Работа схемы. При хлопке в ладоши или щелчке угольный порошок в микрофоне перемещается и меняет свое сопротивление. При этом в точке соединения ограничительного резистора R1 и микрофона появляется переменная составляющая, которая через разделительный конденсатор С 1 поступает на базу транзистора Т 1. Транзистор Т1 является одновременно усилителем переменного и постоянного напряжения. С помощью резистора R2 транзистор Т1 находится в приоткрытом состоянии. Переменная составляющая поступившая на базу, усиливается транзистором и, с коллектора через конденсатор С2, поступает на выпрямитель-удвоитель, собранный на элементах DD1, DD2, C3. Удвоенное постоянное напряжение накапливается на конденсаторе С3, который разряжается по цепи: минус конденсатора, резистор R1, база-эмиттер Т1, плюс конденсатора. Транзистор при этом лавинообразно открывается, срабатывает реле Р1, его контакты замыкаются на время действия звукового сигнала. При настройке работы схемы, иногда оказывается, что её чувствительность слишком велика, срабатывает от проходящих по улице автомашин или от взмаха руки вблизи микрофона. Всё зависит от типа используемого реле. Загрубить схему можно включив последовательно конденсатору С1 переменный резистор. Для того, чтобы переключать нагрузку (лампочки) с помощью хлопков, необходимо дополнить схему триггером. Схема такого триггера на поляризованном реле показана на рисунке 2 - ранее так-же нигде не печаталась.
При подаче звукового сигнала (хлопка, щелчка) временно замыкаются контакты реле КР1. Переменное напряжение 220 В через лампочку Л1 диод D1 положительным полупериодом прикладывается к концу второй обмотки реле РП-4 вывод 8, начало обмотки вывод 7, ограничитель тока резистор R1, конденсатор С1, замкнутые контакты реле КР1, вывод 220В. Зарядный ток конденсатора С1 переключает якорь реле в левое по схеме положение, лампочка Л1 загорается, а лампочка Л2 гаснет, диод D1 блокируется контактами реле, а диод D2 разблокирован и готов к работе. При поступлении следующего звукового сигнала, контакты реле Р1 КР1 замыкаются. Напряжение 220 В через лампочку Л2 и диод D2 прикладывается плюсом к началу первой обмотки контакт 5, с выхода обмотки контакт 6 поступает на резистор R1 и перезаряжает конденсатор С1. Поляризованное реле переключает якорь к правому по схеме контакту. Диод D2 блокируется, а диод D1 готов к работе в следующем цикле. Лампочка Л1 гаснет, а лампочка Л2 загорается. Таким образом при поступлении звуковых сигналов происходи поочерёдное переключение нагрузки. Для того, чтобы триггер выполнял функцию включения и выключения только одной лампочки, нужно исключить из схемы одну из лампочек, а вместо неё включить последовательную цепочку из конденсатора 0.33мкф х 300 В и резистора 5–10 кОм, 2 Вт. При настройке работы триггера необходимо отрегулировать якорь поляризованного реле так, чтобы он хорошо переключался и надёжно фиксировался в правом или левом положении.
Основой акустического или, что то же самое, звукового реле также служит электронное реле, а датчиком управляющих сигналов - микрофон или какой-либо другой преобразователь звуковых колебаний воздуха в электрические колебания низкой частоты.
Рис. 260. Схема акустического реле.
Схема наиболее простого варианта такого электронного автомата приведена на рис. 260. Рассмотри ее внимательно. Здесь многое, если не все, тебе должно быть знакомо. Микрофон выполняет функцию датчика управляющих сигналов. Транзисторы V1 и V2 образуют двухкаскадный усилитель колебаний ЗЧ, создаваемых микрофоном, а диоды V3 и V4, включенные по схеме удвоения напряжения, - выпрямитель этих колебаний. Каскад на транзисторе V5 с электромагнитным реле в коллекторной цепи и накопительным конденсатором в базовой цепи - это электронное реле. Лампа накаливания , подключаемая к источнику питания контактами К1.1 реле , символизирует исполнительную (управляющую) цепь.
В целом автомат работает так. Пока в помещении, где установлен микрофон, сравнительно тихо, транзистор V5 электронного реле практически закрыт, контакты К1.1 реле разомкнуты последовательно, лампа исполнительной цепи не светится. Это исходный дежурный режим работы автомата. При появлении звукового сигнала, например шума или громкого разговора, колебания звуковой частоты, созданные микрофоном, усиливаются транзисторами V1 и и далее выпрямляются диодами V3, V4. Диоды включены так, что выпрямленное ими напряжение поступает на базу транзистора в отрицательной полярности и одновременно заряжает накопительный конденсатор .
Если звуковой сигнал достаточно сильный и накопительный конденсатор зарядится до напряжения , то коллекторный ток транзистора V5 увеличится настолько, что реле сработает и его контакты К1.1 включают исполнительную цепь - загорится сигнальная лампа . Исполнительная цепь будет включена все время, пока на накопительном конденсаторе и на базе транзисторе V5 будет поддерживаться такое же или несколько большее отрицательное напряжение, Как только шум или разговор перед микрофоном прекратится, накопительный конденсатор почти полностью разрядится через эмиттерный переход транзистора, коллекторный ток уменьшится до исходного состояния, реле отпустит, а его контакты, размыкаясь, обесточат исполнительную цепь.
Подстроечным резистором можно изменять (как регулятором громкости) напряжение сигнала, поступающего от микрофона на вход усилителя ЗЧ, и тем самым регулировать чувствительность акустического реле.
Функцию микрофона может выполнять абонентский громкоговоритель или телефонный капсюль . Статический коэффициент передачи тока транзисторов должен быть не менее 30. Электромагнитное реле может быть типа , РКН с током срабатывания до . Напряжение источника питания должно быть на 25-30% больше напряжения срабатывания подобранного электромагнитного реле. Сопротивление и мощность рассеяния резистора , зависящие от используемой сигнальной лампы , рассчитай сам.
Приступая к налаживанию и испытанию акустического автомата, движок подстроечного резистора поставь в нижнее (по схеме) положение и подбором резистора установи в коллекторной цепи транзистора ток . Он должен быть меньше тока отпускания электромагнитного реле. Затем параллельно резистору подключи другой резистор сопротивлением 15-20 кОм. При этом коллекторный ток транзистора должен резко увеличиться, а реле сработать. Удали этот резистор - коллекторный ток должен уменьшиться до исходного значения, реле отпустить якорь, а лампа исполнительной цепи погаснуть. Так ты проверишь работоспособность электронного реле автомата.
Коллекторные токи транзисторов V1 и V2 устанавливай подбором резисторов .
Затем движок резистора установи в верхнее (по схеме) положение и негромко произнеси перед микрофоном протяжный звук «а-а-а» автомат сработает и включит исполнительную цепь. Он должен реагировать даже на негромкий разговор перед микрофоном, на хлопок в ладоши.
Проведи такой опыт. Параллельно конденсатору подключи второй электролитический конденсатор емкостью на номинальное напряжение 6-10 В. В коллекторную цепь транзистора V5 включи миллиамперметр и, следя за его стрелкой, хлопни в ладоши. Что получилось? Коллекторный ток возрос, но электромагнитное реле не сработало. Хлопни в ладоши 5-10 раз подряд. С каждым хлопком коллекторный ток увеличивается и, наконец, реле срабатывает и включает исполнительную цепь. Если звуковые сигналы прекратить, то через некоторое время ток в коллекторной цепи транзистора уменьшится до исходного, реле отпустит и выключит исполнительную цепь.
О чем говорит этот опыт? Электромагнитное реле автомата стало срабатывать и отпускать с задержкой времени. Объясняется это тем, что теперь требуется больше времени как для зарядки накопительного конденсатора, так и для его разрядки. Вывод напрашивается сам собой: подбором емкости накопительного конденсатора можно регулировать время включения и выключения исполнительной цепи.
Где и как можно применить такое акустическое реле? Например, использовать его как автомат «Тише». Для этого сигнальную лампу исполнительной цепи надо поместить в ящичек, одна из стенок которого выполнена из матового стекла, и на нем сделана надпись «Тише». Как только уровень шума или громкость разговора в комнате превысит некоторый предел, установленный подстроечным резистором , световое табло тут же на него среагирует. Или, скажем, можно установить автомат вместе с малогабаритным микрофоном на самоходной модели или игрушке, а ее микроэлектродвигатель включить в исполнительную цепь вместо сигнальной лампы накаливания. Несколько хлопков в ладоши или команда голосом - и модель начинает двигаться вперед. А еще как? Подумай!
Следующий пример автоматики...
Пару недель назад была собрана светодиодная панель для комнатного освещения и было решено собрать к нему акустический выключатель и сегодня я хочу рассмотреть пожалуй самую простую схему акустического выключателя.
Схема была найдена на одном из буржуйских сайтов и незначительным образом переделана. Устройство позволяет хлопком включать и выключать цепи питания. Я намерен его использовать для включения света. Устройство достаточно чувствительное благодаря двукратному усилителю на маломощных транзисторах. На хлопок реагирует на расстоянии в 5 метров от микрофона. Все детали были заменены на отечественные.
В микрофонном усилителе использованы отечественные транзисторы серии кт 315 с любой буквой или индексом. В окончательном каскаде применен мощный транзисторный ключ на биполярном транзисторе серии кт 818, все остальные детали как в оригинальной схеме. Из цепи можно исключить реле и на его место подключить нагрузку, но это лишь в тех случаях, когда нужно управлять нагрузками с питанием до 12 вольт, если нужно управлять нагрузками с питанием от сети, тут уже без реле не обойтись. В момент хлопка микрофон принимает волну, и как сигнал подается на усилитель мощности, которые поочередно усиливают полученный от микрофона сигнал. Усиленный сигнал поступает на базу ключа, его величина достаточна для срабатывания транзистора, и в этот момент открывается переход транзистора и проводит ток, который питает подключенную нагрузку или реле.
При сборке соблюдайте все номиналы деталей, даже незначительный уклон может привести к ненормальной работе выключателя. Устройство реагирует не только на хлопки, но и на низкочастотные шумы (мощные басы и т,п).
Диапазон питающих напряжений от 4 – х до 16 вольт, питайте только от стабилизированных источников постоянного напряжение и не в коем случае не используйте импульсные источники питания, с ними устройство не заработает!
Для пробной версии устройство было выполнено навесным монтажом, потом будет перенесена на плату, главное, что все работает без отказов.
Релейные схемы используются в системах авторегулирования: для поддержания заданной температуры, освещенности, влажности и т.д. Подобные схемы, как правило, похожи и в качестве обязательных узлов содержат датчик, пороговую схему и исполнительное или индикаторное устройство (см. список литературы).
Релейные схемы реагируют на превышение контролируемого параметра над заданным (установленным) уровнем и включают исполнительное устройство (реле, электродвигатель, тот или иной прибор).
Также возможно оповещение звуковым или световым сигналом о факте выхода контролируемого параметра за пределы допустимого уровня.
Термореле на транзисторах
Термореле (рис. 1) выполнено на основе триггера Шмитта. В качестве датчика температуры используется терморезистор (резистор, сопротивление которого зависит от температуры).
Потенциометр R1 устанавливает начальное смещение на терморезисторе R2 и потенциометре R3. Его регулировкой добиваются срабатывания исполнительного устройства (реле К1) при изменении сопротивления терморезистора.
Рис. 1. Схема простого термореле на транзисторах.
В качестве нагрузки в этой и других схемах этой главы может быть использовано не только реле, но и слаботочная лампа накаливания.
Можно включить светодиод с последовательным токоограничивающим резистором величиной 330...620 Ом, генератор звуковых колебаний, электронную сирену и т.д.
При использовании реле контакты последнего могут включать любую электрически изолированную от цепи датчика нагрузку: нагревательный элемент либо, напротив, вентилятор.
Для защиты выходного транзистора от импульсов напряжения, возникающих при коммутации обмотки реле (индуктивной нагрузки), необходимо включать параллельно обмотке реле полупроводниковый диод.
Так, на рис. 1 анод диода должен быть соединен с нижним по схеме выводом обмотки реле, катод — с шиной питания. Вместо диода с тем же результатом может быть подключен стабилитрон или конденсатор.
Термореле на тиристоре
Термореле [МК 6/82-3] (рис. 2) имеет выходной каскад с самоблокировкой на тиристоре.
Рис. 2. принципиальная схема термореле на транзисторе и тиристоре.
Это приводит к тому, что после срабатывания схемы выключить сигнализацию можно только после кратковременного отключения питания устройства.
Простой термоиндикатор
Термореле (рис. 3), или, говоря точнее, термоиндикатор, выполнен по мостовой схеме [ВРЛ 83-24]. Когда мост сбалансирован, ни один из светодиодов не светится. Стоит температуре повыситься, включится один из светодиодов.
Рис. 3. Принципиальная схема простого термо-индикатора на одном транзисторе и светодиодах.
Если температура, напротив, понизится, загорится другой светодиод. Чтобы различать, в какую сторону изменяется температура, для индикации ее повышения можно использовать светодиод красного свечения, а для индикации понижения — светодиод желтого (или зеленого) свечения. Для балансировки схемы вместо резистора R2 лучше включить потенциометр.
Фотореле на транзисторах
Фотореле (рис. 4) отличается от термореле (рис. 16.1) тем, что вместо терморезистора использован фоточувствительный прибор (фотодиод или фотосопротивление).
Рис. 4. Принципиальная схема простого фото-реле на транзисторах.
Фотореле с двухкаскадным усилителем
Схема фотореле, показанная на рис. 5, содержит двухкаскадный усилитель постоянного тока, выполненный на транзисторах разного типа проводимости.
Рис. 5. Принципиальная схема фотореле с двухкаскадным усилителем.
При изменении электрического сопротивления фотодиода и, соответственно, смещения на базе транзистора VT1, увеличится коллекторный ток выходного транзистора усилителя VT2, и напряжение на резисторе R2 возрастет.
Как только это напряжение превысит напряжение пробоя порогового элемента — полупроводникового стабилитрона VD2, включится оконечный каскад на транзисторе VT3, управляющий работой исполнительного механизма (реле).
Использование в схеме порогового элемента (полупроводникового стабилитрона) повышает четкость срабатывания фотореле.
Фотореле со звуковой сигнализацией
Фотореле (рис. 6) является таковым не в полной мере, поскольку реагирует на изменение освещенности плавным изменением частоты генерируемых колебаний .
Рис. 6. Принципиальная схема фотореле со звуковой сигнализацией.
В то же время это устройство может работать совместно с измеряющими частоту приборами, частотно-избирательными реле, сигнализировать высотой звукового сигнала об изменении освещенности, что может быть весьма актуально для слабовидящих.
Схема реле влажности, реле уровня жидкости
Реле влажности или реле уровня жидкости (рис. 7) так же, как и некоторые из вышеприведенных схем выполнено на основе триггера Шмитта [МК 2/86-22].
Рис. 7. Принципиальная схема реле влажности, реле уровня жидкости.
Порог срабатывания устройства устанавливают регулировкой потенциометра R3. Контакты датчика влажности выполнены в виде медного (Си) и железного (Fe) стержней, погруженных в землю.
При изменении содержания влаги в земле электропроводность среды и сопротивление между электродами меняются. С увеличением смещения на базе транзистора VT1 он открывается.
Коллекторный и эмиттерный токи транзистора возрастают, что приводит к росту напряжения на потенциометре R3 и, соответственно, к переключению триггера.
Реле срабатывает. Устройство может быть настроено на уменьшение электропроводности земли ниже заданной нормы. Тогда, при срабатывании исполнительного устройства, включается система автоматического полива земли (растений).
Реле времени
Реле времени (рис. 8) описано в книге П. Величкова и В. Христова (Болгария). Кратковременное нажатие на кнопку SA1 разряжает времязадающий конденсатор С1 и устройство начинает «отсчет времени».
Рис. 8. Принципиальная схема реле времени на транзисторах.
В процессе заряда конденсатора напряжение на его обкладках плавно увеличивается. В итоге, через некоторое время реле сработает, и включится исполнительное устройство.
Скорость заряда конденсатора, а, следовательно, и время выдержки (время экспозиции) можно изменять потенциометром R1. Реле обеспечивает максимальное время экспозиции до 10 сек при указанных на схеме параметрах элементов. Это время может быть увеличено за счет увеличения емкости конденсатора С1, либо сопротивления потенциометра R1.
Стоит отметить, что для столь простых схем «аналоговых» таймеров стабильность временного интервала невелика. Кроме того, нельзя до бесконечности наращивать емкость времязадаю-щего конденсатора, поскольку заметно возрастает его ток утечки.
Такой конденсатор неприемлем в схемах «аналоговых» таймеров. Существенно увеличить время экспозиции за счет сопротивления потенциометра R1 также нельзя, поскольку входное сопротивление последующих каскадов, если только они не выполнены на полевых транзисторах, невелико.
Аналоговые таймеры (реле времени) широко используют при фотопечати, для задания времени выполнения каких-либо процедур. Эти устройства используются, например, для получения воды, ионизированной серебром.
Реле что реагирует на уровень напряжения
Реле напряжения (рис. 9, 10) используются для контроля заряда или разряда элементов питания, аккумуляторов, контроля напряжения питания, поддержания напряжения на заданном уровне. Схемы, описанные в книге П. Величкова и В. Христова, предназначены для контроля разряда (рис. 9) или перезаряда (рис. 10) аккумулятора.
Рис. 9. Принципиальная схема реле для контроля разряда аккумулятора.
Рис. 10. Принципиальная схема реле для контроля перезаряда аккумулятора.
При необходимости напряжение срабатывания этих устройств может быть изменено. Порог срабатывания задается типом стабилитрона. Для изменения в небольших пределах порога срабатывания подобных реле последовательно со стабилитроном можно включать 1 — 3 германиевых Щ9) или кремниевых (КД503, КД102) диодов в прямом направлении.
Катоды диодов должны «смотреть» в сторону базы входного транзистора. Германиевый диод смещает порог срабатывания примерно на 0,3 В, а кремниевый — на 0,5 В.
Для цепочки из двух, трех диодов эти значения удваиваются (утраиваются). Промежуточные значения напряжений можно получить при последовательном включении германиевого и кремниевого диодов (0,8 В).
Акустическое реле
Акустическое реле (рис. 11, 12) используют для контроля уровня шума, а также в составе систем охранной сигнализации [Б.С. Иванов, М 2/96-13]. Помимо прочего, такие схемы часто используют в системах связи — в устройствах голосового управления каналом связи.
Рис. 11. Принципиальная схема акустического реле.
Рис. 12. Принципиальная схема акустического реле на транзисторах.
Так, при разговоре автоматически и без вмешательства оператора происходит переключение радиостанции или линии связи с приема на передачу. Устройство содержит датчик звукового сигнала — микрофон, в качестве которого можно использовать обычный микротелефонный капсюль, усилитель низкой частоты, детектирующее и исполняющее (релейное) устройство.
Коэффициент усиления УНЧ определяет чувствительность акустического реле. На микрофон может быть установлен звукоулавливающий рупор для повышения направленных свойств акустического реле. Резонансный фильтр, включенный после УНЧ, позволяет акустическому реле реагировать только на звук определенной частоты и игнорировать остальные звуки.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003.
набор NS048
На основе этого акустического реле можно самостоятельно создавать охранные системы, а также и другие устройства, способные реагировать на звук, например: автоматические звуковые выключатели освещения, системы, отслеживающие источник звука и, конечно, «интеллектуальные» игрушки.
Технические характеристики
Напряжение питания [В] 9-12
Максимальный ток потребления [мА] 60
Описание работы акустического реле
Внешний вид акустического реле и его электрическая схема показаны на Рис. 1 и Рис. 2.
Рис. 1. Внешний вид акустического реле
Электрическая схема состоит из двух основных частей: аналоговой и цифровой. Аналоговая часть включает два операционных усилителя А1 и А2, цифровая - инверторы N1…N4.
С выхода электретного микрофона электрический сигнал звуковой частоты поступает на вход первого операционного усилителя А1, осуществляющего согласование микрофона с выходным каскадом, собранным на операционном усилителе А2. Чувствительность схемы в целом устанавливается подстроечным резистором Р1. Коэффициент усиления выходного каскада определяется соотношением сопротивлений R7, Р1 и R5.
Усиленный сигнал звуковой частоты подается на схему формирователя. В процессе прохождения его через инвертор N1 происходит заряд конденсатора С2 до напряжения логической единицы по нижнему на схеме входу инвертора N2. Как только конденсатор заряжается, на выходе N2 происходит изменение логического уровня на противоположный, тем самым заставляя переброситься в противоположное состояние триггерную схему, построенную на инверторах N3N4. На выходе инвертора N4 появляется логическая единица, открывающая транзистор TR1. В результате этого зажигается светодиод D2 и к источнику питания подключается обмотка электромагнитного реле К1, которое через контакты К 1.1 коммутирует нагрузку. Диод D1 необходим для защиты транзистора во время его переключения от бросков тока, возникающих вследствие переходных процессов в обмотке электромагнитного реле.
Если электретный микрофон некоторое время не улавливает акустические колебания, на выходе операционного усилителя А2 переменная составляющая будет равна нулю, что приводит к появлению логического нуля на выходе инвертора N1. Конденсатор С2 начинает разряжаться через резистор R1. После прекращения процесса разряда формирователь N2 перебрасывает триггерную схему в исходное состояние, приводящее к закрытию транзистора TR1, а следовательно, и обесточиванию обмотки электромагнитного реле. Нагрузка отключается. Акустическое реле переходит в дежурный режим.
Сборка акустического реле
Перед сборкой акустического реле внимательно ознакомьтесь с приведенными в начале этой книги рекомендациями по монтажу электронных схем. Это поможет избежать порчи печатной платы и отдельных элементов схемы. Перечень элементов набора приведен в Табл. 1.
Таблица 1. Перечень элементов набора NS048
|
Характеристика |
Наименование и/или примечание |
||
|
Коричневый, зеленый, красный* |
|||
|
R2, R9, Rll, R12 |
Желтый, фиолетовый, красный* |
||
|
Коричневый, серый, оранжевый* |
|||
|
Коричневый, черный, оранжевый* |
|||
|
Коричневый, черный, коричневый* |
|||
|
Красный красный, красный* |
|||
|
Оранжевый, белый, коричневый* |
|||
|
Резистор подстроечный |
|||
|
100 мкФ, 16/25 В |
Конденсатор |
||
|
10 мкФ, 16/63 В |
Конденсатор |
||
|
Конденсатор (22п - маркировка) |
|||
|
Конденсатор (104 - маркировка) |
|||
|
Конденсатор (56 - маркировка) |
|||
|
Светодиод красного свечения |
|||
|
Транзистор. Замена ВС548 NPN |
|||
|
7400 или 74LS00 |
Микросхема |
||
|
LF353 или TL082 |
Микросхема |
||
|
Электретный микрофон |
|||
|
Плата печатная |
|||
|
Панельки для микросхем |
|||
|
Реле 6 В/2 А |
|||
|
Разъем для батареи |
|||
|
Штыревые контакты |
|||
|
* Цветовая маркировка на резисторах. |
|||
Отформуйте выводы элементов, установите их на плату и припаяйте выводы. Подключите источник питания и нагрузку в соответствии со схемой, приведенной на Рис. 3.
Рис. 3. Схема подключения источника питания и нагрузки к плате акустического реле
Включите питание электронной схемы акустического реле. Резистором Р1 установите необходимую чувствительность устройства. Теперь все готово для успешной эксплуатации акустического реле.
В том случае, если вы пожелаете изготовить на основе набора NS048 конструктивно законченное устройство, в каталоге, приведенном в этой книге, или на сайте www.masterkit.ru вы сможете выбрать подходящий стабилизированный источник питания и корпус для акустического реле. Конструкция платы предусматривает ее установку в корпус: для этого имеются монтажные отверстия по краям платы под винты 03 мм. Правильно собранное устройство дополнительной настройки для работы не требует.
Подобное акустическое реле может собрать даже начинающий радиолюбитель. Набор NS048 уже полностью укомплектован всем необходимым, поэтому остается лишь выполнить монтаж компонентов. Возникающие при сборке проблемы можно обсудить на конференции сайта http://www.masterkit.ru, а вопросы можно задать по адресу: [email protected].
Наборы NS048, а также и другие наборы из каталога МАСТЕР КИТ можно приобрести в магазинах радиодеталей или на радиорынках.
Loading...