Тональный генератор мелодичного сигнала

В мелодийном генераторе по схеме на рис. 4.31 можно использовать следую­щие полупроводниковые приборы: вместо Р193С (D193C) — К155ИЕ7, Р210С — К155ЛА4, Р200С — К155ЛА2, МН74154 — К155ИДЗ, КР517 — КТ361Г, SF126E — КТ602Г, SAY-12 — Д226В, SZX215.6 — КС156А, 15 развязывающих диодов — Д220 или Д219, КД103, КД105 с различными буквенными индексами.

4.4.2. Электронные включатели с индуктивным или акустическим управлением

Комбинация каскада, собранного на транзисторах со взаимно дополняющими структурами и потребляющего в состоянии покоя ток лишь в несколько десятков мА, и усилителя переменного тока на кремниевых транзисторах, также отличающегося малым потреблением тока, позволяет построить электронный включа­тель, который должен срабатывать по командам извне. При номиналах схемных элементов, указанных на рис. 4.32, такой включатель в состоянии покоя потребляет ток около 50 мкА, после включения — около 5 мА. Он пригоден, следовательно, для работы независимо от сети и позволяет обеспечить запуск различных процессов, например включение вторичного сигнала телефонного вызова (см. раздел 4.4.3). Включатель может реагировать как на переменное магнитное поле, так и на звук. Но чтобы ни электро­магнитные помехи, ни случайные шумы (при использовании микрофона в качестве датчика) не приводили к его срабатыва­нию, чувствительность и время реакции должны иметь соответ­ствующие значения. Выходной каскад должен быть рассчитан так, чтобы к нему могла быть подключена нагрузка, максимальный постоянный ток которой составляет около 200 мА.

Рис. 4.32. Электронный включа­тель с чувствительным входом и ми­нимальным потреблением тока в состоянии покоя (около 40 мкА в за­висимости от напряжения питания и сопротивления резисторов R3 и R6)

Основным назначением описанного ниже включателя являет­ся обеспечение связи будильника с радиоприемником без вмеша­тельства в конструкцию самого приемника. Он просто устанавли­вается рядом с будильником или на нем.
Выход подключается к цепи питания радиоприемника, т. е. здесь должен быть преду­смотрен соответствующий разъем.

В зависимости от типа будильника на входе включателя должен быть установлен микрофон (например, капсюльный) или катушка индуктивности. Последняя необходима в случае исполь­зования широко распространенных малогабаритных будильников типа «Sumatic», генератор звуковой частоты которых — независи­мо от громкости звучания — при включении создает сильное магнитное поле [Для этой цели можно использовать электронно-механические и электрон­ные будильники. — Прим. пер.]. Благодаря самоудержанию электронного включателя при его срабатывании он остается включенным даже пос­ле окончания работы звонкового устройства будильника и отклю­чается только после нажатия на клавишу останова, но при отсутствии сигнала. В комбина­ции с электронным многотональ­ным генератором этот включа­тель (теперь уже без устройства самоудержания) может найти применение в качестве устройства подачи вторичного телефонного вызова (см. также раздел 4.4.3). Схема по рис. 4.32 содержит элементы, которые устанавлива­ются не во всех ее вариантах. Их номиналы указаны приблизи­тельно и должны окончательно определяться при настройке. Ре­зистор R1 необходим только при напряжении питания 4 В, при выборе его номинала, а также номиналов резисторов R2 и R5 необходимо учитывать указания по рис. 4.33. Конденсатор С6 нужен только при работе с пе­реносным приемником. Учитывая большой разброс усиления по току кремниевых транзисторов, поступающих в продажу, сборку следует начинать с пробных схем, с помощью которых мож­но найти оптимальные номиналы схемных элементов. Некоторые трудности при этом вызывает настройка усилителя низкой час­тоты. Из-за малости тока питания использование электролитических конденсаторов для связи исклю­чено, так как вследствие обрат­ного тока коллектора транзисто­ра они подавали бы на него ток, намного превышающий тре­буемый ток базы.


Кроме того, расчет на срабатывание вклю­чателя при воздействии пере­менного магнитного поля часто­той 50 Гц электросети и подключенных к ней приборов, как правило, нежелателен. Бумажные кон­денсаторы, играющие роль фильтров верхних частот, довольно хорошо подавляют это влияние. Однако при использовании вклю­чателя для телефонных вызовов необходима его реакция именно в области нижних частот, так как частота колебаний ударника те­лефонного звонка составляет лишь 25 Гц, правда, при относительно большой амплитуде. То есть здесь конденсатор связи должен иметь относительно малую емкость. При использовании же звонка в ка­честве сигнала схема должна быть рассчитана на оценку значи­тельно более высоких частот.

Но как же правильно найти режим работы устройства? Рас­смотрим вариант схемы с напряжением питания 2 В, в котором между коллектором и базой для установки рабочей точки исполь­зованы только резисторы. Для настройки необходим амперметр со шкалой около 50 мкА, падение напряжения на котором извест­но (его необходимо учитывать при настройке). С помощью резисто­ра в цепи базы, который вначале заменяют потенциометром, устанавливают рабочий ток, как это показано на рис. 4.33. Изме­нения сопротивления резистора R2 в обе стороны должны при­водить к четким изменениям тока.

Если резисторов достаточно большого сопротивления, необхо­димых для установки в цепь базы при высоких усилениях по току, в наличии нет, то можно снизить сопротивления резисторов в цепи коллектора. Но это приведет к повышению тока покоя, поэтому лучше устанавливать резисторы параллельно участку база-эмит­тер, как это необходимо, например, при напряжении литания 4 В. Диапазон температур, при котором возможна стабильная работа включателя, должен незначительно отличаться от темпера­туры, при которой производилась настройка, так как напряжение между базой и эмиттером при определенном токе базы падает с ростом температуры примерно на 2 мВ/К.

Рис. 4.33.


Установка рабочей точки УНЧ (при Ri>0,1 Rk в знаменателе долж­но стоять 2Rk + Ri)

На входе усилителя низкой частоты установлена клемма, кото­рая в состоянии покоя подключает катушку индуктивности, вхо­дящую в состав усилителя, ко входу. Эта катушка содержит при­мерно 1000 витков медного покрытого эмалью провода диа­метром около 0,3 мм, намотанного на ферритовый стержень диаметром 8 мм и длиной примерно 60 мм. Сигнал, поступаю­щий на усилитель с катушки или с микрофона, усилива­ется так, чтобы он был до­статочным для переключе­ния входящего в схему каскада усиления на тран­зисторах со взаимно дополняющими структурами. Сигнал на этот каскад поступает через конденсатор емкостью 0,022 мкФ и цепочку диодов, производящих его детектирование, причем положительные полуволны использу­ются для управления работой последующего каскада усиления на транзисторе V3, а отрицательные замыкаются на массу. Ток транзистора V3, таким образом, содержит усиленные положитель­ные полуволны сигнала низкой частоты, которые накапливаются конденсатором емкостью 22 мкФ, параллельным участку база-эмиттер р-n-р транзистора, благодаря чему на этот транзистор по­стоянно подается потенциал отпирания. В свою очередь, его кол­лекторный ток на резисторе нагрузки создает постоянное напря­жение, открывающее транзистор выходного каскада. Для контроля рабочего состояния этого транзистора в его коллекторную цепь вначале была включена лампочка на напряжение 3,8 В и ток 0,7 А, но она остается включенной лишь до тех пор, пока на выходе усилителя низкой частоты имеется достаточно большое переменное напряжение. Обратная связь (осуществляемая резисто­ром сопротивлением около 10 кОм, включенным последовательно с диодом GA100 и предотвращающим короткое замыкание входа по переменному току) обеспечивает, однако, самоудержа­ние. Как только конденсатор С5, включенный в цепь обратной связи, заряжается через резистор R9, он удерживает открытым первый (р-n-р) дополняющий транзистор усилителя.


Гашение лампочки обеспечивается клавишей, контакт которой параллелен этому конденсатору (контакт клавиши возврата K постоянно за­мкнут в режиме самоудержания). Но это возможно, если вход оконечного транзистора дополнительно не нагружен. Ко входу при необходимости можно параллельно подключить еще один конденсатор, что целесообразно, если, например, необходимо включать радиоприемник, который в ином случае издает гул, продолжающийся до момента полного включения.

Повышение сопротивления резистора в цепи обратной связи необходимо, когда питание схемы должно осуществляться напря­жением, равным напряжению питания включаемого объекта (чаще всего превышающему 2 В). В этом случае необходим был бы трехжильный провод, а также изменение номиналов схемных элементов усилителя низкой частоты. При более высоком напряжении питания иногда достаточно чувствительным может быть даже однокаскадный усилитель. В некоторых случаях, как уже говорилось, желательно отключение обратной связи. Для этого достаточно клавишу дополнить фиксатором или ввести выключатель в цепь обратной связи.

В устройстве по схеме на рис. 4.32 транзисторы VI, V2 и КЗ должны быть кремниевыми n-р-n со статическим коэффициентом передачи тока не менее 100, например КТ373А, КТ373Б, КТ373В. Можно также использовать отдельные экземпляры более доступных транзисторов КТ312Б и КТ315Г. Транзистор V7 также должен быть кремниевым n-р-n, но его статический коэффициент передачи тока может быть меньше, до 40...50. Транзистор V6 — германиевый, р-n-р, со статическим коэффициентом передачи тока не менее 30, например МП25Б, МП26Б, МП41, МП42Б. Диоды V4 и V5 — германиевые, Д18 или Д20, но можно Д9В или Д9Д.

4.4.2.1. Бесконтактное включение переносного радиоприемника по сигналу будильника типа «Sumatic»

Для решения этой задачи в данном случае использован мало­габаритный будильник типа «Sumatic» (см. предыдущий раздел). Принцип действия электронного включателя ясен из рис. 4.34. При этом в приемнике в месте разрыва цепи питания необходимо установить гнезда для штекера головного телефона.


Пока штекер не вставлен, приемник работает как обычно, при вставленном же штекере, т. е. при подключении к приемнику описываемого вклю­чателя, он начинает работу только при срабатывании будильника.



Рис. 4.34. Схема работы включателя переносного приемника по сигналу будильника типа «Sumatic-»

Для предотвращения возможных связей в цепи переключаю­щего транзистора рекомендуется параллельно гнезду установить электролитический конденсатор емкостью от 470 д 1000 мкФ, если в приемнике уже не предусмотрена достаточная защита против появления такого эффекта, равноценного действию разряженной батареи. При отсутствии защиты этот эффект проявляется при первом же опробовании. Безусловно, необходимо следить за правильностью подключения цепи питания относительно выводов оконечного транзистора в электронном включателе.

Будильник устанавливается на электронном включателе или перед ним. После срабатывания будильника включатель с запазды­ванием 2...3 с (предусмотренным для повышения его помехо­защищенности) включает приемник, начинающий работу на зара­нее выбранной программе и с нужной громкостью. Необходимо добавить, что для подключения электронного включателя не­обходим двухжильный провод с двумя коаксиальными штекерами на его концах.

4.4.3. Электронное устройство подачи сигнала

вторичного телефонного вызова

В больших акустически неблагоприятных квартирах зачастую трудно расслышать телефонный звонок. Неприятный вблизи, вдали он тонет в квартирных шумах. Решением проблемы здесь может быть разнесение громкоговорителей и обеспечение мело­дичности их сигналов.

Основной трудностью в этом случае является передача сигнала с телефонного аппарата на сигнальное устройство. По­скольку вмешательство в конструкцию аппарата недопустимо, возможным решением остается обеспечение акустической или индуктивной связи. И та и другая имеют как преимущества, так и недостатки. Акустическая связь требует наличия в телефонной сети источника звука.


Но такой источник отсутствует, когда шнур телефонного аппарата вынут из разъемной розетки или регулятор громкости звучания звонка поставлен на «Тихо», т. е. в этом случае может оказаться необходимым даже закрывать телефонный аппа­рат вместе с сигнальным устройством шумопоглощающим кожу­хом, чтобы получить достаточно сильный сигнал.

На рис. 4.35 представлены три варианта передачи. Вариант а не требует пояснений, так как здесь звонок телефонного аппарата вызывает срабатывание другого звонкового устройства. Варианты бив отличаются в принципе. В то время как схема по рис. 4.35, б генерирует звуковую частоту «в ритме» сигнала телефонного звонка, т. е. в паузах звуковая частота не генерируется, схема по рис. 4.35, в обеспечивает подачу непрерывного звукового сигнала, громкость которого соответствует громкости звонка.

В обоих последних случаях сигнал на выходе микрофона или катушки индуктивности, составляющий всего несколько мВ, должен быть предварительно усилен так, чтобы он был достаточен для срабатывания электронного или электромагнитного включателя. В варианте в звено выдержки времени обеспечивает перекрытие пауз в звучании телефонного звонка, а дополнительный канал управления позволяет изменять громкость звучания сигнального устройства.



Рис. 4.35. Три варианта передачи вызывного сигнала телефонного аппарата на другое сигнальное устройство:

а — прямая передача с помощью датчика (микрофона или катушки индуктив­ности); б — передача на генератор звуковой частоты, срабатывающий по сигналу порогового переключателя (звучание монотонное, синхронное со звучанием теле­фонного звонка); в — передача с использованием звена выдержки времени, обеспечивающего непрерывность звучания сигнального устройства (кроме того, возможна регулировка громкости звучания посредством прямого управления ре­жимом работы усилителя сигнального устройства)

Конструкция этого устройства зависит главным образом от того, будет ли производиться его питание от электросети или через небольшой трансформатор, причем оба варианта имеют свои преимущества и недостатки.


Если «передатчик» устанавли­ вается на настольный телефонный аппарат, то дополнительные провода могут и не потребоваться.

Установленное на одном месте устройство вторичного телефонного вызова не будет подвержено воздействию помех, если провода громкоговорителей не будут проходить близко к проводам питания. Если в качестве источника питания использо­вать звонковый трансформатор, то он и без того должен быть расположен на некотором расстоянии от катушки индуктивности, чтобы его относительно сильное магнитное поле не приводило к постоянному срабатыванию устройства.

Прием сигнала звонка вообще является основным моментом в решении этой задачи. В то время как при полностью пластмас­совом корпусе телефонного аппарата (например, у аппаратов типа W58 и W63, выпускаемых в ГДР) магнитное поле в простран­стве вокруг него достаточно сильно (в соответствующих датчиках оно может генерировать напряжение без нагрузки до нескольких сотен мВ!), наиболее благоприятным местом для установки датчика в некоторых часто встречающихся аппаратах, как напри­мер в аппаратах чехословацкого производства, имеющих стальной «поддон», является внутренность рычажного механизма.

Для телефонных аппаратов типа W58 и W63 возможно использование катушки индуктивности, описанной в разделе 4.4.2, для телефонов предприятия «Tesla» катушка должна быть более короткой. Это может быть катушка реле, рассчитанных на номи­нальное напряжение 6 и 24 В.



Рис. 4.36. Генератор звука сирены, собранный на микросхеме УНЧ и уси­лителе сигнала датчика, фиксирующего магнитное поле телефонного звонка

Кроме уже описанных вариантов включателя здесь может быть использована комбинация из трех транзисторов и микро­схемы УНЧ, например A211D, с таким же малым потреблением тока в состоянии покоя (рис. 4.36). На входе и в этом случае может быть установлен усилитель переменного напряжения при малом токе. Так как в зависимости от экземпляра микросхемы для ее надежного функционирования достаточно напряжение питания от 4 до 4,5 В, коллекторный ток этого каскада составляет менее 0,2 мА.


Усиление каскада по напряжению достаточно, чтобы через схему удвоения на двух германиевых диодах и с емкостной связью (диоды должны иметь низкое пороговое напряжение, лучше всего для этой цели использовать участки коллектор-база низко­частотных германиевых транзисторов GC116 и им подобным) получить напряжение, необходимое для надежного переключения усилителя постоянного тока, собранного на двух транзисторах со взаимно дополняющими структурами. С помощью выбора сопротивления коллектора третьего транзистора можно полу­чить максимальную частоту (чем меньше R, тем больше часто­та). Это сопротивление должно оставаться настолько большим, чтобы еще была возможна генерация. Конденсатор и резистор, через который происходит разрядка конденсатора, введенные меж­ду транзисторами усилителя постоянного тока, обеспечивают генерирование звука сирены при периодической подаче звонка (сам звонок при этом может быть тихим, так как необходимо только возбуждаемое им поле). Таким образом, это устройство позволяет с помощью двухжильного провода обеспечить теле­фонный вызов в любом месте квартиры и с любой громкостью. Микросхема УНЧ A211D в состоянии покоя потребляет до­вольно малый ток — у большинства экземпляров при напряжении 4 В он составляет меньше 0,5 мА. Обратная связь между выходом и неинвертируемым входом (условие положительной обрат­ной связи) может быть эффективной только тогда, когда на этот вход через второй транзистор и его развязывающий резистор подается напряжение смещения, обеспечивающее нужный режим работы. Так как входной транзистор микросхемы (вывод 8) является p-n-р транзистором RС-генератора тока с элементом возбуждения в эмиттерной цепи, он управляется током, теку­щим от массы.



Рис. 4.37. Использование генератора на КМОП-микросхемах (см. рис. 4.51) в комбинации с предварительным усилителем, играющим роль генера­тора сигнала о появлении переменного магнитного поля

Преобразование частоты переменного электромагнитного поля, генерируемого звонком будильника, в другую частоту вместо прямого усиления микросхемой A211D необходимо, поскольку частота 25 Гц этого поля является очень низкой, плохо слыши­мой звуковой частотой.


Описываемая схема улучшает качество звучания, приближая его к звучанию механического звонка.

Еще больше снизить ток покоя можно при использовании КМОП-микросхемы, состоящей из четырех логических схем И-НЕ. В генераторе, представленном на рис. 4.37 и подробнее рассмотренном в следующем разделе, необходим только вход­ной усилитель тока покоя, подобный показанному на рис. 4.36. Чувствительность схемы относительно входа довольно высока. Поэтому она пригодна для сборки индикаторов различных магнит­ных полей. Образец срабатывал уже при 11ЗФФоколо 20 мВ!

В усилителе низкой частоты (рис. 4.36) n-р-n транзисторы должны быть крем­ниевыми, с коэффициентом передачи тока не менее 30, например КТ312Б, КТ315Г. Транзистор p-n-р также кремниевый, КТ326Б или КТ316Г. Оба диода — германие­вые, Д9В или Д9Д. Интегральная микросхема может быть заменена на К174УН5 или К174УН7, К1УС744А, К1УС744Б (см. приложение, рис. П1...П4).

В усилителе по схеме на рис. 4.37 применяется интегральная микросхема К176ЛА7 и дополнительный диод типа КД503А или Д220А, Д226Г. В качестве излучателя можно использовать микротелефонный капсюль ДЭМ-4м.

4.4.4. Устройства сигнализации об открывании дверей и окон (для обеспечения безопасности детей)

Тяга детей к «открытиям» общеизвестна. Но, к сожалению, иногда она приводит к несчастным случаям. Кроме того, имеется множество других причин для установки простых, но надежных устройств, сигнализирующих о «нежелательном» открывании двери или даже окна и скомбинированных с датчиком, реаги­рующим на крик малыша. С одной стороны, такое устройство позволяет быть уверенным, что ребенок в большой квартире остается на месте, с другой стороны, оно дает возможность оста­вить его вне поля видимости (сигнализатор можно установить даже У соседей).




Содержание раздела

---

---