает лампу Л, Период мигания определяет­ся инерционностью фоторе­зистора и лампы, а также временем срабатывания реле. Кроме простоты достоинством схемы является то, что процесс мигания при дневном свете автоматически пре­кращается. Ток, текущий в это время через относитель­но большое сопротивление обмотки реле, довольно мал. Схема мигалки с самовозбуждающимся мультивиб­ратором, начинающая работать с наступлением темноты, показана на рис. 59. Когда дневная освещенность снижа­ется до 25 лк, в результате превышения порогового значения сопротивления фоторезистора приводится в дей­ствие мультивибратор, который и включает мигалку.

Рис. 58. Автоматическая мигал­ка, основанная на принципе оптической связи

Рис. 59. Мигалка с самовозбуждающимся мультивибратором, рабо­тающая при наступлении темноты

 

1.3.2. СИГНАЛИЗАТОР ДЛЯ ВАРКИ ЯИЦ

 

На рис. 60 представлена принципиальная схема тай­мера (временного переключателя), подающего звуковой сигнал по истечении некоторого времени задержки. Уст­ройство издает свистящий звук через 3 или 10 — 15 мин, необходимые для варки яиц всмятку или вкрутую (нуж­ное время устанавливают переключателем K1). Таймер приводится в действие выключателем K2.

Рис. 60. Схема таймера со звуковой сигнализацией

 

Схема состоит из трех основных частей: времязада-ющего контура, мультивибратора и простого низкочас­тотного усилителя. Полевой транзистор Т1 позволяет установить требуемое время задержки. Элементы Rи С, определяющие фактическую постоянную времени, со­стоят из потенциометров Р1 и Р2 и конденсатора С1. К истоку Т1 подводится определенный уровень на­пряжения от делителя, состоящего из резисторов R2 и RЗ.

Рис. 61. Печатная плата тайме­ра со звуковой сигнализацией (MI :1)

 

Если устройство выключено, контакт К.26 выключа­теля К2 создает короткое замыкание на конденсаторе С1. В момент включения, следовательно, конденсатор С1 полностью разряжен и медленно заряжается через по­тенциометры Р1 и Р2 или только Р2. По прошествии ус­тановленного времени транзистор Т1 между истоком и стоком имеет сопротивление 100 кОм, которое отделяет базу транзистора Т2, имеющего напряжение, задавае­мое резистором R4. В это время приводится в действие самовозбуждающийся мультивибратор, состоящий из транзисторов Т2 и ТЗ. Звуковой сигнал раздается из ми­ниатюрного динамика, включенного в коллекторную цепь транзистора Т4. Ограничение коллекторного тока этого транзистора обеспечивается резистором R8. За исклю­чением резистора R8 (16 Ом, 0,5 Вт), все остальные рас­считаны на мощность Vs Вт. Конденсатор С1 имеет па­раметры 1600 мкФ/10 В.

Рис 62 Схема размещения деталей таймера со звуковой сигнализа­цией (М2 : 1)

 

Печатная плата и монтажная схема размещения де­талей этого устройства даны на рис. 61 и 62. Следует за­метить, что особую осторожность надо проявлять при монтаже полевого транзистора, так как он гораздо чув­ствительнее обыкновенных. Паразитные источники напряжения (статическое электричество) при пайке могут вывести транзистор из строя. Паяльник поэтому ,на это короткое время следует отключить от сети.

Настройка потенциометров Р1 и Р2 для работы схе­мы на 3 или 15 мин производится при помощи секундо­мера.

 

1.3.3. ЭЛЕКТРОННЫЙ КАЛЕНДАРЬ

 

Электронный календарь, схема которого приведена на рис. 63, показывает соответствующий день недели. Замыкание контакта для данного дня недели осуществ­ляется посредством последовательно соединенных фоторезисторов F1 и F2. Посторонний свет, например, мол­нии, автомобильных фар, а также других внешних источ­ников не влияет на работу схемы. Поместив фотодатчики (фоторезисторы) в пластмассовую трубу, их направ­ляют в разные стороны.

Рис. 63. Принципиальная электрическая схема электронного кален­даря

 

Устройство работает следующим образом. Предполо­жим, что календарь установлен на понедельник и уже наступил вечер, т. е. стало темно. Когда начинается утро, сопротивление фотодатчиков LDR уменьшается, в ре­зультате напряжение достигает значения порога переключения однопереходного транзистора типа 2N2646, что приводит к открыванию транзисторов Т2 и ТЗ. Конден­сатор С1 разряжается (через резистор R4), и немедлен­но заряжаются конденсаторы СЗ, а спустя несколько се­кунд и С4. Транзистор Т4 в это время открыт, и первый импульс, достигающий счетчика, установленного на нуль, переводит календарь на вторник. До тех пор, пока свет падает на фоторезисторы, импульсы релаксационного генератора (2N2646) опять заряжают конденсаторы СЗ и С4.

Рис. 64. Печатная плата электронного календаря, изображенного на рис. 63(Ml:1)

 

С наступлением темноты сопротивление фотодатчи­ков возрастает и импульсы генератора становятся все реже. Постоянная времени емкостей СЗ и С4 составляет более 1 ч, так что смена дня недели происходит прежде, чем сопротивление LDR достигнет ²/з значения сопротив­ления резистора R2. Затем напряжение, падающее на R2, прекращает генерацию колебаний транзистора TLСхема при этом не работает вплоть до наступления следующего дня. Потребляемый ток при использовании све-тодиодов составляет 6 — 7 мА.

Рис. 65. Монтажная схема электронного календаря, изображенного на рис. 63

 

Печатная плата электронного календаря приведена на рис. 64, а монтажная схема — на рис. 65.

 

Глава 2

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

ДОМАШНИХ УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

 

2.1. ЭЛЕКТРОННОЕ ОТКРЫВАНИЕ ДВЕРЕЙ

 

2.1.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАМКИ И ПРИНЦИПЫ ИХ ДЕЙСТВИЯ

 

Основными преимуществами обычных электрических замков по сравнению с механическими являются их удобство, надежность, а также возможность управления со значительного расстояния от места установки. Рас­пространены два типа электрических замков: традици­онного устройства и с системой блокировки.

При установке традиционных и блокирующих двер­ных замков дверь открывается с помощью электромаг­нита, действующего на пружину. Электрические замки этого типа малоупотребимы, поскольку для их срабаты­вания необходима довольно большая энергия.

В наши дни чаще применяются электрические замки с системой блокировки. Их встраивают в дверные стой­ки напротив механических замков, расположенных в створках дверей. Когда на катушку возбуждения зам­ка подается ток, запор, препятствующий повороту за­мочной втулки, размыкается и при нажатии на дверь верхняя задвижка механического замка, вмонтированно­го в створку двери, поворачивает замочную втулку элек­трического замка. Известны электрические замки с си­стемой блокировки, рассчитанные на переменные напря­жения 6 — 12 и 12 — 24 В. Мощность, необходимая для их срабатывания, минимальная (3 — 10 Вт), поскольку элек­тромагниту требуется только разомкнуть запор поворот­ной задвижки замка.

Электрический замок (например, садовой калитки) срабатывает при нажатии из внутренних помещений до­ма одной из параллельно соединенных кнопок, т.е. при возбуждении электромагнитной катушки замка. Не так просто открыть замок снаружи. Для этой цели разрабо­таны специальные схемы, приводящие в действие элек­трические дверные замки различных устройств. Такие замки применяют не только в частных домах и кварти­рах, но и в промышленности, там, где до сих пор исполь­зовали предохранительные механические замки.

Рис. 66. Электрический дверной замок с параллельно соединенными кнопками включения

Рис. 67. Электрический дверной замок с защитой от заедания кнопок, срабатывающий при повторном нажатии одной из них

 

Открывание электрического дверного замка из внут­ренних жилых помещений осуществляется с помощью схемы, представленной на рис. 66. При нажатии на любую из параллельно соединенных кнопок его электромаг­нитная катушка оказывается под напряжением. Недо­статок здесь только один: при заедании любой из кно­пок катушка возбуждения будет постоянно находиться под напряжением. Об этом сигнализирует зуммер элек­тромагнита, так как он питается от источника перемен­ного тока. Если дверь установлена на пружинах, то при нажатии какой-либо кнопки она открывается, потому что замок срабатывает. При случайном нажатии это оказы­вается неудобным или нежелательным. На рис. 67 пока­зана схема, у которой имеется специальная защита от заедания кнопок, при помощи которой на катушку элек­тромагнита дверного замка непродолжительное время подается напряжение возбуждения (импульс) только при повторном нажатии на одну из параллельно соединен­ных кнопок.

Схема работает следующим образом. При нажатии на кнопку G1, G2 или Gn, т.е. при подаче напряжения — 16 В, на диоде Z1 появляется — 6 В. До этого напряже­ния конденсатор С1 заряжается через диод D2 и резис­торы R4 (ограничивает ток базы), R5 и входное сопро­тивлеие базы — эмиттера транзистора 77. На базу транзистора через конденсатор приложено отпирающее напряжение до тех пор, пока он не зарядится до — 6 В. Од­новременно через диод D5 и резистор R8 заряжается конденсатор СЗ. Постоянная времени его заряда должна быть выбрана намного больше, чем у элементов, связан­ных с базой транзистора. После нажатия кнопки на базу Т1 поступает отпирающее напряжение в течение пример-но T=R4*C1 = 40 мс, но реле J1 не может сработать, так как увеличивающееся на конденсаторе СЗ напряже­ние за такое короткое время в состоянии достигнуть значения, необходимого для его срабатывания, поскольку его постоянная времени T2=R8*C3 = 200 мс. На реле Л через 200 мс поступает напряжение, необходимое для его срабатывания, но на транзисторе Т1 по прошествии 40 мс уже нет отпирающего напряжения, потому что кон­денсатор С1 зарядился. Тогда транзистор 77 закрывает­ся, поскольку потенциал эмиттера увеличился при помо­щи кремниевого диода D4 до — 0,6 В, а база заземлена через R5. Резистор R6 применяется в качестве рабочего сопротивления диода.

В тот момент, когда отпускают кнопку G1, конден­сатор С1 через резистор R2 и диод D1 разряжается в те­чение времени T11=R2-C1 = 10³*20*10^-6 = 20 мс. Посто­янная времени разряда конденсатора СЗ T12=R7-C3 = 10³-2000-10~⁶ = 2 с. При повторном нажатии кнопки G1 на конденсаторе СЗ уже есть напряжение, необходи­мое для срабатывания реле, а поскольку конденсатор С1 в промежуток (20 мс) между двумя нажатиями кноп­ки разрядился, он снова в течение 40 мс подает на базу транзистора отпирающее напряжение. Таким образом, срабатывает реле, подключающее через свой контакт j12 рабочее напряжение на электрический дверной за­мок.

Предположим, что кнопка G1 после повторного на­жатия не отпущена или, например, ее заклинило. Тогда на конденсаторе СЗ имеется напряжение, необходимое для срабатавания реле J1, но поскольку по прошествии 40 мс конденсатор С1 заряжается, транзистор закрыва­ется, следовательно, реле отпускает. Очевидно, если кноп­ку G1 заклинило, то на дверной замок вообще не посту­пает напряжение.

Чтобы реле длительное время находилось в состоя­нии срабатывания, надо с момента срабатывания пода­вать отпирающее напряжение через его контакт j11, ре­зистор R3, конденсатор С2, диод D3 и резистор R4 на базу транзистора Т1 в течение времени Tk=(R3+ +R4)C2; тем самым можно увеличить время выдержки реле. После отпускания реле конденсатор С2 разряжа­ется через резистор R3 и контакт j11.

В данной схеме используют реле с сопротивлением 1250 Ом, срабатывающее при напряжении 10 В. Макси­мальный ток, протекающий через него и транзистор Т1,

Imax =(U₁ — U_D4 — U_CE)/(R_j1 + R₈)=(16-0,6-0,2)/(1250+100)=11,3 мA.

В схеме использован транзистор АС128, но может быть и другой с меньшим коллекторным током Icmax. Ко­нечно, нужно следить за тем, чтобы не превысить значе­ние максимального рабочего тока базы 1_Bтах(взятого по каталогу), который ограничивается резистором R4. 1_Bтах= — 6/2*10^-3= — 3 мА. (При изменении сопротивления R4 меняется и постоянная времени заря­да базовой цепи!)

При возвращении реле в исходное состояние возникает индуктивный импульс напряжения U_L = — L di/dt.

Таким образом, на транзистор попадает сумма питаю­щего и индуктивного напряжений, что может привести к выходу его из строя. Поэтому параллельно катушке реле включен диод D6, который под влиянием обратно­го индуктивного напряжения, возникающего при отпус­кании реле, отпирается, и таким образом поглощается энергия в диоде и самом реле.

Проблему можно решить и путем параллельного под­ключения к катушке возбуждения реле конденсатора от­носительно большой емкости и сглаживания с его по­мощью всплеска индуктивного напряжения; недостаток этого решения в том, что конденсатор будет задержи­вать срабатывание реле.

Диоды D2, D3 и D5 выполняют логические функции ИЛИ — ИЛИ, отделяя друг от друга отдельные электри­ческие цепи.

 

2.1.2. ЭЛЕКТРОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ЗАМКАМИ

 

Электронные замки аналогового действия. Многие механические замки, имеющиеся в продаже, разборные, что позволяет устанавливать в них электронное управ­ление. Существует очень много типов замков с электрон­ными устройствами управления. Используя, например, мост Уитстона (мостовая схема постоянного тока), мож­но собрать очень простую и надежную схему управления электрическим дверным замком. При открывании двери, когда резистор, играющий роль ключа, вставляют на свое место, мост уравновешивается. В процессе уравно­вешивания реле, находящееся в диагонали моста, отпус­кает и через свой контакт подает напряжение на катушку возбуждения замка.

Надежность замка повышают, подключая параллель­но с реле замедляющий конденсатор, тем самым обеспе­чивают его работу только по прошествии определенного времени, т.е. посторонние лица замок уже не откроют.

Рис. 68. Схема соединений электронного дверного замка, срабатыва­ющего при помощи «ключа» с одним контактом и двумя резисторами

 

Существенно большую надежность обеспечивает схе­ма с двумя резисторами, представленная на рис. 68. Усилители уравновешивают напряжение в центре делителя, состоящего из резисторов R11 и R12, соответствующим напряжением двух входных делителей (R16, R1 и R2...}. «Ключ», открывающий замок, имеет контакт, осуществ­ляющий включение питающего напряжения, и два рези­стора (R16 и R26). Резисторы R1 и R3 и обозначенные пунктирной линией, диоды Dl — D4 защищают схему от возможной преднамеренной поломки.

При правильной настройке напряжение в точке А в момент присоединения «ключа» равно нулю (при мень­ших или больших номинальных значениях сопротивле­ния ключа оно будет положительным или отрицатель­ным) и через диоды D5 — D8 ток не течет. Следовательно, транзисторы 77 — Т4 ток не проводят. В двух других слу­чаях транзистор Т4 проводит ток или через транзисторы Т1 и ТЗ, или через транзистор Т2. Емкость С1 совме­стно с последовательными резисторами имеют постоян­ыую времени 2 с и осуществляют задержку по времени на открывание Т4. Таким образом, без соответствующе­го «ключа» нужно будет испробовать 60 тыс. вариантов. На рис. 69 изображены выходные каскады, управля­ющие тремя реле разного тока, для приведения в дейст­вие электрических замков.

Рис. 69. Выходные каскады к схеме рис. 68

 

Существуют и селективные релейные схемы с фер-ритовым стержнем. Выполненный из ферритового стерж­ня «электронный ключ» особенно часто применяется, ког­да по каким-либо причинам в данное помещение разрешен вход только строго ограниченному кругу лиц. Ком­бинация замка с «ключом» из ферритового стержня и ре­ле позволяет получить электронный замок высокой сте­пени надежности, который не смогут открывать посто­ронние лица.

Рис. 70. Электронный замок с реле и «ключом» из ферритового стержня:

а — электрическая схема; б — «ключ» из ферритового стержня

 

Схема на рис. 70, а представляет собой селективное реле, работающее с ферритовым стержнем, и состоит из следующих основных узлов: генератора, настроенного на работу с ферритовым стержнем (Т1), избирательной фильтрующей цепи (L2, СЗ), каскада управления реле (Т2, ТЗ, 74} и самого реле с исполнительным устройст­вом.

Замок работает следующим образом. Ферритовый стержень 1, который теперь играет роль ключа, вставля­ют в дверное отверстие, где помещена, как видно на рис. 70,6, генераторная катушка 3 с выводами 5, а в конец трубы 2 встроена нажимная кнопка 4. Ее контакты под­ключают питающее напряжение устройства. Генератор работает с транзистором Т1. Колебательный контур ге­нератора состоит из элементов: Cl, C2_tLl(рис. 70,а).

Индуктивность меняется при помощи ферритового стер­жня, вставляемого в катушку LLТаким образом, часто­та генератора зависит только от качества и размеров ферритового стержня. При использовании стержня дли­ной 100 и диаметром 10 мм она принимает значения 8 и 19 кГц. Катушка Ы (495 витков) помещена в изо­лированную трубку с внутренним диаметром 12 мм. Тол­щина медной проволоки 0,15, длина катушки 14 мм.

От генератора сигнал передается в параллельный ко­лебательный контур, состоящий из элементов L2 — СЗ, и только при резонансе проходит в каскад, построенный на транзисторах Т2, ТЗ и Т4, который приводит в дей­ствие реле j1. Реле срабатывает только в том случае, ес­ли избирательный фильтр настроен точно на 8 кГц.

Катушка L2 расположена на ферритовом сердечнике, диаметр которого 8, а длина 15 мм. Число витков катуш­ки 240, диаметр проволоки (CuZ) 0,15 мм. В схеме мо­жет быть использовано реле, рабочее напряжение кото­рого 6 — 8 В, а ток срабатывания 60 — 100 мА.

Сигнал, поступающий в колебательный контур и на транзистор Т2 регулируется при помощи резистора R4. Целесообразно поэтому вместо R4 использовать потен­циометр на 200 кОм.

Замок открывается следующим образом. Ферритовый стержень вставляется в выполненное для него отверстие, и одновременно при помощи постоянного магнита приво­дится в действие реле, прикрепленное к внутренней сто­роне двери. В это время цепь получает питание через реле и кнопку G. Если постороннему лицу удастся возбу­дить генератор при помощи металлического или же, воз­можно, ферритового стержня, но с другими магнитными параметрами, то все равно релейный каскад не будет реагировать на другую частоту. Следовательно, реле не сработает. Надежность замка повышается еще и потому, что его устанавливают с противоположной, невидимой стороны двери. Отверстие для ферритового стержня обычно также делается незаметным.

Рис. 71. Схема соединений электрического дверного замка, откры­вающегося при наборе заранее установленного кода

 

На двери имеет смысл оставить обычный механиче­ский замок. Таким образом можно ввести взломщика в заблуждение: ложным ключом он будет открывать ложный замок.

Электронные замки с кодовым устройством. На рис. 71 изображен электрический замок, открывающийся при наборе заранее установленного кода (и одновремен­ном срабатывании реле). На стойке входной двери смонтированы пять кнопок. В скрытом от постороннего глаза месте выключателями K1 — K5 можно установить выбранную кодовую комбинацию. При нажатии на одну из кнопок Gl — G5 реле срабатывает и блокировкой удерживается в этом состоянии. Если выключатели на­ходятся в положении, показанном на рисунке (кодовая комбинация 1, 1, О, 1, 0), для открывания двери нужно нажать кнопки Gl, G2 и G4. Одновременно с этим по­стоянный магнит нужно поднести к реле, прикрепленно­му к внутренней стороне двери. При неправильном на­боре кода можно снять (прекратив подачу питающего напряжения) блокировку, слабо нажав на сдвоенную кнопку, одновременно являющуюся и кнопкой звонка. Можно использовать также и тепловое реле, которое исключает возможность подбора кода, так как оно пре­рывает цепь дверного замка уже после двух-трех по­пыток открывания (контакт 161). Поскольку неосведом­ленное лицо не знает о возможности прерывания блоки­рующих цепей реле, оно располагает лишь одной попыткой открыть замок. При комбинации кода и реле получаем, это можно сказать с полной уверенностью, замок, который постороннее лицо открыть не сможет. Реле J1 — J5 должны быть аналогичного типа и иметь одинаковые значения сопротивлений обмоток. Подби­рать их надо таким образом, чтобы они соответствовали применяемому тепловому реле и напряжению питания. На рис. 72 представлена схема соединений электри­ческого дверного замка, открывающегося пластиной со световым кодом. Элементы цепей транзисторов и свето-диодов расположены на одной оптической оси, напротив друг друга. Вставляемая в качестве ключа пластина со световым кодом в некоторых местах преграждает путь световому лучу. На ней имеется пять зон (пятая зона всегда темная). Если пластина вставлена до упора, она преграждает путь свету и посредством транзистора Т1 обеспечивает задержку на 10 с с помощью интегральной микросхемы таймера типа 555.

Четыре зоны со световым кодом обеспечивают ком­бинацию из 4 бит с 16 вариантами открывания замка. Поскольку 16 — минимальное число комбинаций, ставят блокировку с помощью таймерной схемы на 9 с и при­меняют блок сигнализации, который начинает действо­вать после неудачной попытки открывания замка. До­стигнутую таким образом степень защиты нельзя недо­оценить.

Кодовая комбинация может быть выбрана произволь­но, нельзя только в качестве ключа использовать полностью темную пластину, так как в этом случае замок мо­жет быть, например, открыт и при помощи полоски тем­ной бумаги. Еще больше повысить надежность защиты можно, включив последовательно в цепь электрического звонка реле. Замок в этом случае будет открываться с задержкой 10 с при срабатывании реле, прикреплен­ного к внутренней стороне двери с помощью постоянного магнита.

Рис. 72. Схема соединений электрического дверного замка, открыва­ющегося на кодовую комбинацию на пластине со световым кодом

 

При вставлении «ключа» первые четыре зоны плас­тины дают код, который в десятичной системе счисления означает 9. Эти цифры расшифровываются в цепи де-мультиплексора 74С154. Следовательно, на выходе 9 появляется уровень 0. По истечении 30 с выход 3 тайме­ра типа 555 тоже устанавливается в 0. Два уровня О служат в качестве инверсного входного сигнала схемы ИЛИ, управляющей транзистором Т2, и создают усло­вия, при которых на выходе устанавливается уровень 1. Вследствие этого возбуждается обмотка электрического дверного замка.

При попытке открыть замок посторонними лицами (при неправильном подборе кода) работает цепь за­держки и на выходе 9 демультиплексора установлен уровень I, на выходе схемы ИЛИ, управляющей элект­рическим дверным замком, по-прежнему 0, а на выходе аналогичной схемы, но управляющей блоком сигнализа­ции, появляется 1. В результате этот блок включает сиг­нализацию.

На рис. 73 приведена схема электронного кодового дверного замка одной из последних конструкций. Для того чтобы его открыть, надо установить четырехзначный цифровой код на расположенных по кругу контактных переключателей К1, К2, КЗ и К4 и нажать кнопку G1. После этого все четыре декадных переклю­чателя нужно вернуть в нулевое положение и повторно нажать кнопку. Замок через некоторое время откроется. Этот метод обеспечивает условия, при которых после открывания замка можно не оставлять важного началь­ного кода на переключателях. Во время работы схемы при правильной установке кодов диоды D1 — D6 пропускают ток. Открывая дверь, нужно установить первый код (в нашем случае 5058). Тогда диоды D2. D4 и D6 про­водят ток в направлении кнопки G1. Вторым кодом в данном случае будет 0000, и диоды Dl, D2 и D5 будут пропускать ток от кнопки G1 к цепи второго кода.

Первый и второй коды могут устанавливаться произ­вольно путем подключения черного или красного про­водника к соответствующему контакту. Черные провода служат для произвольной установки первого кода, крас­ные — второго. Связь со стороны кодового числа отсут­ствует, за исключением тех случаев, когда числа самого маленького разряда одинаковы (таких стиуаций быть не должно).

Питание схемы осуществляется от нестабилизирован­ного блока питания ±15 В (рис. 74). Ток течет от световодов к цепям микросхем K1, K2 (рис. 73), а че­рез них — к остальным элементам электронной схемы. Применение оптических изоляторов целесообразно, так как позволяет сократить расстояние между блоком установочных переключателей с расположенными по кругу контактами и электроникой управления. Интегральная микросхема IC1, следовательно, получает напряжение питания при соответствующем первом коде, 1L2 — при втором. Светодиоды LED1 и LED2 слу­жат для контроля работы табло. Светодиод LED1 заго­рается при правильной установке первого кода LED2 — второго.

Рис. 73. Схема соединений электронного кодового дверного замка:

1 — цепь кодирования; 2 — блок установочных переключений с расположенны­ми по кругу контактами; 3 — заземление корпуса; 4 — цепь первого кода; 5 — цепь второго кода; 6 — электронная схема управления

Рис. 74. Нестабилизированный блок питания электронного комбина­ционного дверного замка

 

Интегральная микросхема 1С4 представляет собой сдвоенный таймер типа 556, одна половина которого (а) соединена как моностабильный мультивибратор с по­стоянной времени 30 с, а другая (б) -с постоянной вре­мени, равной 10 с.

Рис. 75. Электронный кодовый замок:

а — схема соединений; б — набор кода при помощи кругового переключателя и кнопки gq

 

При правильном первом коде начинает работать микросхема IC4 (а) совместно с элементами R3 С1 и Р4. Выход IC4 (а) подключен к стирающему входу 1C4 (б) (соединены контакты 5 и 10). Следовательно, IС4 (6) при нормальных условиях бездействует но пуск ее возможен. Правильность второго кода контролирует IC4 (6), реле J срабатывает и своим контактом j воз­буждает обмотку открывания двери. Примерно через 30 с истекает время работы 1С4(а) и сигнал стирания снова попадает на 1С4(б). Поэтому в течение 30 с пос­ле установки первого кода надо его стереть и открыть дверь или же начать все сначала

Стабилизированное напряжение 12 В, необходимое для работы интегральной микросхемы типа 556, обеспе­чивается стабилизатором напряжения типа мA7812 (IC3),

На рис. 75 приведена круговая схема электронного дверного замка с четырехзначным цифровым кодом Ввод цифровой кодовой комбинации осуществляется путем нажатия в соответствующем порядке клавиш кар­манного калькулятора. Если его нет, можно использо­вать переключатель с расположенными по кругу кон­тактами (для каждой цифры — свой порядок) и парал­лельно с ним соединенную кнопку G₆(рис. 75,6).

При нажатии каждой отдельной цифры в цепи вклю­чается тиристор. Пусковой импульс задает конденсатор С1, который в обычном состоянии через резистор R1 за­ряжен до +9 В. Конденсаторы СЗ. С4 и С5 сначала тоже бывают заряженными до +9 В. Благодаря этому всякая попытка включения тиристоров Ti3, Ti4 и Ti5 в точках С, D и Е будет безуспешной. При нажатии на клавишу цифры первой комбинации (в точке В) тирис­тор Ti2 включается и его анодный потенциал уменьшается примерно до 0,7В. Теперь конденсатор СЗ быстро разряжается и при помощи импульса, поданного на точку С, тиристор 773 готовится к включению. Конден­сатор С4 разряжается, после чего тиристор Ti4 тоже становится управляемым. Нажатие в определенном по­рядке цифровых клавиш подготавливает следующий ти­ристор к возможности включения.

Часть схемы, обозначенная пунктирной линией, пре­пятствует расшифровке комбинации. При нажатии не­правильной цифры включается тиристор Tilи после непродолжительной паузы, устанавливаемой элементами R17 и C6_tвводит в режим насыщения транзистор 77. Тем самым утрачивается возможность дальнейшего под­бора цифр, потому что конденсатор CJразряжен. Ввод нового кода возможен только после выключения и по­следующего включения выключателя K.

В устройстве применены тиристоры типа 2N5060. Максимально допустимый удерживающий ток 5 мА. При помощи анодных резисторов 10 Ом образуется удерживающий ток, равный 0,1 мА. Между управляющи­ми электродами и катодами помещают демпферные ре­зисторы на 100 кОм.

Резистор R13, который препятствует разряду кон­денсаторов СЗ, С4 и С5 (они находятся в полностью заряженном состоянии), не позволяет зажечь тиристоры Ti3, Ti4 или Ti5 при включении выключателя K. Резис­тор R14 обеспечивает возможность включения тиристо­ра Ti5 даже при очень сильной индуктивной нагрузке. В схеме применяют реле, срабатывающие при напряже­ние 6 — 7 В и обладающие довольно большим сопротивле­нием.

 

2.1.3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВЕРЬМИ

 

Рис. 76. Принцип дейст­вия схемы автоматичес­кого управления дверь­ми с применением фо­тодатчиков:

1 — электрический дверной замок; 2 — дверь; 3 — управ­ление открыванием; 4 — ав­томатическое закрывание; 5 — автоматическое откры­ваиие; 6 — датчики

Рис. 77. Схема автоматического управления дверьми на триггерах Шмитта с фотодатчиками

 

Для осуществления автоматического открывания и закрывания ворот и дверей разработано множество вариантов схем. Чертеж на рис. 76 дает представление о работе одной из таких схем, содержащей два фото­датчика.

Предположим, что речь идет, например, об автома­тическом открывании садовых ворот (калитки). После того как мы позвонили, находящиеся в доме нажимают кнопку и таким образом дают нам возможность войти. Войдя в ворота, мы проходим контрольный пункт (конт­рольно-управляемые световые датчики); ворота при этом автоматически закрываются. Если же подойти с проти­воположной стороны и пройти через контрольный пункт, то ворота автоматически откроются. При входе и выходе из ворот функции системы различны. Очевидно, что в зависимости от направления движения субъекта воро­та надо закрывать или открывать. Задача легко решается при помощи схемы с двумя фотореле (рис. 77). Транзис­торы 77 и Т5 представляют собой усилительный каскад.

На транзисторах Т2, ТЗ и Т6, 77 построены триггеры Шмитта, имеющие напряжение запуска 1,3 В. Выход­ные напряжения триггеров управляют релейными вы­ходными каскадами, построенными на транзисторах Т4 и Т8. Предположим, что кто-то движется в направлении от фотодатчика F1 к F2. Его тень падает сначала на F1, а потом на F2. Если двигаться в противоположном направлении, все происходит в обратном порядке. Дат­чик F1 управляет работой реле Л, a F2 — J2.

В схеме есть еще и третье реле J3, обмотка возбуж­дения которого через контакты реле j21 и j11 соединена параллельно с обмоткой возбуждения J1. Если субъект движется по направлению автоматического открывания двери, сначала прерывается путь светового луча, падающего на фотодатчик F2. Срабатывает реле J2 и, замы­кая контакт j21, параллельно соединяет катушки воз­буждения реле J3 и J1, транзистор Т8 открывается. Большая часть тока потечет через реле J3, и оно срабо­тает. Реле Л вследствие большого сопротивления об­мотки не сработает, его контакт jllостанется замкну­тым. Автоматическое открывание осуществляется через контакт 131 реле 13. При движении в противоположном направлении (автоматическое закрывание) срабатывает сначала реле J1, а потом J2. Реле J3 будет находиться в состоянии отпускания, так как при срабатывании J1 контакт jllчерез ]21 разомкнет его цепь. Затем реле J2 (контакт j21 замкнут) срабатывает вхолостую, контакт jllпродолжает оставаться открытым. Управление авто­матическим закрыванием осуществляется контактом jl2.

 

2.2 ЭЛЕКТРОННЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

 

2.2.1. СЕНСОРНЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

 

В наши дни включение и выключение различных приборов все чаще осуществляется при помощи сенсор­ных переключателей.

Рис. 78. Сенсорный переключатель

 

На рис. 78 приведена схема такого переключателя. Большое входное сопротивление обеспечивается приме­нением полевого транзистора Т1. Возможность включе­ния и выключения различных устройств достигается при помощи контактов реле, расположенного в коллектор­ной цепи транзистора ТЗ в схеме мультивибратора. Схе­ма работает при напряжении питания 9 или 12 В.

В первом случае применяют реле типа 2RTфирмы Siemens с катушкой возбуждения 200 Ом, во втором — 300 Ом. На транзистор ТЗ целесообразно поместить ох­лаждающий радиатор. На рис. 79 показаны печатная плата и монтажная схема переключателя.

Рис. 79. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) сенсорного пере­ключателя, изображенного на рис. 78

 

Бистабильный сенсорный переключатель, изобра­женный на рис, 80, служит для надежного включения и выключения устройств, работающих от сети. Его до­стоинством является то, что он не включается на лож­ный сигнал (прикосновение). Полевой транзистор Т1 работает как трансформатор полного сопротивления. Переменное напряжение, попадающее на затвор Gпо­левого транзистора, выпрямляется диодом D1, соединен­ным со стоком D, в качестве фильтра используется кон­денсатор СУ, емкость которого выбирают с учетом того, чтобы задержка была достаточной для препятствия проникновению ложного пускового сигнала на биста-бильный переключающий каскад (IC1). Напряжение с конденсатора С1 передается на формирующий контур, состоящий из транзисторов Т2 и ТЗ. В том случае, когда коллекторное напряжение транзистора ТЗ достигнет уровня переключения бистабильного каскада 1C, послед­ний переключается и на его выходе 14 возникает управ­ляющий импульс. Выходной сигнал 1C может управлять реле через согласующий каскад.

Рис. 80. Бистабильный сенсорный переключатель

 

На рис. 81 изображена схема сенсорного переключа­теля, построенного на интегральной микросхеме таймеpa типа 555. Путем прикосновения к контактной пласти­не можно включить, например, лампу или любое другое устройство. Микросхема обладает очень большой чувст­вительностью: для ее переключения достаточно, чтобы на клемму 2 был подан ток всего в 1 мкА. Вывод 2 сое­динен с положительным питающим напряжением через резистор R2 (2,2 — 10 МОм). При Rj = S,2 МОм и С_г = 300 нФ реле срабатывает примерно через 3 с. Приме­няя конденсатор большей емкости, можно увеличить время включения. Однако максимальная выдержка времени не может превы­шать 60 мин. В качестве ре­ле использовано малогаба­ритное реле типа IO1 фирмы Siemens с номинальным на­пряжением б В. Диод D1, соединенный параллельно с обмоткой реле, служит для подавления всплесков индук­тивного напряжения. В за­висимости от напряжения срабатывания реле значения питающего напряжения могут находиться в диапазоне от 4,5 до 16 В.

Рис. 81. Схема сенсорного переключателя, построенного на интегральной схеме таймера типа 555

 

Схема применима и для управления, например, квар­тирным звонком. Выдержку в этом случае не имеет смысла устанавливать больше чем на 3 с. Для автома­тического выключения радиоприемников она может со­ставлять, например, 60 мин.

На рис. 82 представлена схема сенсорного переклю­чателя, построенного с использованием интегральной микросхемы типа SAS560 фирмы Siemens, что позволяет при минимальном количестве внешних элементов управ­лять (включать — выключать) четырьмя различными устройствами (цепями). На выходе схемы предусмотре­ны триаки, которые обеспечивают поканэльное управле­ние и имеют максимальную мощность 1000 Вт.

Схема начинает работать при автоматической пода­че питающего напряжения к устройству управления, соответствующему сенсорному контакту S1, и светодио-ду LED индикатора. Аналогично можно включить и ос­тальные цепи.

Рис. 82. Сенсорный переключатель для управления четырьмя различ­ными устройствами

 

Выпрямленное напряжение, используемое для пита­ния микросхемы, может меняться в пределах от 17,5 до 26 В. В качестве фильтра используется конденсатор С1. Питание осуществляется через контакты 1 и 7 — 8. По­давление паразитных сигналов, т. е. надежная работа микросхемы, обеспечивается конденсаторами С2, СЗ, С4 и С5. С сенсорными контактами последовательно соеди­нены резисторы на 1 МОм и резистор R14 (1 МОм), ко­торые обеспечивают необходимую изоляцию от сети. Резистор R14 надо припаивать как можно ближе к вы­водам сенсорных контактов. Ими могут быть любые металлические электроды, важно лишь, чтобы они не находились слишком далеко друг от друга. В качестве светодиодов применяют CQY11 или любой другой аналогичный тип. Приклеивание — самый простой способ их фиксации.

Диоды Dl, D2, D3 и D4 обеспечивают включение триаков только при положительных импульсах. Для управления устройствами мощностью 1 кВт на­до использовать триаки с параметрами 400 В/6 или 8 А, причем резисторы не требуются.

Для того чтобы избежать во время припаивания по­вреждений ИМС, целесообразно ставить панельки. Пе­чатная плата и монтажная схема переключателя приве­дены на рис. 83. Если вместо триаков установить реле (например, типа 2RT) и исключить резисторы R10,R11, R12 и R13, появится возможность подключения при по­мощи сенсорного переключателя к усилителю (рис. 84) тюнера, проигрывателя, магнитофона или микрофона.

Рис. 83. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) переключателя, изображенного на рис. 82 (Ml ; 1)

Рис. 84. Подключение к усилителю бытовой радиоаппаратуры высо­кого класса при помощи реле вместо триаков

 

2.2.2. ЗВУКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

 

Приборы, управляемые звуковым или низкочастот­ным сигналом, называют звукочувствительными переключателями или, другими словами, звукочувствитель­ными реле. Их можно использовать и в качестве звуко­вых сигнализаторов. Тогда они могут быть настроены на минимальный уровень звука и применяться для управле­ния любой системой сигнализации. Цепь звукочувстви-тельного реле состоит из (рис. 85) звукоприемника, усилителя напряжения, коммутирующего каскада.

Рис. 85. Структурная схема звукочувствительного реле

 

Звукоприемником может быть микрофон или, реже, звукосниматель проигрывателя (например, для фикса­ции шагов). Учитывая, что обычно требуется регистри­ровать наличие звука (голоса), можно использовать самый дешевый микрофон, даже угольный.

Усилитель напряжения усиливает сигнал микрофона до уровня, необходимого для работы коммутирующего каскада, в качестве которого применяют переключатель на триггерах Шмитта или звукочастотный селективный переключатель.

Рис. 86. Электрическая схема звукочувствнтельного реле

 

Изображенное на рис. 86 звукочувствительное реле находит широкое применение: оно может срабатывать на звук (с его помощью производят различные включе­ния-выключения), работать в качестве звуковой сигна­лизации (как приемник голоса, свиста и т. п.), а также использоваться еще и в домашних акустических устрой­ствах. Реле обладает очень высокой чувствительностью, регулировка его осуществляется потенциометром на 10 кОм.

Рис. 87. Звукочувствительное реле с задержкой отпускания

 

Трансформатор, установленный после небольшого репродуктора, может быть малогабаритным, его коэф­фициент трансформации 1 : 10. Ток срабатывания реле 40 — 60 мА. Транзистор большей мощности, конечно, мо­жет управлять и более мощным реле.

На рис. 87 показано звукочувствительное реле, дей­ствующее в паре с пьезомикрофоном. В этом случае транзистор Т1 служит преобразователем полного сопро­тивления. Если микрофон обладает малым сопротивле­нием, транзистор Т1 выполняет функции эмиттерного повторителя. Потенциометром Р устанавливают порог чувствительности схемы. При попадании на базу тран­зистора Т4 звукового сигнала в отрицательные полупе­риоды транзистор открывается, одновременно заряжа­ется конденсатор С. Возникающее на нем напряженке управляет транзистором Т5, в коллекторной цепи кото­рого срабатывает реле, и схема начинает действовать. Можно сделать так, чтобы реле срабатывало только в течение времени подачи звукового сигнала или же чтобы оно отпускало через несколько секунд после его прекращения (время запаздывания зависит от емкости конденсатора С). Самоблокировка реле может быть до­стигнута путем подключения рабочего контакта второго реле (на рисунке не показано) между эмиттером и кол­лектором транзистора Т5; при срабатывании реле он накоротко соединяет эмиттер с коллектором. Тип приме­няемых транзисторов может быть, например, АС125. Сопротивление обмотки используемого реле 1 кОм.

Схема, изображенная на рис. 88, применяется для разных целей. Например, можно перенести телефонный звонок в дальнее помещение без прокладки проводов. В коллекторную цепь транзистора ТЗ включается реле J, а его контакты используются для управления, напри­мер, сигнализационным устройством.

Рис. 88. Схема звукочувствительного переключателя

 

 

Рис. 89. Звукочувствительный переключатель, управляемый звуками.

В качестве чувствительного элемента усилителя при­менен пьезомикрофон, его входное напряжение 8 мВ. Потребляемый ток в нерабочем состоянии цепи при пи­тающем напряжении 6 В составляет около 140 мкА. Во время срабатывания звонка потребляемый ток равен 0,5 А. Верхний частотный предел 11 кГц.

Потенциометром Р1 устанавливаем такую чувстви­тельность, чтобы побочные шумы не приводили к сраба­тыванию сигнализации, т. е. реле. Транзистор Т1 усили­вает входной сигнал, который попадает на транзистор­ный усилитель (Т2 — ТЗ), но, в свою очередь, только отрицательные его полуволны, так как работает в ре­жиме класса В. Конденсаторы С1 и С2 выполняют роль соответствующих фильтров. С целью достижения минимального потребления в режиме класса А работает только транзистор Т1.

Переключатель, изображенный на рис. 89, использу­ется, например, для включения и выключения освети­тельных приборов, радио- и телеприемников или же для похожими на хлопки: а — электрическая схема; б — печатная плата; в — монтажная схема (Ml : 1) управления дверным электромеханическим звонком. Схема изменяет свое состояние только при звуках, по­хожих на хлопки или щелчки.

На входе установлен маленький, но обладающий большой чувствительностью микрофон. В тот момент, когда раздаются хлопки, сигнал через емкость 820 пФ попадает в усилительный каскад, состоящий из транзистора Т1. Конденсатор небольшой емкости с входным сопротивлением транзистора представляет собой фильтр верхних частот. Таким образом, на базу транзистора по­падают только сигналы относительно высоких частот.

На коллекторе транзистора Т1 появляются импуль­сы отрицательной полярности, которые через раздели­тельные конденсаторы (40 нФ) и диоды D1 и D2 по­падают на базу транзисторов Т2 и ТЗ цепи переключе­ния. Сигнал поступает на тот транзистор бистабильной цепи, который в данный момент находится в открытом состоянии. Когда транзистор закрывается, напряжение на его коллекторе возрастает, при этом второй транзи­стор бистабильной цепи открывается.

Резистор 10 кОм, соединенный с базой транзистора ТЗ, удерживает этот транзистор в открытом состоянии, если коллекторное напряжение транзистора Т2 велико. Схема переключения до тех пор поддерживает это со­стояние, пока на базу какого-либо транзистора не по­ступит управляющий сигнал соответствующей полярности.

Реле в коллекторной цепи транзистора Т4 приводит­ся в действие транзистором ТЗ схемы переключения. Когда он закрыт, реле срабатывает. Рекомендуют при­менять реле с током срабатывания 50 — 100 мА. В каче­стве транзисторов используют типы ВС107, ВС182 и др. Их коэффициент усиления должен быть больше 100. Диоды D1 — D4 типа IN4148.

 

2.2.3. РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

 

Реле времени нашли широкое применение: от фото­лабораторий (схемы установки времени освещения) до бытовых автоматизированных устройств в наших домах. Они избавляют нас от утомительной задачи постоянно смотреть на часы.

Таймерами (хронометрами) называют приборы, ко­торые измеряют временные интервалы и в результате изменяют состояние какого-либо устройства (системы, исполнительного звена), управляя таким образом про­цессом. Таймер автоматической стиральной машины, например, позволяет управлять продолжительностью стирки, полоскания и сушки белья.

На практике используются хронометры двух основ­ных функциональных типов: с повторением цикла и сти­ранием программы. Первые делают то, что и указано в их названии: повторяют серию изменений заранее установленных или запрограммированных на выходе со­стояний до тех пор, пока на прибор подается питающее напряжение.

Другие таймеры, напротив, начинают отсчет времени под действием входного сигнала и осуществляют один единственный цикл. По окончании определенного ин­тервала времени таймер прекращает свою работу. Для того чтобы еще раз повторить цикл, нужно повторно аннулировать (стереть) программу и подать на прибор управляющий входной сигнал. Благодаря таким харак­теристикам, таймеры со стиранием программы называ­ют еще одноцикловыми таймерами.

Основной принцип действия схем таймеров. Работа большинства из них основана на принципе медленной или быстрой перезарядки конденсатора. Наиболее простое решение приведено на рис. 90, а. Конденсатор С за­ряжается от источника постоянного напряжения U_Tче­рез резистор R. Детектор порогового уровня контролирует напряжение U_cконденсатора. Если оно достигает порогового значения, выдается соответствующий сигнал. Известно, что при заряде конденсатора напряжение Uс растет по экспоненте и асимптотически приближает­ся к U_T. Описать этот процесс довольно просто. Как только напряжение U_cувеличивается, уменьшается раз­ность напряжений U_T — U_Cна резисторе R, а также и протекающий по нему ток. Его значение подсчитыва­ется по следующей формуле:

i = (U_T-U_C)/R

Очевидно, что ток непрерывно уменьшается в соот­ветствии с изменением заряда на конденсаторе.

На рис. 90, г видно, что экспонента является причи­ной большего разброса во времени задержки. Порого­вый уровень U_gдетектора всегда можно установить только с определенной погрешностью (допуском) AU_s. Ясно, что допуск вызывает разброс Д? по времени за­держки, который тем значительнее, чем меньше крутиз­на экспоненты в области рабочей точки М.

Рис. 90. Основной принцип действия конденсаторных таймерных схем:

а — заряд через последовательный резистор; б — заряд от генератора постоян­ного тока; в — схема, обеспечивающая постоянный зарядный ток; г — измене­ние напряжения на конденсаторе (большой разброс по времени); д — то же, но разброс меньше

 

Этого можно избежать, если конденсатор С заря­жать от генератора постоянного (стабильного) тока (рис. 90,6). На рис. 90, д показано равномерное изме­нение напряжения на конденсаторе. Можно заметить, что той же самой погрешности ДU₆ порогового напряже­ния соответствует гораздо меньшая погрешность време­ни задержки Дt, чем это было на рис. 90, г.

Рис. 91. Таймерная схема

 

Схема, обеспечивающая постоянный зарядный ток, изображена на рис. 90, в. В коллекторной цепи транзи­стора Т находится конденсатор С, который через эмит­тер и резистор R3 соединен с напряжением питания U_T. Напряжение U_a(между источником питания и базой транзистора Т) зависит от сопротивлений резисторов R1 и R2, а также от положения потенциометра Р. На­пряжение эмиттер — база кремниевого транзистора поч­ти постоянно и равно 0,6 В. Таким образом, на резистор R3 приходится напряжение U_а = 0,6 В, и через него, а следовательно, и через конденсатор С будет течь ток

i = (Uа-0,6)/R3

Если необходимо изменить скорость заряда, а тем самым и продолжительность времени задержки, достаточно потенциометром Р изменить значение напряже­ния U_а.

Рис. 92. Карманный таймер:

а — электрическая схема; б — монтажная схема

 

Практически применяемые схемы таймеров. Схема на рис. 91 позволяет осуществлять время задержки при­мерно на 15 мин. Изменяя постоянную времени, можно получить время запаздывания от менее чем 1 с, до более чем 20 мин. Транзистор Т1 приводит в действие реле. Выход, таким образом, гальванически отделен от время-задающей цепи и поэтому пригоден для подключения различных нагрузок. Делитель напряжения, построенный на резисторах R1 и R2, поддерживает на инверти­рующем входе, операционного усилителя уровень, соот­ветствующий половине питающего напряжения. Рези­стор обратной связи R4 служит для увеличения входного сопротивления. Когда включается переключатель K, он накоротко замыкает конденсатор С1, и напряжение контакта 3 операционного усилителя возрастает до значения питающего напряжения, в результае чего реле срабатывает.

При выключении переключателя конденсатор С1 по­степенно разряжается через резистор R3, и напряжение на выводе 3 усилителя падает больше, чем на выводе 2. Здесь возможен дребезг контактов реле, пока напряже­ние на конденсаторе С1 не достигнет определенного по­рогового значения; этому, а также токам утечки через транзистор препятствуют диоды D1, D2 и D3.

Карманный таймер, изображенный на рис. 92, рас­считан на шесть различных временных диапазонов от 10 с до 60 мин. По истечении установленного времени он издает звуковой сигнал. При повторной работе в дли­тельности между двумя временными интервалами может быть различие, но не больше 2 %. Максимально надёж­ное время задержки 60 мин. Задержка 4 мин соответст­вует, например, времени варки яиц, более продолжи­тельные интервалы таймера используются, например, для напоминания о необходимости вернуться на авто­стоянку, где ограничено время нахождения автомобиля. Таймер целесообразно снабдить кнопкой для облегчения установки на начало отсчета.

В карманных таймерах интегральные микросхемы типа 555 или 556 работают в качестве моностабильного или самовозбуждающегося мультивибратора. Предполо­жим, что при подключении штепселя возникает контакт с одним из времязадающих резисторов (RIO — R15). Тогда транзистор, подключенный к выводу 3 интеграль­ной микросхемы K1, ток не пропускает. Когда уровень напряжения на конденсаторе С4 достигнет ²/з U_пит, вну­тренний мультивибратор IC1 переключится. В результате транзистор Т1 открывается и запускает мультивибрато­ры в интегральной микросхеме IC2. Самовозбуждаю­щийся мультивибратор на 1 кГц состоит из одного тай­мера IC2 и элементов R7, R8 и СЗ, а низкочастотный генератор на 1 Гц — из второго таймера и R5, R6 и С2.

Рис. 93. Схема многоцелевого транзисторного таймера

 

Сигнал можно прервать, нажав на кнопку G1 и пре­кратив тем самым подачу тока через вывод 3 на тран­зистор Т1. После этого конденсатор С4 в новом время-задающем цикле начинает заряжаться. Случайное нажатие кнопки G1 не влияет на этот процесс. Потреб­ляемый схемой ток при источнике питания 9 В состав­ляет 3 мА. Во время подачи сигнала он возрастает до 20 мА. В качестве акустического сигнализатора исполь­зуется миниатюрный наушник с сопротивлением 35 Ом, а для видимого сигнала — красные светодиоды.

По мере износа элементов при постоянной эксплуа­тации таймера скорость мигания светодиодов и высота звукового сигнала немного возрастают. Однако моноста­бильная цепь задержки работает при напряжении боль­шем 4,5 В, поэтому реальная задержка в основном не зависит от питающего напряжения. Из-за разброса но­миналов конденсатора обычно возникает необходимость в регулировке сопротивления таймера. Всякие его изме­нения должны основываться на следующих данных: 1 мин — 180 кОм: 4 мин — 680 кОм; 15 мин — 2,5 МОм; 30 мин — 4,7 МОм; 60 мин — 10 МОм. Ясно, что номи­нальные значения сопротивлений резисторов, необходи­мых для длительной задержки, сильнее отклоняются от расчетных. Для задержки 30 мин, например, расчетное значение сопротивления составляет 6 МОм. Схема раз­мещения деталей приведена на рис. 92, б.

На рис. 93 изображена схема соединений многоцеле­вого транзисторного таймера с временем задержки, ре­гулируемым в пределах от 5 с до 30 мин. Указанные номиналы позволяют произвольно менять временной диапазон от 30 с до 10 мин,

Генератор, построенный на транзисторе 77, обеспе­чивает постоянным зарядным током конденсаторы С1 и С2 (см. также описание рис. 91,6, в). Напряжение на базе транзистора 77 определяется резисторами Rl, R2 и потенциометром Р1. При помощи триммера Р2, соедиценного последовательно с резистором R3, проводят ка­либровку прибора. Схема обладает двумя диапазонами времени задержки. Их изменение осуществляется пере­водным переключателем Ki. К генератору тока под­ключается конденсатор С1 или С2.

Очень важно, чтобы детектор порогового уровня не влиял на процесс заряда конденсаторов, для этого он должен обладать большим входным сопротивлением, что обеспечивается каскадом на полевом транзисторе Т2. На резисторе R4 появляется нарастающее напряжение Uciили Uc2. Оно попадает на базу транзистора ТЗ, ко­торый образует детектор порогового уровня. Стабили­трон Z1, находящийся в эмиттерной цепи транзистора ТЗ, до тех пор остается закрытым, пока потенциал базы не достигнет напряжения стабилизации (в данном слу­чае 5,1 В).

Рис. 94. Печатная плата таймера, изображенного на рис. 93 (Ml : 1)

 

После этого транзисторы ТЗ и Т4 быстро отпираются и реле, находящееся в коллекторной цепи транзистора Т4, срабатывает. Включение и выключение различных устройств происходит через контакты реле j1 и j2. Пи­тание таймера осуществляется постоянным напряжени­ем + 13 В от мостовой схемы выпрямления через вто­ричную обмотку трансформатора Тр. Возможно и автономное питание от трех батареек, по 4,5 В каждая, включенных последовательно между точками а и б. Ус­тановка времени задержки начинается сразу при подаче питания (переключателем K или другим, соединенным последовательно с гальваническими элементами). В схе­ме после фильтра (конденсатора СЗ) расположены ре­зистор R9 и стабилитрон Z2. С их помощью на базу транзистора Т5 подается опорное напряжение 12 В. На эмиттере транзистора Т5 возникает стабилизированное постоянное напряжение 11,5 В, что гарантирует и соот­ветствующую стабильность времени задержки. Можно использовать любой тип реле с током срабатывания 40 — 100 мА при напряжении 8 — 10 В.

Печатная плата и монтажная схема приведены на рис. 94 и 95. Проверку схемы производят с помощью секундомера. Установив потенциометр Р1 в исходное положение (30 с), подстроечный потенциометр Р2 надо отрегулировать так, чтобы время задержки соответство­вало 30 с. Затем градуируют шкалу потенциометра Р1 на передней панели. Для более продолжителньых диа­пазонов времени задержки [Ки) касаться уже отрегу­лированного подстроечного потенциометра Р2 нежела­тельно.

 

Время задержки может быть изменено путем замены следующих элементов:

С, мкФ	ДЗ, кОм	Сопротивление потенциометра, кОм	Время задержки
47	200	47	5 — 30 С
100	100	47	10 — 60с
1000	220	100	4 — 20 мин
1000	330	220	6 — 30 мин

 

Рис. 95. Монтажная схема таймера, изображенного на рис. 93 (Ml :1)

 

О срабатывании реле сигнализирует светодиод LED1. На рис. 96 дана схема, при помощи которой акустичес­кий элемент может сообщать о конце времени задерж­ки. Точки присоединения А, В и С соответствуют показанным на рис. 93. До тех пор, пока напряжение конденсатора С1 или С2 не достигнет уровня переключения транзистора ТЗ (см. рис. 93), транзистор Т4 будет закрыт. Потенциалы точек А и В в это время примерно равны. Следовательно, транзисторы Т1 и Т2 (рис. 96) закрыты, зарядный ток в конденсатор С1 не поступает. При достижении уровня открывания потенциал точки Л изменяется от 0 до 12 В и транзистор 77 открывается.

Рис. 96. Принципиальная схема акустического сигнализатора

 

Если резисторы R3 и R2 выбраны правильно, на последнем наблюдается падение напряжения 4 В. Рабо­тающий в качестве генератора тока транзистор Т2 заря­жает конденсатор С1. Через однопереходный транзистор ТЗ конденсатор периодически разряжается, так что на нем получается пилообразное напряжение 4 В. Элемен­ты R4 и С1 должны быть выбраны таким образом, что­бы частота пилообразного сигнала была в интервале от 0,8 до 1 кГц.

Рис. 97. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) сигнализатора, изображенного на рис. 96

 

Чтобы не нагружать генератор пилообразного сигна­ла, к нему подключен усилитель по схеме Дарлингтона, состоящий из транзисторов Т4 и Т5. Мощности, снимае­мой с резистора R8 в эмиттерной цепи транзистора Т5, достаточно, чтобы заработал громкоговоритель с сопро­тивлением 50 — 100 Ом. Печатная плата и монтажная схема приведены на рис. 97.

Рис. 98. Реле с большой задержкой времени

 

Очень выгодно использовать в домашних условиях таймерную (хронирующую) схему (рис. 98), обеспечи­вающую большую задержку времени (QJR1C1). С ее помощью можно автоматически выключать какие-либо приборы, установки. Утром, например, можно спокойно уйти из дома: таймер выключит радио, когда истечет установленное время задержки. При помощи устройства очень удобно решается проблема и с вечерним выключе­нием телевизора, таймер сам отключит его от сети.

К входу полевого транзистора 77 подсоединена цепочка R1 — С1, определяющая продолжительность вре­мени задержки. Конденсатор С1 заряжается при напряжении от — 12 до +12 В. Если напряжение на входе полевого транзистора меньше напряжения его закрывания, этот транзистор открыт, а транзистор Т2 закрыт, и питание реле J прекращается. Реле своим контактом jlобразует цепь самоблокировки, так как во время процесса отпускания этот контакт отключает сеть переменного тока и, значит, питающее напряжение схе­мы (а вместе с тем и устройство управления, питающе­еся от того же источника). При нажатии кнопки G1 через контакт Glaразряжается конденсатор С1, a G16 подает питающее напряжение на схему таймера и на устройство управления, шунтируя релейный контакт j. В этот момент транзистор 77 закрывается, а Т2 откры­вается, и реле срабатывает. По прошествии времени за­держки полевой транзистор открывается, транзистор Т2 закрывается, и реле отпускает, отключая и собственное напряжение питания.

Рис. 99. Точное электронное реле с большой задержкой времени

 

Применяя вместо резистора R1 потенциометр, а так­же изменяя при помощи переключателя значение емко­сти С1, можно получить различные диапазоны времени задержки. Градуировка шкалы осуществляется с по­мощью секундомера. В качестве трансформатора может быть использован и звонковый трансформатор с напря­жением первичной обмотки 8 В.

На практике очень трудно осуществить с достаточ­ной надежностью и точностью схемы с временем за­держки, превышающим 1 ч. Указанное решение позво­ляет получить максимальное время задержки (2 — 3)R2-C1.

Рис. 100. Упрощенная принципиальная схема реле времени, изобра­женного на рис. 99, (а) и зависимость напряжения U_R2 от време­ни (б)

 

В схеме на рис. 99 времязадающий конденсатор С1 заряжается через резистор R2. На зарядный ток кон­денсатора С1 накладываются импульсы, вырабатывае­мые самовозбуждающимся мультивибратором, а затем продифференцированные периодические импульсы ма­лой длительности. После заряда конденсатора С1 эти импульсы через разделительный конденсатор СЗ пере­ключают бистабильный мультивибратор, состоящий из транзисторов ТЗ — Т4. Выходной каскад, построенный на транзисторе Т5, управляется коллектором транзистора ТЗ бистабильного мультивибратора. Транзисторы 77, Т2 представляют собой самовозбуждающийся мульти­вибратор, который в данном случае используется как импульсный генератор. Импульс прямоугольной формы с амплитудой 4 В на коллекторе транзистора Т2 дифференцируется при помощи конденсатора С2 и резистора R3. Подробно с работой схемы можно познакомиться по рис. 100.

В том случае, когда замыкают переключатель K1, начинается процесс заряда конденсатора С1 через резисторы R2 и R3. Как уже отмечалось, на постоянный зарядный ток накладываются импульсы самовозбужда­ющегося мультивибратора через конденсатор С2. При постепенном заряде конденсатора С1 напряжение на резисторе R2 уменьшается по экспоненте. С учетом наложения импульсов на резисторе R2 получается такая форма напряжения, как изображено на рис. 100,6.

Как только потенциал точки а схемы станет более отрицательным, чем потенциал точки б (его можно ме­нять при помощи R4), диод D1 открывается и через него и разделительный конденсатор СЗ разрешающий им­пульс поступает на бистабильный мультивибратор, ко­торый переключается. Благодаря этому транзистор Т5 открывается и реле в коллекторной цепи срабатывает. Обратное переключение бистабилыюго мультивибрато­ра осуществляют, замыкая переключатель КЗ (рис. 99). Существенным преимуществом схемы с наложением импульсов является то, что благодаря запирающему диоду D1 между времязапирающей частью и усилителем нет гальванической связи. Поэтому отсутствует нежела­тельное (шунтирующее) действие параллельных рези­сторов, которые могли бы уменьшить постоянную вре­мени.

Рис. 101. Фотоэкспонометр

 

На постоянную времени влияет только запирающий ток диода D1, который ограничивает и определяет мак­симальное значение сопротивления зарядного резистора R2. Продолжительность времени задержки устанавли­вается при помощи потенциометра Р4. Для установки времени задержки применяют не обычный способ изме­нения большого сопротивления резистора R2, а исполь­зуют потенциометр с относительно малым сопротивлени­ем. В такой схеме времязадающее звено можно залить эпоксидной смолой, в результате чего оно становится не­чувствительным к таким внешним воздействиям, как, например, токи утечки.

При постоянной температуре окружающей среды 20 °С (с учетом среднего значения за несколько циклов включения) может наблюдаться различие во времени запаздывания, которое максимально составляет 1,5%; при 50 °С могут отмечаться отклонения в 4 %.

Очень большая точность повторения может быть до­стигнута в том случае, если конденсатор С1 перед на­чалом каждого процесса разряжать, замыкая накоротко переключатель К2, так как при различной длительности времени задержки (разряда) он имеет неодинаковые ис­ходные электрические потенциалы.

На рис. 101 показана схема простейшего фотоэкспо­нометра, который может быть полезен при занятиях фотографией в домашних условиях. Максимальное время задержки составляет 5 мин. При нажатии кнопки G1 конденсатор С1 разряжается. При возвращении ее в ис­ходное положение разряженный конденсатор через потенциометр Р1 начинает заряжаться. На транзистор в это время поступает напряжение, которое его открыва­ет, срабатывает реле J и своим контактом j1включает лампу увеличителя Л, В конце процесса заряда конден­сатора транзистор закрывается и реле отпускает. Вы­держка времени зависит от выбранного переключателя К1 зарядного конденсатора и настройки потенциометра Р1. Градуировку шкалы осуществляют по секундомеру.

Рис. 102. Реле времени на триаках, применяемое при фотоработах

 

На рис. 102 приведено еще одно реле времени, при­меняемое при фотоработах. В момент нажатия кнопки G1 загорается лампа Л, а затем, по истечении времени задержки, устанавливаемого ступенчатыми переключа­телями К1 (грубая настройка) и К2 (точная настрой­ка), гаснет.

Здесь также использована интегральная микросхема таймера типа NE555. При помощи трехпозиционного переключателя К1 могут быть установлены интервалы времени 10, 60 с и 5 мин. Дальнейшее их деление осу­ществляется переключателем K2. Плавная точная ре­гулировка достигается потенциометром Р1. Ступенча­тая проверка времязадающей цепи проводится потен­циометрами Р2, РЗ и Р4. С целью избежания опасности поражения током при построении схемы органы управления (ступенчатые переключатели K1 и К2, нажимная кнопка и потенциометр Р1) должны быть соответству­ющим образом изолированы.

Схема работает от напряжения питания 12 В. Ста­билитрон Z обеспечивает постоянство напряжения. Значение ограничительного резистора R_eопределяется в за­висимости от используемого питающего напряжения (например, если Uпит = 16 В, то Rв=390 Ом).

 

 

<-- Назад

Далее -->