Text
                    М.В. Адаменко
РАДИОЭЛЕКТРОНИКА
Конструкции для всех
Книга 2
Москва
СОЛОН-Пресс
2017


УДК 621.38 ББК 32.85, 74.200.585.2 А 28 Адаменко М. В. Радиоэлектроника. Конструкции для всех. Книга 2. — М.: СОЛОН-Пресс, 2017. — 144 с: илл. В предлагаемой книге приведены краткие описания и прин- ципиальные схемы конструкций. Представленного материала вполне достаточно для самостоятельной сборки и отладки ра- боты различных приборов бытового назначения. Учтены инте- ресы начинающих и опытных специалистов в радиоэлектрони- ке самого разного возраста. Книга полезна для дополнительного образования школьни- ков, учащихся колледжей и студентов вузов, преподавателей и посетителей творческих кружков по профилю «Радиоэлектро- ника», а также для широкого круга читателей и специалистов в области электроники. КНИГА-ПОЧТОЙ Книги издательства «СОЛОН-Пресс» можно заказать и оплатить в издательстве с пересылкой Почтой РФ. Заказ можно оформить одним из перечисленных способов: 1. Оформить заказ на сайте www.solon-press.ru в разделе «Книга — почтой». 2. Заказать книгу по тел. (495) 617-39-64, (495) 617-39-65. 3. Отправив заявку на e-mail: kniga@solon-press.ru (указать наименование изда- ния, обратный адрес и ФИО получателя). 4. Послать открытку или письмо по адресу: 123001, Москва, а/я 82. При оформлении заказа следует правильно и полностью указать адрес, по кото- рому должны быть высланы книги, а также фамилию, имя и отчество получателя. Желательно указать дополнительно свой телефон и адрес электронной почты. Через Интернет вы можете в любое время получить свежий каталог издатель- ства «СОЛОН-Пресс», считав его с адреса http//www.solon-press.ru/katalog. Интернет-магазин размещен на сайте www.solon-press.ru. Ч У По вопросам приобретения обращаться: ООО «СОЛОН-Пресс» Тел: (495) 617-39-64, (495) 617-39-65 E-mail: kniga@solon-press.ru, www.solon-press.ru ISBN 978-5-91359-238-5 © СОЛОН-Пресс, 2017 © Адаменко М.В., 2017
Содержание От автора 6 Глава 1. Измерительные приборы 7 Индикатор анодного напряжения 7 Тестер малогабаритных элементов питания 8 Тестер для проверки батарей 13 Акустический сигнализатор короткого замыкания 15 Простой тестер для проверки операционных усилителей 17 Тестер для проверки тиристоров и симисторов 18 Глава 2. Зарядные устройства и источники питания 20 Зарядное устройство для быстрого заряда Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов 20 Разрядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов 23 Источник стабилизированного симметричного напряжения 25 Схема защиты от переполюсовки батареи 27 Быстрая разрядка фильтрующего конденсатора в источнике питания 29 Стабилизированный источник малого отрицательного напряжения 31 Глава 3. Высокочастотные устройства 34 Простой радиомикрофон 34 Передатчик AM сигналов 35 Радиомикрофон 37 Глава 4. Для дома, для семьи 40 Детектор электропроводки 40 Индикатор перегорания предохранителя в низковольтной цепи 41 Автоматическое включение резервной лампы 43
4 Оглавление Простой стартер 44 Простая мигалка с осветительной лампой 45 Глава 5. Электроника для дачи, сада и огорода 48 Устройство для отпугивания грызунов 48 Уровневый выключатель насоса 49 Глава 6. Электроника для автолюбителей 53 Акустический сигнализатор заднего хода 53 Простое противоугонное устройство 55 Простая автосигнализация 58 Имитатор охранного устройства с индикатором бортового напряжения 60 Устройство считывания кодов 62 Глава 7. Низкочастотная техника 68 Предварительный усилитель на двух лампах ЕСС83 68 Простой усилитель НЧ на лампах 71 Ламповый предварительный усилитель фирмы FENDER 72 Предварительный усилитель на лампах ЕСС83 и ЕСС82 74 Усилитель НЧ на лампах 77 Глава 8. Электронные игрушки и блоки световых эффектов 80 Мерцающий цветок 80 Звезда-маяк 84 Вращающаяся звезда 87 Глава 9. Электронные устройства для моделистов-конструкторов 93 Автоматический выключатель мотора радиоуправляемой модели 93 Глава 10. Мобильная телефония 96 Система ДУ с мобильным телефоном 96 Глава 11. Металлоискатели 102 Простой импульсный металлоискатель 102
Оглавление 5 Детектор металлических предметов 112 Простой металлодетектор 116 Глава 12. Электромузыкальные инструменты 120 Приставка «Rocket fuzz» для электрогитары 120 Приставка «Muff Boost» для электрогитары 121 «Вау-вау» приставка «Crybaby» 125 Приставка «Valve distortion fuzz» для электрогитары 127 Приставка тремоло для электрогитары 130 Цифровой ревербератор 135 Литература 141
От автора Уважаемые читатели! Прежде чем вы начнете читать данную книгу, считаю необходи- мым ознакомить вас со следующей информацией. Любые оценки, мнения, рекомендации, высказанные в этой кни- ге, являются личными оценками, мнениями автора и не могут рас- сматриваться как реклама или антиреклама. Автор старался предоставлять точную и проверенную информа- цию, однако не может гарантировать полную достоверность изло- женных в книге материалов, схем, рисунков и таблиц. Предлагаемые описания физических процессов и принципов функционирования, определения и разъяснения не претендуют на академическую точ- ность, поскольку данная книга представляет собой не учебник, а по- пулярное издание, предназначенное для широкого круга читателей, часто не обладающих достаточно глубокими знаниями рассматривае- мой тематики. Ссылки, а также иные сведения даются исключительно в инфор- мационных целях. Вся информация, изложенная в данной книге, приводится «как есть» (as is) с возможными ошибками, без гарантий любого вида, пря- мо выраженных или подразумеваемых. Поэтому ни автор, ни изда- тельство не несут ответственность за возможные последствия, вы- званные использованием приведенных в данной книге материалов, рисунков, схем и иной информации, в том числе за любые прямые или косвенные убытки, возникшие в результате практического или теоретического применения сведений, изложенных в этой книге. Использование рисунков, таблиц и схем, приводимых в этой кни- ге, а также иной изложенной в ней информации осуществляется чи- тателем на собственный страх и риск с возложением на него ответ- ственности за все возможные последствия, в том числе за возникшие у него или у третьих лиц прямые или косвенные убытки. С уважением и наилучшими пожеланиями, М.В. Адаменко
Глава 1. Измерительные приборы Индикатор анодного напряжения [1] Этот простой индикатор был разработан для определения наличия и примерной величины напряжения на выходных контактах лабора- торного источника напряжения, применяемого для питания анодных цепей радиоламп. После корректировки значений величин некоторых элементов данное устройство может быть использовано для индика- ции включенного состояния любых устройств, питаемых от батарей напряжением от 9 В до 12 В (не было испытано). При этом в качестве индикатора используется светодиод с высокой излучающей способ- ностью, который периодически генерирует интенсивные вспышки света. При входном напряжении 20 В периодичность вспышек состав- ляет примерно 1 сек (частота 1 Гц), при увеличении напряжения пери- од световых импульсов уменьшается и при 250 В составляет около 0,2 сек (частота 5 Гц). Входной ток индикатора мал и составляет от 0,11 мА при входном напряжении 20 В до 1,53 мА при 250 В. Принципиальная схема индикатора анодного напряжения приве- дена на рис. 1.1. Работа предлагаемого индикатора основана на принципе накопле- ния заряда. Конденсатор С1 заряжается от источника индицируемого Вход 20...2508 ;;ledr SUPER Рис. 1.1. Принципиальная схема индикатора анодного напряжения
Глава 1. Измерительные приборы б) Рис. 1.2. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) индикатора анодного напряжения напряжения малым током через резисторы Rl, R2 и диод D1. Напря- жение с конденсатора С1 через делитель R3, R4 подается на базу тран- зистора Т1. При достижении напряжения на конденсаторе С1 значе- ния примерно 6 В транзистор Т1 обеспечивает открытие транзистора Т2. В результате конденсатор С1 разрядится через транзистор Т2 и светодиод D1. После полной разрядки конденсатора С1 оба транзи- стора закроются, а конденсатор С1 начнет снова заряжаться. Детали индикатора размещены на односторонней печатной плате. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) индикатора анод- ного напряжения приведены на рис. 1.2. Для того чтобы конструкция имела малые размеры, использованы элементы SMD. Печатную плату индикатора можно разместить на задней панели устройства, питающее напряжение которого предпо- лагается измерять. Собранный без ошибок и из исправных элементов индикатор не требует налаживания. Тестер малогабаритных элементов питания [2] Предлагаемый тестер предназначен для быстрой проверки мало- габаритных элементов питания, которые используются в детских игрушках. С его помощью ребенок самостоятельно может определить степень разрядки батарейки. Тестируемый элемент подключается к входу преобразователя и одновременно используется в качестве источника питания прибора.
Тестер малогабаритных элементов питания 9 При этом проверяемый аккумулятор или батарейка работает с током нагрузки примерно 200 мА. Такая схема подключения позволяет от- личить новый элемент от старого, который хотя и имеет достаточное выходное напряжение, но обладает большим внутренним сопротив- лением. Максимальное напряжение, подаваемое на вход устройства, может достигать величины 3 В. При величинах входного напряжения, меньших 3 В, практически отсутствует возможность выхода из строя прибора вследствие ошибочного изменения полярности контактов тестируемого элемента. Тестер предназначен для проверки обычных элементов питания. Однако с его помощью можно тестировать и аккумуляторы. Особое внимание следует уделять тому, что в процессе эксплуатации NiCd и NiMH аккумуляторных элементов их выходное напряжение изменя- ется незначительно даже при весьма существенной потере емкости. Помимо этого, принимая во внимание меньшее напряжение, не сле- дует удивляться тому, что при проверке полностью заряженных и кондиционных аккумуляторов будет светиться только светодиод LED2. Поэтому с помощью данного тестера можно определить лишь факт полной разрядки аккумулятора. Для проверки элементов питания можно было бы использовать и пару проводов с обычной лампочкой, однако такое решение вряд ли бы удовлетворило уважающего себя радиолюбителя. В данной кон- струкции состояние аккумулятора определяется количеством светя- щихся LED диодов. LED1A, 1ЛЕО2Л, LED3 А, Проверявши Рис. 1.3. Тестер малогабаритных элементов питания
10 Глава 1. Измерительные приборы Предлагаемый тестер состоит из двух частей, а именно из преоб- разователя напряжения и индикатора уровня напряжения. Принци- пиальная схема прибора приведена на рис. 1.3. Для полноценного питания одного светодиода необходимо напря- жение примерно 2 В. В то же время при подключении нового полностью заряженного проверяемого элемента напряжение на входе тестера не превышает 1,55 В. Поэтому для формирования напряжения, необходи- мого для нормального функционирования цепей индикации, и исполь- зован преобразователь. Функции такого преобразователя напряжения в предлагаемой конструкции выполняет простейший самовозбуждаю- щийся генератор, уровень напряжения выходного сигнала которого за- висит от напряжения питания. Эта зависимость преднамеренно увели- чена использованием делителя R1, R2 в цепи базы транзистора Т1. Критическим элементом преобразователя является транзистор Т1, который должен иметь низкое напряжение насыщения. В противном случае эффективность тестера резко снижается. В качестве трансфор- матора используется обычный дроссель типа 09Р с индуктивностью 330 мкГ, на который наматывается вторичная обмотка, содержащая примерно 30 витков провода ПЭЛ диаметром 0,2 мм. Для изготовле- ния этой катушки подойдет любой лакированный провод диаметром от 0,1 до 0,25 мм. После этого на дроссель следует надеть отрезок трубки из изоляционного материала, и трансформатор готов. Вторым каскадом тестера является индикатор уровня напряжения. При незначительном напряжении на входе тестера транзисторы Т2 и ТЗ открыты напряжениями смещения, формируемыми на резисторах R3 и R4 протекаемым через них током, а транзисторы Т4 и Т5 закры- ты. При увеличении напряжения, подаваемого на вход тестера, в пер- вую очередь начнет светиться светодиод LED1. Дальнейшее измене- ние входного напряжения приведет к повышению тока, протекающе- го через светодиод LED1, до тех пор, когда падение напряжения на резисторе R5 обеспечит открытие транзистора Т5 (при токе, равном примерно 16 мА). При этом транзистор Т2 закроется, а напряжение на светодиоде LED2 увеличивается до тех пор, пока он не начнет све- титься. Если входное напряжение тестера и далее будет увеличивать- ся, то при токе примерно в 20 мА откроется и транзистор Т4. При этом транзистор ТЗ закроется, а светодиод LED3 начнет светиться. Увеличение напряжения на входе тестера выше значения 1,5 В на ра- боту выходных каскадов практически не влияет, поскольку компен- сируется преобразователем. При этом уровень выходного напряже-
Тестер малогабаритных элементов питания 40 11 Рис. 1.4. Печатная плата тестера элементов питания ния преобразователя, при котором светодиод LED3 начнет светиться, можно регулировать подбором сопротивления резистора R1. Для изготовления тестера можно использовать практически любую печатную плату с размерами, соответствующими выбранному корпу- су. Печатная плата тестера элементов питания приведена на рис. 1.4. Для того чтобы конструкция имела малые размеры, использованы элементы SMD. С этой же целью трансформатор расположен гори- зонтально. В предлагаемой конструкции можно использовать обыч- ные зеленые светодиоды (LED1 — LED3) на напряжение 2 В и ток 20 мА. Диод D1 — диод Шоттки типа BD433. Конденсаторы С1 и СЗ — на номинальное напряжение не менее 10 В. Расположение элементов на печатной плате тестера элементов пи- тания приведено на рис. 1.5. Для налаживания тестера потребуется регулируемый источник на- пряжения, а также любой универсальный измерительный прибор, на- пример, простейший мультиметр. Тестер подключается к источнику питания, выходное напряжение которого постепенно необходимо увеличивать от 0 до 1,6 В. Собранный без ошибок и из исправных де- талей тестер не нуждается в дополнительном налаживании и практи- чески сразу может быть использован для проверки работоспособно- сти малогабаритных элементов питания. При возникновении проблем в первую очередь рекомендуется про- верить качество пайки контактов обмотки п2 трансформатора. Сразу угадать правильную полярность подключения выводов трансформа- тора вряд ли удастся. Поэтому в том случае, если генератор не будет возбуждаться, но тестер будет потреблять ток, сначала следует поме-
12 Глава 7. Измерительные приборы Проверяемый элемент О О LED1 LED2 LED3 С1 HDj 0 О сз Н№ о О * R2J. '■ ' ' • ^ '°; '°: '^ Р'-:о:{О'-л '■■■•■■••■' • ■ . ' ■ • ■» По „ R6 I- 0 0 О' 'О 0 0 I Т2 • ТЗ 14 ! {Т й О ' : сз Ed1-..л С2 о У5 Рис. 7.5. Расположение элементов на плате тестера элементов питания нять местами выводы обмотки п2 трансформатора. Если это не помо- жет, то рекомендуется провести покаскадную проверку прибора с по- мощью регулируемого источника питания и обычного мультиметра. Проверку следует начать с индикатора уровня напряжения. На вход индикатора (выводы конденсатора С1) подключается источник пита- ния. При увеличении напряжения до значения примерно 3 В должен начать светиться светодиод LED1, при напряжении около 5,5 В заго- рается светодиод LED2. Последующее возрастание напряжения до ве- личины 8 В должно привести к загоранию светодиода LED3. При этом потребляемый индикатором ток до момента начала свечения светоди- ода LED3 не должен превышать 20 мА. Если индикатор не работает так, как было указано, то неисправность следует искать в нем. Если индикатор исправен, то можно приступать к проверке преоб- разователя напряжения. Увеличение напряжения на входе от 0 В до
Тестер для проверки батарей 1 з 1,6 В должно привести к постепенному возрастанию напряжения на конденсаторе С1 до значения около 8 В. Если генератор не возбужда- ется, то сначала следует перепаять выводы катушки L2, а затем про- верить транзистор Т1 и диод D1. Возможна ситуация, когда генератор возбуждается, но при вход- ном напряжении 1,5 В преобразователь не обеспечивает включение всех светодиодов. В этом случае можно попробовать в незначитель- ных пределах изменить величину сопротивления резистора R1. Если это не поможет, то рекомендуется увеличить сопротивление резисто- ра R5. Однако не следует забывать о том, что чрезмерное увеличение сопротивления резистора R5 приводит к включению всех светодио- дов даже при малом токе. Тестер для проверки батарей [3] Получить достоверную информацию о состоянии старой или но- вой батареи питания при помощи простого измерения напряжения на ее контактах при отключенной нагрузке маловероятно. В то же время величина падения этого напряжения при подключении нагруз- ки может рассказать о многом. Быстро оценить состояние батареи по- добным способом поможет простой тестер, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.6. Его основу составляет микросхема типа SMP04 от фирмы Analog Devices. Данная микросхема содержит четыре образцовых усилителя (sample and hold), объединенных в одном корпусе. При кратковременном нажатии кнопки ТЫ образцовый усили- тель 1 микросхемы SMP04 оценит значение напряжения батареи, включенной без нагрузки. Величина этого напряжения сохранится на соответствующем конденсаторе, выполняющем функцию элемента памяти. Значение измеренного напряжения уменьшается делителем, в состав которого входят резисторы R3 и R4, до уровня 87,5% от пер- воначальной величины. Конкретное значение, до которого необхо- димо уменьшить величину измеренного напряжения, зависит от тех- нических параметров тестируемой батареи. Уменьшенное напряже- ние в дальнейшей фазе измерений используется в качестве опорного (базового) напряжения. После того, как контакты кнопки ТЫ разомкнутся, форма фронта выходного сигнала вентильного элемента дифференцируется цепоч- ками, состоящими из элементов R8,C1 и R9, С2. Сформированные на
14 Глава 1. Измерительные приборы Puc. 7.6. Принципиальная схема тестера для проверки батарей
Акустический сигнализатор короткого замыкания 15 выходах этих цепочек сигналы усиливаются. Один из них подается на MOSFET транзистор Т1 и открывает его. В результате к контактам тестируемой батареи окажется подключенной нагрузка, функцию ко- торой выполняет резистор RL. При этом ток, протекающий через ре- зистор RL, будет составлять примерно 500 мА. Второй сигнал после усиления поступает на образцовый усилитель 2 микросхемы SMP04. Величина этого напряжения, характеризующего напряжение тести- руемой батареи при подключенной нагрузке, сохранится на соответ- ствующем конденсаторе, выполняющем функцию элемента памяти. Напряжения, сформированные на выводах 1 и 2 микросхемы SMP04, сравниваются компаратором, который выполнен на микро- схеме РМ139. Если напряжение батареи при подключенной нагрузке будет больше, чем 87,5% от напряжения батареи без нагрузки, то на выходе компаратора сформируется сигнал низкого логического уров- ня. В результате на выходе триггера, выполненного на микросхеме типа МС14013, будет светиться зеленый светодиод. Если напряжение батареи при подключенной нагрузке будет меньше, чем 87,5% от на- пряжения батареи без нагрузки, то на выходе компаратора сформиру- ется сигнал высокого логического уровня. В результате на выходе триггера будет светиться красный светодиод. Цепочка C3R10 обеспе- чивает свечение зеленого светодиода при подключении источника питания данной конструкции. Акустический сигнализатор короткого замыкания [4] Различные устройства, предназначенные для проверки наличия или отсутствия контакта между проводниками, входят в состав базо- вого комплекта оборудования для мастерской или домашней лабора- тории радиолюбителя. И даже в наши дни, когда эти функции выпол- няют цифровые мультиметры, в том числе и со звуковой сигнализа- цией, вероятно, найдутся читатели, которых заинтересует простой акустический пробник. Предлагаемый пробник, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.7, представляет собой акустиче- ский сигнализатор короткого замыкания. Достоинством акустического способа сигнализации является то, что в процессе проверки нет необходимости постоянно смотреть на шкалу стрелочного прибора или дисплей цифрового мультиметра (омметра). Помимо этого предлагаемый сигнализатор позволяет ори-
16 Глава 1. Измерительные приборы D1 1N4148 BZ1 9В Рис. 1.7. Принципиальная схема акустического сигнализатора короткого замыкания ентировочно определить примерное значение сопротивления между контролируемыми точками, поскольку тон генерируемого акустиче- ского сигнала зависит от величины этого сопротивления. В рассматриваемой конструкции на транзисторах Т1 и Т2 выпол- нен генератор сигналов звуковой частоты. При этом частота генери- руемых колебаний зависит от величины сопротивления между кон- тактами А и В, которые подключаются к контролируемым точкам. Если контакты А и В разомкнуты, то есть сопротивление между ними равно бесконечности, то ток, потребляемый прибором от источника питания, очень мал. Поэтому нет необходимости применять выклю- чатель питания. При выполнении измерений ток, потребляемый сиг- нализатором, зависит от положения движка подстроечного потенци- ометра Р1 и может составлять от 3 мА до 5 мА. С помощью подстроечного потенциометра Р1 можно настроить приемлемую частоту генератора (высоту тона звукового сигнала) при коротком замыкании между клеммами А и В. Если величина сопро- тивления между клеммами А и В будет примерно 22 кОм, то высота тона значительно снизится по сравнению с частотой сигнала при ко- ротком замыкании. В процессе тестирования максимальное напряжение между клем- мами А и В не превышает величины 8 В, а протекающий между ними
Простой тестер для проверки операционных усилителей 17 ток — менее 50 мкА. Поэтому вероятность выхода из строя элементов, контролируемых с помощью данного сигнализатора, весьма мала. Простой тестер для проверки операционных усилителей [5] В домашней лаборатории радиолюбителям, без сомнения, нередко приходится проверять исправность операционных усилителей (ОУ) по принципу «исправный/неисправный». Принципиальная схема простого тестера для проверки исправности операционных усилите- лей приведена на рис. 1.8. Такой тест особенно необходим в тех случаях, когда надо прове- рить исправность операционных усилителей, установленных на пе- чатной плате. Проверяемый операционный усилитель может быть подключен к тестеру и с помощью специальной панельки. При подключении операционного усилителя к схеме он становит- ся элементом нестабильного мультивибратора. В том случае, если ОУ исправен, частота переключения мультивибратора составляет около 2 Гц. О положительном результате тестирования свидетельствует ми- гание светодиодов D1 и D2. Рис. 1.8. Принципиальная схема простого тестера для проверки операционных усилителей
18 Глава 1. Измерительные приборы Тестер для проверки тиристоров и симисторов [6] Для ориентировочного определения работоспособности диодов и транзисторов вполне достаточно воспользоваться омметром или мультиметром, позволяющим измерять сопротивление. С помощью этих приборов можно тестировать тиристоры и симметричные (двуна- правленные) триодные тиристоры (симисторы), однако в этом случае вероятность ошибки значительно выше. Поэтому в домашней лабора- тории желательно иметь прибор, позволяющий проверять эти элемен- ты с достаточно высокой степенью достоверности. Далее рассматри- ваются две схемы таких устройств. Обе конструкции питаются от ис- точника переменного напряжения 12 В, при этом потребляемый ток не превышает 50 мА. Принципиальная схема первого варианта простого тестера для проверки тиристоров и симисторов приведена на рис. 1.9. В рассматриваемой конструкции через проверяемый элемент (ес- ли он исправен), а также через светодиоды D1 и D2 протекает ток ве- личиной примерно 50 мА, который ограничивается резистором R1. Напряжение, подаваемое на управляющий электрод, формируется с помощью выпрямительного диода D4 и сглаживающего конденсато- ра С1. Это напряжение подается на управляющий электрод проверя- емого элемента при замыкании контактов кнопки S1. При этом про- текающий ток ограничен резистором R2, а индикация наличия тока осуществляется светодиодом D3. При подключении проверяемого триода или симистора к тестеру ни один из светодиодов не должен светиться. После нажатия кнопки S1 в цепи управляющего электрода исправного элемента будет протекать ток, что приведет к свечению светодиода D3. Если светодиод D3 све- титься не будет, то сначала следует убедиться в том, что проверяемый элемент подключен к тестеру без ошибок, то есть не перепутаны анод и катод у тиристора, а при проверке симистора не перепутаны аноды. При проверке тиристора, если он исправен, при нажатии кнопки S1 одновременно со светодиодом D3 будет светиться и светодиод D2. При проверке симистора, если он исправен, должны светиться все светодиоды. После того, как контакты кнопки S1 будут разомкнуты, все светодиоды должны одновременно погаснуть. Необходимо отметить, что при использовании предлагаемого те- стера для проверки тиристоров с низким блокирующим напряжени-
Тестер для проверки тиристоров и симисторов D1 19 12В АС Рис. 7.9. Принципиальная схема простого тестера для проверки тиристоров и симисторов (вариант 1) ем может возникнуть нештатное свечение светодиода D1. Причиной этого свечения является запирающий ток величиной 3...5 мА, возни- кающий из-за сравнительно высокого напряжения UGA при отрица- тельной полярности анода. От указанного недостатка свободен при- бор для проверки тиристоров и симисторов, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.10. В данной конструкции на управляющий электрод проверяемого элемента подается переменное напряжение, ограниченное цепочкой, состоящей из стабилитронов D5 и D6. Светодиод D4 будет светиться только при проверке исправных симисторов. В остальном оценка ис- правности проверяемого элемента производится также, как и при ра- боте с рассмотренным ранее тестером. А2 А1 12В АС D5,D6 3,ЗВ/0,4Вт Рис. 1.10. Принципиальная схема простого тестера для проверки тиристоров и симисторов (вариант 2)
Глава 2. Зарядные устройства и источники питания Зарядное устройство для быстрого заряда Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов [7] При интенсивной эксплуатации устройств с автономным (бата- рейным или аккумуляторным) питанием часто возникает ситуация, когда разряженный аккумулятор необходимо как можно быстрее вновь зарядить. Для быстрой зарядки Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов можно воспользоваться специальным зарядным устройством, прин- ципиальная схема которого приведена на рис. 2.1. Особенностью рассматриваемой схемы является наличие режима подзарядки аккумулятора при длительном хранении. При этом пере- ход из режима быстрой зарядки в режим подзарядки обеспечивается на основе результатов анализа разницы между температурой окружа- ющей среды и температурой заряжаемой аккумуляторной батареи. В режиме быстрой зарядки достижение эффективности до 80% обе- спечивается импульсной регуляцией зарядного тока. Для этого в предлагаемой конструкции используется интегральный переключа- тель IC1 типа LM2576-ADJ, представляющий собой понижающий ре- гулятор напряжения, работающий с постоянной частотой 52 кГц. Преобразование зарядного тока в напряжение осуществляется на резисторе R1, который включен между входами неинвертирующего операционного усилителя 1С2Ь. Выход этого операционного усилите- ля подключен к выводу FB микросхемы IC1, замыкая петлю регули- ровки. Выбор усиления на уровне 8,5 обеспечивает формирование опорного напряжения регулятора IC1 величиной 1,23 В при токе 2,9 А. Интегральный датчик температуры (микросхема IC3) формирует напряжение, величина которого пропорциональна температуре окружающей среды в соотношении 10мВ/°С. Аналогичный датчик того же типа должен быть в тепловом контакте с корпусом заряжае- мого аккумулятора. На выходе этого датчика (микросхема IC4) фор-
Зарядное устройство для быстрого заряда Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов 21 (NiCd, NiMH) I Рис. 2.1. Принципиальная схема зарядного устройства для быстрого заряда Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов мируется напряжение, величина которого пропорциональна темпе- ратуре аккумуляторной батареи. Напряжение величиной 5 В, необ- ходимое для питания обоих датчиков, формируется на выходе стабилизатора IC5. К выходному напряжению датчика температуры окружающей среды (микросхема IC3) добавляется дополнительное напряжение величиной 100 мВ, формируемое делителем R2R3. Это напряжение соответствует повышению температуры еще на 10°С. В результате на выходе операционного усилителя 1С2а формируется напряжение, соответствующее текущему значению температуры среды плюс еще Ю°С. На один из входов схемы сравнения, выполненной на операцион- ном усилителе 1С2с, подается напряжение с выхода 1С2а, а на вто-
22 Глава 2. Зарядные устройства и источники питания рой — напряжение, соответствующее температуре заряжаемой бата- реи. Указанные напряжения сравниваются. Их равенство свидетель- ствует о том, что температура аккумулятора превышает температуру окружающей среды на 10°С. При дальнейшем повышении температу- ры произойдет переключение компаратора, с выхода которого соот- ветствующий сигнал поступает на вход ON регулятора IC1. В резуль- тате зарядное устройство перейдет из режима быстрого заряда в ре- жим подзарядки. Включение между выходом и одним из входов компаратора цепи обратной связи (резистор R6) приводит к появлению явления гисте- резиса, что ограничивает повторный запуск режима быстрой заряд- ки регулятором IC1 при снижении температуры батареи в режиме подзарядки. Величина сопротивления резистора R6 определяется значением сопротивления резистора Ry. Для Ni-Cd аккумуляторов величина сопротивления резистора R6 должна быть равна 1/10 ем- кости аккумулятора, а для Ni-MH аккумуляторов — менее 1/40 ем- кости. При этом величина сопротивления резистора Ry определяет- ся по формуле: где: Uj — входное напряжение, используемое для питания зарядного устройства; 1и — ток заряда в режиме подзарядки. Необходимо отметить, что применение микросхемы IC1 указан- ного типа ограничивает максимальную величину входного напряже- ния, используемого для питания зарядного устройства, значением 14 В. При повторении предлагаемого устройства микросхему IC1 сле- дует установить на радиатор с теплоотдачей до 15°C/W. Конденсато- ры С1 и С2 должны иметь эквивалентное последовательное сопро- тивление (активная составляющая комплексного сопротивления) меньше, чем 0,15 Ом. Перед практическим использованием данного зарядного устрой- ства необходимо внимательно изучить технические характеристики заряжаемого аккумулятора. При необходимости, если зарядный ток устройства для конкретного аккумулятора будет слишком большим, следует подобрать величину сопротивления резистора R1.
разрядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов 23 Разрядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов [8] При эксплуатации Ni-Cd аккумуляторов многие пользователи сталкиваются с проблемами, вызванными так называемым эффектом памяти. Эффект памяти проявляется в том случае, если не разрядив- шийся до приемлемого уровня элемент вновь начать заряжать. При этом уровень напряжения аккумулятора, при котором начинается его зарядка, как бы запоминается в качестве минимального. При даль- нейшей эксплуатации достижение указанного уровня разрядки вос- принимается как полная разрядка, т.е. аккумуляторная батарея имеет меньшую емкость. В результате при длительной эксплуатации Ni-Cd аккумуляторов и их многократной зарядке при неполной разрядке постепенно происходит уменьшение емкости батарей, обусловлен- ное именно эффектом памяти. Особенно ярко этот неприятный эф- фект проявляется при эксплуатации устройств с большим потребле- нием энергии, например, у видеокамер. Самым эффективным способом борьбы с эффектом памяти явля- ется обязательная максимально допустимая разрядка аккумулятора перед его зарядкой (при наличии такой возможности). Обычно до- статочно разрядить батарею, состоящую из нескольких элементов, до значения напряжения примерно 1 В на один элемент. Специальное разрядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов, принципиальная IC1 LP2951 IC2 TLC271 Ро1 250 mA IC1 u 7 flR U3,: R4 3,3k R5 1.2k U о,47 Т1 TIP121 Рис. 2.2. Принципиальная схема разрядного устройства для Ni-Cd аккумуляторов
24 Глава 2. Зарядные устройства и источники питания схема которого приведена на рис. 2.2, обеспечивает разрядку аккуму- лятора видеокамеры (напряжение 6 В) током 100 мА. Питание предлагаемого устройства осуществляется от разряжае- мого аккумулятора. Разрядка аккумуляторов, рассчитанных на напряжение 6 В, осу- ществляется при замкнутых контактах выключателя S1, а аккумуля- торов на 9 В — при разомкнутых. Интегральный линейный регулятор напряжения (микросхема IC1) с очень малой потерей напряжения, при входном напряжении 5 В (промежуточное напряжение аккумуляторной батареи на 6 В) обеспечивает формирование выходного напряжения величиной 4,7 В. Величина этого напряжения зависит от значений сопротивле- ний резисторов делителя R4R5 и далее используется в качестве пита- ющего напряжения для операционного усилителя IC2. Формируемое делителем R4R5 напряжение величиной 1,25 В подается на соответ- ствующий вход микросхемы IC1 (вывод 7) для оценки выходного на- пряжения регулятора, где сравнивается с внутренним опорным на- пряжением. Помимо этого напряжение 1,25 В поступает на один из входов ком- паратора IC2 (микросхема типа TLC271) в качестве опорного уровня напряжения. В компараторе IC2 опорное напряжение сравнивается с частью напряжения разряжаемой батареи, снимаемого с делителя R1R2R3. Параметры элементов этого делителя выбраны так, чтобы именно при напряжении 1 В на один элемент аккумулятора на выходе делителя формировалось напряжение 1,25 В. Если напряжение эле- ментов батареи будет выше указанного значения, то на выходе компа- ратора будет формироваться сигнал высокого логического уровня. Этот сигнал через резистор R6 поступает на включенные в прямом на- правлении диоды D1 и D2, а также на базу транзистора Т1. Падение напряжения на диодах составляет примерно 2,2 В. Транзистор Т1 на самом деле представляет собой пару транзисторов, включенных по схеме Дарлингтона (т.н. составной транзистор), с напряжением UBE ~ 1,2 В. В результате оконечный каскад исполняет роль токовой нагруз- ки, параметры которой определяются непосредственно величиной со- противления резистора R7. В данном случае должно приблизительно соблюдаться равенство (UD1 + UD2 — UBE)/R7 ~ 100 мА. При снижении уровня напряжения аккумулятора ниже значения 5 В на выходе компаратора сформируется сигнал низкого логическо- го уровня, что приводит к запиранию транзистора Т1. В результате
Источник стабилизированного симметричного напряжения 25 аккумулятор окажется отключенным от цепи, по которой происходит разрядка. Для аккумуляторов с рабочим напряжением 9,6 В (при ра- зомкнутых контактах выключателя S1) компаратор срабатывает при уменьшении выходного напряжения ниже уровня 8 В. Светодиод D2 обеспечивает сигнализацию работы устройства в режиме разрядки аккумуляторной батареи. Источник стабилизированного симметричного напряжения [9] Предлагаемый источник стабилизированного симметричного на- пряжения на практике можно использовать в качестве лабораторного блока питания при проведении экспериментов с операционными усилителями. Его главной особенностью является возможность бы- стро и просто изменять величину симметричного напряжения на вы- ходе. Принципиальная схема источника стабилизированного симме- тричного напряжения приведена на рис. 2.3. IC1 TLE2545 IC2 TLE2062 R2 R3 IC1 50k 15В 6 < S1 f]R1 LJiOOk 150k 65В пи |R4 ]300k IR5 510k 1R6 J510k +US1 (+22В) A, (+5B,+10B,+15B/±20mA) A3 (2,5B/±20mA) A2(-5B, -10B, -15B/±20mA) -US2(-22B) Рис. 2.З. Принципиальная схема источника стабилизированного симметричного напряжения
26 Глава 2. Зарядные устройства и источники питания На выходе источника помимо базового или опорного напряжения величиной 2,5 В при рабочем токе 20 мА могут формироваться пары симметричных напряжений ±5 В, ±10Ви±15В при том же токе 20 мА. Опорное напряжение 2,5 В формируется микросхемой IC1, кото- рая представляет собой обычный интегральный стабилизатор. С вы- хода этого стабилизатора напряжение 2,5 В подается на выход А3. Операционный усилитель 1С2а включен по схеме неинвертирую- щего усилителя, коэффициент усиления которого определяется по- ложением переключателя S1. В том случае, если контакты переклю- чателя находятся в среднем положении, как показано на принципи- альной схеме, коэффициент усиления определяется по формуле: [1 + (R3 + R4)/(R5 + R6)J При использовании элементов с указанными на схеме номинала- ми коэффициент усиления будет равен четырем, а на выходе А{ фор- мируется напряжение +10 В. Неинвертирующий вход операционного усилителя 1С2Ь подклю- чен к корпусу, т.е. напряжение на нем составляет 0 В. При этом ин- вертирующий вход операционного усилителя 1С2Ь через резисторы R5 и R6, имеющие одинаковое сопротивление, подключен как к вы- ходу операционного усилителя 1С2а, так и к собственному выходу. При таком включении каскад, выполненный на операционном уси- лителе 1С2Ь, выполняет функции инвертирующего усилителя для вы- ходного напряжения операционного усилителя 1С2а. В результате на выходе А2 формируется напряжение такой же величины, как и на вы- ходе А15 но противоположной полярности. Если контакты переключателя S1 находятся в левом по схеме по- ложении, то коэффициент усиления каскада на операционном уси- лителе 1С2а будет равен 6. В этом случае выходные напряжения ста- билизированного источника будут составлять ±15 В. Если контакты переключателя S1 находятся в правом по схеме положении, то выход- ные напряжения будут составлять ±5 В. Отклонения величин формируемых на выходах Ах и А2 напряже- ний определяются точностью номинальной величины опорного на- пряжения 2,5 В на выходе микросхемы IC1, точностью подбора вели- чин сопротивлений резисторов Rl — R6, а также величиной несим- метричности напряжений смещения. При использовании резисторов с допуском 0,25% девиация выходных напряжений UA1A2может нахо- диться в пределах 1%.
Схема защиты от переполюсовки батареи D1...D4 27 а) в) Рис. 2.4. Принципиальные схемы наиболее часто используемых систем защиты от переполюсовки источника питания Схема защиты от переполюсовки батареи [10] Существует много схемотехнических решений, обеспечивающих защиту аппаратуры от выхода из строя вследствие перепутывания по- люсов подключаемой батареи. На практике широко применяются не- сколько способов защиты от переполюсовки источника питания. Три наиболее распространенных схемотехнических решения приведены на рис. 2.4. Недостатком устройства, схема которого приведена на рис. 2.4а, является то, что при правильном подключении полюсов источника питания приходится смириться с потерей напряжения на защитном диоде, которая составляет примерно 0,6 — 0,7 В. В некоторых случаях такая потеря может быть неприемлемой. Подачу напряжения требуе- мой полярности на питаемое устройство (независимо от полярности источника питания) обеспечивает схема с диодным мостиком, изо- браженная на рис. 2.46. Однако в этом случае приходится расплачи- ваться почти двукратными потерями. Помимо этого недостатком та- кого способа защиты является разный потенциал общей шины источ- ника питания и питаемой конструкции. Избежать потерь напряжения питания можно при использовании устройства, схема которого при- ведена на рис. 2в. В этой схеме при правильном подключении источ- ника питания потеря напряжения возникает лишь на предохраните- ле, однако, ее величина настолько мала, что ею можно пренебречь. Главным недостатком такого способа является перегорание предо- хранителя при перепутывании полярности батареи, что приводит к отключению источника питания от питаемого устройства. От указан-
28 Глава 2. Зарядные устройства и источники питания Вход Выход ЗЗк Юк Рис. 2.5. Принципиальная схема системы защиты от переполюсовки источника питания ных выше недостатков свободна более сложная система защиты от переполюсовки источника питания, принципиальная схема которой приведена на рис. 2.5. Основу этого устройства, включаемого между источником пита- ния и питаемой конструкцией, составляет реле А1. Через контакты al и а2 данного реле при правильном подключении клемм батареи на- пряжение питания подается на питаемую схему. При этом потери на- пряжения на контактах реле определяются величиной протекающего тока и являются настолько малыми, что ими можно пренебречь. Пи- тание на схему рассматриваемого защитного устройства подается че- рез диод D2. Если источник питания подключен правильно, т.е. с соблюдением полярности, и к тому же напряжение питания имеет достаточную ве- личину (что контролируется с помощью стабилитрона D1), то тран- зистор Т1 откроется. В результате откроется и транзистор Т2, что при- ведет к срабатыванию реле А1. Таким образом, предлагаемое устрой- ство обеспечивает реализацию еще одной защитной функции, а именно отключает питаемую конструкцию при понижении питаю- щего напряжения батареи ниже допустимого уровня. Тем самым ба- тарея защищается от полной разрядки.
Быстрой разрядка фильтрующего конденсатора в источнике питания 29 При помощи положительной обратной связи, цепь которой обра- зуют резисторы R4, R5 и конденсатор С2, формируется петля гисте- резиса, которая обеспечивает защиту от возможного размыкания контактов реле при случайном кратковременном падении напряже- ния питания. Максимальное напряжение источника питания (UCEmax), при котором можно использовать предлагаемую систему защиты, со- ставляет 45 В, минимальное напряжение — около 5 В. Светодиод D3 не только выполняет функцию индикатора, но и является элементом простейшего источника постоянного тока, в состав которого также входят транзистор Т2 и резистор R6. Величина этого тока определяет- ся соотношением 1,3/R6, которое представляет собой упрощенный вариант следующей формулы: I = (UD3-UBET2)/R6 Применение такого источника постоянного тока, величина кото- рого при использовании элементов с указанными на схеме номинала- ми составляет примерно 60 мА, позволяет использовать реле А1, рас- считанное на рабочее напряжение 6 В, во всем указанном диапазоне питающих напряжений. Быстрая разрядка фильтрующего конденсатора в источнике питания [11] В источниках питания промышленной аппаратуры и радиолюби- тельских конструкций часто используется проверенная временем так называемая классическая схема выпрямителя, приведенная на рис. 2.6. S1 Тг1 J- Сеть DK..D4 4G4/200B R1 | 25W1! U=150B Рис. 2.6. Принципиальная схема источника питания с обычным выпрямителем
30 Глава 2. Зарядные устройства и источники питания Для питания некоторых устройств необходимо постоянное напря- жение величиной в несколько десятков вольт. При этом многие радио- любители сталкивались с ситуацией, когда в процессе ремонта исполь- зование такого сравнительно высокого напряжения может доставить определенные неприятности, поскольку даже после выключения ап- паратуры на отдельных элементах блока питания в течение длительно- го времени могут сохраняться высокие потенциалы. Источником вы- соких потенциалов на некоторых элементах схемы является энергия, накопленная на конденсаторе фильтра в процессе работы устройства. Так, например, если в выпрямителе, схема которого изображена на рис. 2.6, напряжение на конденсаторе С1 будет составлять 150 В, то на- копленная в нем энергия достигнет величины около 50 Дж. Для того чтобы избежать неприятных сюрпризов, вызванных энер- гией заряженного фильтрующего конденсатора, применяются раз- личные схемотехнические решения, обеспечивающие разрядку этого конденсатора после выключения аппаратуры. Одним из самых про- стых способов избавления от опасного заряда, но не самым экономич- ным, является включение резистора R1 параллельно конденсатору С1. После выключения устройства конденсатор разрядится через этот ре- зистор. Однако в процессе работы блока питания указанный резистор является причиной определенных энергетических потерь. Если для рассматриваемой схемы поставить задачу уменьшения напряжения на конденсаторе С1 через 10 секунд после выключения на 1/10 рабочего значения, то временная константа определяется по формуле: = 10/In(10)*4,3c В этом случае величина сопротивления резистора R1 будет состав- лять: Rl = 4,3/4400 ~1кОм Во время работы блока питания потери мощности на резисторе R1 составили бы около 23 Вт. Иными словами, если одним из требова- ний, предъявляемых к блоку питания, будет условие падения напря- жения на конденсаторе фильтра на 10% за 10 секунд, то потери соста- вят за каждую секунду работы примерно половину энергии, нако- пленной на конденсаторе С1. На рис. 2.7 приведена принципиальная схема источника питания с системой быстрой разрядки фильтрующего конденсатора, которая не только обеспечивает минимальные потери энергии, но отличается простотой и оригинальностью.
Стабилизированный источник малого отрицательного напряжения 31 Сеть U=150B Рис. 2.7. Принципиальная схема источника питания с системой быстрой разрядки фильтрующего конденсатора В рассматриваемой конструкции главная роль отводится размыка- ющим контактам двухполюсного переключателя S1, используемого в качестве сетевого выключателя. При включении блока питания через эти контакты сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора Тг1. После выключения аппаратуры через эти же контакты замыкается цепь разрядки фильтрующего конденсатора С1, образованная резисторами R1 и R2, а также первичной обмоткой трансформатора Trl. Величины сопротивлений указанных резисто- ров должны быть выбраны так, чтобы их суммарное сопротивление вместе с сопротивлением первичной обмотки трансформатора Trl обеспечили режим работы, при котором скачок тока разрядки не пре- высил бы предельный допустимый ток для контактов переключателя S1. Если в конденсаторе С1 будет накоплена энергия 50 Дж, то для данной схемы вполне подойдут резисторы, рассчитанные на допусти- мую мощность 3 Вт. При выборе переключателя S1 особое внимание следует обратить на то, чтобы при включении и выключении аппаратуры всегда снача- ла размыкалась одна пара контактов, и лишь после этого замыкалась вторая пара. В противном случае сетевое напряжение может оказать- ся непосредственно на фильтрующем конденсаторе С1, а последствия такой ситуации могут быть катастрофическими. Стабилизированный источник малого отрицательного напряжения [12] Принципиальная схема простого стабилизированного источника малого отрицательного напряжения приведена на рис. 2.8.
32 Глава 2. Зарядные устройства и источники питания +-БВ Вход Выход 1Pt0lfi,3B |» Рис. 2.8. Принципиальная схема стабилизированного источника малого отрицательного напряжения В рассматриваемой конструкции использована интегральная ми- кросхема типа LTC1044A от фирмы Linear Technology. Схема работа- ет как преобразователь напряжения, на вход которого подается по- ложительное напряжение 5 В, а на выходе формируется отрицатель- ное напряжение величиной 1,7 В. Стабилизация величины входного напряжения обеспечивается простым схемотехническим решением. Для этого используется петля обратной связи, в состав которой входят транзистор Т1 типа 2N2219, а также резисторы R1 и R2, сопротивление которых составляет 47 кОм и 100 кОм. Без цепи обратной связи на выходе микросхемы IC1 (LTC1044A) формируется отрицательное напряжение величиной 5 В. При включении в схему цепи обратной связи подключенный на вы- ходе схемы электролитический конденсатор СЗ заряжается отрица- тельным напряжением. В определенный момент напряжение на кон- денсаторе СЗ достигнет такой величины, при которой на делителе, образованном резисторами R1 и R2, появится напряжение, достаточ- ное для начала открывания транзистора Т1. Эмиттер транзистора Т1 подключен к средней точке делителя. Коллекторный ток транзистора Т1 обеспечивает снижение частоты встроенного генератора микро- схемы LTC1044A, что приводит к ограничению максимальной вели- чины выходного тока. В результате величина выходного напряжения удерживается приблизительно на одном уровне. Если питаемое дан- ным стабилизированным источником устройство потребляет ток, меньший, чем 5 мА, емкость выходного конденсатора СЗ можно уменьшить с указанных на схеме 10 мкФ до 1 мкФ.
Стабилизированный источник малою отрицательного напряжения -5 33 > -3 о -2 -1 -О \ N —«им ч \ имиишк WITH , NO FEEDBACK Л '""Мм FEED \ »'" им ЗАСК \ \ V \ \ 5 10 15 LOAD(mA) 20 Рис. 2.9. Зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки Зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока на- грузки при использовании цепи обратной связи (with feedback) и без нее (no feedback) приведена на рис. 2.9. Эквивалентное выходное комплексное сопротивление рассматри- ваемого источника при использовании цепи обратной связи умень- шается с первоначальных 100 Ом до 5 Ом. При необходимости полу- чения на выходе стабилизатора напряжений других величин доста- точно изменить соотношение величин сопротивлений резисторов делителя.
Глава 3. Высокочастотные устройства Простой радиомикрофон [13] Конструкция, собранная в соответствии с принципиальной схе- мой, приведенной на рис. 3.1, представляет собой простой радиопе- редатчик с электретным микрофоном. В качестве приемника можно использовать любой вещательный радиоприемник с УКВ диапазо- ном. Данный радиомимкрофон предназначен для использования в закрытых помещениях, то есть там, где он не будет создавать помехи радиовещанию. Миниатюрный электретный микрофон диаметром 10 мм питается постоянным напряжением, величина которого определяется величи- ной сопротивления резистора R1 (1,5 — 10 кОм). Низкочастотный сигнал далее поступает на усилитель, выполненный на транзисторе Т1. На выходе усилительного каскада установлен подстроечный рези- стор R4, с помощью которого обеспечивается согласование усилите- Рис. 3.7. Принципиальная схема простого радиомикрофона
Передатчик AM сигналов 35 ля со следующим каскадом. Оптимальное положение движка рези- стора R5 устанавливается с использованием осциллографа или в про- цессе эксплуатации радиомикрофона. При работе с данным устройством помимо сигнала от электретно- го микрофона можно передавать сигнал от внешних источников, на- пример, с выхода УНЧ. В этом случае выход усилителя подключается к специальному входу радиомикрофона через разделительный кон- денсатор емкостью около 100 nF. Рабочая частота генератора ВЧ, вы- полненного на транзисторе Т2, определяется параметрами контура LC и составляет 80—100 МГц. Миниатюрный подстроечный конден- сатор С имеет емкость 5 — 25 pF. Катушка L содержит 5 витков мед- ного провода диаметром 0,7 — 1,0 мм. Антенна подключается между первым и вторым выводами катушки L. В качестве антенны можно использовать кусок провода длиной 20 — 40 см или штыревую антен- ну. Питание простого радиомикрофона осуществляется от источника напряжения 3 В, например, от миниатюрных аккумуляторов, приме- няемых в электронных часах. Для увеличения дальности действия данного устройства до 100 м можно использовать источник напряже- ния 9 В при токе 8 — 10 мА. Передатчик AM сигналов [14] Принципиальная схема простого и в то же время весьма надежно- го и стабильно работающего передатчика амплитудно-модулирован- ных сигналов приведена на рис. 3.2. Сигнал несущей частоты 1 МГц генерируется генератором с квар- цевой стабилизацией, выполненным на операционном усилителе IC1 типа LT1190. Микросхема LT1190 представляет собой операционный усилитель с высоким быстродействием, рабочим диапазоном 50 МГц и скоростью развертки (Slew Rate) 450 В/мкс. Для стабилизации вы- ходного напряжения используются особенности нити накала миниа- тюрной лампочки Z1. С выхода операционного усилителя А1 высокочастотный сигнал через делитель напряжения (резисторы R7 и R8) проходит на неин- вертирующий вход операционного усилителя IC2 типа LT1194. На микросхеме IC2 собран выходной каскад передатчика, одновременно обеспечивающий модуляцию высокочастотного сигнала генератора низкочастотным сигналом. Микросхема LT1194 производства фир- мы LINEAR TECHNOLOGY является дифференциальным усилите-
36 Глава 3. Высокочастотные устройства л ем, предназначенным для об- работки видеосигналов. Эта микросхема имеет рабочий ди- апазон 35 МГц, скорость раз- вертки 500 В/мкс и выходной ток ±50 мА. Микросхема IC3 типа LT1007 в данной конструкции используется в качестве микро- фонного усилителя с коэффи- циентом усиления примерно 50. С выхода микрофонного усилителя сигнал подается на выводы 1 и 8 микросхемы IC2. Эти выводы используются для компенсации несимметрично- сти входного напряжения. В ре- зультате происходит изменение коэффициента усиления опе- рационного усилителя IC2 и, как следствие, амплитудная модуляция высокочастотного сигнала, поступающего с выхо- да генератора (IC1) на неинвер- тирующий вход модулятора (IC2). Благодаря такому вклю- чению удается достигнуть срав- нительно качественной моду- ляционной характеристики. Налаживание передатчика AM сигналов сводится к уста- новке амплитуды ВЧ сигнала на выходе генератора (IC1) на уровне 1 В с помощью под- строечного потенциометра со- противлением 50 Ом. Частота несущей волны определяется кварцевым резонатором и в данном случае составляет Рис. 3.2. Принципиальная схема передатчика амплитудно- модулированных сигналов
радиомикрофон 37 1 МГц. Учитывая широкий рабочий диапазон примененных в рас- сматриваемой конструкции микросхем, при необходимости рабо- чую частоту передатчика можно изменить заменой кварцевого резо- натора. При принятии решения о постройке описанного передатчи- ка AM сигналов не следует забывать о том, что эксплуатировать предлагаемое устройство можно только с разрешения соответствую- щих органов. Радиомикрофон [15] В наше время радиомикрофоны получили широкое распростране- ние. Однако это слово для многих наших сограждан в первую очередь ассоциируется с подслушиванием, что вызывает естественное сомне- ние в корректности применения таких устройств. Тем не менее ради- омикрофоны являются неотъемлемым атрибутом не только сотруд- ников детективных агентств или нечистоплотных любителей сплетен и слухов. Они широко используются, например, музыкантами. Прин- ципиальная схема одного из простых радиомикрофонов приведена на рис. 3.3. Основу предлагаемого устройства составляет миниатюрный пере- датчик, размещенный в металлической трубке диаметром примерно 40 мм. В качестве антенны используется кусок провода длиной при- мерно 40 см. При манипуляциях с микрофоном провод такой длины практически не мешает исполнителю. В качестве приемника можно использовать любой УКВ (VKV) приемник, который для работы с данным радиомикрофоном потребуется перенастроить. Сигнал, из- лучаемый передатчиком, имеет частоту около 110 МГц при стабиль- ности ±50 кГц и мощности примерно 1 мкВт. Питание предлагаемого устройства осуществляется от источника напряжения 2,5 — 3 В, по- требляемый ток не превышает 4 мА. Дальность действия радиомикро- фона сравнительно мала и может составлять от 15 до 20 м, при этом дальность во многом зависит от чувствительности применяемого приемника. Принятый сигнал впоследствии можно подать на мик- шерский пульт, на вход магнитофона или усилителя, прослушать его с помощью наушников и т.д. В рассматриваемой схеме пьезокристаллический микрофон Ml через разделительный конденсатор С1 подключен к базе транзистора Т1, на котором выполнен каскад усиления и модуляции. Ток покоя коллектора транзистора Т1 определяется не только величиной сопро-
38 Глава 3. Высокочастотные устройства тивления резистора R3, но и со- противлением резистора R2. Величина этого тока должна составлять примерно 1 мА. При налаживании радиомикрофона необходимо в первую очередь определить с помощью осцил- лографа форму сигнала на кол- лекторе транзистора Т1. При этом особое внимание следует обратить на то, чтобы в каскаде не возникали колебания пара- зитных частот, которые могут появиться вследствие влияния обратной связи по переменно- му току через диоды D1 и D2, конденсатор С2 и подстроеч- ный резистор PL Выбором по- ложения движка потенциоме- тра Р1 устанавливается необхо- димое усиление. С помощью потенциометра Р2 устанавли- вается девиация частоты. На транзисторе Т2 выполнен каскад, генерирующий высоко- частотные колебания с несущей частотой примерно ПО МГц. Значение несущей частоты определяется параметрами эле- ментов контура C7L1. Для не- значительного изменения зна- чения несущей частоты пере- датчика достаточно увеличить или уменьшить расстояние между витками катушки L1. Ес- ли же требуется более значи- тельное изменение частоты, то в этом случае надо подобрать емкость конденсатора С7. В ка- Рис. 3.3. Принципиальная схема радиомикрофона
радиомикрофон 39 честве конденсатора С6 можно использовать два изолированных про- вода, скрученных между собой на длину примерно 10—15 мм. Точное значение емкости этого конденсатора устанавливается после того, как эти провода будут впаяны в соответствующие отверстия печатной пла- ты. В процессе настройки подбор емкости конденсатора С6 осущест- вляется замыканием обоих проводов на определенном расстоянии с помощью кусачек. Рабочая точка генератора ВЧ колебаний по посто- янному току определяется сопротивлением резистора R4. Ток покоя коллектора транзистора Т2 должен составлять примерно 2 мА. Мощный выходной каскад, если, конечно, при 1 мкВт в антенне вообще можно говорить о мощности, выполнен на транзисторе ТЗ. Ток покоя коллектора транзистора ТЗ должен составлять также при- мерно 2 мА. В данной конструкции, как и в любом ВЧ устройстве, особое вни- мание следует обратить на размещение элементов. Все детали радио- микрофона размещены на печатной плате размером 55x38 мм, изго- товленной из одностороннего гетинакса или текстолита. Высокоча- стотная часть должна быть помещена в экран. В качестве выключателя S1 рекомендуется использовать миниа- тюрный микровыключатель, при замыкании контактов которого на- пряжение питания подается на все каскады радиомикрофона. В за- висимости от того, для каких целей предполагается использовать дан- ную конструкцию, выбирается или кнопка (для работы в так называемом режиме репортажа), или классический выключатель (для постоянной работы). Все катушки наматываются на каркасах диаме- тром 4 мм без сердечника. При установке на печатную плату выводы катушек следует сделать как можно более короткими. Катушка L1 имеет 6 витков, а катушка L3 — 7 витков провода диаметром 0,8 мм. Катушка L2 имеет 3 витка провода диаметром 0,4 мм. Катушки L1 и L2 располагаются на одной оси таким образом, чтобы между ними была индуктивная связь, и они работали как трансформатор.
Глава 4. Для дома, для семьи Детектор электропроводки [16] Во время ремонта квартиры или дома довольно часто возникает необходимость в точном определении местоположения кабелей до- машней электросети, расположенных под слоем штукатурки и обоя- ми. Для решения этой задачи можно воспользоваться простым при- бором, принципиальная схема которого приведена на рис. 4.1. В качестве датчика электрического поля, возбуждаемого вокруг провода сетевого напряжения, используется катушка от обычного те- лефонного аппарата. Электрическое поле, возникающее вокруг про- водов электропроводки, инициирует появление в катушке L1 незначи- тельного переменного поля и, соответственно, тока с частотой 50 Гц. IO1LM324 Телефонная | ^ и катушка ci J- nR2 ЮОпНГ U1M СЗ Т+ IOji" 16V- WjiHT 100п R3 47k R547K Р™ LjlJ Pff Lji_ U cTll C5 J+ C4»l LED С5 \+ С41 Юц"Т" 100п 16V-J- Puc. 4.7. Принципиальная схема детектора электропроводки
Индикатор перегорания предохранителя в низковольтной цепи 41 Сформированный в катушке сигнал усиливается усилителем и филь- труется, затем выпрямляется и обеспечивает загорание светодиода. Используемая интегральная микросхема 101 типа LM324 содер- жит четыре операционных усилителя. Датчик поля (катушка L1) под- ключен к входу операционного усилителя 101 В. Этот элемент со- вместно с операционным усилителем Ю1С включен по схеме НЧ фильтра с большим коэффициентом усиления (около 50 для каждого элемента). Такое включение обеспечивает значительное усиление сигнала частотой 50 Гц, возбуждаемого в катушке L1 полем электро- проводки. Усиленный сигнал выпрямляется диодом Din поступает на светодиод LED, инициируя его свечение. Для того чтобы избежать применения двуполярного симметрич- ного источника питающего напряжения, один их операционных уси- лителей использован для деления питающего напряжения пополам. При этом половинное напряжение от питающего напряжения 9 В формируется в точке соединения резисторов R1 и R2. Половина пи- тающего напряжения с делителя Rl, R2 через катушку L1 подается в качестве напряжения смещения для входа элемента 101 В. Элемент 101А включен по схеме повторителя напряжения, на его выходе фор- мируется напряжение величиной 4,5 В при токе нагрузки до десятков миллиампер. Конденсатор С2 ограничивает сигналы высоких частот, инициируемые в катушке L1. Практическое использование детектора не вызывает особых труд- ностей. При перемещении катушки L1 по поверхности стены или по- толка вблизи электропроводки, находящейся под напряжением, све- тодиод LED начнет светиться с максимальной интенсивностью в мо- мент нахождения датчика в непосредственной близости от провода. Индикатор перегорания предохранителя в низковольтной цепи [17] В домашнем хозяйстве, а также в различных радиолюбительских конструкциях весьма полезным может быть использование простой схемы индикатора перегорания предохранителя в низковольтной це- пи, например, в цепи питания какой-либо аппаратуры. Принципи- альная схема одного из вариантов такого индикатора приведена на рис. 4.2. В данной конструкции о перегорании предохранителя Pol, через который напряжение от низковольтного источника питания подает-
42 Глава 4. Для дома, для семьи +12В Рис. 4.2. Принципиальная схема простого индикатора перегорания предохранителя в низковольтной цепи ся в нагрузку, начнет светиться светодиод D1. Если же предо- хранитель исправен, то при замкнутом выключателе S1 ве- личина напряжения на свето- диоде D1 определяется разни- цей напряжений на предохра- нителе Pol и на открытом диоде D2. Этого напряжения недостаточно для инициации свечения, поскольку, напри- мер, для свечения красного светодиода необходимо на него подать постоянное напряже- ние величиной не менее 1,5 В. Однако при перегорании пре- дохранителя Pol на светодиоде D1 будет напряжение необхо- димой величины, что приведет к его свечению. В этом случае напряжение питания и при замкнутых контактах выключателя S1 не поступит в нагрузку через диод D2, по- скольку этому препятствует обратное включение диода. Ток, проте- кающий через светодиод, преднамеренно выбран малым и при на- пряжении 12 В составляет примерно 2 мА. Поэтому качественная индикация может быть обеспечена при применении слаботочного светодиода. В источнике предлагаемая схема первоначально предназначалась для использования в автомобиле или автоприцепе-караване, в кото- рых неудобное размещение предохранителей часто не позволяет бы- стро определить их состояние. Данное устройство может быть ис- пользовано и в других устройствах, в которых необходимо быстро определить состояние предохранителя. Однако при установке инди- катора рекомендуется переключатель S1 разместить непосредствен- но в цепи подачи напряжения питания на схему, поскольку в перво- начальном варианте после размыкания контактов выключателя S1 резистор R1 остается под напряжением, которое поступает на него через диод D1.
Автоматическое включение резервной лампы 43 Автоматическое включение резервной лампы [18] В некоторых случаях необходимо, чтобы после выхода из строя ос- ветительной лампы в источнике света период отсутствия освещения был как можно более кратким. При дополнении источника света еще одной лампой и конструкцией, принципиальная схема которой при- ведена на рис. 4.3, при перегорании нити накала лампы L1 произой- дет автоматическое включение резервной лампы L2. Ток, протекающий через лампу L1, также проходит через резистор R1. Для лампы мощностью от 60 до 200 Вт эффективная величина па- дения напряжения на этом резисторе составляет от 0,5 до 1,7 В. Этого напряжения достаточно для того, чтобы удержать открытым транзи- стор Т1, при этом конденсатор С1 будет разряжен, а транзистор Т2 закрыт. В результате лампа L2 оказывается выключенной. При пере- горании нити накала лампы L1 транзистор Т1 окажется закрытым, а конденсатор С1 зарядится до напряжения, величина которого опре- деляется стабилитроном D1. В рассматриваемой конструкции напря- жения величиной 6,8 В достаточно для открытия транзистора Т2, что приведет к зажиганию лампы L2. Схема устройства и значения номиналов элементов выбраны так, чтобы данное устройство надежно функционировало при падении напряжения в сети до 20%, а также с учетом старения лампы. К отказу устройства не приведет и повышенный ток, протекающий через лам- Т1 2N2222 Т2 IRF730 D2...D5*1N4G07 ■M-r—* L2 60... 200 W D1S C1 Ч» 6,8В|2,2х35В и = нов U = 230В R1 = 1 Q/5W R1 = 2,2 Q/2W R3= 50 kQ/0,25W R3=100kU/0,25W Рис. 4.3. Принципиальная схема устройства для автоматического включения резервной лампы
44 Глава 4. Для дома, для семьи пу при включении освещения. Параллельно резервной лампе L2 мож- но подключить какое-либо устройство, сигнализирующее о перегора- нии основной лампы L1. Простой стартер [19] Предлагаемый простой стартер, принципиальная схема которого приведена на рис. 4.4, можно использовать в качестве резерва для де- фицитного и ненадежного токового реле в холодильнике или в моро- зильной камере. Эту конструкцию также можно применять в качестве стартера для запуска ламп дневного света. После подключения сетевого напряжения реле RE1 своими кон- тактами замкнет цепь запуска на необходимое время. Переменное напряжение сети, подаваемое на входные контакты данного старте- ра, выпрямляется диодом D1. Резистор R1 ограничивает зарядный ток и одновременно выполняет функцию предохранителя при воз- можных неисправностях, поскольку взрыв электролита конденсато- ра может быть опасен. Емкость конденсатора С1 не является критич- ной, его главным назначением является уменьшение колебаний яко- ря реле RE1. В данной конструкции можно использовать любые сильноточные реле серии RP, (реле серии LUN недостаточны). Рекомендуется ис- Рис. 4.4. Принципиальная схема простого стартера
Простая мигалка с осветительной лампой 45 пользовать реле с более высокими значениями допустимого перемен- ного напряжения катушки. Емкость конденсатора С2, как и сопро- тивление катушки реле RE1, оказывает влияние на время замыкания контактов реле. Емкость этого конденсатора следует выбрать в преде- лах от 5 до 30 мкФ. Через резистор R2 разряжаются оба конденсатора. Печатную плату для стартера следует разработать самостоятельно в зависимости от размеров применяемых элементов. Конденсаторы для данного устройства можно взять из старых радиоприемников, телевизоров и других радиотехнических устройств. При использовании предлагаемой конструкции для работы с холо- дильником или морозильной камерой стартер подключается после термостата и термопредохранителя. Контакты реле RE1 включаются в пусковую цепь компрессора. При возможном кратковременном от- ключении электроэнергии сначала сработает термопредохранитель, что приведет к разрядке конденсаторов прибора. После охлаждения термопредохранителя мотор компрессора начнет работать в стан- дартном режиме. При использовании данного устройства в качестве стартера для лам- пы дневного света прибор включается после выключателя, а контакты реле RE1 подключаются параллельно штатному стартеру или старте- рам. После подачи сетевого напряжения лампа мгновенно начинает мигать в стартовом режиме, а после размыкания контактов реле начи- нает работать в обычном режиме, не мигая. Штатный стартер желатель- но оставить, поскольку при кратковременном отключении электроэ- нергии конденсаторы не успеют разрядиться, в результате реле срабо- тает лишь на недостаточно малое время или вообще не сработает. Предлагаемый стартер долгое время использовался автором как в холодильнике, так и в лампе дневного освещения. Простая мигалка с осветительной лампой [20] В том случае, когда по каким-либо причинам невозможно или не- желательно использовать светодиодные мигалки, для оптической сигнализации можно применить устройство на обычной осветитель- ной лампе. Принципиальная схема простого устройства, обеспечива- ющего мигание осветительной лампы в ритме примерно одной секун- ды, приведена на рис. 4.5. В рассматриваемой конструкции сетевое напряжение подается на диодный мостик, выполненный на диодах Dl — D4. Выпрямленное
46 D1...D4 1N4004 Глава 4. Для дома, для семьи TY1 T1C106D Рис. 4.5. Принципиальная схема простой мигалки с осветительной лампой напряжение, формируемое на выходе диодного мостика, обеспечи- вает зарядку конденсаторов С1 и С2 до тех пор, пока уровень напря- жения на конденсаторе С2 не достигнет величины напряжения раз- ряда неоновой лампы L1. Протекающий через лампу L1 и резистор R4 ток обеспечивает открывание тиристора TY1. Через этот тиристор и диоды мостика осветительная лампа Z1 оказывается подключен- ной к напряжению сети. В это же время через тиристор TY1, диод D5 и резистор R2 разряжается конденсатор С1. Одновременно посте- пенно падает и напряжение на конденсаторе С2 до тех пор, пока ве- личина этого напряжения не станет меньше напряжения разряда не- оновой лампы L1. В этот момент неоновая лампа погаснет. При сле- дующем проходе переменного сетевого напряжения через нулевую точку тиристор TY1 закроется, а осветительная лампа Z1 перестанет светиться. Необходимо отметить, что обычные неоновые лампочки, приме- няемые в различных индикаторах, например, для сигнализации включения сетевого напряжения, подключаются к сети последова- тельно с резистором. При напряжении сети 230 В величина сопротив- ления такого резистора составляет примерно 150 кОм. При использо- вании в рассматриваемой конструкции такой неоновой лампочки указанный резистор следует убрать, поскольку при его применении величины протекающего через этот резистор тока оказалось бы недо- статочно для отпирания тиристора TY1. Предлагаемое устройство подключается непосредственно к элек- тросети, поэтому при повторении данной конструкции особое вни-
Простая мигалка с осветительной лампой 47 мание следует обратить на соблюдение мер безопасности. Неосто- рожное прикосновение к находящимся под сетевым напряжением проводникам опасно для жизни. Помимо этого следует помнить о том, что в случае, когда собранное устройство окажется неработо- способным вследствие неисправности тиристора TY1 или неоновой лампы L1, конденсаторы С1 и С2 все равно заряжаются, и напряже- ние на их выводах, зависящее от накопленной в них энергии, опасно для жизни даже после отключения данного устройства от сети. В рас- сматриваемой конструкции рабочее напряжение конденсаторов С1 и С2 не должно быть ниже значения, указанного на принципиальной схеме.
Глава 5. Электроника для дачи, сада и огорода Устройство для отпугивания грызунов [21] При создании устройства для отпугивания грызунов автор публи- кации использовал известное явление, выражающееся в том, что не- которые звери, например, мелкие грызуны или собаки, а также насе- комые не выносят звуковые колебания определенных частот. Прин- ципиальная схема устройства для отпугивания грызунов и других мелких животных, приведена на рис. 5.1. Основу схемы составляют два генератора колебаний низших ча- стот звукового диапазона. Один из них является базовым и генериру- ет сигнал с частотой 10 — 20 Гц. Этот генератор собран на транзисто- рах ТЗ и Т4. Второй генератор генерирует сигнал с частотой 3 — 8 Гц, которую в источнике автор называет частотой раскачки. Этот генера- тор собран на транзисторах Т1 и Т2. Частота генераторов изменяется при изменении напряжения ис- точника питания. Помимо этого частоту базового генератора при не- обходимости можно изменять, например, подбором емкости конден- сатора С5 или же изменением сопротивления подстроечного потен- циометра, который можно подключить параллельно конденсатору С5. Величина сопротивления такого потенциометра может состав- лять примерно 22 кОм. Сигнал базового генератора, «промодулированный» частотой рас- качки, подается на усилительный каскад, выполненный на транзи- сторе Т5. В коллекторную цепь этого транзистора включена динами- ческая головка с сопротивлением катушки, равным примерно 75 Ом. Предлагаемое устройство можно установить, например, на вело- сипед. В этом случае оно будет служить для отпугивания собак. Также его можно разместить в помещениях, которые необходимо защитить от набегов грызунов. Грызуны, как и собаки, не выносят сигналы ука- занных частот, и поэтому при включении данного устройства быстро
уровневый выключатель насоса 49 покинут окружающее его пространство. Уровневый выключатель насоса[22] Предлагаемая кон- струкция разработана для колодцев, в которых ис- пользуются водяные насо- сы, и предназначена для того, чтобы при снижении уровня воды ниже допусти- мого исключить возмож- ность работы насоса, то есть отключить его. В сово- купности с выключателем, срабатывающим при изме- нении давления, уровне- вый выключатель обеспе- чивает надежную работу водяного насоса в колодцах малого диаметра, в кото- рых невозможно использо- вать обычный поплавко- вый выключатель. При разработке данного устройства автор публика- ции учитывал тот факт, что применение в аналогичных конструкциях транзистор- ных каскадов усиления приводит к определенным проблемам, одной из кото- рых является большое ко- личество минеральных ве- ществ в воде. При протека- Рис. 5.1. Принципиальная схема устройства для отпугивания грызунов
50 Глава 5. Электроника для дачи, сада и огорода нии постоянного электрического тока через слой воды между электродами инициируется процесс электролиза с последующим осе- данием веществ на поверхности электродов. С увеличением толщины этого слоя возрастает его сопротивление, которое совместно с сопро- тивлением среды, насыщенной пузырьками воздуха, постепенно до- стигает такой величины, при которой транзисторная схема перестает надежно работать. Работа рассматриваемого выключателя водяного насоса основана на использовании переменного напряжения, при котором процесс электролиза значительно замедляется. Принципиальная схема уров- невого выключателя насоса приведена на рис. 5.2. D3 1N4003 М- Т1 КТ501 Re1B Т2 КТ501 Датчик уровня воды D2 ( 1N4003 D1 1N4003 2| Re1A Tl I = 220В(24В) St Рис. 5.2. Принципиальная схема уровневого выключателя насоса
уровневый выключатель насоса 51 Источник переменного напряжения величиной 24 В подключен к обмотке реле Rel через включенные последовательно тиристоры Т1 и Т2. Таким образом, в данной схеме тиристоры выполняют роль управ- ляемого однополупериодного выпрямителя. К управляющим элек- тродам тиристоров подключены контакты 1 и 2 датчика уровня воды. Поскольку полупроводниковые переходы диодов D1 и D2 включены в обратном направлении по отношению к переходам тиристоров Т1 и Т2, по цепи через слой воды может протекать переменный ток. Тиристоры Т1 и Т2 будут открыты в том случае, когда на их управ- ляющих электродах будет положительное напряжение. Это условие выполняется при каждой положительной полуволне переменного на- пряжения, когда электроды погружены в воду. При этом на обмотку реле Rel подается пульсирующее постоянное напряжение. Для того чтобы устранить дребезжание якоря реле, параллельно контактам об- мотки подключена цепь, образованная конденсатором С1 и диодом D1, включенными параллельно. Выбор величины тока, протекающего в слое воды между электро- дами 0, 1 и 2, осуществляется подбором величины сопротивления ре- зистора R1. Величину этого тока рекомендуется выбрать такой, чтобы обеспечивалась надежная работа устройства при наименьшем воз- можном токе. При минимальном уровне воды в колодце электрод 0 датчика уровня воды постоянно находится в воде, а электроды 1 и 2 будут су- хими. В тот момент, когда вода достигнет электрода 1, будут созданы условия для открывания тиристора Т1. Однако тиристор Т2 будет за- перт, поскольку вода не достигла электрода 2. В результате реле Rel не сработает, так как на его обмотке будет отсутствовать необходимое напряжение. Когда вода в колодце поднимется до уровня электрода 2, тиристор Т2 откроется, а реле Rel сработает, замкнув группы контак- тов Rel А и Re IB. Основная группа контактов (Rel А) обеспечит за- мыкание цепи подачи напряжения на контактор St электродвигателя насоса, а вспомогательные контакты (Re 1 В) замкнут электроды тири- стора Т2. При снижении поверхности воды в колодце ниже уровня, на кото- ром расположен электрод 2 датчика, реле Rel не отключится, по- скольку его вспомогательные контакты (Rel В) замыкают выводы ти- ристора Т1, исключая его из работы. Поэтому реле Rel может быть отключено только в тот момент, когда поверхность воды будет ниже уровня, на котором расположен электрод 1 датчика. Повторное вклю-
5 2 Глава 5. Электроника для дачи, сада и огорода чение насоса произойдет тогда, когда вода вновь достигнет электрода 2. Естественно, электроды 1 и 2 датчика уровня воды следует располо- жить в колодце так, чтобы электрод 2 находился на уровне максиму- ма, а электрод 1 — на минимальном допустимом уровне воды. Необходимо отметить, что в цепь электродвигателя насоса после- довательно с контактором St включен датчик давления TI, который отключает насос при понижении давления в колодце ниже допусти- мого уровня. Предлагаемое устройство можно применять и без этого датчика, например, для откачки воды из углубления, сделанного под полом подвала. В этом случае насос с регулятором воспрепятствует тому, чтобы вода залила пол. В то же время при отсутствии воды насос будет отключен. Уровневый выключатель насоса собран из деталей, которые не яв- ляются дефицитными, и может быть изготовлен даже начинающим радиолюбителем. При сборке данного устройства следует учитывать, что выключатель предполагается эксплуатировать в среде с повышен- ной влажностью, поэтому особое внимание следует обратить на соот- ветствующую герметизацию корпуса.
Глава 6. Электроника для автолюбителей Акустический сигнализатор заднего хода [23] Нередко возникает ситуация, когда водитель при движении авто- мобиля назад не имеет достаточного обзора пространства, находяще- гося за его машиной. В этом случае для предупреждения людей, кото- рые стоят сзади автомобиля или могут оказаться в зоне движения ма- шины, рекомендуется использовать простой акустический сигнализатор, который значительно повысит безопасность движения. При включении режима так называемой «задней скорости» предлага- емое устройство начнет издавать характерный прерывистый звук, ко- торый привлечет внимание пешеходов. Принципиальная схема авто- матического сигнализатора заднего хода приведена на рис. 6.1. Основу сигнализатора составляют два мультивибратора, выпол- ненные на микросхемах IC2 и IC3 типа 555. Мультивибратор, выпол- ненный на микросхеме IC3, генерирует импульсы с частотой около 2 Гц, которые используются для модуляции, т.е. прерывания преду- предительного сигнала. Частота генерируемого данным мультиви- братором сигнала определяется номиналами резистора R2 и конден- сатора С2, она может быть дополнительно отрегулирована с помощью подбора номинала резистора R2. Сигнал, формируемый мультивибратором, выполненным на ми- кросхеме IC3, управляет работой второго мультивибратора, собран- ного на микросхеме IC2. Частота звуковых колебаний, генерируемых этим мультивибратором, составляет около 1 кГц. Эта частота опреде- ляется номиналами элементов R4, Р1 и С4, она может быть дополни- тельно отрегулирована с помощью подстроечного потенциометра Р1. Окончательно сформированный сигнал с выхода микросхемы IC2 поступает на усилительный каскад, выполненный на транзисторе Т1. Нагрузкой усилителя является громкоговоритель SP1. В источнике к
54 Глава 6. Электроника для автолюбителей громкоговорителю не предъявляются какие-либо особые требования, т.е. можно использовать динамическую головку любых размеров с со- противлением 4 — 8 Ом. Протекающий через катушку громкоговори- Рис. 6. Т. Принципиальная схема автоматического сигнализатора заднего хода
Простое противоугонное устройство 55 теля ток ограничен сопротивлением проволочного резистора Rx, рас- считанного на мощность в несколько ватт. Громкоговоритель следует разместить с внешней стороны кузова в задней части автомобиля. При этом необходимо обеспечить защиту динамической головки от попадания грязи и воды. В то же время предпринятые защитные меры не должны оказывать заметного влия- ния на силу звукового сигнала. Контакты питания сигнализатора (клеммы Л и J2) необходимо подключить параллельно лампочке сиг- нализации включения заднего хода. При включении «задней скоро- сти» напряжение питания поступает на схему сигнализатора, кото- рый начнет генерировать предупредительный звуковой сигнал. Если данный сигнализатор предполагается использовать в транс- портных средствах с бортовой электросетью, рассчитанной на напря- жение 24 В, то его следует собрать в соответствии с приведенной схе- мой. В этом случае напряжение питания 24 В уменьшатся до необхо- димой величины 12 В с помощью стабилизатора IC1 и фильтруется конденсатором С1. При использовании сигнализатора в автомобилях с бортовой электросетью, рассчитанной на напряжение 12 В, стабилизатор IC1 следует из схемы исключить, для чего достаточно соединить вход и выход стабилизатора IC1 проволочной перемычкой. Простое противоугонное устройство [24] При разработке предлагаемой конструкции перед автором стояла задача создать противоугонное устройство, которое заменило бы обыкновенный выключатель, который многие автолюбители часто устанавливают в цепи запуска двигателя. Одним из условий была ав- томатическая активация этого прибора после выхода водителя из ма- шины, что просто необходимо для тех автолюбителей, которые обыч- ную сигнализацию включить просто забывают. В то же время деакти- вация данного противоугонного устройства должна быть как можно более простой для владельца, но не для злоумышленника. Именно поэтому в дословном переводе названия соответствующей статьи ука- зывается, что эта сигнализация предназначена для автомобилей, ко- торыми управляют представительницы прекрасной половины чело- вечества. Одним из условий являлось и то, чтобы цена этого устрой- ства не превышала 1% от цены охраняемого автомобиля. Не секрет, что цены некоторых противоугонных устройств довольно часто сопо-
56 Глава 6. Электроника для автолюбителей ставимы с ценами самих автомобилей. В то же время принцип дей- ствия таких сигнализаций не является оригинальным и заключается в размыкании одной или нескольких цепей в электропроводке. В результате десятиминутных размышлений и одного часа работы появилось простое устройство, принципиальная схема которого при- ведена на рис. 6.2. Главным элементом предлагаемой конструкции является транзи- стор Т1, выполненный по технологии MOSFET, который обеспечи- вает переключение контактов реле Rel. Через контакты реле обеспе- чивается замыкание цепи зажигания бензиновых двигателей или раз- блокирование системы подачи топлива в дизельных двигателях. Данное устройство в автомобиле устанавливается в разрыв цепи + 12 В после замка зажигания. В обычном режиме напряжение +12 В на противоугонный блок не подается, при этом конденсатор С1 раз- ряжен через резистор R2, транзистор Т1 заперт, контакты реле зам- кнуты в положении NC, а цепь зажигания разомкнута. При посадке в автомобиль водитель в первую очередь должен кратковременно на- жать кнопку ТЫ, которую можно установить в любом удобном месте. Положительное напряжение на резистор R1 можно подавать от цепи какого-либо потребителя, например, от аварийной сигнализации и +12В о 01,02 Т1 1N4001 BUZ11 Re1 R3 02 TL1 R1 IZJ 100 D1 IE Иг 100,0x25B Л R2 змз NO Замок зажигания +12В I От { аккумулятора [Г C2x 100,0 х 16В 100 Сирена К системе зажигания Рис. 6.2. Принципиальная схема простого противоугонного устройства
Простое противоугонное устройство 5 7 т.п. В качестве кнопки можно использовать геркон, управляемый обычным магнитом. В этой цепи можно использовать две последова- тельно включенные и расположенные в разных местах кнопки, кото- рые следует нажимать одновременно. При нажатой кнопке TL1 положительное напряжение +12 В через резистор R1 и диод D1 подается на конденсатор С1. В результате кон- денсатор С1 заряжается, транзистор Т1 отпирается, контакты реле за- мыкаются в положении N0, а цепь зажигания замыкается. После это- го можно произвести запуск двигателя. В процессе работы двигателя транзистор Т1 удерживается в открытом состоянии за счет положи- тельного напряжения, подаваемого на вывод G через диод D2 и рези- стор R3. Поэтому цепь запуска всегда находится в замкнутом положе- нии. Во время коротких остановок и в тех ситуациях, когда двигатель неожиданно заглохнет на время, определяемое константой R2/C1, система запуска остается работоспособной, и поэтому повторная де- активация противоугонного устройства не требуется. После выключения зажигания и остановки двигателя конденсатор С1 начинает медленно разряжаться через резистор R2. Примерно за 5 минут напряжение на выводе G транзистора Т1 уменьшится до значе- ния, при котором этот транзистор закроется (примерно 3 В). В ре- зультате контакты реле замкнутся в положении NC, а цепь зажигания будет разомкнута. При необходимости время, после которого прои- зойдет автоматическая активация противоугонного устройства, мож- но подобрать изменением величин сопротивления резистора R2 и емкости конденсатора С1. Данную схему можно дополнить простой пьезоэлектрической си- реной S1, которая будет служить источником звукового сигнала при попытке запустить двигатель без деактивации противоугонного устройства. Для этого достаточно подключить ее к контакту NC реле Rel. При попытке запуска двигателя с активированным противоугон- ным устройством эта сирена кратковременно сработает. Режим рабо- ты сирены определяется параметрами элементов интегрирующей це- почки C2R1. Предлагаемую конструкцию можно выполнить либо на простой печатной плате, либо навесным монтажом на плате из изоляционного материала. При этом размеры платы определяются габаритами при- меняемого реле, обмотка которого должна быть рассчитана на рабо- чее напряжение 12 В, а контакты — на ток не менее 6 А. Для этой цели можно использовать обычные автомобильные реле, которые можно
58 Глава 6. Электроника для автолюбителей приобрести в любом автомагазине. Наличие контакта NC обеспечит возможность подключения сирены. Остальные элементы также не относятся к разряду дефицитных. В качестве транзистора Т1 можно использовать любой транзистор MOSFET N-проводимости, рассчи- танный на ток 6 А и более (чтобы не возникала необходимость при- менения радиатора при токе реле до 200 мА) и напряжение более чем 30 В, например, широко применяемый транзистор BUZ11. Поскольку предлагаемое противоугонное устройство является очень простым, то при использовании исправных элементов и отсут- ствии ошибок при монтаже оно готово к работе и не требует дополни- тельных регулировок. При желании можно уточнить временную кон- станту автоматической активации изменением емкости конденсатора (30 — 470 мкФ) или величины сопротивления резистора R2 (1 — ЮмкФ). Простая автосигнализация [25] На рис. 6.3 приведена принципиальная схема простой автомо- бильной сигнализации, выполненной всего на двух микросхемах. После включения сигнализации выключателем S1 активируется таймер переходного режима, выполненный на микросхеме IC1 (LM3905). Временная константа этого таймера определяется параме- трами элементов Р1 и С1 и может устанавливаться в пределах от 0 до 50 секунд. Этого времени должно быть достаточно для выхода водите- ля из автомобиля и активации соответствующих датчиков. В качестве датчиков могут быть использованы, например, контактные замыка- тели в дверцах, ультразвуковые датчики, а также другие сенсоры, ко- торые на схеме обозначены как выключатели S2 — S6. При этом ука- занные датчики могут работать как на замыкание на корпус (S2 — S4), так и на замыкание цепи 12 В. Количество сенсоров практически не- ограниченно. В период времени от включения сигнализации до ее активации светится зеленый светодиод LD1. При этом на выводы 4 и 8 микро- схемы IC2 (NE555) подается напряжение низкого логического уров- ня, формируемое на выводе 7 микросхемы IC1, что обеспечивает бло- кировку сигнализации. По окончании указанного периода на выводе 7 микросхемы IC1 формируется напряжение высокого логического уровня, красный светодиод LD2 начнет светиться, свидетельствуя об активации сигнализации.
Простая автосигнализация 59 Рис 6.3. Принципиальная схема простой автосигнализации
60 Глава 6. Электроника для автолюбителей При попытке проникнуть в автомобиль один из датчиков S2 — S6 будет активирован, вывод 2 микросхемы IC2 окажется подключенным к «массе», что приведет к запуску второго таймера, выполненного на этой микросхеме. На выводе 3 формируется напряжение высокого ло- гического уровня, реле RE1 сработает, и через его контакты питающее напряжение подается на сирену. Время работы сирены определяется параметрами элементов РЗ и С2. На практике рекомендуется устанав- ливать время подачи тревожного сигнала около одной минуты, после чего сигнализация вновь переходит в дежурный режим. Триммером Р2 устанавливается рабочий ток светодиодов. Крас- ный светодиод LD2 должен светиться в то время, когда транзистор Т1 открыт, а сигнализация находится в дежурном режиме. Вместо тран- зисторов типа 2N2222 можно использовать транзисторы ВС635. Имитатор охранного устройства с индикатором бортового напряжения [26] В последнее время на страницах специализированных изданий не- однократно публиковались описания всевозможных конструкций имитаторов автомобильных охранных устройств различной степени сложности, от простейших мигающих светодиодов до устройств, вы- полненных на микросхемах. Автор придерживается мнения, что любая конструкция должна не только надежно обеспечивать возложенные на нее функции (в данном случае мигание светодиода), но также быть простой и дешевой. Для радиолюбительской конструкции данные тре- бования актуальны вдвойне. С учетом изложенного был разработан простой имитатор охранной сигнализации, который в дополнение к основной функции обеспечивает приблизительную индикацию вели- чины напряжения аккумулятора. Время изготовления данного устрой- ства не превышает двух часов, а стоимость использованных деталей не превышает стоимости одного мигающего светодиода. Принципиаль- ная схема имитатора охранного устройства приведена на рис. 6.4. Из схемы видно, что в данном случае речь идет о хорошо извест- ном релаксационном генераторе с транзистором, работающим в ре- жиме лавинного пробоя. При подключении устройства к источнику питания конденсатор С1 заряжается через диоды D2, D3 и резистор R1. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет величины, рав- ной сумме напряжения лавинного пробоя транзистора Т1 и напряже- ния UAK диода D1 (около 10 ... 11 В), транзистор откроется. В резуль-
Имитаторохранногоустройствасиндикаторомбортовогонапряжения R1 10k BC238 61 Корпус 0 От аккумулятора D1 красный зеленый 1N4001 Рис. 6.4. Принципиальная схема имитатора охранного устройства с индикатором бортового напряжения тате конденсатор С1 разрядится через переход транзистора Т1 и крас- ный светодиод D1. Диод D1 в течение некоторого времени будет светиться, после чего конденсатор С1 вновь начнет заряжаться. Ча- стота мигания зависит от величины напряжения аккумулятора и зна- чений емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R1. Из- менением параметров элементов С1 и R1 частоту мигания светодиода D1 можно изменять в широких пределах. На диодах D2 и D3 форми- руется определенное падение напряжения, которое обеспечивает прекращение функционирования схемы при снижении напряжения аккумулятора менее определенного значения. На практике при напряжении аккумулятора более 12,5 В светоди- од D1 мигает примерно два раза в секунду, при напряжении 12 В — один раз в секунду, при напряжении 11,5В — один раз в две секунды. При понижении напряжения до 11,3 — 11,4 В мигание светодиода прекратится. Таким образом по частоте мигания светодиода D1 вла- делец автомобиля может судить о напряжении аккумулятора. Изготовление предлагаемого имитатора не требует дефицитных деталей. Для настройки данной конструкции достаточно подключить ее к регулируемому источнику напряжения и подбором величины со- противления резистора R1 установить частоту мигания светодиода D1 в пределах 1 — 2 Гц. Затем необходимо уменьшить напряжение примерно до значения 11,5 В и подобрать диоды D2 и D3 разных ти- пов с таким суммарным падением напряжения на них, при котором диод D1 перестанет светиться. Это могут быть любые диоды, напри- мер, от диодов Шоттки с падением напряжения 0,3 — 0,4 В и кремни- евых диодов (0,6 — 0,7 В) до светодиодов разных цветов (1,1 — 3,6 В).
62 Глава 6. Электроника для автолюбителей Все детали располагаются на небольшой плате размерами 10x20 мм. В автомобиле имитатор можно подключить, например, па- раллельно соответствующим контактам замка зажигания, обращая особое внимание на соблюдение полярности. Ток, потребляемый данным устройством, так мал, что не стоит о нем говорить. Данный имитатор-индикатор с успехом можно использовать совместно с ох- ранным устройством, описанным в [25]. Устройство считывания кодов [27] Современные легковые автомобили оснащаются электронной системой управления (норма OBD-II), которая на основании пока- заний соответствующих датчиков проводит мониторинг неисправ- ностей и нештатных режимов и обеспечивает оптимальный режим работы двигателя. Помимо этого с помощью специального считыва- ющего устройства можно получить информацию о неисправностях автомобиля. В переводе с английского языка сокращение OBD-II (On-Board Diagnostics) означает второе поколение этой нормы, ре- гламентирующей требования к электронным системам управления для автомобилей, а также устанавливает единую систему диагности- ки для них. В США норма OBD-II начала действовать с 1 января 1996 года. В Европе для легковых автомобилей с бензиновыми дви- гателями эта норма начала действовать в 2000 году, для легковых ав- томобилей с дизельными двигателями — в 2003 году, а для грузовых автомобилей — в 2005 году. Норма OBD-II регламентирует три разных протокола коммуника- ции. Протокол PWM (Pulse Wide Modulation) использует широтно- импульсную модуляцию. В протоколе VPW (Variable Pulse Width) при- меняется регулируемая длительность импульсов. Протокол ISO 9141/14230 — европейский протокол ISO, при этом протокол ISO 14230 также известен под обозначением KWP2000. Несмотря на то, что речь идет о последовательной коммуникации, непосредственное подсоединение электронной системы автомобиля к последователь- ному порту компьютера не представляется возможным вследствие различных уровней напряжения, подаваемых на сервисный разъем автомобиля и последовательный порт ПК. Необходимо отметить, что разъем, применяемый в электронных системах управления автомобилей для подключения к ПК по норме OBD-II, по конструкции одинаков для всех протоколов. Отличие за-
Устройство считывания кодов 63 Vg Sg К ine T10T11T12T13T14T15T1 Lline +Bat Рис. 6.5. Расположение контактов разъема для считывающего устройства протокола ISO ключается в номерах используемых контактов. В данной статье при- водятся рекомендации по сборке устройства для считывания оши- бочных кодов в соответствии с нормой OBD-II и протокола ISO. Рас- положение контактов разъема для считывающего устройства протокола ISO изображено на рис. 6.5. Предлагаемый прибор выполнен на интегральной микросхеме ELM323 от фирмы Elm Electronics, которая представляет собой ин- терфейс шины OBD, интерфейс RC-232 для ПК, логические схемы, согласующие указанные интерфейсы, а также схему синхронизации на основе кварцевого генератора. Микросхема ELM323 обеспечивает коммуникацию с персональ- ным компьютером через последовательный порт с постоянной скоро- стью 9600 бод, 8 data бит, без четных бит, 1 stop бит и без «handshake» (то есть 9600 8N1). Ответные сигналы схемы к ПК заканчиваются зна- ком СЯили LF. Отдельные команды, поступающие от персонального компьютера, преобразуются микросхемой ELM323 и используются для обеспечения ее функционирования. Остальные сигналы прохо- дят на шину OBD-II электронной системы управления автомобиля. Команды, предназначенные для микросхемы ELM323, всегда начи- наются с AT. Более подробную информацию о командах OBD, пере- даваемых микросхемой ELM323 в систему управления автомобиля можно найти в описании этой микросхемы. В то же время необходи- мые сведения изложены в описании программного обеспечения, ра- ботающего в ОС Windows, которое бесплатно предлагается автором публикации на его сайте www.autodiagnostic.net.
64 Глава 6. Электроника для автолюбителей Принципиальная схема считывающего устройства протокола ISO приведена на рис. 6.6. В предлагаемой конструкции применена стандартная схема вклю- чения микросхемы ELM323, рекомендуемая в фирменной литерату- RS232 Interface (RxD) GND (ТхО) Рис. 6.6. Принципиальная схема считывающего устройства протокола ISO
Устройство считывания кодов 65 ре. Питание считывающего устройства обеспечивается от системы управления автомобиля через выводы 5 и 16 разъема OBD. Необходи- мо отметить, что, вопреки требованиям нормы OBD применять для питания считывающих устройств именно указанные контакты, суще- ствуют исключения. В результате некоторые производители автомо- билей вместо вывода 5 используют вывод 4. Для обеспечения коммуникации сигналов протоколов ISO 9141 и 14230 (сигналы К и L на контактах 7 и 15 разъема OBD) в рассматри- ваемом устройстве используются два каскада на транзисторах п-р-п. В коллекторные цепи соответствующих транзисторов включены ре- зисторы «pullap» сопротивлением 510 Ом каждый. Величина сопро- тивления данных резисторов строго предписана фирменной литера- турой. Если увеличить значение сопротивления указанных резисто- ров, то могут возникнуть проблемы в коммуникационных каналах. Уменьшение их сопротивления может привести к выходу из строя микросхемы ELM323. При повторении считывающего устройства желательно использовать резисторы, рассчитанные на рабочую мощ- ность 0,5 Вт. Автором публикации была испытана и цепочка, состоя- щая из двух включенных последовательно резисторов сопротивлени- ем 240 Ом и 270 Ом с рабочей мощностью 0,25 Вт. Данные, поступающие от электронной системы автомобиля по ка- налу К (K-line), инвертируются p-n-р транзистором и подаются на микросхему ELM323. В этом каскаде напряжение увеличивается при- мерно до уровня 4 В, чем улучшается помехозащищенность сигнала. На выходе микросхемы ELM323 применена простейшая схема согла- сования с интерфейсом RS232. Сигналы, поступающие от ПК, непо- средственно проходят на соответствующий вход микросхемы ELM323. Включенный в эту цепь резистор сопротивлением 100 кОм обеспечи- вает нагрузку на выводе 5 микросхемы в том случае, когда устройство отключено от компьютера. Данные, отправляемые с микросхемы ELM323 на компьютер, с вывода 1С 1/6 подаются на каскад, выпол- ненный на p-n-р транзисторе ТЗ. Транзистор ТЗ выполняет роль пере- ключателя между положительным напряжением 5 В и отрицательным напряжением, снимаемым с конденсатора С5. Зарядка этого конден- сатора осуществляется от компьютера по линии TxD. Вывод 4 микро- схемы IC1 постоянно подключен к шине питания. Поэтому всегда, когда со схемы отправляется знак CR, с нее отправляется и знак LF. В генераторе с кварцевой стабилизацией частоты можно исполь- зовать кварцевый элемент с частотой 3,579545 МГц от телевизора си-
66 Глава 6. Электроника для автолюбителей стемы NTSC. Необходимо отметить, что применение в рассматривае- мом устройстве кварца со значительным отличием частоты приводит к проблемам в коммуникационных каналах. Для индикации последовательной передачи данных используются четыре LED светодиода, подключенные соответственно к выводам 7—10 микросхемы IC1. Эти диоды обеспечивают индикацию пере- дачи данных по каналам Тх и Rx как по направлению к электронной системе управления автомобилем, так и по направлению к персо- нальному компьютеру. Светодиод D1 используется для индикации наличия напряжения питания. Рисунок печатной платы считывающего устройства протокола ISO изображен на рис. 6.7. Форма печатной платы выбрана так, чтобы она могла поместиться в пластиковом корпусе типа KPZ 1A. Размеры печатной платы в ис- точнике не приводятся. Расположение элементов на плате считываю- щего устройства протокола ISO изображено на рис. 6.8. Для того чтобы размеры устройства были минимальными, автор исключил входной и выходной разъемы. Поэтому выводы кабелей, используемых для подключения считывающего устройства к ПК и к разъему OBD, припаиваются непосредственно к контактным дорож- кам платы. В корпусе необходимо просверлить отверстия для кабелей и для индикаторных светодиодов. Плата с размещенными на ней эле- ментами закрепляется в корпусе с помощью двух шурупов. Собран- ное из исправных элементов и без ошибок в монтаже считывающее Рис. 6.7. Печатная плата считывающего устройства протокола ISO
устройство считывания кодов 67 GND +12В 01 Ш 03 ШЧ 05 О о SND ТхО Рис. 6.8. Расположение элементов на плате считывающего устройства протокола 150 устройство не нуждается в дополнительном налаживании и сразу го- тово к работе. На сайте автора в сети Интернет (www.autodiagnostic.net) бесплат- но предлагается программное обеспечение (для ОС Windows), а также фирменное описание микросхемы ELM323.
Глава ?• Низкочастотная техника Предварительный усилитель на двух лампах ЕСС83 [28] Предлагаемый предварительный усилитель представляет собой так называемый комбинированный УНЧ, то есть усилитель, в кото- ром наряду с электровакуумными применяются и полупроводнико- вые приборы. Данная конструкция выполнена на двух лампах типа ЕСС83, а в оконечном каскаде используется полевой транзистор J-FET. В основу схемы этого комбинированного предварительного уси- лителя положены проверенные схемотехнические решения, которые используют практически все разработчики ламповой низкочастотной техники на протяжении десятков лет. Принципиальная схема пред- варительного усилителя приведена на рис. 7.1. R16 |дс(—В—• Рис. 7.7. Принципиальная схема предварительного усилителя на двух лампах ЕСС83
Предварительный усилитель на двух лампах ЕСС83 69 Предварительный усилитель имеет два входа (INPUT 1 и INPUT 2), каждый из которых предназначен прежде всего для подключения электрогитары и других инструментов. Однако эти же входы можно использовать и для подключения других источников сигнала, напри- мер, микрофона. Оба входа могут использоваться одновременно, при этом коррекция тембра также будет общей для сигналов в обоих кана- лах. Для упрощения конструкции из схемы усилителя исключены ре- зисторные делители, обычно подключаемые к контактам разъемов типа «jack». Естественно, при желании эти делители можно устано- вить, однако это не является необходимым. Низкочастотные сигналы, поступающие на контакты входных разъемов, через резисторы R2 и R4 подаются на сетки триодов Е1А и Е1В первой лампы типа ЕСС83, которая является двойным триодом. Частотная компенсация влияния интегрирующего элемента, образо- ванного последовательно включенным резистором и входной емко- стью триода лампы не является необходимой. Наоборот, этот RC эле- мент способствует подавлению высокочастотных помех вне акусти- ческого диапазона. Триоды лампы ЕСС83 включены по классической схеме усилителя. Различные значения величин катодных резисторов и конденсаторов обеспечивают сдвиг высоких частот у сигнала, по- даваемого на верхний вход. С анодов триодов Е1А и Е1В через нагрузочные конденсаторы с различными емкостями (С1 = 22 nF, a C2 = 68 nF) сигналы проходят на потенциометры Р1 и Р2 (GAIN 1 и GAIN 2), которыми устанавли- ваются уровень сигнала, поступающего на следующий усилительный каскад. При перемещении движков этих потенциометров к верхним по схеме выводам и при использовании обычного гитарного звукос- нимателя сигнал в последующих каскадах будет ограничен, что обе- спечивает появление эффекта «sustain» тона гитары. В то же время речь не идет о каком-либо значительном ограничении, синусоида лишь заметно округляется. Через усилительные каскады, выполнен- ные на триодах Е1А и Е1В (перед потенциометрами GAIN) входной сигнал напряжением 500 мВ проходит практически без заметных ис- кажений. Сигналы, проходящие с движков потенциометров, смешиваются на резисторах R9 и R10. Параллельно резистору R9 подключен кон- денсатор С6, который обеспечивает сдвиг на высших частотах, этот сдвиг зависит и от положения движка потенциометра второго входа. Помимо этого между верхним выводом и движком потенциометра Р1
70 Глава 7. Низкочастотная техника подключен конденсатор С5 с малой емкостью, который обеспечивает сдвиг высокочастотных составляющих у сигнала, поступающего с верхнего входа. В результате сигнал, проходящий по каналу усиления первого входа, более «богат» на высокочастотные составляющие, чем сигнал, проходящий через каскад усиления второго входа. При жела- нии емкости конденсаторов можно изменить или вообще исключить схему компенсации и собрать каналы по одинаковой схеме. В резуль- тате оба канала будут работать одинаково, однако при этом произой- дет естественное подавление высокочастотных составляющих сигна- лов, подаваемых на оба входа. Смешанный сигнал из обоих каналов подается на следующий уси- лительный каскад, выполненный на второй лампе типа ЕСС83. На первом триоде Е2А этой лампы собран обычный усилительный ка- скад, а на втором триоде Е2В — катодный повторитель. Такое вклю- чение в ламповых усилителях встречается довольно часто. С катода триода Е2В сигнал поступает на пассивный трехдиапа- зонный блок регуляторов тембра, который выполнен по классиче- ской схеме. Потенциометром Р4 регулируются высокие частоты (TREBLE), потенциометром Р5 — низкие частоты (BASS), а потенци- ометром Р6 — средние частоты (MIDDLE). После блока регулировки тембра установлен регулятор громкости. Это потенциометр сопро- тивлением 2 МОм/LOG, практически не влияющий на работу цепей коррекции. Согласование полного выходного сопротивления предваритель- ного усилителя и подключаемого к его выходу оконечного усилителя обеспечивает каскад, выполненный на полевом J-FET транзисторе типа BF245B, включенном по схеме повторителя. Его питание осу- ществляется от источника напряжения 12 В. Усиление этого каскада даже при малом питающем напряжении 12 В вполне достаточно, по- скольку он включен после регулятора громкости, а необходимое для возбуждения оконечного усилителя эффективное выходное напряже- ние составляет примерно 1,5 В. С выхода предварительного усилите- ля сигнал подается на вход оконечного транзисторного усилителя. С катода триода Е2А через потенциометр РЗ, обозначенный на схеме как EFX, сигнал также подается на выход EFEKT для внешних блоков эффектов или для других целей. Однако выход EFEKT может служить и в качестве линейного входа, поэтому перед потенциоме- тром РЗ установлен разделительный резистор R13, который опреде-
Простой усилитель НЧ на лампах 71 ляет комплексное сопротивление этого входа/выхода и согласование сигнала. Составными частями рассматриваемого предварительного усили- теля являются и схемы питания. Анодное напряжение для ламп фор- мируется двухполупериодным выпрямителем из переменного напря- жения, снимаемого с вторичной обмотки (280 В/30 мА) тороидально- го сетевого трансформатора с помощью диодного мостика D1 (1 А/400 В). Выпрямленное напряжение фильтруется цепочкой RC элементов, состоящей из резисторов R17 — R19 и конденсаторов С12 — С15 емкостью от 22 до 47 мкФ с номинальным напряжением 400 В. При сборке и работе с данным усилителем следует в целях без- опасности особое внимание обращать на цепи с напряжением 400 В и на заряженные конденсаторы. Постоянное напряжение накала формируется также двухполупе- риодным выпрямителем из переменного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки (18 В/0,5 А) трансформатора, фильтруется кон- денсатором С17 емкостью 2000 мкФ и стабилизировано интеграль- ным стабилизатором IC1 типа |iA7812 (12 В/1 А). Нити накала в каж- дой лампе ЕСС83 включены параллельно, при этом один крайний вывод всегда заземлен. Напряжение 12 В используется и для питания согласующего каскада с J-FET транзистором Т1, а также для питания контрольного светодиода (на схеме не показан). Выпрямитель и ста- билизатор напряжения накала можно разместить на плате предвари- тельного усилителя, обратив особое внимание на правильное зазем- ление. Стабилизатор IC1 при входном напряжении около 24 В и по- требляемом токе 300 мА необходимо разместить на радиаторе. Простой усилитель НЧ на лампах [29] Принципиальная схема простого лампового усилителя НЧ, кото- рый можно использовать в качестве оконечного усилителя, приведе- на на рис. 7.2. Несмотря на то, что схема этого усилителя не отличается особой сложностью, его параметры заслуживают уважения. Выходной трансформатор усилителя намотан на сердечнике типа EIXX. Первичная обмотка имеет 2x800 витков провода диаметром от 0,25 до 0,3 мм. Вторичная обмотка для нагрузки сопротивлением 4 Ом имеет 48 витков, для нагрузки сопротивлением 8 Ом имеет 65 витков,
72 Глава 7. Низкочастотная техника o+450Vstab. ЕСС83 2xEL34 Рис. 7.2. Принципиальная схема простого лампового усилителя НЧ а для нагрузки сопротивлением 16 Ом имеет 90 витков медного лаки- рованного провода диаметром от 1 до 1,2 мм. Настройка усилителя не доставляет особых хлопот. Подстроечны- ми потенциометрами 1 МОм на катодах ламп необходимо установить напряжение 0,125 В, при котором обеспечивается симметричность выходного сигнала. На этом процесс регулировки заканчивается. Шасси с усилителем можно разместить в корпусе широкополос- ной акустической системы, т.е. изготовить так называемый COMBO агрегат, то есть электроакустический агрегат, состоящий из акустиче- ской системы и размещенного в ее корпусе усилителя НЧ. Такое устройство можно использовать для домашних репетиций, для про- слушивания или же для подачи сигнала через микрофон на микшер- ский пульт. Ламповый предварительный усилитель фирмы FENDER [30] В предназначенных для работы с электромузыкальными инстру- ментами ламповых усилителях низкой частоты фирмы FENDER ис- пользуются предварительные усилители, выполненные с применени- ем проверенных схемотехнических решений. Часто в качестве осно-
Ламповый предварительный усилитель фирмы FENDER 73 Выход Bnght Рис. 7.3. Принципиальная схема лампового предварительного усилителя фирмы FENDER вы таких конструкций применяется предварительный усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 7.3. В предлагаемом усилителе каскад коррекции выполнен по класси- ческой схеме и включен в анодную цепь первого триода лампы VE1. При этом уровень высокочастотных составляющих сигнала регулиру- ется потенциометром PI (TREBLE), средних частот — потенциоме- тром Р2 (MIDDLE), а уровень низких частот — потенциометром РЗ (BASS). Уровень громкости регулируется потенциометром Р4 (VOLUME), через который сигнал проходит на второй усилительный каскад, выполненный на втором триоде лампы VE1. Потенциометр Р4 одновременно является сопротивлением смещения для триода VElb. В цепи катода этого триода помимо резистора R8 включена корректирующая RC цепочка, параметры которой можно изменять с помощью выключателя SW (Bright). Особое внимание следует обратить на входные цепи данного предварительного усилителя. Если к входу усилителя не подключен источник сигнала, например, электромузыкальный инструмент, то контакты входных разъемов типа «jack» обеспечивают замыкание входной цепи на корпус. При подключении источника сигнала к од- ному из входов произойдет включение во входную цепь соответству- ющих резисторов, образующих входной делитель. Этот каскад обе- спечивает согласование выходного сопротивления инструмента и входного сопротивления усилителя. Источник сигнала с высоким комплексным сопротивлением подключается к входу 1 («high»), a источник с низким сопротивлением — к входу 2 («low»). При под- ключении источника сигнала к входу 2 будет активным делитель на-
74 Глава 7. Низкочастотная техника пряжения R2R3, Если же источник сигнала будет подключен к входу 1, входное сопротивление будет составлять 1 МОм, резисторы R2 и R3 окажутся включенными параллельно. Их общее сопротивление не будет оказывать влияние на входное сопротивление входного ка- скада, поскольку они подключены непосредственно к сетке триода VEla. Предварительный усилитель на лампах ЕСС83 иЕСС82[31] Принципиальная схема простого лампового предварительного усилителя низкой частоты, в котором применяются широко исполь- зуемые лампы типов ЕСС83 и ЕСС82, приведена на рис. 7.4. Предварительный усилитель имеет два входа (Вход 1 и Вход 2), каж- дый из которых может использоваться для подключения электрогита- ры и других инструментов. К этим же входам можно подключать и дру- гие источники сигнала, например, микрофон. Оба входа могут исполь- зоваться одновременно, при этом коррекция тембра также будет общая для сигналов в обоих каналах. Для упрощения конструкции из схемы усилителя исключены резисторные делители, обычно подключаемые к 2К7 2К7 2W 2W *7Щ токЛ „ rtiooK =*= I E1A U2SnM I47U Рис. 7.4. Принципиальная схема лампового предварительного усилителя
Предварительный усилитель на лампах ЕСС83 и ЕСС82 75 контактам разъемов типа «jack». Естественно, при желании эти делите- ли можно установить, однако это не является необходимым. Низкочастотные сигналы, поступающие на контакты входных разъемов, через резисторы сопротивлением 68 кОм подаются на сет- ки триодов Е1А и Е1В первой лампы типа ЕСС83, которая является двойным триодом. Триоды лампы ЕСС83 включены по классической схеме усилителя. С анодов триодов Е1А и Е1В через нагрузочные конденсаторы с различными емкостями (22 nF и 68 nF) сигналы проходят на потен- циометры Р1 и Р2, с помощью которых устанавливается уровень сиг- нала, поступающего на следующий усилительный каскад. Через уси- лительные каскады, выполненные на триодах Е1А и Е1В (перед по- тенциометрами Р1 и Р2) входной сигнал напряжением 500 мВ проходит практически без заметных искажений. Сигналы, проходящие с движков потенциометров, смешиваются на резисторах сопротивлением 330 кОм. Параллельно верхнему из этих резисторов подключен конденсатор емкостью 470 pF, который обеспечивает сдвиг на высших частотах. Этот сдвиг зависит и от по- ложения движка потенциометра второго входа. Помимо этого между верхним выводом и движком потенциометра Р1 подключен конден- сатор с малой емкостью (47 pF), который обеспечивает сдвиг высо- кочастотных составляющих у верхнего входа. В результате сигнал, проходящий по каналу усиления первого входа, более «богат» на вы- сокочастотные составляющие, чем сигнал, проходящий через каскад усиления второго входа. При желании емкости конденсаторов мож- но изменить или вообще исключить схему компенсации и собрать оба канала по одинаковой схеме. В результате оба канала будут рабо- тать одинаково, однако при этом произойдет естественное подавле- ние высокочастотных составляющих сигналов, подаваемых на оба входа. Смешанный сигнал из обоих каналов подается на следующий усилительный каскад, выполненный на второй лампе типа ЕСС83. На первом триоде Е2А этой лампы собран обычный усилительный каскад, а на втором триоде Е2В — катодный повторитель. С катода триода Е2В сигнал поступает на пассивный трехдиапазонный блок регуляторов тембра, который выполнен по классической схеме. По- тенциометром РЗ регулируются высокие частоты (TREBLE), потен- циометром Р4 — низкие частоты (BASS), а потенциометром Р5 — средние частоты (MIDDLE).
76 Глава 7. Низкочастотная техника С выхода блока коррекции сигнал подается на обычный каскад, состоящий из двух триодов лампы ЕСС82, на которых выполнены усилитель (ЕЗА) и катодный повторитель (ЕЗВ). Благодаря этому нет необходимости использовать, например, согласующий каскад с тран- зистором J-FET, а согласование полного сопротивления обеспечива- ется разделением резистора в цепи катода катодного повторителя на два резистора разной величины. Усилитель имеет достаточный запас мощности, поэтому потеря напряжения на делителе не влияет на уро- вень выходного сигнала. К тому же, лампа типа ЕСС82 способна вы- делить на катодном резисторе бблыпую мощность, чем типа ЕСС83. Поэтому величина сопротивления резистора в цепи катода может быть сравнительно малой, и меньшее полное нагрузочное сопротив- ление оконечного усилителя (примерно 20 кОм) не имеет особого влияния. Оптимальное значение сигнала можно выбрать подбором резисторов в цепи катода второго катодного повторителя. Если же возникнет необходимость получения так называемого «долгого» тона гитары, то в последнем каскаде можно без изменения параметров элементов применить лампу ЕСС83, которая имеет более высокий коэффициент усиления по напряжению. Обе лампы имеют одинаковую цоколевку, поэтому при желании можно эксперименти- ровать с подбором параметров выходного сигнала. Максимальное выходное эффективное напряжение на катоде по- вторителя (ЕЗВ) составляет примерно 30 В, поэтому для его уменьше- ния используется делитель и подключенный параллельно нижнему плечу делителя потенциометр Р5, что обеспечивает уменьшение этого напряжения примерно на пятую часть. Однако этого вполне доста- точно для «раскачки» менее чувствительных оконечных усилителей. Необходимо отметить, что данный усилитель при перевозбужде- нии (поступлении слишком мощного сигнала) реагирует иначе, чем, например, описанный в источнике предварительный усилитель с двумя лампами типа ЕСС83. В рассматриваемом усилителе ограниче- ние сигнала происходит в нескольких триодных каскадах: в одном перед каскадом коррекции, ив предпоследнем усилителе напряжения и в катодном повторителе. Поэтому такой предварительный усили- тель можно использовать и при игре на гитаре соло. Напряжение накала 12 В формируется стабилизатором 10 типа |iA7812, а анодное напряжение формируется из переменного напря- жения с эффективным значением около 280 В.
Усилитель НЧ на лампах 77 Усилитель НЧ на лампах [32] Несмотря на то, что всемирно известные фирмы, специализирую- щиеся на выпуске звуковоспроизводящей аппаратуры, предлагают широкий ассортимент устройств для обработки и усиления НЧ сиг- налов, сконструированных на базе современных электронных компо- нентов, у музыкантов по-прежнему пользуется вполне заслуженной любовью аппаратура, собранная на лампах. Ламповая аппаратура, по сравнению с полупроводниковой (прежде всего с FET), имеет определенные недостатки (помехи, искажения, ди- намика). Однако у аппаратуры, предназначенной для использования с электромузыкальными инструментами, например, с электрогитарами, это не имеет значения. Наоборот, большим преимуществом ламповых устройств является более «теплый» звук, что имеет решающее значение для многих музыкантов. По качеству воспроизведения НЧ сигнала, по мнению специалистов, с ламповыми усилителями может сравниться аппаратура на так называемых полевых (FET) транзисторах. Музыкант, отдающий предпочтение ламповой аппаратуре, может собрать усилитель низкой частоты, принципиальная схема которого приведена на рис. 7.5. В состав усилителя входят обычные лампы широкого применения. Подстроечными резисторами Rtl и Rt2 на катодах выходных пенто- дов устанавливается напряжение 0,125 В, чтобы возбуждение ламп было симметричным. В качестве выходного использован трансформатор типа 3AN 673 02. При необходимости его можно изготовить и самостоятельно. Об- мотки L1 и L2 имеют 2x950 витков провода диаметром 0,1 мм, а об- мотка L5 содержит 48 витков провода диаметром 3 мм. Трансформа- тор намотан на сердечнике типа EIXX, толщина набора 20 мм. Параметры данного усилителя обеспечивают возможность его ис- пользования с акустическими системами, используемыми музыкан- тами для прослушивания и с которых с помощью микрофона сигнал от гитары подается на микшерский пульт. Усилитель имеет выходную мощность 50 Вт. Чувствительность полного возбуждения («раскач- ки») составляет около 4,5 мВ. Если потребуется увеличить выходную мощность усилителя до 100 Вт, то необходимо изменить параметры некоторых элементов. В этом случае величина сопротивления резистора R1 должна составлять 12 кОм, резистора R8 — 750 Ом. Обмотки L1 и L2 выходного транс-
78 Глава 7. Низкочастотная техника Рис. 7.5. Принципиальная схема форматора должны содержать по 2700 витков, а напряжение питания анодных цепей должно быть увеличено с 450 В до 800 В. Диаметр про- вода обмотки L3 также необходимо увеличить до 1 мм. В результате на выходе было бы напряжение около 200 В при токе 0,9 А, что соответ- ствует мощности НЧ сигнала примерно 100 Вт. При использовании акустических систем с малым полным сопро- тивлением (от 4 Ом до 16 Ом) необходимо между обмоткой 100 V/45 W и репродукторами включить согласующий трансформатор типа 11676/66, который намотан на сердечнике EIXX. Первичная обмотка содержит 2x515 витков провода диаметром 0,2 мм, а вторичная об- мотка — 122 витка провода диаметром 0,71 мм. Лампы типа EF86 имеют напряжение накала 6,3 В при токе 0,2 А, как и лампы типа ЕСС83. Лампа типа EL34 имеет напряжение накала 6,3 В при токе 1,5 А.
Усилитель НЧ на лампах 79 4S0V/ 155V/ /600П лампового усилителя НЧ
Глава 8. Электронные игрушки и блоки световых эффектов Мерцающий цветок [33] Приятным сюрпризом на елке, без сомнения, окажется двухцвет- ный мерцающий цветок. В этом устройстве используются семь двух- цветных LED диодов, которые на печатной плате располагаются в фор- ме лепестков цветка. При этом светодиоды поочередно светятся то зе- леным, то красным цветом. Расположенный в центре цветка светодиод также двухцветный, однако в то время, когда остальные LED диоды загораются, например, зеленым цветом, этот диод светится красным цветом, и наоборот. Это простое устройство конструктивно выполнено в виде отдельного модуля, который можно разместить на елке в каче- стве украшения или вмонтировать в какую-либо игрушку или сувенир. Модуль разноцветного мерцающего цветка представляет собой обычный переключатель, в котором напряжение питания поочередно подается на две группы светодиодов. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 8.1. Предлагаемое устройство, которое выполнено всего на одной ми- кросхеме и двух транзисторах, условно можно разделить на три функ- циональных блока, а именно на задающий генератор, блок управле- ния и схему индикации. Задающий генератор, формирующий импульсы управления, вы- полнен на микросхеме IC1, которая включена по схеме нестабильно- го мультивибратора. При этом частота переключения мультивибрато- ра определяется величиной сопротивления резистора R1 и значением емкости конденсатора С1. Переключающие импульсы с выхода зада- ющего генератора (вывод 1С 1/3) подаются на базы транзисторов Т1 и Т2, с помощью которых обеспечивается непосредственная подача на- пряжения на соответствующие группы светодиодов. При формировании на выходе микросхемы IC1 (вывод 1С 1/3) не- прерывной последовательности положительных и отрицательных
Мерцающий цветок 81 управляющих импульсов тран- зисторы Т1 и Т2 будут пооче- редно отпираться. Так, при от- пирании положительным им- пульсом транзистора Т1 через его открытый переход «коллек- тор-эмиттер» аноды соответ- ствующей группы двойных све- тодиодов Dl — D7 окажутся подключенными через резисто- ры R5 и R7 к плюсу источника питания, что приведет к свече- нию этих диодов одним из цве- тов. По окончании управляю- щего импульса транзистор Т1 вновь закроется, а светодиоды погаснут. При отпирании отри- цательным импульсом транзи- стора Т2 через его открытый переход «коллектор-эмиттер» к плюсу источника питания че- рез резисторы R6 и R8 окажутся подключенными аноды второй группы двойных светодиодов Dl — D6. В результате эти све- тодиоды начнут светиться дру- гим цветом. По окончании им- пульса транзистор Т2 вновь за- кроется, а светодиоды погаснут. Поступление на базы транзи- сторов последовательности управляющих импульсов от за- дающего генератора (IC1) обе- спечивает поочередное свече- ние диодов до тех пор, пока не будет отключено питание. Рас- положенный в центре цветка двухцветный светодиод D7 включен таким образом, что в Рис. 8.1. Принципиальная схема модуля мерцающего цветка
82 Глава 8. Электронные игрушки и блоки световых эффектов Рис. 8.2. Печатная плата модуля мерцающего цветка то время, когда остальные диоды загораются, например, зеленым цветом, этот диод светится красным цветом, и наоборот. Все детали модуля мерцающего цветка размещены на печатной плате размером 68x42 мм. Рисунок печатной платы приведен на рис. 8.2. Расположение деталей на печатной плате прибора приведено на рис. 8.3. Вместо двухцветных светодиодов можно использовать и любые одноцветные LED диоды. В этом случае один двухцветный диод про- Рис. 8.3. Расположение деталей на печатной плате модуля мерцающего цветка
Мерцающий цветок 83 сто заменяется двумя обычными светодиодами разных цветов, соеди- нив их катоды. Однако при этом необходимо внести соответствую- щие изменения и в рисунок печатной платы, просверлив дополни- тельные отверстия. Указанный на схеме p-n-р транзистор ВС557В (Т1) можно заме- нить, например, на отечественный транзистор типа КТ668В. Вместо n-p-п транзистора ВС547В (Т2) можно установить отечественный транзистор типа КТ3102БМ. Установку элементов на печатной плате следует проводить в обыч- ном порядке, то есть сначала необходимо впаять перемычку и па- нельку микросхемы, затем резисторы и конденсатор СЗ, транзисторы и конденсаторы С1 и С2. После этого можно установить на печатную плату модуля светодиоды. В процессе монтажа элементов особое вни- мание необходимо обращать на правильное расположение выводов транзисторов, электролитических конденсаторов и светодиодов. При этом у светодиодов при определении назначения выводов не следует руководствоваться их длиной. В любом случае у двухцветных LED ди- одов средний вывод является общим катодом. В то же время соответ- ствие цветов оставшихся двух выводов можно проконтролировать с помощью обычной батарейки на напряжение 4,5 В. Для этого доста- точно к минусу батарейки подсоединить вывод катода, а к плюсу че- рез резистор сопротивлением 470 Ом поочередно подсоединить оставшиеся выводы. Таким образом можно определить, какой из них является анодом красного светодиода, а какой — анодом зеленого. При окончательной установке светодиодов на печатную плату можно руководствоваться обозначениями, приведенными на рисунке распо- ложения элементов. После проверки правильности монтажа к модулю можно подклю- чить источник питающего напряжения 9 В. Поскольку ток, потребля- емый устройством, составляет около 60 мА, то для питания модуля мигающего цветка рекомендуется воспользоваться либо двумя вклю- ченными последовательно плоскими батарейками типа 3336Л (2x4,5 В), либо сетевым выпрямителем на 9 В, обеспечивающим со- ответствующий ток. Собранный без ошибок и из исправных деталей модуль мерцаю- щего цветка не нуждается в дополнительном налаживании. При же- лании подбором величин сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С1 можно изменить частоту мигания светодиодов.
84 Глава 8. Электронные игрушки и блоки световых эффектов Звезда-маяк [34] Оригинальным украшением для небольшой елки может служить установленная на ее верхушке звезда, каждый из шести лучей которой образуют четыре светодиода. В этом простом устройстве, выполненном всего на двух микросхе- мах, используются 24 разноцветных светодиода, расположенные в форме шести расходящихся из центра лучей. Каждый луч образуют светодиоды одного цвета, например, красные, желтые или зеленые. После подачи питающего напряжения все светодиоды модуля будут светиться. Через некоторое время группы светодиодов, образующие лучи, начнут поочередно гаснуть. При этом круг из шести светодио- дов, составляющих внешний контур звезды, будет светиться постоян- но. Через несколько секунд после того, как все лучи погаснут, звезда вновь вспыхнет, и цикл повторится. Предлагаемый модуль звезды-маяка представляет собой обычный переключатель, выполненный на двух микросхемах. Принципиаль- ная схема прибора приведена на рис. 8.4. Схему модуля звезды-маяка условно можно разделить на три функциональных блока, а именно на генератор управляющих им- пульсов, блок управления и схему индикации. Как и большинство по- Рис. 8.4. Принципиальная схема модуля звезды-маяка
Звезда-маяк 85 добных конструкций, предлагаемый модуль изготовлен с использова- нием счетчика импульсов. Основу данного устройства составляют интегральные микросхемы IC1 и IC2. При этом на одном из каскадов микросхемы IC1 выполнен генератор управляющих импульсов (IClb). Частота следования импульсов, формируемых этим генерато- ром, определяется величиной сопротивления резистора R1 и значе- нием емкости конденсатора С1. Управляющие импульсы с выхода задающего генератора (вывод 1С1Ь/4) поступают на блок управления, основу которого составляет микросхема IC2, являющаяся счетчиком импульсов. На входы А и В этой микросхемы (выводы IC2/1 и IC2/2) подается напряжение ис- точника питания положительной полярности. Таким образом, на се- ми выходах этой микросхемы (выводы IC2/3-6,10-12) обеспечивается последовательное формирование напряжения логической единицы. Первоначально на выходах Q0 — Q6 счетчика импульсов присутству- ют напряжения логического нуля. Другими словами, уровень напря- жения на каждом из указанных выходов микросхемы IC2 будет низ- ким. При этом все светодиоды, образующие лучи звезды, будут све- титься. При поступлении от задающего генератора на вход CLK счетчика (вывод IC2/8) первого управляющего импульса на выходе Q0 микро- схемы IC2 (вывод IC2/3) сформируется напряжение логической еди- ницы, то есть на этот выход будет подано напряжение более высокого уровня. В результате группа светодиодов (D2, D3 и D4), подключен- ных к этому выходу счетчика импульсов, погаснет. Приход следую- щего управляющего импульса приведет к формированию напряже- ния логической единицы на выходе Q1 микросхемы IC2 (вывод IC2/4), что вызовет выключение следующей группы светодиодов (D5, D6 и D7). Поступление на вход счетчика сформированной задающим генератором последовательности из шести управляющих импульсов приведет к тому, что на выходах Q0 — Q5 микросхемы IC2 поочеред- но будут сформированы напряжения высокого логического уровня, а все подключенные к ним группы светодиодов одна за другой погас- нут. При этом напряжение питания на светодиоды Dl, D8, D12, D16, D20 и D24, образующие внешний контур звезды, поступает непосред- ственно от источника питания, поэтому они светятся постоянно. Седьмой управляющий импульс вызовет появление напряжения ло- гической единицы на выходе Q6 микросхемы IC2 (вывод IC2/12). Это напряжение, усиленное каскадом 1С 1а, будет подано на соответству-
86 Глава 8. Электронные игрушки и блоки световых эффектов sj^ <f_v !■*'• Ol Puc. 8.5. Печатная плата (а) и расположение деталей (б) модуля звезды-маяка
Вращающаяся звезда 87 ющий вход микросхемы IC2 (вывод IC2/9), что приведет к обнулению счетчика и зажиганию всех групп светодиодов. После этого весь цикл работы устройства повторится. Резисторы R2 — R8 обеспечивают ограничение тока, протекающе- го через светодиоды, образующие соответствующие лучи и внешний контур звезды. Все детали модуля звезды-маяка размещены на печатной плате размером 87x93 мм, изготовленной из одностороннего фольгирован- ного гетинакса или текстолита. Рисунок печатной платы устройства и расположение деталей на ней приведены на рис. 8.5. Необходимо отметить, что все детали модуля, за исключением све- тодиодов, монтируются со стороны печатных проводников. К деталям, используемым в данном устройстве, не предъявляются какие-либо особые требования. Рекомендуется применять любые малогабаритные резисторы и конденсаторы, которые без проблем можно разместить на печатной плате. Величина сопротивления рези- стора R1 может составлять 470 — 510 кОм, сопротивление резисторов R2 —R7 может быть в пределах от 330 до 360 Ом, а резистора R8 — от 47 до 51 Ом. Конденсатор С1 — типа К50-12 или любой другой на но- минальное напряжение не менее 12 В. Генератор управляющих импульсов выполнен на одном из каска- дов интегральной микросхемы IC1 типа CD4093BE. Напряжения управления светодиодами формируются микросхемой IC2 типа 74164. Питание модуля осуществляется от источника постоянного на- пряжения 5 В. Это может быть, например, обыкновенная плоская ба- тарейка типа 3336Л или три пальчиковых элемента по 1,5 В, посколь- ку надежная работа данного модуля обеспечивается и при понижен- ном питающем напряжении. В качестве источника питания подойдет обычный сетевой выпрямитель на напряжение 5 В при токе 100 — 150 мА. Собранный без ошибок в монтаже и из исправных деталей модуль звезды-маяка сразу готов к работе и не нуждается в налаживании. При желании можно изменить рабочую частоту задающего генерато- ра устройства подбором величины сопротивления резистора R1. Вращающаяся звезда [35] Верхушку новогодней елки можно украсить оригинальным моду- лем световых эффектов, который выполнен в форме звезды с шестью
88 Глава 8. Электронные игрушки и блоки световых эффектов лучами. Каждый из шести лучей этой звезды образуют пять светодио- дов, не считая общего для всех лучей центрального светодиода, кото- рый светится постоянно. После подключения к модулю источника пи- тания загорится не только центральный светодиод, но и будет светить- ся группа светодиодов, образующих один из лучей. Затем эта группа диодов погаснет, и начнут светиться диоды, образующие луч, который расположен рядом с первым. После второго луча зажжется третий и так далее. Поочередное включение и выключение соответствующих групп светодиодов, составляющих рядом расположенные лучи, создает впе- чатление вращения луча вокруг центральной оси звезды. Предлагаемая конструкция представляет собой обычный пере- ключатель, в котором напряжение питания поочередно подается на одну из шести групп светодиодов, образующих лучи звезды. Принци- пиальная схема модуля вращающейся звезды приведена на рис. 8.6. Данное устройство, основу которого составляют две микросхемы и шесть транзисторов, условно также можно разделить на три функ- циональных блока, а именно на задающий генератор, блок управле- ния и схему индикации. Как и большинство подобных конструкций, предлагаемый модуль изготовлен с использованием счетчика им- пульсов. —-о Л +12V Р1 47к ^ Ui<i 1кВ IC24017 R4510 01 02 03 D4 OS 18 CUC QO ENA Q1 02 RBT 03 3 08 07 08 QB CO IC1 T4 R9510 D28 D27 D2S 029 D30 R5510 06 07 OS D9 D10 л ^и л л л * ^ # * * R6510 011 012 D13 014 016 R7510 Die 017 018 D18 D20 Л Л Л Л Л RS510 021 022 D23 024 028 .и л л л Рис. 8.6. Принципиальная схема модуля вращающейся звезды
Вращающаяся звезда 89 Задающий генератор, формирующий импульсы управления, вы- полнен на микросхеме IC1, которая включена по схеме нестабильно- го мультивибратора. При этом частота задающего генератора опреде- ляется величинами сопротивлений резисторов Rl, R2 и регулятора R10, а также значением емкости конденсатора С1. Применение регу- лятора Р1 позволяет изменять длительность импульсов, формируе- мых мультивибратором, в пределах от 20 до 350 мс. С выхода задающего генератора управляющие импульсы подаются на блок управления, основу которого составляет микросхема IC2, яв- ляющаяся счетчиком импульсов. Импульсы с выхода микросхемы IC1 (вывод IC1/3) подаются на вход счетчика IC2 (вывод IC2/14), на од- ном из семи используемых выходов которого всегда присутствует на- пряжение логической единицы, то есть на этом выходе будет напря- жение более высокого уровня. При поступлении на вход счетчика фронта очередного импульса ситуация изменится: на том выходе, где была логическая единица, появится логический ноль, а на следующем по порядку выходе появится логическая единица. То есть напряжение высокого логического уровня при поступлении управляющих им- пульсов будет как бы перемещаться поочередно с одного выхода счет- чика на другой. Это управляющее напряжение подается на соответ- ствующий вход блока индикации. В рассматриваемой схеме блок ин- дикации выполнен на транзисторах Т1 — Т6 и светодиодах Dl — D31. Первоначально напряжение высокого логического уровня форми- руется на выходе Q0 (вывод IC2/3). При этом напряжение логической единицы подается на базу транзистора Т1 и обеспечивает его отпира- ние. В результате через открытый переход «коллектор-эмиттер» тран- зистора Т1 группа последовательно включенных светодиодов D1 — D5, составляющих один из лучей звезды, оказываются подключенной к источнику питания, что приводит к свечению этих диодов. При по- ступлении на вход счетчика от задающего генератора фронта управ- ляющего импульса на выходе Q1 (вывод IC2/2) сформируется напря- жение логической единицы, а на выходе Q0 появится напряжение логического нуля. Транзистор Т1 закроется, а светодиоды Dl — D5 погаснут. В то же время транзистор Т2 откроется, и группа последова- тельно включенных светодиодов D6 — D10, образующих второй луч звезды, начнет светиться. Поступление на вход микросхемы IC2 фронта следующего управляющего импульса обеспечивает формиро- вание напряжения логической единицы на выходе Q2 (вывод IC2/4). При этом на выходе Q1 вновь появится напряжение низкого логиче-
90 Глава 8. Электронные игрушки и блоки световых эффектов ского уровня. В результате транзистор Т2 закроется, а светодиоды D6 — D10 погаснут. Транзистор ТЗ откроется, и группа последова- тельно включенных светодиодов Dl I — D15, образующих третий луч звезды, начнет светиться. Аналогичным образом, в результате подачи на вход счетчика последовательности импульсов, поочередно зажгут- ся и погаснут и остальные группы светодиодов. Количество используемых выходов микросхемы IC2 ограничено семью. При этом выход Q6 (вывод IC2/5) подключен к обнуляющему входу RST (вывод IC2/15). Когда на выходе Q6 появится напряжение логической единицы, счетчик обнулится, а напряжение логической единицы вновь появится на выходе Q0 до прихода фронта следующе- го управляющего импульса. После обнуления счетчика напряжение логической единицы будет присутствовать на выходе Q0 (вывод IC2/3), на всех остальных выходах микросхемы IC2 будет логический ноль. Таким образом, напряжение высокого логического уровня по- очередно подается на выходы Q0 — Q5. Эти напряжения поочередно поступают на базы транзисторов Т1 — Т6, с помощью которых пере- ключаются цепи питания соответствующих групп светодиодов. В ре- зультате при поступлении каждого управляющего импульса загорает- ся очередная группа светодиодов, а предыдущая гаснет, создавая ви- зуальный эффект «вращения» звезды. Ток, протекающий через группы светодиодов, образующие лучи звезды, для каждого луча определяется величиной сопротивления ре- зисторов R4 — R9. В центре звезды располагается светодиод D31, на который напряжение питания подается постоянно. Величина проте- кающего через него тока определяется величиной сопротивления ре- зистора R3. Все детали модуля вращающейся звезды размещены на небольшой печатной плате размером 82x102 мм, изготовленной из односторон- него фольгированного гетинакса или текстолита. Печатная плата мо- дуля и расположение элементов приведены на рис. 8.7. При изготовлении данной конструкции рекомендуется применять малогабаритные конденсаторы и резисторы, которые без проблем можно разместить на печатной плате. При этом резисторы должны быть рассчитаны на мощность не менее 0,5 Вт, а конденсатор С1 —на номинальное напряжение не менее 16 В. Генератор управляющих импульсов выполнен на интегральной микросхеме IC1 типа NE555. Импульсы управления транзисторами формируются счетчиком IC2 типа CD4017. Импортные транзисторы
Вращающаяся звезда 91 ■ф- ь О ю ю ю «о О О°Оа so SQ *"СЖК;А sH : э о36 6Ъг6 3VL -ою- ^ Ю . 'о— <v- - :i I POG; ;. -ф-: Ш 102 Рис. 8.7. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) модуля вращающейся звезды
92 Глава 8. Электронные игрушки и блоки световых эффектов ВС237В можно заменить отечественными n-p-п транзисторами, на- пример, типа КТ3102Б. Для улучшения визуального эффекта в предлагаемом модуле жела- тельно использовать светодиоды с большой светоизлучающей спо- собностью, например, диаметром 5 мм. Однако для небольшой елки вполне достаточно будет и обычных маленьких светодиодов любого цвета, например, красного. Питание модуля осуществляется от источника постоянного напря- жения 12 — 15 В, обеспечивающего рабочий ток не менее 80 — 100 мА. Модуль размещается в пластиковом корпусе, в крышке которого просверливаются отверстия для светодиодов, которые с платой могут соединяться тонкими проводниками. С внешней стороны крышки можно нарисовать звезду соответствующей формы. Правильно собранный модуль начинает работать сразу и не нуж- дается в дополнительном налаживании. При желании можно выбрать скорость «вращения» луча с помощью потенциометра Р1. Помимо этого, в зависимости от чувствительности светодиодов, примененных в данной конструкции, изменением сопротивления резисторов R3 — R9 можно подобрать необходимую яркость свечения звезды.
Глава 9. Электронные устройства для моделистов-конструкторов Автоматический выключатель мотора радиоуправляемой модели [36] В радиоуправляемых моделях для питания электромотора, обеспе- чивающего движение модели, а также приемника команд с элемента- ми системы управления (сервомоторы и т.п.) нередко используется общий источник (аккумуляторная батарея). Многим моделистам- конструкторам хорошо знакома ситуация, когда, например, модель самолета при разрядке аккумулятора не только остается без силового агрегата, обеспечивающего ее движение, но и перестает управляться в свободном планирующем полете. Для того чтобы избежать подобных проблем, при постройке радиоуправляемых моделей можно исполь- зовать разные источники питания для указанных цепей. Однако до- полнительный аккумулятор на борту модели приведет к увеличению ее веса, что часто бывает просто недопустимым. Поэтому для многих моделистов может быть весьма интересно и полезно простое устрой- ство, которое автоматически отключит имеющий большое потребле- ние электромотор модели при снижении емкости аккумулятора до определенного уровня, который еще будет вполне достаточным для работы приемника и сервомоторов системы управления. Использова- ние предлагаемого устройства позволит избежать применения допол- нительной аккумуляторной батареи, сэкономив объем и уменьшив вес модели. Работа данного автоматического устройства основана на анализе типовой разрядной характеристики NiCd аккумулятора, состоящего из шести элементов, напряжение которого при нагрузке с большим потреблением энергии быстро уменьшается с первоначальных 7,2 В до нуля. Если для питания приемника и элементов системы управле- ния необходимо напряжение величиной 5 В, то для сохранения их ра- ботоспособности необходимо обеспечить отключение силового элек-
94 Глава 9. Электронные устройства для моделистов-конструкторов тромотора до того, как напряжение аккумулятора снизится до указан- ного значения. Оставшейся в аккумуляторной батарее энергии должно хватить для того, чтобы без лишних осложнений, например, посадить модель самолета. Принципиальная схема автоматического выключателя мотора радиоуправляемой модели приведена на рис. 9.1. Интегральный стабилизатор IC1 формирует из входного напряже- ния 7,2 В стабилизированное напряжение 5 В. Этот стабилизатор на- дежно работает и при малой разнице входного и выходного напряже- ний, т.е. в пределах от 0,5 до 0,8 В. Конденсаторы С2 и СЗ обеспечи- вают фильтрацию помех, возникновение которых обусловлено работой силового электромотора. При использовании стабилизатора IC1 указанного типа с радиатором ток, потребляемый электрообору- дованием модели, может достигать 1 А. Пороговое напряжение аккумуляторной батареи, при котором произойдет отключение электромотора, должно быть больше, чем на- пряжение, необходимое для питания приемника и элементов системы управления, как минимум на величину падения напряжения на стаби- лизаторе. Для определения соотношения входного и выходного на- пряжений стабилизатора IC1 используется каскад, выполненный на микросхеме IC2. Этот каскад представляет собой обычную схему срав- IC1 LM2940T 50 IC2 TLC271 D1...D4 1N4148 :00В Рис. 9.1. Принципиальная схема автоматического выключателя мотора радиоуправляемой модели
Автоматический выключатель мотора радиоуправляемой модели 95 нения. При этом на один из входов операционного усилителя IC2 по- дается напряжение с делителя, выполненного на резисторах R5 и R6, а на другой — напряжение с делителя Rl, R2 и Р1. С помощью подстро- енного потенциометра Р1 можно установить уровень срабатывания компаратора в пределах от 5,2 до 6,6 В. Конденсаторы С1 и С4 обеспе- чивают блокировку указанных делителей по высокой частоте. На обмотку реле Rel напряжение с аккумуляторной батареи по- ступает через открытый транзистор Т2 только в том случае, если на- пряжение на движке потенциометра Р1 будет больше, чем на опор- ном делителе R5, R6. Цепочка, состоящая из параллельно включен- ных резистора R8 и конденсатора С6, выполняет функцию дополнительного источника тока, который необходим для срабаты- вания реле Rel в первый момент после открытия транзистора Т2. До- полнительный скачок тока возникает в процессе зарядки конденса- тора С6 через открывшийся транзистор Т2. После этого через рези- стор R8 течет меньший ток, которого вполне достаточно для удержания реле во включенном состоянии. Величина сопротивления резистора R8 подбирается экспериментально. Между выходом компаратора и его неинвертирующим входом включена цепь положительной обратной связи, образованная тран- зистором Т1. Данная цепь предназначена для того, чтобы после от- ключения электромотора модели воспрепятствовать его повторному включению. При отсутствии этой цепи повторное включение элек- тромотора может произойти из-за того, что после его отключения на- грузка аккумуляторной батареи уменьшится, а ее выходное напряже- ние повысится. При использовании цепи ПОС с транзистором Т1 повторное замыкание контактов реле Rel и включение электромото- ра после увеличения напряжения аккумулятора возможно лишь по- сле замыкания клеммы RST на шину +5 В. Эту операцию можно про- вести и дистанционно. После замены разряженной аккумуляторной батареи на новую сигнал RST формируется автоматически с помо- щью цепочки R4, С5, D3. Светодиод D5 выполняет функцию индика- тора, после размыкания контактов реле он начинает светиться.
Глава 10. Мобильная телефония Система ДУ с мобильным телефоном [37] В специализированной литературе можно найти большое количе- ство описаний систем дистанционного управления, работа которых основана на различных принципах. Наибольшей популярностью поль- зуются системы ДУ на основе инфракрасного (ИК) излучения. Такие системы просты и дешевы. Однако их дальность действия не превы- шает нескольких метров. Не менее популярны системы ДУ, в которых используются высокочастотные (ВЧ) устройства. Дальность действия таких устройств достигает 100 м, однако их цена значительно выше. В последнее время особый интерес проявляется к системам дистан- ционного управления, в которых для передачи сигнала применяется мобильный телефон. При этом возможны несколько вариантов его ис- пользования. Так, например, существуют системы ДУ, которые с по- «1 TLC274 +5В{=:> A» 1» I» 1 Г" III Puc. 10.7. Принципиальная схема приемника
Система ДУ с мобильным телефоном 97 мощью передачи SMS сообщений обеспечивают включение и выклю- чение определенных устройств, а также контроль некоторых функций. Однако стоимость таких систем ДУ весьма высока, к тому же опреде- ленных затрат потребует их эксплуатация (оплата SMS сообщений). Работа предлагаемой системы дистанционного управления осно- вана на использовании высокочастотного излучения, генерируемого мобильным телефоном в момент отправки вызова. Это излучение принимается и детектируется специальным приемником. При этом дальность действия данной системы ДУ сопоставима с дальностью действия систем на основе инфракрасного излучения. Данная систе- ма дистанционного управления будет срабатывать только при акти- визации вызова. Излучение сигнала вызова может быть окончено пользователем или же при приеме вызова абонентом. После оконча- ния сигнала вызова при его приеме абонентом не следует опасаться постоянного срабатывания системы ДУ, поскольку уровня сигнала, излучаемого мобильным телефоном в процессе разговора, недоста- точно для активизации приемника системы дистанционного управ- ления. Если же вызываемый абонент примет вызов достаточно бы- стро, приемник может просто не успеть продетектировать сигнал. Поэтому желательно осуществлять вызов на телефонный номер, ко- торый не будет отвечать или будет вне зоны действия сети. Для этого Un,rl >- системы дистанционного управления
98 Глава 10. Мобильная телефония достаточно приобрести SIM карту с предоплатой, активизировать те- лефонный номер у оператора сети мобильной связи, но не вставлять эту SIM карту в мобильный телефон. Помимо этого у данного теле- фонного номера следует отключить режим голосовой почты. Принципиальная схема приемника системы дистанционного управления с мобильным телефоном приведена на рис. 10.1. При осуществлении вызова с мобильного телефона, находящегося в зоне действия приемника, излучаемый телефоном высокочастот- ный сигнал подается на два ВЧ детектора. Один из этих детекторов настроен на частоту диапазона 900 МГц, а второй — на частоту диа- пазона 1800 МГц. Входные контуры каждого из каналов образованы соответствующими индуктивностями (L1 или L2), высокочастотны- ми диодами (D1 или D3), а также конденсаторами (С1, СЗ или С2, С4). Индуктивности L1 и L2 конструктивно выполнены в виде незам- кнутой петли на печатной плате. Далее сигнал того или иного канала усиливается каскадом, в состав которого входит операционный уси- литель (IC1A или IC1B). Усиленный сигнал выпрямляется диодом (D2 или D4). Выпрямленное напряжение фильтруется конденсатором С5 и да- лее поступает на вход компаратора, выполненного на операционном усилителе 1С 1С. Если уровень сигнала будет достаточным, произой- дет запуск таймера, в состав которого входит микросхема IC2A. Тай- мер обеспечивает необходимую задержку по времени для того, чтобы отделить обычный сигнал вызова, на который реагирует вызываемый абонент, от более длительного сигнала вызова, отправляемого на те- лефонный номер, используемый в системе ДУ, который, как уже от- мечалось, не отвечает или находится вне зоны действия сети мобиль- ной связи. Если ВЧ сигнал и по прошествии определенного промежутка време- ни (время переключения таймера) не исчезнет, то произойдет срабаты- вание триггера, выполненного на микросхеме IC3B (MOS4013). При этом сработает и каскад на микросхеме ЮЗА. Благодаря RC цепочке, в состав которой входят резистор R8 и конденсатор С8, триггер на ми- кросхеме IC3B через короткий промежуток времени вернется в исход- ное состояние. Таким образом, логический уровень сигнала на выходе микросхемы IC3B будет изменяться всегда, когда на входе приемника будет достаточно долго присутствовать высокочастотный сигнал. Одновременно с переключением выходного сигнала микросхемы IC3B происходит запуск второго таймера, выполненного на микросхе-
Система ДУ с мобильным телефоном 99 ме IC2B, время включения которого определяется положением движка подстроечного резистора Р1 и находится в пределах от 1 до 10 секунд. Выходные сигналы каскадов, выполненных на микросхемах ЮЗА и IC2B, поступают на контактную колодку JP1. С помощью перемыч- ки, обеспечивающей замыкание одной из пар контактов можно вы- брать режим работы системы ДУ. Во-первых, это может быть режим переключения или изменения состояния (включено/выключено) при каждом поступлении вызова. Во-вторых, это может быть режим кра- тковременного включения реле Rel выходного каскада на время от 1 до 10 секунд также при каждом поступлении вызова. Со среднего контакта колодки JP1 управляющий сигнал подается на переключатель, выполненный на транзисторе Т1 и обеспечиваю- щий включение реле Rel. Тип применяемого реле следует выбирать в 11 Рис. 10.2. Печатная плата приемника системы дистанционного управления
100 Глава 10. Мобильная телефония зависимости от мощности нагрузки. С реле указанного на принципи- альной схеме тапа ток нагрузки может составлять 1-2 А. При исполь- © м Г-1 Г-1 L-ir-ir-ir-irnif 1 Ш IS BE 2 S И 0 0 0 0 Рис. 10.3. Расположение элементов на печатной плате приемника системы дистанционного управления
Система ДУ с мобильным телефоном 101 зовании более мощного реле мощность может достигать 4 кВт (230 В/16 А). Питание приемника системы дистанционного управления осу- ществляется от внешнего источника напряжением от 8 В до 15 В (на- пример, обычный сетевой адаптер). Формирование стабилизирован- ного напряжения 5 В, необходимого для питания микросхем, обеспе- чивает стабилизатор, выполненный на микросхеме IC4. Детали приемника системы ДУ размещены на печатной плате раз- мером 72 х 31 мм, изготовленной из двухстороннего гетинакса или тек- столита. Рисунок печатной платы приемника изображен на рис. 10.2. Расположение элементов на печатной плате системы дистанцион- ного управления изображено на рис. 10.3. Единственным элементом настройки в данной конструкции явля- ется подстроечный резистор Р1, с помощью которого обеспечивается выбор времени срабатывания таймера на микросхеме IC3B. Поэтому собранный из исправных деталей и без ошибок в монтаже приемник должен быть работоспособным сразу после подключения источника питания. Рассмотренный вариант системы дистанционного управления обеспечивает лишь одноканальное переключение или включение/ выключение какого-либо домашнего устройства. Однако его несо- мненным достоинством, помимо простоты и дешевизны, является наличие только приемника (большинство других систем ДУ состоит из приемника и передатчика). В настоящее время практически каж- дый владелец мобильного телефона (который в данном случае ис- пользуется в качестве передатчика системы ДУ) носит его с собой или же он находится в непосредственной близости от своего хозяина. По- этому включить или выключить какое-либо устройство с помощью мобильного телефона и рассмотренного приемника системы дистан- ционного управления не потребует особых усилий.
Глава 11* Металлоискатели Простой импульсный металлоискатель [38] В последнее время сравнительно широкое распространение полу- чили импульсные металлоискатели типа PI (Puls Induction), в кото- рых для оценки наличия металлических предметов в зоне поиска ис- пользуется явление возникновения вихревых поверхностных токов в металлическом предмете под воздействием внешнего электромагнит- ного поля. В металлодетекторах типа PI импульсный сигнал подается на пе- редающую катушку, в которой инициируется переменное электро- магнитное поле. При появлении в зоне действия этого поля металли- ческого предмета на его поверхности периодически, под воздействи- ем импульсного сигнала, возникают вихревые токи. Эти токи и являются источником вторичного сигнала, который принимается приемной катушкой. Благодаря явлению самоиндукции форма вто- ричного сигнала будет отличаться от формы излученного передаю- щей катушкой импульса. При этом отличия в параметрах вторичного импульсного сигнала и используются для анализа с последующим формированием данных для блока индикации. Во всех известных ав- тору импульсных металлодетекторах оценивается изменение формы заднего фронта вторичного импульса. О достоинствах и недостатках импульсных детекторов металлических предметов коротко было рас- сказано в первой главе упомянутой книги. Следует признать, что с каждым годом количество различных схе- мотехнических решений металлоискатели типа PI значительно уве- личивается. Однако ограниченный объем данного издания не позво- ляет подробно рассмотреть даже самые интересные конструкции. Поэтому автор решил ознакомить читателей лишь с несколькими приборами этого типа. В рассматриваемом в этом разделе устройстве используется ми- кропроцессор с соответствующим программным обеспечением. К со- жалению, к моменту издания этой книги опубликовать на 100% рабо- тоспособную версию его прошивки не представилось возможным.
Простой импульсный металлоискатель 103 Поэтому заинтересованные и подготовленные читатели имеют воз- можность проверить свои силы в создании прошивки для микрокон- троллера. Автор ни секунды не сомневается в том, что российские умельцы с честью справятся с этой задачей. Тем не менее, по мнению автора, конструкция предлагаемого ме- таллоискателя достаточно сложна для повторения начинающими ра- диолюбителями. Также следует упомянуть и о сложностях, возника- ющих при регулировке этого устройства. Необходимо особо обратить внимание на то, что ошибки при монтаже и некорректная настройка прибора могут привести к выходу из строя дорогостоящих элементов. Принципиальную схему предлагаемого простого импульсного ме- таллоискателя условно можно разделить на две части, а именно на блок передатчика и блок приемника. К сожалению, ограниченный объем данной книги не позволяет подробно остановиться на всех особенностях схемотехнических решений, использованных при соз- дании данного прибора. Поэтому далее будут рассмотрены основы функционирования лишь наиболее важных узлов и каскадов. В состав блока передатчика входят модуль формирования импуль- сов и синхронизации, сам передатчик, а также преобразователь на- пряжения. Принципиальная схема блока передатчика простого импульсного металлоискателя приведена на рис. 11.1. Главной составной частью всей конструкции является модуль формирования импульсов и синхронизации, выполненный на ми- кропроцессоре IC1 типа АТ89С2151 фирмы ATMEL и обеспечиваю- щий формирование импульсов для передатчика, а также сигналов, управляющих работой всех остальных блоков. Рабочая частота ми- кроконтроллера IC1 стабилизирована кварцевым резонатором (3,5 МГц). При указанном значении рабочей частоты микропроцес- сор формирует периодическую последовательность управляющих импульсов для различных каскадов металлодетектора. Эта последова- тельность состоит из 250 тактов длительностью по 9 мкс каждый. Первоначально на выводе IC1/14 микропроцессора формируется управляющий импульс для транзистора Т6, после окончания которо- го на выводе 1С 1/15 формируется аналогичный импульс для транзи- стора Т7. Затем этот процесс повторяется еще один раз. В результате происходит запуск преобразователя напряжения. Далее, последовательно на выводах IC1/8, IC1/7, IC1/6, IC1/16, IC1/17, IC1/19 и IC1/18 формируются импульсы запуска передатчика.
104 Глава 77. Металлоискатели При этом указанные импульсы имеют одинаковую длительность, но каждый последующий импульс задержан относительно предыдущего на несколько тактов. Начало первого импульса, сформированного на выводе IC1/8, совпадает с окончанием второго импульса на выводе IC1/15. С помощью переключателя Р1 можно выбрать время задержки импульса запуска передатчика по отношению к стартовому импульсу. С13 1000,0х16В С14 1000,0k х16В С15 0,1 II D1,D2,D3,D<i,Oi IC2 78L0S С1 0,1 II— С2 100,0x168 СЗ - 100,0x168 R19 300 •Ч С5 22 2...6 МГц I С4 22 R16 300 Т4 8D136 с R151R14 15 П 15 BS170 R12 1 R11 47 47 R13 15 R10 47 IC1 АТ89С2051 Рис. 11.1. Принципиальная схема блока передатчика простого
Простой импульсный металлоискатель 105 ,D6,D6 1N4148 D7 1Q...12B SH1 Через несколько тактов после окончания импульса на выводе 1С 1/18 короткий стробирующий импульс для одного из каналов ана- лизатора формируется на выводе 1С 1/3. Затем аналогичный импульс, предназначенный для второго канала анализатора, формируется на выводе IC1/9. После этого на выводе IC1/11 формируется управляю- щий сигнал для транзистора Т10 схемы акустической сигнализации блока приемника. Затем, после небольшой па- узы, последовательность управ- ляющих импульсов на соответ- ствующих выходах микрокон- троллера формируется вновь. Питающее напряжение +5 В, предварительно стабили- зированное микросхемой IC2, подается на вывод 1С 1/20 ми- кроконтроллера. Преобразователь напряже- ния, выполненный на транзи- сторах Т6, Т7, Т8 и стабилиза- торе IC3, обеспечивает форми- рование двуполярного питающего напряжения 12 В, необходимого для питания ка- скадов приемной части. Управ- ляющие сигналы для транзи- сторов Т7 и Т8 формируются на соответствующих выводах ми- кроконтроллера IC1. При этом на транзистор Т8 этот сигнал подается через преобразователь уровня, собранный на транзи- сторе Т6. Далее сформирован- ное питающее напряжение ста- билизируется микросхемой IC3, с выхода которой напря- жение +12 В поступает на ка- скады приемной части. импульсного металлоискателя
106 Глава 11. Металлоискатели Выходные каскады передатчика выполнены на мощных транзи- сторах Tl, T2 и ТЗ, работающих на общую нагрузку, в качестве кото- рой выступает катушка L1, шунтированная цепочкой резисторов Rl — R6. Работой транзисторов выходного каскада управляет транзи- стор Т4. Управляющий сигнал на базу транзистора Т4 подается с со- ответствующего выхода процессора IC1 через транзистор Т5. Импульс, формируемый микропроцессором IC1 в соответствии с заложенной в его памяти программой, через переключатель подается на вход транзистора Т5 и далее, через транзистор Т4, на выходные ка- скады передатчика, выполненные на транзисторах Tl, Т2, ТЗ, а за- тем — на приемо-передающую катушку L1. При появлении в зоне действия катушки L1 металлического предмета на его поверхности под воздействием внешнего электромагнитного поля, инициирован- ного импульсом передатчика, возбуждаются вихревые поверхност- ные токи. Время существования этих токов зависит от длительности импульса, излучаемого катушкой L1. В свою очередь поверхностные токи являются источником вто- ричного импульсного сигнала, который с соответствующей задерж- кой принимается катушкой L1, усиливается и подается на схему ана- лиза. Необходимо отметить, что благодаря явлению самоиндукции длительность вторичного сигнала будет больше, чем длительность из- лученного передающей катушкой импульса. При этом форма вторич- ного импульса зависит от свойств металла, из которого изготовлен обнаруженный предмет. Обработка информации об отличиях пара- метров импульсов, излученных и принятых катушкой L1, обеспечи- вает формирование данных для блока индикации о наличии металли- ческого предмета. В рассматриваемом металлоискателе для анализа используются параметры заднего фронта вторичного импульсного сигнала. В состав блока приемника входят двухкаскадный усилитель вход- ного сигнала, анализатор и схема звуковой индикации. Принципиальная схема блока приемника простого импульсного металлоискателя приведена на рис. 11.2. Сигнал от металлического предмета принимается катушкой L1 и через схему защиты, выполненную на диодах D1 и D2, подается на входной двухкаскадный усилитель с емкостной обратной связью, вы- полненный на операционных усилителях IC4 и IC5. С выхода микро- схемы IC5 (вывод IC5/6) усиленный импульсный сигнал подается на схему анализатора, выполненную на микросхемах IC6, IC7 и IC8.
Простой импульсный металлоискатель 107 Рис. 11.2. Принципиальная схема блока приемника простого импульсного металлоискателя Усилители IC6 и IC7 в процессе работы прибора постоянно вы- ключены, и напряжение питания подается на них лишь при посту- плении на соответствующие входы (выводы IC6/8 и IC7/8) стробиру- ющих импульсов, длительность каждого из которых составляет 9 мкс (один такт). При этом на усилитель IC6 подается стробирующий им-
108 Глава 17. Металлоискатели пульс, задержанный по отношению к окончанию выбранного им- пульса запуска передатчика на 30—100 мкс, а на усилитель IC7 — за- держанный по отношению к окончанию первого стробирующего им- пульса на 200 мкс. Необходимость такой задержки объясняется тем, что форма принятого сигнала зависит от влияния многих посторон- них факторов, поэтому полезный сигнал можно наблюдать лишь в промежутке примерно 400 мкс после окончания импульса. В данном случае полезным сигналом является возрастание положительного на- пряжения при приближении катушки L1 к металлическому предмету в результате увеличения длительности заднего фронта вторичного импульса в сравнении с излученным импульсом. По окончании подачи напряжения питания на выходах каждого усилителя (микросхемы IC6 и IC7) в течение нескольких секунд со- храняется уровень принятого сигнала, зафиксированный во время воздействия стробирующих импульсов. Таким образом на один из входов соответствующего усилителя (выводы IC6/3 и IC7/3) подается принятый импульсный сигнал, а на второй вход этого же усилителя (выводы IC6/8 и IC7/8) через конден- саторы С34 и С35 поступает соответствующий стробирующий им- пульс от модуля формирования импульсов и синхронизации (выводы 1С1/Зи1С1/9). Сигналы, сформированные на выходах микросхем IC6 и IC7 (выво- ды IC6/5 и IC7/5), далее подаются на соответствующие входы диффе- ренциального усилителя, выполненного на микросхеме IC8. При этом сигнал с выхода усилителя IC6 проходит через переменный резистор R45, с помощью которого регулируется чувствительность прибора. При наличии в зоне действия металлодетектора металлического пред- мета уровни сигналов на соответствующих входах дифференциального усилителя (выводы IC8/2 и IC8/3) будут одинаковыми. В результате выходной сигнал этого усилителя (вывод IC8/6) будет низким. Падение напряжения на выходе усилителя IC8 приводит к откры- тию транзистора Т9 и подключению к общему проводу головных теле- фонов BF1. При поступлении с соответствующего выхода микрокон- троллера (вывод IC1/11) на транзистор Т10 управляющего сигнала в телефонах будет прослушиваться сигнал звуковой частоты. Резистор R44 ограничивает ток, протекающий через головные телефоны BF1. Его подбором можно регулировать громкость акустического сигнала. Питание данного металлодетектора осуществляется от источника В1 напряжением 12 В.
Простой импульсный металлоискатель 109 Все детали рассматриваемого прибора (за исключением поисковой катушки L1, резистора R45, переключателя Р1, а также выключателя S1) расположены на печатной плате размерами 105x65 мм, изготов- ленной из двустороннего фольгированного гетинакса или текстолита. Рисунки печатной платы простого импульсного металлоискателя и расположение элементов на плате приведены в источнике. К деталям, применяемым в данном устройстве, не предъявляются какие-либо особые требования. Рекомендуется использовать любые малогабаритные конденсаторы и резисторы, которые без проблем можно разместить на печатной плате. Микросхему типа LF357 (IC4) можно заменить на LM318 или NE5534, однако в результате такой замены могут возникнуть пробле- мы с налаживанием. В качестве усилителя IC5 помимо указанной на схеме микросхемы типа LF356 можно использовать микросхему САЗ 140. Микросхемы типа LF398 (IC6, IC7) без проблем заменяются на МАС198. Вместо усилителя САЗ 140 (IC8) можно применить ми- кросхему TL071. В качестве транзисторов Tl, Т2, ТЗ помимо указанных на принци- пиальной схеме можно использовать транзисторы типа BU2508, BU2515mhST2408. Рабочая частота кварцевого резонатора должна составлять 3,5 МГц. Однако можно использовать любой другой кварцевый эле- мент с частотой резонанса от 2 до 6 МГц. Для монтажа микропроцессора IC1 следует использовать специ- альную панельку. При этом микроконтроллер устанавливается на плату только после окончания всех монтажных работ. Данное условие необходимо соблюдать и при проведении регулировочных работ, свя- занных с выполнением пайки при подборе величин отдельных эле- ментов. Особое внимание следует уделить изготовлению катушки L1, ин- дуктивность которой должна составлять 500 мкГ. Катушка L1 выпол- нена в виде кольца диаметром 250 мм и содержит 30 витков провода диаметром не более 0,5 мм. При использовании провода большего диаметра ток в катушке возрастет, однако еще быстрее будут расти значения паразитных вихревых токов, что приведет к ухудшению чув- ствительности прибора. Для изготовления катушки не рекомендуется использовать лаки- рованный провод, поскольку разность потенциалов между соседни- ми витками при излучении импульса достигает 20 В. Если в процессе
110 Глава 11. Металлоискатели намотки витков катушки рядом окажутся проводники, например, первого и пятого витков, пробой изоляции практически обеспечен. Это может привести к выходу из строя транзисторов передатчика и других элементов. Поэтому провод, используемый при изготовлении катушки L1, должен быть хотя бы в полихлорвиниловой изоляции. Готовую катушку также рекомендуется хорошо изолировать. Для это- го можно воспользоваться эпоксидной смолой или различными пен- ными наполнителями. Катушку L1 следует подключать к плате с помощью двужильного хорошо изолированного провода, диаметр каждой жилы которого должен быть не меньше диаметра провода, из которого изготовлена сама катушка. Не рекомендуется использовать коаксиальный кабель из-за его значительной собственной емкости. Источником звуковых сигналов могут служить либо головные те- лефоны с сопротивлением от 8 до 32 Ом, либо малогабаритный гром- коговоритель с аналогичным сопротивлением катушки. В качестве источника питания В1 рекомендуется использовать ак- кумуляторную батарею емкостью около 2 А/ч, поскольку ток, потре- бляемый данным металлоискателем, не менее 200 мА. Печатная плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем корпусе. На крышке корпуса устанавливаются переменный резистор R45, переключатель Р1, разъемы для подключения головных телефонов BF1 и катушки L1, а также выключатель S1. Данный прибор следует настраивать в условиях, когда любые ме- таллические предметы удалены от поисковой катушки L1 на расстоя- ние не менее 1,5 м. Особенность настройки и регулировки рассматриваемого метал- лоискателя заключается в том, что его отдельные блоки и каскады подключаются постепенно. При этом каждая операция подключения (пайка) выполняется при отключенном источнике питания. В первую очередь требуется проверить наличие и величину питаю- щего напряжения на соответствующих контактах панельки микро- схемы IC1 в отсутствие микроконтроллера. Если напряжение пита- ния в норме, то далее следует установить на плату микропроцессор и с помощью частотомера или осциллографа проверить сигнал на вы- водах IC1/4 и IC1/5. Частота пилот-сигнала на указанных выводах должна соответствовать рабочей частоте используемого кварцевого резонатора.
Простой импульсный металлоискатель 111 После подключения транзисторов преобразователя напряжения (без нагрузки) потребляемый ток должен возрасти на 50 мА. Напряжение на конденсаторе СЮ в отсутствие нагрузки должно составлять около 20 В. Затем следует подключить каскады передатчика. Режимы работы транзисторов Т1, Т2, ТЗ и Т4 должны быть одинаковыми и устанавли- ваются подбором величин резисторов R13, R14, R15 и R16. Сопротивление катушки L1, зашунтированной резисторами R1, R2 и R3, должно составлять примерно 500 Ом. При этом выводы ка- тушки и резисторов должны быть хорошо пропаяны, поскольку на- рушение контакта в этой цепи влечет за собой выход из строя выход- ных транзисторов передатчика. Для проверки работоспособности каскадов передатчика можно придержать катушку L1 возле уха и включить питание металлоискате- ля. Примерно через полсекунды (после обнуления микроконтролле- ра) можно будет услышать сигнал низкого тона, возникновение кото- рого обусловлено микровибрацией отдельных витков катушки. При этом на коллекторах транзисторов Т1, Т2 и ТЗ будет сформирован не- модулированный остроконечный импульс длительностью около 10— 20 мкс, форму которого можно проконтролировать с помощью ос- циллографа. Увеличение сопротивления резисторов Rl, R2 и R3 при- водит к возрастанию амплитуды выходного импульса с уменьшением его длительности. Для подбора величины сопротивления шунта ка- тушки L1 не рекомендуется использовать переменный резистор, по- скольку даже кратковременное нарушение контакта движка с токо- проводящей дорожкой может привести к выходу из строя выходных транзисторов передатчика. Поэтому желательно постепенно изме- нять величину шунта с шагом 50 Ом. Перед заменой деталей напря- жение питания прибора нужно обязательно выключать. Далее можно приступать к налаживанию приемной части. Если все детали исправны, а монтаж выполнен безошибочно, то после включения металлодетектора (примерно через 20 мкс после оконча- ния стартового импульса) на выходе микросхемы IC4 (вывод IC4/6) с помощью осциллографа можно будет наблюдать экспоненциально возрастающий сигнал, переходящий в сигнал постоянного уровня. Искажения фронта этого сигнала устраняются подбором резисторов Rl, R2 и R3, шунтирущих катушку L1. После этого следует прокон- тролировать форму и амплитуду сигнала на выходе микросхемы IC5 (вывод IC5/6). Максимальная амплитуда этого сигнала устанавлива- ется подбором величины резистора R36.
112 Глава 17. Металлоискатели На выходе микросхемы IC6 (вывод IC6/5) должен формироваться постоянный сигнал, зависящий от импульса, выбранного с помощью переключателя Р1, а также от наличия в зоне действия катушки L1 металлических предметов. В идеальном варианте этот сигнал должен быть близким к нулю при всех положениях переключателя PL В заключение остается правильно установить положение образцо- вого измерительного импульса по отношению к стартовому импуль- су. Для этого достаточно подбором кварцевого резонатора Q1 выбрать подходящую рабочую частоту. Перед практическим использованием данного металлоискателя следует переключателем Р1 установить минимальную задержку им- пульса, а резистором R45 — максимальную чувствительность. Если в процессе работы в зоне действия поисковой катушки L1 окажется ме- таллический предмет, то в головных телефонах появится акустиче- ский сигнал. Необходимо отметить, что переход в режим работы с большей за- держкой импульса обеспечит исключение влияния не только магнит- ных свойств грунта, но и избавит от реакции прибора и последующих напрасных поисков всевозможных посторонних предметов (ржавые гвозди, фольга от сигаретных пачек и т.п.). Детектор металлических предметов [39] Принцип работы предлагаемого простого детектора металличе- ских предметов (металлоискателя) основан на явлении формирова- ния биений, возникающих при смешивании двух близких по частоте сигналов. При этом для увеличения чувствительности в данной кон- струкции с сигналом опорного генератора смешивается сигнал пятой гармоники частоты измерительного генератора, а не сигнал его рабо- чей частоты. Принципиальная схема детектора металлических пред- метов приведена на рис. 11.3. Основу детектора составляют два генератора, каждый из которых выполнен на двух транзисторах, включенных по дифференциальной схеме. Такое схемотехническое решение позволяет упростить кон- струкцию, а также обеспечивает исключение влияния нагрузки на ча- стоту генерируемого сигнала, что особенно важно для таких металло- искателей. Первый генератор, называемый поисковым или измерительным, выполнен на транзисторах Т1 и Т2. Частота генерации выбрана рав-
Детектор металлических предметов 113 L1I IC1 741 100,0 2,2к| Рис. 11.3. Принципиальная схема детектора металлических предметов ной 125 кГц и определяется параметрами контура, в состав которого входят конденсаторы С1, С2 и СЗ, а также измерительная катушка L1. Емкость конденсатора С1 в процессе налаживания, возможно, потре- буется подобрать, поскольку электростатический экран и коаксиаль- ный кабель вносят дополнительную емкость, величина которой за- висит от особенностей конструкции катушки L1 и используемых ма- териалов. С помощью конденсаторов С2 и СЗ осуществляется грубая настройка металлоискателя. Сигнал, сформированный на выходе из- мерительного генератора, снимается с коллектора транзистора Т2 и подается на смеситель, выполненный на транзисторе ТЗ. Опорный генератор выполнен на транзисторах Т4 и Т5. Частота генерации этого генератора определяется параметрами контура, в со- став которого входят конденсатор С8 и катушка L2. Данный контур настроен на частоту 625 кГц. Таким образом, опорный генератор ра- ботает на частоте, которая соответствует частоте пятой гармоники ча- стоты измерительного генератора. В результате при изменении часто- ты измерительного генератора на какое-либо значение частота бие- ний увеличится в пять раз и вполне различима на слух. Сигнал, сформированный опорным генератором, с коллектора транзистора Т4 подается на смеситель, выполненный на транзисторе ТЗ. Сформированный на выходе смесителя сигнал, частота которого равна разнице частот опорного генератора и пятой гармоники изме- рительного генератора, с коллектора транзистора ТЗ проходит через НЧ фильтр, образованный резистором R9 и конденсатором С9, на вход усилительного каскада, выполненного на операционном усили- теле IC1. Усиленный сигнал дифференцируется и подается на базу транзистора Т6, в коллекторную цепь которого включены головные
114 Глава 7 7. Металлоискатели телефоны или репродуктор. Уровень громкости выходного сигнала можно регулировать с помощью потенциометра, включенного после- довательно в выходную цепь. Плата с расположенными на ней элементами металлоискателя располагается в экранированном корпусе. Особое внимание следует уделить конструкции поисковой катуш- ки, которая должна быть достаточно прочной, а также защищенной от внешних воздействий, например, от влаги и изменений температуры. Катушка содержит 45 витков провода диаметром 0,46 мм, которые на- мотаны на специальной оправке. Оправка изготовлена из фанеры тол- щиной 10 мм и имеет внешний диаметр 160 мм, а внутренний— 150 мм. На внешнем контуре оправки предусмотрен специальный выступ, предназначенный для крепления рукоятки. Витки катушки наматыва- ются на вбитые в оправку гвозди, которые по окончании намотки и ее укреплении на оправке удаляются. Сначала катушка с помощью изо- ляционной ленты закрепляется в четырех точках, а после удаления гвоздей производится ее обмотка по всему кольцу. После этого катуш- ку следует обмотать алюминиевой фольгой так, чтобы на участке с вы- водами остался неэкранированный промежуток длиной около 10 мм. К одному из концов экрана припаивается провод, который служит в качестве вывода экрана катушки. Затем катушку следует опять обмо- тать изоляционной лентой, нанести слой пенополиуретана, а после его высыхания обмотать катушку еще одним слоем изоляции. При изготовлении катушки L1 особое внимание необходимо об- ратить на то, чтобы не произошло замыкание концов экранирующей ленты, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток. Готовая катушка покрывается слоем водонепроницаемой краски и укрепляется на рукоятке так, чтобы сама катушка оказалась на ниж- ней стороне оправки. Налаживание металлодетектора следует начать с опорного генера- тора. Для этого необходимо замкнуть выводы поисковой катушки L1. После этого необходимо включить металлодетектор и вращением сердечника катушки L2 настроить опорный генератор на частоту 625 кГц. При отсутствии частотомера можно использовать обычный приемник, работающий в диапазоне средних волн. Приемник следует настроить на частоту 625 кГц (480 м), а у его антенны разместить при- бор со снятой верхней крышкой корпуса. При включении металлои- скателя в динамике приемника будет прослушиваться смодулиро- ванный сигнал несущей частоты (характерный шум). Вращением сер-
Детектор металлических предметов 115 дечника катушки L2 необходимо настроить максимальный уровень этого сигнала. Наличие сигнала проверяется замыканием концов ка- тушки L2, при этом шум должен исчезнуть. После настройки опорного генератора настраивается измеритель- ный генератор. Для этого сначала следует устранить замыкание кон- тактов катушки L1 и установить в среднее положение роторы конден- саторов С2 (грубая настройка) и СЗ (точная настройка). В качестве конденсатора С1 необходимо установить конденсатор емкостью 470 пФ. После включения металлоискателя контролируется наличие тона биений, который регулируется конденсатором С2. При необхо- димости емкость конденсатора С2 можно увеличить до 100 пФ. Если в телефонах прослушивается сигнал биений, то частота поис- кового генератора при отсутствии частотомера также может быть про- контролирована с помощью радиоприемника. Для этого следует снача- ла замкнуть контакты катушки L2, а затем, включив металлодетектор и расположив поисковую катушку вблизи антенны приемника, произве- сти по его шкале поиск сигналов гармонических составляющих, кото- рые должны находиться на частотах, указанных в таблице 11.1. Таблица 11.1. Значения частот гармонических составляющих поискового генератора Номер гармоники 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Частота (кГц) 625 750 875 1000 1125 1250 1375 1500 1625 Длина волны (м) 480 400 342,85 300 266,67 240 218,18 200 184,615 Скорее всего, идентифицировать удастся только нечетные гармо- ники. Возможно, частоты гармонических составляющих будут распо- ложены близко одна от другой. Данный факт сврщетельствует о том, что частота измерительного генератора составляет 89,3 кГц. В этом случае следует уменьшить емкость конденсатора С1 и повторить про- верку. Желательно выбрать емкость конденсатора С1 такой, чтобы
116 Глава 7 /. Металлоискатели сигнал нужной частоты генерировался при среднем положении рото- ра конденсатора С2. Это позволит при необходимости компенсиро- вать возможный долговременный уход частоты генератора. Простой металлодетектор [40] Одной из особенностей конструкции предлагаемого простого ме- таллодетектора является поисковая катушка, которая образована все- го лишь одним витком провода. Если в непосредственной близости от катушки окажется металлический предмет, то частота генератора из- менится. Это изменение частоты детектируется и индицируется стре- лочным измерительным прибором. Принципиальная схема металло- детектора приведена на рис. 11.4. Здесь же изображена и конструкция поисковой катушки. Рис. 11.4. Принципиальная схема
Простой металлодетектор 117 Измерительная катушка изготовлена из куска коаксиального ка- беля, например, типа RG58U. Один виток кабеля намотан на каркас, изготовленный из немагнитного материала (например, дерево или пластмасса), диаметр которого составляет 44 см. В середине петли следует удалить полосу экранной оплетки на расстоянии 1 — 2 см. Рабочая частота генератора, который выполнен на транзисторе Т1, определяется параметрами контура, образованного измерительной катушкой L1 и конденсаторами С2 и СЗ. Уровень сигнала на измери- тельной катушке L1 должен быть не менее 500 мА, чтобы на коллек- торе транзистора Т1 уровень напряжения был примерно 4 В. С кол- лектора транзистора Т1 сигнал через конденсатор С4 подается на вход схемы преобразователя «частота-напряжение», выполненной на ми- кросхеме фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) типа MOS4046. Выходной сигнал преобразователя проходит на усилительный каскад, основу которого составляет операционный усилитель IC2A. Коэффи- простого металлодетектора
118 Глава 1 h Металлоискатели циент усиления данного каскада может изменяться с помощью по- тенциометра РЗ. Движки потенциометров Р1 (грубая настройка) и Р2 (точная настройка) следует установить в положения, при которых стрелка индикатора РА1 находится на нулевой отметке, расположен- ной в середине шкалы. Питание данной конструкции осуществляется от батарейки на- пряжением 9 В. Все детали металлодетектора, за исключением поисковой катушки и измерительного прибора, расположены на печатной плате разме- ром 62x43 мм. Рисунок печатной платы простого металлодетектора изображен на рис. 11.5. Рис. 11.5. Печатная плата простого металлодетектора
Простой металлодетектор 119 Рис. 11.6. Расположение элементов на плате простого металлодетектора Расположение элементов на плате простого металлодетектора изо- бражено на рис. 11.6. Конструкция предлагаемого металлодетектора весьма проста, не- смотря на кажущуюся сложность принципиальной схемы. Собран- ный из исправных элементов и без ошибок в монтаже прибор практи- чески сразу готов к работе. Необходимо отметить, что чувствительность данного металлоде- тектора, работа которого основана на принципе измерения отклоне- ния частоты, меньше, чем у детекторов, работающих по другим принципам. Чтобы детектируемые предметы могли повлиять на ин- дуктивность катушки и, соответственно, на частоту генератора ме- таллодетектора, их размеры должны быть соизмеримы с диаметром поисковой катушки. Поэтому не следует надеяться, что рассмотрен- ный прибор будет реагировать на металлический предмет величиной с монету. В то же время простота и дешевизна данного металлоиска- теля во многих случаях могут скомпенсировать его низкую чувстви- тельность и делают его идеальным устройством для начинающих радиолюбителей при проведении экспериментов в области поиска металлических предметов.
Глава Электромузыкальные инструменты Приставка «Rocket fuzz» для электрогитары [41] Принципиальная схема приставки «Rocket fuzz» для электрогитары приведена на рис. 12.1. Особенностью данного устройства, выполнен- ного на трех транзисторах, является большое входное сопротивление. Входной сигнал с разъема XI через конденсатор С1 проходит на ба- зу транзистора Т1, на котором собран эмиттерный повторитель. С эмиттера транзистора Т1 сигнал через конденсатор С2, регулятор уровня Р1 и конденсатор СЗ подается на усилительный каскад, выпол- ненный на транзисторах Т2 и ТЗ. Усилительный каскад охвачен об- ратной связью через резистор R6, который включен между эмиттером транзистора ТЗ и базой транзистора Т2. Потенциометром Р2 можно регулировать ток покоя транзистора ТЗ и, соответственно, степень ограничения сигнала. В цепь коллектора транзистора ТЗ включен де- литель, состоящий из резисторов R8 и R9, соотношением величин со- противлений которых определяется уровень выходного сигнала уси- лительного каскада. Искаженный сигнал, снимаемый с делителя, че- рез разделительный конденсатор С5 поступает на цепочку, состоящую из элементов РЗ и С6, представляющих собой регулируемый фильтр. Далее сигнал через конденсатор С7 подается на потенциометр Р4, с помощью которого регулируется уровень выходного сигнала. Питание схемы осуществляется от внешнего источника постоян- ным напряжением 9 В (например, от батарейки типа «Крона»). При питании приставки от сетевого выпрямителя следует установить до- полнительные конденсаторы С8 и С9. Все детали приставки «Rocket fuzz» размещены на печатной плате размером 68x26 мм, изготовленной из двухстороннего форльгиро- ванного гетинакса или текстолита. Рисунок печатной платы изобра- жен на рис. 12.2.
Приставка «Muff Boost» для электрогитары 121 Расположение элементов на печатной плате приставки «Rocket fuzz» для электрогита- ры изображено на рис. 12.3. Приставка «Muff Boost» для электрогитары [42] Бустер можно считать од- ним из базовых эффектов, ра- бота которых основана на пре- образовании сигнала электро- гитары. Принципиальная схема простой однотранзи- сторной приставки «Muff Boost», которую может собрать и начинающий, приведена на рис. 12.4. Предлагаемое устрой- ство относится к категории бу- стеров, в которых специфиче- ский звук достигается перевоз- буждением и последующим ограничением сигнала. Несмо- тря на простую конструкцию, эта приставка удивит ориги- нальным звучанием. Схема действительно содер- жит только самые необходимые элементы. Сигнал, подаваемый на входной разъем XI, поступа- ет на переключатель S1, с помо- щью которого можно выбрать режим работы с использовани- ем эффекта или без него. Этот переключатель обычно кон- структивно выполняется в виде ножной педали. Поэтому на пе- Рис. 12.1. Принципиальная схема приставки «Rocket fuzz» для электрогитары
122 Глава 12. Электромузыкальные инструменты Рис. 12.2. Печатная плата приставки «Rocket fuzz» для электрогитары Вход Питание Выход li=arl Рис. 12.3. Расположение элементов приставки «Rocket fuzz» для электрогитары чатной плате предусмотрены контактные площадки А, В, С и D для пайки соответствующих выводов. В верхнем положении переключателя S1 включается режим «Эф- фект». В этом режиме входной сигнал с соответствующего вывода пе- реключателя S1B подается через разделительный конденсатор С1 на вход усилительного каскада, выполненного на транзисторе Т1. Рабо- чая точка транзистора Т1 определяется величинами сопротивлений резисторов R1 и R4, входящих в состав делителя напряжения в цепи
Приставка «Muff Boost» для электрогитары 123 +9В Х2 Вход Выход Рис. 12.4. Принципиальная схема простой приставки «Muff Boost» базы Tl. Между коллектором транзистора Т1 и его базой включена цепь обратной связи по переменному току, состоящая из конденсатора С2 и диодов D1 и D2. Постоянная составляющая фильтруется конден- сатором С2. В том случае, если уровень сигнала на коллекторе транзи- стора Т1 достигнет порогового напряжения диодов D1 и D2, начнется снижение коэффициента усиления транзистора. При этом скачки на- пряжения сигнала будут срезаться, что приведет к искажениям и по- явлению гармонических составляющих высших частот. С коллектора транзистора Т1 выходной сигнал через конденсатор СЗ подается на по- тенциометр R5, выполняющий функцию регулятора уровня выходно- го сигнала. С движка этого переменного резистора сигнал через кон- такты переключателя S1A подается на выходной разъем Х2. Питание приставки «Muff Boost», как и большинства устройств аналогичного назначения, осуществляется от батарейки типа «Кро- на» напряжением 9 В, положительный контакт которой постоянно подключен к схеме. Питание приставки можно осуществлять и от внешнего источника.
124 Глава 12. Электромузыкальные инструменты На входе приставки в качестве разъема XI установлен стереофони- ческий разъем типа «jack». Отрицательный контакт батареи следует припаять к среднему круговому (Ring) контакту разъема, цепь сигна- ла подключается к центральному контакту (Tip). Если теперь в этот разъем вставить монофонический штекер типа «jack», то вывод Ring окажется соединенным с корпусом приставки. Цепь питания окажет- ся включенной, и на схему будет подано напряжение питания. Такая схема включения питания значительно продлевает время функцио- нирования батареи, предохраняя ее от преждевременной разрядки. Если использовать отдельный тумблер в качестве выключателя пита- ния, то чаще всего музыканты забывают его выключить. В результате питание на схему может подаваться до полной разрядки батареи. В то же время после выступлений кабели из инструментов и приставок практически всегда вынимаются. Все детали предлагаемой приставки, за исключением переключа- теля S1, размещены на печатной плате, размером 50x41 мм, изготов- ленной из одностороннего фольгированного гетинакса или текстоли- та. Рисунок печатной платы изображен на рис. 12.5. Расположение элементов на печатной плате приставки «Muff Boost» изображено на рис. 12.6. К деталям, применяемым в данной приставке, не предъявляются особые требования. Главное — чтобы они не касались друг друга на печатной плате, которая должна без проблем поместиться в выбран- ном корпусе. В качестве разъемов XI и Х2 рекомендуется применять разъемы типа JACK6NEW, потенциометр должен иметь характеристи- Рис. 12.5. Печатная плата приставки «Muff Boost»
«Вау-вау» приставка «Crybaby» 125 Рис. 12.6. Расположение элементов на печатной плате приставки «Muff Boost» ку типа А. Собранная из исправных элементов и без ошибок в монтаже приставка обычно не нуждается в налаживании и сразу готова к работе. «Вау-вау» приставка «Crybaby» [43] Многим любителям электронной музыки хорошо знакома пред- ставленная в 1966 году фирмой Thomas Organ Co приставка «Crybaby», реализующая эффект «вау-вау». Эта небольшая педаль, благодаря оригинальному звучанию и широким возможностям выбора настроек фильтра, с момента своего появления и до наших дней приобрела не- мало поклонников. Однако, исходя из анализа размещенных в сети Internet схем конструкций с не менее громкими названиями, можно предположить, что предлагаемая приставка для электрогитары не яв- ляется полным аналогом не только той самой приставки «Crybaby» от фирмы Thomas Organ Co, но и выпускавшихся другими фирмами «вау-вау» приставок с аналогичным названием. Поэтому при даль- нейшем рассмотрении схемы и особенностей приставки, название которой дано в заголовке, следует учитывать, что речь идет лишь о конструкции, описанной в указанном источнике. Рассматриваемая приставка, как и многие другие приставки к электрогитарам, обеспечивающие реализацию легендарного и по-
126 Глава 12. Электромузыкальные инструменты Вход JBL. Л 0,1 J4 Рис. 12.7. Принципиальная схема «вау-вау» приставки «Crybaby» прежнему популярного как у исполнителей, так и у слушателей эф- фекта «вау-вау», по конструкции весьма проста, но эффективна. Приставку можно использовать как при исполнении сольных партий, так и при игре аккордами. Принципиальная схема «вау-вау» пристав- ки «Crybaby» приведена на рис. 12.7. Ее основу составляет перестраиваемый в широком диапазоне по- лосовой фильтр. Средняя частота фильтра определяется параметрами элементов LC цепочки в цепи обратной связи двухтранзисторного усилителя. В качестве катушки L1 можно использовать готовую ка- тушку от какого-либо устройства, имеющую индуктивность, близкую к указанной на схеме. Емкость подключаемого параллельно конден- сатора можно подобрать опытным путем. Питание приставки осуществляется от батарейки напряжением 9 В. Одной из главных проблем, возникающих при сборке «вау-вау»- приставок, является исполнение механической части. Поэтому необ- ходимо тщательно продумать вопрос привода, преобразующего посту- пательное перемещение платформы педали во вращательное движе- ние движка потенциометра PL Рассматриваемую приставку также можно использовать и в качестве перестраиваемого вручную фильтра,
Приставка «Valve distortion fuzz» для электрогитары 127 с помощью которого исполнитель может изменить тоновую окраску звука гитары. Данная схема предлагается в качестве основы для дальнейших са- мостоятельных разработок. Поэтому в источнике не приводятся ри- сунок печатной платы и расположение элементов на ней. Плату с размещенными на ней элементами приставки желательно разместить в экранированном корпусе во избежание появления индук- ционных помех, наводимых в катушке контура полем, образованным около сетевых проводов. Поскольку выходное сопротивление данной приставки сравнительно велико, достаточно большим должно быть и входное сопротивление усилителя, к которому она подключается. Приставка «Valve distortion fuzz» для электрогитары [44] Многие специалисты придерживаются мнения, что главным недо- статком полупроводниковых усилителей, предназначенных для рабо- ты с электрогитарой, является отсутствие звучания, характерного для ламповой звуковоспроизводящей аппаратуры. Это явление объясня- ется более «мягким» характером возрастания уровня искажений в ламповых каскадах. В полупроводниковых усилителях, выполненных как на транзисторах, так и на микросхемах, искажения сигнала мини- мальны до определенного уровня. Однако при превышении этого уровня нелинейные искажения, вызванные резким ограничением сигнала, не менее резко возрастают. Поэтому со времен появления первых полупроводниковых усилителей одной из задач, стоявших перед разработчиками звукоусилительной аппаратуры, был поиск та- ких схемотехнических решений, которые позволили бы на выходе по- лупроводникового усилителя получить звук, максимально прибли- женный к звуку, воспроизводимому ламповым усилителем. О том, что данная задача до сих пор не имеет окончательного решения, сви- детельствует тот факт, что популярность ламповой звукоусилитель- ной аппаратуры постоянно растет, несмотря на ее сравнительно вы- сокую цену. О том, что радиолампы опять входят в моду, можно су- дить и по тому, что в последнее время их можно обнаружить и в самых последних моделях микшерских пультов. Предлагаемая вниманию читателей приставка относится к числу устройств, реализующих «йдгг^эффект, которые одновременно мо- гут использоваться в качестве имитаторов звучания лампового усили-
128 Глава 12. Электромузыкальные инструменты теля. Исходя из анализа размещенных в сети Internet схем конструк- ций с не менее громкими названиями, можно предположить, что предлагаемая приставка для электрогитары не является полным ана- логом известной приставки «Valve distortion fuzz». Поэтому при даль- нейшем рассмотрении схемы и особенностей приставки, название которой дано в заголовке, следует учитывать, что речь идет лишь о конструкции, описанной в указанном источнике. Принципиальная схема приставки «Valve distortion fuzz» приведе- на на рис. 12.8. Входной сигнал через разделительный конденсатор С1 подается на неинвертирующий вход операционного усилителя IC1A (вывод IC1/3), на котором выполнен входной усилительный каскад. С помо- щью потенциометра Р1, включенного в цепь обратной связи, испол- нитель может регулировать коэффициент усиления каскада и, соот- ветственно, уровень сигнала на выходе операционного усилителя (вывод 1С 1/1). Усиленный сигнал через резистор R5 проходит на ин- вертирующий вход операционного усилителя IC1B (вывод IC1/6), на котором выполнен преобразователь сигнала, обеспечивающий его 01+06 1М4148 Р2 10кх8 Выход Рис. 12.8. Принципиальная схема приставки «Valve distortion fuzz»
Приставка «Valve distortion fuzz» для электрогитары 129 ограничение. В результате от положения движка потенциометра Р1 зависит и степень искажения выходного сигнала приставки. Чем вы- ше будет коэффициент усиления каскада на операционном усилителе IC1A, тем больше будет искажаться сигнал в ограничителе, выпол- ненном на операционном усилителе IC1B. Характеристика операционного усилителя 1С 1В обеспечивает сравнительно резкое «срезание» пиков полезного сигнала, которые превышают определенный уровень. Поэтому на выходе приставки формируется сигнал с характерным для полупроводниковой аппара- туры «транзисторным» звучанием. Для того чтобы выходной сигнал имел более «мягкий» характер возрастания уровня искажений, свой- ственный ламповым усилителям, в цепь обратной связи ограничи- тельного каскада между выводами 7 и 6 операционного усилителя IC1B включены две диодные цепочки. С выхода ограничителя сфор- мированный сигнал через разделительный конденсатор СЗ поступает на потенциометр Р2, с помощью которого регулируется уровень вы- ходного сигнала приставки. Питание приставки осуществляется от батарейки напряжением 9 В. Все детали приставки размещены на печатной плате размером 60x54 мм, изготовленной из двустороннего фольгированного гетинак- са или текстолита. Рисунок печатной платы изображен на рис. 12.9. Расположение элементов на печатной плате приставки «Valve distortion fuzz» изображено на рис. 12.10. Рис. 12.9. Печатная плата приставки «Valve distortion fuzz»
130 Глава 12. Электромузыкальные инструменты Рис. 12.10. Расположение элементов на печатной плате приставки «Valve distortion fuzz» После установки элементов на плату и их пайки необходимо вни- мательно проверить качество пайки и устранить возможные недо- статки. Особое внимание следует обратить возникновение возмож- ных перемычек между дорожками платы. Собранная из исправных элементов и без ошибок в монтаже приставка не нуждается в допол- нительном налаживании и практически сразу готова к работе. Приставка тремоло для электрогитары [45] В наше время широкое распространение получили используемые музыкантами всевозможные процессоры эффектов для ЭМИ. Одна- ко, для начинающих гитаристов сборка собственными руками про- стых приставок выгодна с финансовой точки зрения, не говоря уже об эмоциях, получаемых при работе с такими устройствами. Одним из эффектов, применяемых исполнителями при игре на электрогитаре, является эффект тремоло. При использовании этого эффекта амплитуда исходного сигнала периодически ослабляется и усиливается. В приставках, обеспечивающих реализацию эффекта тремоло, обычно могут изменяться как глубина модуляции (DEPHT), так и ее частота (SPEED). Основой предлагаемой простой приставки тремоло, предназна- ченной для использования с электрогитарой, является оптоэлектрон-
Приставка тремоло для электрогитары 131 ная пара, которая представляет собой размещенные в одном корпусе светодиод и фоторезистор. С помощью такой оптопары обеспечива- ется амплитудная модуляция сигнала электрогитары сигналом, фор- мируемым специальным генератором. Основными преимуществами применения оптопары являются простота схемотехнического реше- ния, а также практически линейная вольтамперная характеристика фоторезистора, что обеспечивает работу практически без нелиней- ных искажений. Принципиальная схема простой приставки тремоло для электрогитары приведена на рис. 12.11. Входной сигнал, поступающий на разъем К1, через разделитель- ный конденсатор С1 проходит на вход эмиттерного повторителя, вы- полненного на транзисторе Т1. С нагрузочного резистора R2, вклю- ченного в цепь эмиттера транзистора Т1, сигнал через разделитель- ный конденсатор С2 поступает на потенциометр Р1, с помощью которого осуществляется регулировка глубины модуляции. Между нижним по схеме выводом потенциометра Р1 и шиной корпуса вклю- чен фоторезистор оптоэлектронной пары IC2. Сопротивление фото- резистора IC2-A в режиме покоя (в неосвещенном состоянии) состав- ляет несколько МОм. Однако при протекании через светодиод опто- пары тока величиной примерно 10 мА сопротивление фоторезистора уменьшится до единиц кОм. Поэтому в режиме, когда приставка вы- ключена, т.е. разомкнуты контакты выключателя S1, положение движка резистора Р1 практически не оказывает влияние на проходя- щий через него сигнал, который подается на базу транзистора Т2. На транзисторе Т2 выполнен выходной каскад, представляющий собой эмиттерный повторитель. С нагрузочного резистора R4, включенного в цепь эмиттера транзистора Т2, сигнал через разделительный кон- денсатор СЗ поступает на выходной разъем К2. Схема генератора сигнала модулирующей частоты данной при- ставки выполнена на операционном усилителе IC1A. При этом на выходе генератора формируется сигнал треугольной формы. Частота модулирующего сигнала регулируется с помощью потенциометра Р2. С инвертирующего выхода операционного усилителя IC1A (вывод 1С 1/2) снимается сигнал, который подается на неинвертирующий вход операционного усилителя IC1B (вывод IC1/5). С выхода этого усилительного каскада (вывод 1С 1/7) усиленный сигнал через рези- стор R10 подается на пару включенных встречно-параллельно свето- диодов: IC2-B (светодиод оптопары) и индикаторный светодиод LD1. Такое схемотехническое решение обеспечивает защиту обоих свето-
132 Глава 12. Электромузыкальные инструменты +15В +15В Вход Выход Рис. 12.11. Принципиальная схема простой приставки тремоло для электрогитары
Приставка тремоло для электрогитары 133 диодов, предотвращая их выход из строя при поступлении на них вы- ходного напряжения высокого уровня. Величина треугольного на- пряжения, формируемого на выходе генератора модулирующего сиг- нала, может достигать пикового значения около «13 В, при этом Рис. 12.12. Печатная плата приставки тремоло
134 Глава 12. Электромузыкальные инструменты пиковый ток светодиодов достигает примерно 6 мА. Как уже отмеча- лось, с помощью выключателя S1 можно отключить генератор моду- лирующего сигнала, в результате приставка не будет влиять на форму проходящего через нее сигнала электрогитары. Все детали приставки размещены на печатной плате размером 60x65 мм, изготовленной из двустороннего фольгированного гети- накса или текстолита. Рисунок печатной платы изображен на рис. 12.12. Расположение элементов на печатной плате приставки тремоло изображено на рис. 12.13. Благодаря применению двусторонней платы сборка приставки под силу и начинающему радиолюбителю. В то же время особое вни- мание следует обратить на правильность сборки и использование ис- правных элементов, поскольку замена уже установленных на двусто- U Рис. 12.13. Расположение элементов на печатной плате приставки тремоло
Цифровой ревербератор 135 роннюю плату деталей может доставить определенные трудности. После установки элементов на плату и их пайки необходимо внима- тельно проверить качество пайки и устранить возможные недостатки. Особое внимание следует обратить возникновение возможных пере- мычек между дорожками платы. Если все в порядке, то к приставке можно подключить источник питания, проверить функционирова- ние генератора треугольного сигнала и испытать приставку в работе. Собранная из исправных элементов и без ошибок в монтаже пристав- ка не нуждается в дополнительном налаживании и практически сразу готова к работе. Цифровой ревербератор [46] Среди музыкантов эффекты, в которых используется принцип по- вторения сигнала через определенный промежуток времени (эхо-эф- фект), в зависимости от времени задержки называются реверберато- рами или «с1е1ау»-приставками. Рассматриваемая далее приставка, реализующая эффект эха, вы- полнена на микросхеме типа РТ2397. Эта микросхема по своим пара- метрам во многом похожа на микросхему типа РТ2399 аналогичного назначения. Одно из основных отличий заключается в конструкции корпуса и расположении выводов. Назначение выводов микросхемы РТ2397 изображено на рис. 12.14. VCC REF AGND DGND CLK_O VCO NC NC NC NC NC NC NC MUTE EC и n cr DC EC CE EC CE CE CE CE CC CE 1 x*-«» 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 -*^^ 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 13 Б 13 13 13 Л 13 13 H U 13 13 13 13 LPF1-IN LPF1-OUT ECHO-FB NC LPF2-OUT LPF2-IN OP2-OUT 0P2-IN OP1-IN OP1-OUT NC CCO NC CC1 Рис. 12.14. Назначение выводов микросхемы РТ2397
136 Глава 12. Электромузыкальные инструменты Основные параметры микросхемы РТ2397 (в корпусе DIL28) при- ведены в табл. 12.1. Таблица 12.1. Основные параметры микросхемы РТ2397 Параметр Напряжение питания максимальное Напряжение питания рабочее Потребляемый ток Макс, выходное напряжение при THD=10% Коэффициент искажений на выходе Коэффициент шумов на выходе Подавление искажений от источника питания Частота Мин. 4,5 1,5 Норм. 5 30 2,0 0,3 -90 -40 4 Макс. 6,5 5,5 40 2,5 1,0 -80 -30 5 Ед. изм. В В мА В % дБВ ДБ мГц На основании приведенных в таблице данных можно предполо- жить, что микросхема типа РТ2397 уступает по некоторым своим па- раметрам микросхеме типа РМ2399. Однако микросхема типа РТ2397 имеет одно преимущество, которое заключается в наличии входа MUTE. С его помощью можно просто отключать задержанный сиг- нал. Поэтому при сравнении этих микросхем, имеющих, в основном, сходные электрические параметры, нельзя однозначно определить, какая из них лучше. Рекомендуемая схема включения микросхемы РТ2397 в блоке задержки сигнала приведена на рис. 12.15. Принципиальная схема цифрового ревербератора на микросхеме РТ2397 приведена на рис. 12.16. В рассматриваемой конструкции микросхема РТ2397 включена по схеме, которая имеет определенные отличия от рекомендуемой фир- мой-производителем схемы включения. Например, добавлены регу- лировки уровня задержанного сигнала и глубины обратной связи. Эти регулировки обычно используются и в других устройствах анало- гичного назначения. Входной сигнал усиливается усилителем, выполненным на микро- схеме IC2A, примерно в два раза, тем самым компенсируя ослабление сигнала на резисторе R13. Емкость конденсатора С20 преднамеренно выбрана небольшой, поскольку в данном случае он выполняет функ- цию фильтра верхних частот. Необходимость его применения объяс-
Цифровой ревербератор 137 Рис. 12.15. Рекомендуемая схема включения микросхемы РТ2397 няется тем, что при наличии в задержанном сигнале сигналов низших частот может произойти самовозбуждение каскада. К тому же сигна- лы низших частот практически не принимают участия в формирова- нии объемного звучания. Элементы R6, R7, R8, С11 и С12 образуют входной фильтр верхних частот второго порядка. С его помощью верхняя частота входного сигнала ограничивается на уровне примерно половины опорной ча- стоты. При несоблюдении этого условия возникают значительные искажения задержанного сигнала. Поскольку фирма-производитель в сопроводительной документации не указывает значение опорной частоты, номиналы элементов этого фильтра были выбраны в соот- ветствии с типовой схемой включения микросхемы РТ2397. Элементы R3, R4, R5, СЮ, С13 и С15 образуют выходной фильтр низших частот третьего порядка. Схема этого фильтра отличается от рекомендованной, поскольку опытным путем было установлено, что
138 Глава 12. Электромузыкальные инструменты v^ si В ECHO Рис. 72.16. Принципиальная схема цифрового напряжение на его выходе весьма мало. Поэтому в схему добавлен усилительный каскад, выполненный на операционном усилителе IC2B (микросхема типа TL072). Задержанный сигнал подается на ин- вертирующий вход этого ОУ. Коэффициент усиления данного каска- да равен примерно двум. Усиленный сигнал далее подается на два ре- гулятора (потенциометры Р2 и РЗ). Через потенциометр РЗ обеспечи- вается обратная связь для повторяемого сигнала (FEEDBACK). С помощью потенциометра Р2 осуществляется регулировка задержан- ного сигнала (ECHO OUT). Транзистор Т2 включен по схеме эмитер- ного повторителя, в этом каскаде осуществляется смешивание прямо- го и задержанного сигналов.
Цифровой ревербератор 139 -0 GND ревербератора на микросхеме РТ2397 Управление входом MUTE производится с помощью каскада, вы- полненного на транзисторе Т1. При замыкании контактов выключа- теля S1 отключается схема формирования задержанного сигнала. Потенциометр PI (DELAY), обеспечивающий регулировку дли- тельности задержки, имеет сопротивление 25 кОм, однако в данной конструкции можно применять потенциометр с более высоким со- противлением, например, до 50 кОм. При этом необходимо учиты- вать, что с определенного значения времени задержки сигнала начи- нают возрастать шумы, а частотный диапазон проходящего сигнала ограничивается. Поэтому параллельно потенциометру Р1 рекоменду- ется включить резистор R11, подбором сопротивления которого сле- дует выбрать максимальное время задержки, при котором обеспечи- вается приемлемая работа устройства.
140 Глава 12. Электромузыкальные инструменты В источнике приведен рисунок печатной платы и расположение элементов на ней. Перед монтажом элементов на плату устанавлива- ются перемычки. Установочные места для резисторов рассчитаны на миниатюрные элементы длиной 5 мм. Можно применять резисторы и больших габаритов, однако в этом случае эти элементы следует впаи- вать вертикально. Конденсаторы выходного фильтра должны иметь класс точности 5%, а резисторы — 10%. Для элементов входного фильтра соблюдение такой точности не является обязательным. Конденсаторы С6 и С7 в соответствии с рекомендациями разработчика должны быть пленоч- ными. Потенциометры Р2 и РЗ должны иметь линейную характери- стику, что логически вытекает из того, что с их помощью регулирует- ся громкость. Практика показала, что в данной конструкции для рав- номерной регулировки звука потенциометры с линейной характеристикой более приемлемы. Печатная плата спроектирована так, чтобы на ней могли быть установлены и потенциометры. Под микросхемой РТ2397, которая устанавливается на панельку, размещен резистор R15. Потенциоме- тры с помощью резьбовых соединений установлены на передней па- нели корпуса устройства. Собранный из исправных элементов и без ошибок в монтаже циф- ровой ревербератор не нуждается в налаживании и готов к работе сра- зу после подключения питания. В его схеме отсутствуют какие-либо регулировочные элементы.
Литература 1. Zbynek Munzar. Indikator anodoveho napeti //«Prakticka elektronika A Radio». - 2005. - №6. - s. 7. 2. Jaroslav Belza. Tester clanku //«Prakticka elektronika A Radio». — 2003. - №7. - s. 22. 3. Zkousec stavu baterie. //Low Cost Battery Tester. Applications Reference Manual. — S. 18-23. — «Analog Devices». — 1993. («Sdelovaci technika». - 1995. - №7. - s. 326). 4. Hueber, F.: Akustischer Durchgangspriifer. // «Elekton>. — 1993. — №7-8. - s. 52, 55 (KTE. - 1994. - №3. - s. 82-83). 5. Einfacher Tester fur Operationsversturker, //RFE — 1990. — №12. — s. 834 («Sdelovaci technika». — 1991. — №8. — s. 319). 6. Thyristor/Triac-tester //«Elektor». — 1990. — №5. — s. 56-58 (KTE. - 1994. - №7. - s. 243). 7. Ch. Simpson. A charger has overcharge protection. // «EDN». — 1993. — 2zaff. — s. 116. (Rychla nabijecka pro Ni-Cd a Ni-MH baterie //«Sdelovaci technika». — 1995. — №1. — s. 36.) 8. J. W. Bloor. NiCd battery dischanger for battery management. // «Electronic Engeneering». — 1995. — №3. — s. 22 (Vybiec akumulatoru Ni-Cd //«Amaterske radio (fada A)». - 1995. - №11. - s. 5). 9. H.K.: Einfache Stabilisierungsschaltung. //«Rfe» — 1997 — №1. — s. 70 (Stabilizovany zdroj symetrickych napeti //«KTE». — 1997. — №4. — s. 17) 10. Kleine G.: Verpolungs- und Tiefentladeschutcz. //«Elektor». — 1993. — №6. — s. 64, 65 (Obvod chranici pfed pfepolovanim //«Amaterske radio (rada A)». - 1993. - №12. - s. 24) 11. S. Woodward: Quickly discharge power supply capacitors. //«EDN». — 5.07.2001. — s. 132 (Rychle vybiti nabijeciho kondensatoru ve zdroji //«Sdelovaci technika». — 2002. — №7. — s. 20.) 12. Stabilizovany zdroj maleho zaporneho napeti //«Konstrukcni elektronika A Radio». — 2000. — №1. — s. 37 13. Bezdratovy mikrofon //«Amaterske radio». — 1996. — №2. — s. 28. 14. AM vysilac //«Konstrukcni elektronika A Radio». — 2000. — №1. — s. 38. 15. Bezdnitovy mikrofon //«Amaterske radio». — 1996. — B2. — s. 47.
142 Литература 16. Detektor sit'oveho vedeni //«Amaterske radio (fada B)». — 1991. — №4.-s. 133. 17. Sicherung-Ausfallanzeige. //«Elektor». — 1996. — №7-8. — s. 32 (Signalizace pferusene pojistky//«KTE». — 1997. — №2. — s. 15). 18. Nagaraj, M. S.: Spare lamp turns on automatically. //«Elektronic Design». — 1991. — №22. — s. 140, 142 (Automaticke zapnuti ndhradnf zdrovky//«Sdelovaci technika». — 1992. — №8. — s. 308.) 19. Vladimir Cizmdr. Jednoduchy startovaci obvod //«Praktickd elektronika A Radio». — 2000. — №8. — s. 5. 20. Netzblitzlampe. //«Elektor». — 1996. — №7-8. — s. 38 (Sitovy blikac. //«KTE». - 1996. - №11. - s. 247, 248). 21. Petr Vik. Pfistroj к odhaneni hlodavcu a mensich zvifat //«Praktickd elektronika A Radio». — 1996. — №6. — s. 7-8. 22. Oldfich Tlusty. Hladinovy spinac cerpadla //«Praktickd elektronika A Radio». - 1996. - №2. - s. 23. 23. Akusticky signalizdtor couvani //«Prakticka elektronika A Radio». — 2000. — №5. — s. 6 («Radioelektronik Audio-HiFi-Video». — 1999. — №4). 24. Imobilizer pro auta nasich zen. Vojtech Vordcek //«Prakticka elektronika A Radio». — 2000. — №3. — s. 31. 25. Jednoduchy autoalarm //«Praktickd elektronika С — STAVEBNICE AKONSTRUKCE». - 1999. - №1. - s. 2. 26. Imitdtor imobilizeru s indikdtorem napeti palubni site. Daniel Kalivoda //«Praktickd elektronika A Radio». — 2002. — №8. — s. 28. 27. Ctecka chybovych kodu pro motorova vozidla //«Praktickd elektronika A Radio». — 2004. — №3. — s. 14. 28. Vojtech Vordcek. Pfedzesilovac s 2x ECC83 //«Konstrukcni elektronika A Radio». — 2003. — №6. — s. 25. 29. Bohumil Lipka. Jednoduchy elektronkovy nfzesilovac. //«Amaterske radio (fada B)». - 1991. - №1. - s. 36. 30. Jaroslav Vlach. Korekcni pfedzesilovac tipu FENDER. // «Lampdrna». — Praha. — 2004. — BEN. — с 58. 31. Vojtech Vordcek. Pfedzesilovac s 2x ECC83 a lx ECC82 //«Konstrukcni elektronika A Radio». — 2003. — №6. — s. 29. 32. Bohumil Lipka. NF zesilovac s elektronkami. //«Amaterske radio (fada B)». - 1991. - №1. - s. 35. 33. Tomds Flajzar. Dvoubarevny kvitek//www.flajzar.cz 34. Tomds Flajzar. Hvezda — svetelny efekt //www.flajzar.cz
Литература 143 35. Sesticipa hvezda //«Konstrukcni elektronika A Radio». — 1999. — №6. — s. 38 («Radiotechnik Audio-HiFi-Video». — 1996. — №7). 36. Power-Off fur RC-Modelle. //«Elekton>. — 1992. — №12. — s. 57, 58 (Automaticky odpojovac motoru RC modelu. //«Amaterske radio (fada A)». -1993.- №7. — s. 13) 37. Roman Zipaj. Ddlkove ovladdni s mobilnim telefonem. //«Amaterske radio». — 2005. — №4. — s. 7. 38. Адаменко М.В. Простой импульсный металлоискатель //«Ме- таллоискатели». — ДМК-Пресс. — М. — 2006. — С. 80. 39. V. Sekal a kol. Detektor kovu I. //«Amaterske radio (fada B)». — 1990. - №4.-s. 124. 40. Jednoduchy detektor kovu. //«Praktickd elektronika С — STAVEBNICE A KONSTRUKCE». - 1999. - №5. - s. 14. 41. «Rocket fuzz» //« Prakticka elektronika С — STAVEBNICE A KONSTRUKCE». - 2000. - №4. - s. 23. 42. Muff Boost //«Prakticka elektronika С — STAVEBNICE A KONSTRUKCE». - 2001. - №2. - s. 9. 43. Pavel Meca. Kvdkadlo «Crybaby»//«Amaterske radio». — 2000. — №l.-s. 13. 44. Valve distortion fuzz //«Prakticka elektronika С — STAVEBNICE A KONSTRUKCE». - 2000. - №4. - s. 25. 45. Alan Kraus. Tremolo pro kytaristy //«Amaterske radio». — 2002. — №7.-8.17. 46. Pavel Meca. Digitdlni echo pro kazdeho. //«Amaterske radio (fada B)».-1998.-№6.-s.9.
Михаил Адаменко Радиоэлектроника. Конструкции для всех. Книга 2. Ответственный за выпуск: В. Митин Верстка и обложка: СОЛОН-Пресс По вопросам приобретения обращаться: ООО «СОЛОН-Пресс» 123001, г. Москва, а/я 82 Телефоны:(495) 617-39-64, (495) 617-39-65 E-mail: kniga@solon-press.ru, www.solon-press.ru ООО «СОЛОН-Пресс» 115487, г. Москва, пр-кт Андропова, дом 38, помещение № 8, комната № 2. Формат 60x88/16. Объем 9 п. л. Тираж 100 экз. Заказ №