САМОДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА В БЫТУ

Степень цивилизованности общества во многом определяется тем временем, которое оно предоставляет человеку для культур­ного досуга. Можно сократить продолжительность рабочего дня, но не подумать о быте — и тогда домашние дела «съедят» все свободное время.

Социалистическое государство стремится как можно полнее удовлетворять потребности народа. Создана широкая сеть пред­приятий бытового обслуживания. Кроме того, целая отрасль про­мышленности занята производством электрических и электрон­ных бытовых приборов и устройств, позволяющих облегчить руч­ной труд.

Когда есть свободное время, появляется возможность за­няться любимым делом. Для многих — это радиолюбительство. С одной стороны, радиолюбители, обладающие определенными знаниями и навыками, легче справляются с ремонтом приборов, с другой — сами создают новые устройства или усовершенствуют старые.

Следует особо подчеркнуть, что работа с электронными и электрическими приборами, а также вмешательство в их кон­струкцию, требуют знания техники безопасности. В электри­ческих приборах опасность создается не только напряжением сети, но и механическими передачами и нагревательными эле­ментами.

Поэтому человеку, делающему первые шаги в радиолюби­тельстве, нужно начинать с конструирования приборов с низко­вольтным питанием, осуществляемым через трансформатор от сети или от батареи. В несложных сигнальных устройствах уста­навливаются электромагниты и двигатели, работающие также от батарей. Их использование в домашнем хозяйстве (от элект­ронного дверного звонка до средств сигнализации, устанавли­ваемых на кухне, в подвале или детской комнате) имеет целый ряд преимуществ.

Некоторые устройства, описанные в этой книге, можно при­менить и в других областях, например для решения задач воспи­тания и обучения в школе, в армии, в общественных организациях.

Следует иметь в виду, что системы условных обозначений электронных деталей производства ГДР, ЧССР, НРБ, ПНР и ВНР, используемых авторами, не совпадают с аналогичными системами деталей советского производства.
Поэтому в большинстве случаев требуется подбор конкретного типа того или иного полупроводникового прибора. В связи с этим по тексту книги и в при­ложении даются практические рекомендации по замене зарубежных деталей аналогичными отечественного производства, для каждой описываемой схемы в отдельности [Дополнения (мелким шрифтом) и приложение с согласия авторов написаны кандидатом технических наук В. А. Васильевым. — Прим. ред.].

2. ГРАНИЦЫ ПРИМЕНЕНИЯ

ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ В БЫТУ

Многообразие вариантов применения электроники в быту ограничено обеспечением безопасности и целесообразностью использования какого-либо прибора.

Границы, связанные с безопасностью, строго определены и основаны на опыте работы с электроустройствами. Небрежное отношение подвергает опасности как самого владельца, так и окружающих. Качество электрических и электронных приборов, выпускаемых промышленностью, контролируется государственны­ми органами. Не каждый прибор пригоден для работы в любых условиях, тем более что в быту они могут встретиться в самых неблагоприятных сочетаниях. Например, сетевые радиоприемники в деревянном корпусе нельзя устанавливать в ванной комнате или в подвале, воздух в котором имеет большую влажность. Важ­но также правильное заземление приборов.

Но, к сожалению, многие начинают с конструирования имен­но сетевых бытовых приборов и устройств; в литературе при их описании не всегда можно найти необходимые сведения по обеспе­чению безопасности. Например, о трансформаторе прежде всего надо знать, на работу в каких условиях он рассчитан (обычно это сухое помещение). Кроме того, должна быть предусмотрена соответствующая защита и маркировка его выводов.

Нельзя забывать, что многие бытовые приборы должны пери­одически отключаться для охлаждения, что тоже важно иметь в виду.

К сожалению, невозможно рассказать обо всем, что необхо­димо знать об электросети, к тому же целью этой книги ни в коем случае не является поощрение работ с сетевыми устройствами.


Выходом может явиться использование звонкового трансформа­тора, благодаря чему любители, особенно начинающие, могут работать, не контактируя с опасным напряжением 220 В. Трансфор­матор должен быть закрыт защитным кожухом из изоляционного материала, который может быть изготовлен в домашней мас­терской.

Энергетическая экономичность, обеспечивающая батарейное питание, достигается выбором соответствующих схемных решений.

Для реализации таких решений особенно многообещающими являются микросхемы на основе комплементарных МОП- или КМОП-структур. В некоторых случаях самые современные ре­шения не являются экономичными. Так, многие в принципе реализуемые устройства, например, на основе транзисторно-транзисторных логических (ТТЛ) схем, лучше все же выполнять на транзисторах, так как эти микросхемы отличаются большим потреблением энергии и требуют высокой стабильности напря­жения питания. Устройства, собранные на транзисторах (или другие аналогичные им, как правило, аналоговые схемы), зна­чительно менее прихотливы. Поэтому от слишком современных вариантов лучше отказываться. Критерием здесь всегда должен быть здравый смысл. Оптимальным является использование КМОП-микросхем, отличающихся малым расходом энергии при довольно широких колебаниях напряжения питания.

Если необходимо обеспечить световую или звуковую сигна­лизацию, собрать цифровой индикатор с приводом от электро­магнита или электродвигателя, источник питания всегда должен быть низковольтным. Следует напомнить некоторые правила работы с устройствами, питание которых осуществляется от электросети (например, с реостатными регуляторами накала ламп и т. п.):

1. Корпуса устройства с питанием от сети должны быть вы­полнены из электрически изолирующего материала, имеющего достаточную механическую прочность (например, из картона, по-ливинилхлорида, полиэфирной смолы и т. д.). Нельзя для этих целей использовать металл или другой электрически проводя­щий материал, даже если подключение производится защищенным проводом или корпус имеет заземление.



2. При сборке или ремонте не следует подключать устройство к сети. В случае ремонта перед снятием корпуса сетевую вилку необходимо вынуть из розетки.

3. Для подключения к сети необходимо использовать только стандартные провода и соединительные элементы. Ни в коем случае нельзя применять однополюсную вилку с пружинящим контактом (банановый штепсель) и подобные ей вилки!

4. На выходе из устройства шнур питания должен быть закреплен скобой для предотвращения растягивающих напря­жений.

5. Для защиты трансформатора от перегрузки при межвитко-вом замыкании, а также для защиты схемных элементов в первич­ной цепи следует предусмотреть предохранитель, рассчитанный на малый ток (например, 315 мА).

6. С проводами, по которым подается сетевое напряжение, не должны контактировать металлические детали, за которые берутся снаружи, и элементы низковольтных контуров прибора. Поэтому элементы схемы со стороны сети должны тщательно изолировать­ся. Особое внимание следует обращать на крепежные винты.

3. УСЛОВИЯ РАБОТЫ,

МИНИМАЛЬНЫЙ НАБОР ИНСТРУМЕНТОВ,

РАБОЧЕЕ МЕСТО

Понятие «бытовая электроника» охватывает широкий круг вопросов. Многие можно решить с помощью простых электро­технических устройств, в других же электроника лишь помогает лучше использовать уже имеющиеся устройства. Большое число бытовых приборов можно купить, но посредством усовершенст­вования (с учетом требований безопасности), например установки дополнительных клемм, выключателей и т. д., можно расширить их возможности.

Таким образом, имеются широкие возможности для при­ложения сил и смекалки домашнему мастеру, способному разо­браться в довольно простых электронных схемах. Основные сведения о схемах и технологии их сборки он может почерпнуть из обширной радиолюбительской литературы. В этой же книге приведены самые необходимые сведения по конкретным рас­сматриваемым устройствам. Большинство описаний может быть полезно тем, кто будет удовлетворен правильным функциони­рованием самодельных устройств, не вдаваясь в подробности их работы, а также тем, кого эта книга побудит (благодаря при­водимым пояснениям) к созданию новых устройств и усовершен­ствованию уже существующих.



Для сборки электронных устройств в домашних условиях необходимо в основном следующее:

паяльник мощностью около 20 Вт, предпочтительно работаю­щий через понижающий трансформатор. Сейчас имеются не­большие легкие паяльники, удобные для пайки схем. Желательно иметь припой в виде полой проволоки, наполненной канифолью, и малоагрессивный флюс;

круглогубцы и плоскогубцы;

пинцеты с узкими и желательно широкими губками;

бокорезы, желательно двух размеров;

небольшая механическая дрель (пригодная также, например, для намотки катушек и скрутки проводов);

небольшая электрическая дрель со стойкой для ее крепле­ния, сверла 1; 1,3; 1,5...1,7; 2; 2,4 и 3 мм (для получения отвер­стий в печатных платах и для резьбовых отверстий);

метчики от М2 до МЗ и соответствующие воротки;

плоские и круглые надфили и напильники с различной насечкой;

отвертки различных размеров;

лобзик с пилками для работы по пластмассе и металлу;

небольшие тиски;

легкий молоток;

кернер;

чертилка;

линейка;

различные натуральные и синтетические клеи (при высыхании этих клеев могут образовываться вредные испарения, поэтому

при работе с ними в домашних условиях необходимо обеспечить достаточную вентиляцию, но лучше все же проводить склейку, а также травление плат на открытом воздухе).

Как видим, этот набор состоит в основном из инструмента, который постепенно собирается в мастерской любого домашнего мастера, но занятия электроникой требуют несколько большего. Очень скоро обнаруживается необходимость в измерительных приборах. Промышленность выпускает современные относительно дешевые универсальные измерительные приборы. Их точность достаточно высока для большинства измерений, которые могут встретиться в практике радиолюбителя. Приемлемым является даже простой и относительно дешевый вольтамперметр, имею­щий довольно высокое собственное потребление тока и напря­жения. Конечно, в любом случае должна быть известна погреш­ность, вносимая измерительным прибором.

Кроме того, для работы необходим источник тока около 1 А при напряжении 5 В и 200 мА при 12 В.


Перечень остального тре­ буемого оборудования более или менее определится при сборке описанных в книге приборов и устройств.

Требования любителя к рабочему месту так же скромны, как и к инструменту. Здесь положительную роль играет миниатюри­зация электронных приборов. Конечно, вряд ли кто живет в иде­альной квартире. Однако для этих целей пригодны и чердак в старом и угол прихожей в типовом современном доме. Удобное рабочее место можно оборудовать в подвале. Возможные конф­ликты с остальными членами семьи зачастую затихают при сбор­ке первого самодельного бытового прибора.

Но многие любители вынуждены работать в жилой комнате. Тем более важно для них понимание и предупредительность родственников. И чаще всего первое, нужное всем устройство разобьет большую часть предубеждений, однако шум, по-видимо­му, всегда останется причиной общего недовольства. Поэтому при сборке электронных устройств в домашних условиях всегда стоит проблема времени и места: когда и где можно стучать молотком, пилить, сверлить, а также покрывать лаком или травить!

Патентованных рецептов здесь нет. Однако полезным будет уже то, что любитель, сильно увлеченный своими домашними занятиями, время от времени вспомнит об этом. Большую помощь оказывают небольшие вспомогательные средства. Так, кусок войло­ка, укладываемый под пишущую машинку, намного снизит шум; если на войлок положить стальную плиту и уже на ней произво­дить кернение печатной платы — эффект будет тот же.

Много шума бывает также от электронных приборов. По­этому там, где это возможно, в вечерние и ночные часы всегда следует использовать головные телефоны. Реальные условия воспроизведения (например, звук большой мощности, сравни­мый с воем аварийной сирены) можно имитировать с помощью омического эквивалентного сопротивления. Нагревательные при­боры (обычно) не вызывают никакого шума. Однако в небольших «чутких» квартирах шумным бывает даже опускание паяльника на подставку из жести или бокорезов на стол.


Кусочек асбеста, положенный на то место, где металл касается металла, или обре­зок войлока, применяемый в качестве подкладки для других инструментов, могут сотворить чудо.

Эти примеры можно продолжать сколь угодно долго. По­этому каждый должен поступать так, чтобы занятия электрони­кой в домашних условиях не стали причиной недовольства окру­жающих.

Предметом внимания должен быть не только шум. Не на каждом столе можно работать. В таком случае можно использо­вать чертежную доску. На двух планках, закрепленных на торцах доски так, чтобы под ней оставался зазор, можно установить несколько розеток. Это обеспечило бы удобство включения паяльника, здесь же можно закрепить звонковый трансформатор. Несколько розеток можно закрепить на колодке на задней стороне доски (на эти розетки легко подать, например, напряжение со звонкового трансформатора); здесь же можно закрепить один-два измерительных прибора и небольшой контрольный громко­говоритель. Фантазия при оборудовании такого рабочего места не имеет границ!

Практическое преимущество приподнятой доски состоит в том, что под ней удобно положить необходимые предметы (или даже уложить их в выдвижные ящики): блокнот для хранения схем и чертежей, коробочки с резисторами, конденсаторами и т. д. Зад­няя сторона может быть выполнена в виде подставки для нот, что позволит использовать ее для установки образцов, принципиаль­ных и монтажных схем, а также для другого справочного материа­ла. Не следует также забывать о предметах, которые могут упасть со стола — от кусков проволоки до паяльника. Чтобы не повредить при этом пол, следует закрыть его половичком.

Первые шаги в любительских занятиях электроникой, как правило, определяются любительской литературой. Однако позд­нее любители переходят к собственным разработкам, в частно­сти, к варьированию приводимых в литературе схем или к полной переработке их. Так, например, прибор с батарейным питанием может быть дополнен памяткой типа календаря (поскольку не существует батарей, о которых можно забыть после их установки; аккумуляторы же необходимо периодически подзаряжать вслед­ствие их саморазряда).


Но при этом нельзя забывать о четких метках на всех проводах, которые идут от сигнального устройства, и недопустимости их прокладки вблизи телефонных и электро­осветительных проводов.

4. УСТРОЙСТВА ПОДАЧИ АКУСТИЧЕСКИХ И ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Сигнал должен привлекать внимание. Гость возвещает о своем приходе, нажимая кнопку звонка. И то, что теперь при этом раздается не резкий звонок, а звучит приятная мелодия, является заслугой электроники.

Сигналы могут быть оптическими и акустическими, подаются они с самыми разными целями: сигнал будильника, окончания процесса стирки в стиральной машине, повреждения холодильника и т. д.

Акустический сигнал является «сигналом для всех». Вряд ли его можно не услышать, он поднимет даже спящего. Иное дело — для людей с дефектом слуха. Для них созданы, например, опти­ческие дверные «звонки», источники света в которых — при их благоприятном расположении — также служат надежными сигна­лизаторами.

Оптические сигналы могут получить широкое распростране­ние в случаях, когда это не запрещено. Так, для переносного приемника световых сигналов, используемого людьми с дефекта­ми слуха, необходим передатчик таких сигналов, на ношение которого нужно специальное разрешение. Можно ожидать, что в обозримом будущем раздвинутся границы применения бытовых ультразвуковых устройств передачи информации и мощных инфракрасных передатчиков.

Оптические сигналы обычно используются меньше, чем акустические, но они могут подаваться в дополнение к ним. До­статочно, если между человеком и прибором на требуемое время создается канал связи или если человек находится в поле действия оптического прибора, например телевизора. Оптическим сигналам следует отдать предпочтение при их использовании в качестве «хранимой информации», например, в случае, когда при поступ­лении аварийного сигнала реакция необходима только через не­которое время. Так, при наблюдении за уровнем воды на гидро­торфяниках сигнал тревоги подается заблаговременно.


Иное дело в случае сигнализации о наполнении ванны или об окончании под­жаривания тостов. По крайней мере для первого примера реко­мендуется обеспечить подачу довольно сильного звукового сигна­ла, желательно с предупредительным оповещением и с резерви­рованием по времени.

Поскольку целью сигнализации является выдача информации, а подача звукового или мигающего оптического сигнала в боль­шинстве случаев может быть осуществлена с помощью простых устройств, то можно предложить большое число вариантов их применения и необходимых для этого решений, задачей которых является формирование сигналов, характеризующих контролируе­мые процессы. Это относится и к конструкции самих приборов и устройств.

4.1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ УСТРОЙСТВ СИГНАЛИЗАЦИИ

События, о которых может потребоваться сигнализация в быту, довольно разнообразны, поэтому для оповещения о каж­дом из них, как правило, необходим отдельный преобразователь  (датчик) информации (рис. 4.1.). Явлением, событием, о котором необходимо получить сигнал, может быть действие, произведен­ное человеком (например, нажатие на кнопку звонка), или какая-либо физическая величина (звуковое или механическое давление, влажность, свет, температура и т. д.). В качестве преобразовате­ля (датчика) может быть использован контакт, микрофон, свето-или теплочувствительный элемент и т. д. Задачей порогового переключателя является преобразование аналоговой информации о свершившемся событии (явлении) в информацию вида «Да-Нет». Генератор сигнала, например собранный по указаниям раздела 4.3, обеспечивает срабатывание сигнализатора (громко­говорителя, капсюльного микрофона, ламп, светодиодов и т. п.). Информация на выходе преобразователя имеет вид электриче­ского напряжения, которое может быть использовано для подачи оптического или акустического сигнала. И только в пределах самой электронной схемы, информация в которой уже имеет вид уровня напряжения или его изменения, такой преобразователь не нужен.



Большая часть входной информации является аналоговой, при этом уровень сигнала может быть любым. Поэтому сначала не­обходимо определить, при каком уровне входного сигнала должен подаваться сигнал оповещения. Обычно задаются верхняя и нижняя границы этого уровня, иногда же несколько его значений (напри­мер, преобразователь может быть отрегулирован на заданный температурный диапазон, соответствующий оптимальным темпера­турам, и на два граничных значения).

Рис. 4.1. От информации к сигналу

Ниже рассмотрены преобразователи, наиболее употребимые из большого числа тех, которые можно использовать для бытовых приборов и устройств.

4.1.1. Подача сигнала касанием

Электрический контакт является простейшим преобразова­телем механического воздействия в электрическое (замыкая или размыкая электрическую цепь), область применения которого чре­звычайно широка. Без дополнительного промежуточного звена (но при этом устройство должно работать при больших токах и напряжениях) он сразу же полностью включает или полностью выключает цепь генерирования сигнала. Тривиальный пример тому — электрический звонок. При этом возможно использование кнопок любых типов.



Рис. 4.2. RS-триггер, обеспечи­вающий надежную однократную по­дачу импульса после замыкания кон­такта (сигнал на выходе появляется при его верхнем положении, RC-це-почка нужна при большой длине провода между контактом и входом)



Рис. 4.3. Здесь достаточно обыч­ной кнопки, если на нее нажимать не слишком долго (разряжая конденса­тор С только до уровня L)

Схема усложняется, если контакт включает одновременно несколько входов. Так, например, если при нажатии кнопки вклю­чается генератор мелодии, собранный на цифровой микросхеме, то входной (следующий сразу же за кнопкой) контур обеспечи­вает защиту этой схемы от кратковременных вибраций, незамет­ных для человека. Эти вибрации вызываются действием пружины, при этом происходят многократные замыкания и размыкания контакта, внешне кажущегося замкнутым.


Чаще всего в таких случаях используют «противовибрационную» схему на RS-триггере (рис. 4.2), которая требует только одного переключателя.

В триггере по схеме на рис. 4.2 можно использовать половину интеграль­ной микросхемы К133ЛАЗ, содержащей четыре элемента 2И-НЕ.

Приведенная схема включает в себя также RС-фильтры, пред­назначенные для подавления различных помех, которые может «принять слишком длинный провод от кнопки до входа схемы и которые в ином случае могли бы привести к срабатыванию тригге­ра. Два резистора в положительном плече цепи питания также служат защитой от помех, подавая на открытые входы потенциал, заведомо соответствующий уровню Н [H и L — сокращения от английских слов high (высокий) и low (низкий), соответствуют логической единице и нулю. — Прим. пер.]. При использовании схемы по рис. 4.3 можно применить нормальную кнопку. Но при этом продолжительность нажатия на нее не должна превышать время разрядки конденсатора С. Подобным же образом происходит срабатывание этой схемы от импульсных помех, наводимых на провод при открытом контакте. Учитывая требование к току на входе ТТЛ-схемы (уровень L), не следует превышать сопротивле­ние резистора, указанное на рис. 4.3.

В устройстве по схеме на рис. 4.3 можно применить один элемент 2И-НЕ интегральной микросхемы К133ЛАЗ или К155ЛАЗ.

Кроме первичной задачи — преобразования механической энергии в электрическую — контакт в реле имеет и другие на­значения. В обычных электромеханических реле при возбуждении обмотки включается, как правило, вся контактная группа. В слу­чае же герметизированных контактов, напротив, от обмотки, заключенной в стеклянную трубку, или даже от расположенного рядом постоянного магнита включается только один контакт. Такие контакты обычно применяют для сигнализации о наступлении порогового значения контролируемого параметра, причем анало­говое изменение его оценивается в цифровой форме, а именно — контакт срабатывает при достижении этого порога.

Контакты подвержены электрическому и механическому из­носу, они чувствительны к различным климатическим воздейст­виям.


Самодельные контакты вряд ли будут достаточно надежны­ми, поэтому по возможности всегда следует использовать реле промышленного изготовления.

Кроме того, контакты могут быть опущены в электропрово­дящую жидкость или залиты электропроводящей резиной, при сдавливании которой они замыкаются. И в том и в другом случае происходит химическое взаимодействие со средой, в которой они находятся; подробнее эти случаи будут рассмотрены в соответ­ствующих разделах. Подобные этим химические воздействия возникают также в случае сенсорного переключения (при касании поверхностей площадок). «Сенсор», необходимый для решения таких задач, всегда следует рассматривать совместно с более или менее сложным электронным устройством. Объем же требуе­мых мер по защите электрических цепей определяется конкрет­но — от условий применения и рабочих напряжений.



Рис. 4.4. Конструкции различных сенсорных переключателей:

а — многоканальное сенсорное устройство, выполненное из материала для печатных плат (штрихпунктиром обозначено отверстие в корпусе при­бора); б — плоский контакт; в — кон­центрические электроды; г — концент­рические электроды, одним из кото­рых является полая заклепка; д — устройство с использованием детали медного украшения; 1 — прорезь; 2 — общий проводник; 3 — отверстие для припайки проводника; 4 — полая за­клепка; 5 — центральный контакт из детали украшения

Клавиши сенсорных переключателей телевизионных и радио­приемников, получившие сейчас наибольшее распространение, за­мыкают электрические цепи, внутреннее сопротивление которых во много раз больше сопротивления кожи пальцев. Так, типичным сопротивлением развязывающего резистора является 22 МОм, сопротивление же кожи на пальцах составляет от нескольких десятков до нескольких сотен кОм. Там, где для этих целей нельзя использовать схемы на МОП-транзисторах (рабочее напряжение МОП-микросхемы U 700D все же равно 27 В, a U 705D — 12 В), входное сопротивление схем может быть снижено до сопротив­ления, примерно равного сопротивлению кожи.


В каждом случае необходимо следить, чтобы влага и грязь не снижали сопротивление так, что становятся возможными ложные срабатывания. Предель­ные значения указаны в технических характеристиках приборов. Для постройки в любительских условиях лучше использовать устройства, срабатывающие при сопротивлении ниже примерно 0,5 МОм (лучше несколько увлажнять палец, чем мириться с постоянными ложными срабатываниями при большой влажности воздуха!). Это приводит к значительному упрощению конструк­ции клавиш. Тогда их можно выполнить из обыкновенного карто­на, покрытого медной фольгой, вытравив непосредственно на клавише токопроводящие дорожки. Желательно разъединять их слоем диэлектрика, чтобы исключить электрический контакт при загрязнении.



Рис. 4.5. Сенсорный переключатель с высокоомным входом, собранный с одной парой сенсорных площадок и на двух КМОП-микросхемах

Возможные конструкции простых сенсорных устройств показа­ны на рис. 4.4.

Для переключателя «Вкл.-Выкл», например типа SUS-1, вы­пускаемого в ГДР с 1978 г. и выполненного на печатной плате, не­обходимо два сенсорных устройства. Но в литературе (журнал «Elektor», 1978, № 1) описан сенсорный переключатель, собран­ный только с одной парой площадок, на базе КМОП-микросхемы. Конденсатор емкостью 0,022 мкФ на схеме переключателя, по­казанной на рис. 4.5, «хранит» ее состояние, будучи заряженным или разряженным в зависимости от потенциала на выходе первой КМОП-микросхемы. Этот потенциал, обратный потенциалу входа, при замыкании пальцем поверхностей сенсорного устройства подается на вход и приводит к опрокидыванию первой микро­схемы. Новое состояние сохраняется за счет резистора связи на выходе второй КМОП-микросхемы, благодаря которому при каждом переключении этот выход получает потенциал, равный потенциалу на входе.

В генераторе по схеме на рис. 4.5 можно применить два элемента из четы­рех (2И-НЕ), имеющихся в интегральной схеме К176ЛА7.

4.1.2. Сигнализация об акустических явлениях



Шум является насколько интересным, настолько и пробле­матичным источником информации для средств сигнализации: интересным — так как (как и свет) он не требует прямого контак­та с датчиком на коротких расстояниях, проблематичным — по­скольку в «нормальных» условиях и без того шум силен, по меньшей мере в городских жилых районах с большим движением транспорта. Учитывая, что сигнал должен быть подан только об определенном акустическом явлении, необходимо предусмотреть меры для выделения его амплитуды или частоты. Это означает, что выделяемый из общего шума сигнал должен быть заметно сильнее этого шума (как например, в случае удара), или должен иметь иную частоту. Кроме того, для обеспечения помехоустойчи­вости схемы следует применять импульсную модуляцию сигнала. Эти методы выявления сигналов подобны применяемым в технике дистанционного управления моделями и описанным в книге Г. Миля [См. русский перевод: Г. Миль. Электронное дистанционное управление моделями. — М.: ДОСААФ, 1980.]. Как другой экстремальный случай при высоком уровне шума можно рассматривать оценку «молчания». При этом, на­пример, можно разработать устройство, сигнализирующее на рас­стоянии об остановке двигателя или окончании какого-либо другого процесса, связанного с генерированием сильного шума.

К сожалению, любителю доступны, как правило, схемные элементы, предназначенные только для слышимого диапазона акустического спектра; однако сейчас уже имеются ультразву­ковые преобразователи, используемые для дистанционного управ­ления телевизионными приемниками. Поэтому в необходимых случаях можно собрать передатчик ультразвуковых колебаний для управления каким-либо устройством в пределах квартиры.

Преобразователем звуковых колебаний в изменения ампли­туды электрического тока может быть угольный или динамиче­ский микрофон или малогабаритный динамик, применяемый в качестве микрофона. Для этих целей могут быть использованы и современные электромикрофоны, применяемые в кассетных магнитофонах, но нельзя забывать, что в настоящее время они еще вряд ли доступны любителю.


Для преобразования звука можно применять также капсюльные микрофоны от головных телефонов или от старых телефонов. Не считая угольного микро­фона, играющего роль изменяющегося при изменении звукового давления сопротивления и применяемого только в специальных случаях, все микрофоны при восприятии ими акустической на­грузки дают на выходе переменное напряжение звуковой частоты. Значение напряжения лежит в милливольтовом диапазоне (обычно около 1 мВ). Это напряжение, шунтируемое внутренним сопро­тивлением преобразователя, поступает на вход усилителя. При этом для получения удовлетворительной частотной характеристики рекомендуется использовать нагрузку, сопротивление которой примерно равно собственному сопротивлению усилителя, что, правда, при оценке акустических явлений (через пороговый пере­ключатель) играет меньшую роль, чем при использовании микро­фона для аналоговой передачи речи или музыки. Явления собст­венного резонанса, остающиеся неподавленными при высокоом-ной нагрузке, могут быть даже полезными в простых селективных системах; иногда этот эффект дополнительно усиливают с по­мощью конденсатора соответствующей емкости за счет резонан­са в диапазоне звуковых частот.

Усиление напряжения, получаемого на выходе акустического преобразователя, до значения, при котором может производить­ся управление пороговым переключателем, осуществляется уси­лителем переменного напряжения. Для решения задач контроля с использованием автономного источника питания преимущество имеют схемы, собранные на транзисторах. При питании от сети, например, через простой звонковый трансформатор, в настоящее время можно использовать операционные усилители А 109.

4.1.3. Фотоэлементы и термодатчики

Номенклатура доступных любителю фотоэлементов сегодня включает как «медленные» селеновые элементы (в некоторых случаях они пригодны даже для обеспечения питания схем) и относительно инерционные фоторезисторы, отличающиеся высокой чувствительностью при довольно больших рабочих токах, так и германиевые и кремниевые фотодиоды, а также кремниевые фототранзисторы, которые могут обрабатывать световые сигналы более высокой частоты.Соответственно устройством, подключае­мым к фотоэлементу, может быть усилитель переменного или постоянного тока — в зависимости от типа требуемого выходного сигнала. В табл. 4.1 приведены характеристики имеющихся в продаже фотоэлементов.

Приведенные в табл. 4.1 полупроводниковые фотоприборы аналогов советского производства не имеют.

Термодатчики сравнимы с фотоэлементами, облучаемыми «постоянным» светом. Типичными термодатчиками являются термо­резисторы и p-n-переходы диодов или транзисторных цепочек. В особых случаях можно также использовать тонкую медную проволоку (табл. 4.2).

Таблица 4. 1


Содержание раздела

---

---