САМОДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА В БЫТУ
          

Транзисторный переключатель с сенсорным управлением


Как видно из принципиальной схемы, речь снова идет о би-стабильном мультивибраторе (триггере), собранном на транзисто­рах V2 и VЗ, включенных перед усилительными каскадами (V1 и V4). При подаче напряжения питания оба входных каскада заперты, а триггер может находиться в любом состоянии. После включения устройства триггер из этого состояния выводится с помощью конденсатора в цепи базы правого транзистора триггера. В момент включения конденсатор С2 запирает базу этого транзистора, так как сначала происходит его зарядка. Эта задержка, длящаяся всего несколько миллисекунд, приводит к тому, что левый тран­зистор открывается. Гальваническая связь с базой правого тран­зистора продолжает удерживать последний в запертом состоя­нии и далее, заперты также каскады на транзисторах V5 и V6. Бла­годаря этому при напряжении питания 4 В ток покоя схемы со­ставляет менее 100 мкА.

В устройстве по схеме на рис. 5.5 транзисторы V1...V5 могут быть КТ312Б КТ315Г. Транзистор V6 — КТ602А, П307А, П307В. Диод V7 Д226Г.

Возможны два варианта перевода триггера в новое состояние и, следовательно, открытия переключающего транзистора: дина­мический (однополюсное управление) и статический (двухполюсное управление). Выбор наиболее целесообразного варианта опреде­ляется характером применения схемы. Если провода ко входным клеммам короткие или если внешние сильные поля (передатчи­ков, осветительной сети) отсутствуют, то для переключения можно использовать импульс, поступающий на базу транзистора V1 при касании динамического входа пальцем (тело здесь играет роль «источника помех», обладающего антенным эффектом, или роль емкости). Триггер опрокидывается, так как входной тран­зистор на короткое время накоротко замыкает вход до сих пор открытого транзистора. В результате транзистор V2 запирается, через V3 течет ток, поддерживающий новое устойчивое состоя­ние, при котором транзистор V5 открыт. Если теперь кратко­временно коснуться другого входа, то устройство переходит в состояние покоя.




Рис. 5,6. Расширение схемы SUS1 мощным выходным транзистором, на­пример типа GD160, GD240, ASZ1015 и т. п.

Однако все может начаться случайно, если длинные провода или большие управляющие электроды «примут» какие-либо помеховые импульсы. Это явление можно использовать только для демонстрации эффектного номера — у наблюдателя пойдет кругом голова в догадках, каким образом происходят хаотические сраба­тывания лампы в такой маленькой коробочке.

Здесь целесообразно применить другой тип включения. Для этого прежде всего динамические входы Елнн соединяют с массой, а статические входы Ecтат и плюсовой провод питания подключают к небольшим сенсорным электродам, которые могут быть раз­мещены на некотором расстоянии от схемы (в зависимости от уровня помех при необходимости помехоустойчивость можно по­высить с помощью второго RС-фильтра). Развязывающий резистор в цепи статического входа защищает не только базу транзистора от слишком большого тока, но и в комбинации с конденсатором, в ином случае играющим роль «динамической» емкостной связи, образует фильтр низких частот, который эффективно замыкает накоротко, например, высокочастотные помехи (здесь использует­ся принцип разделения напряжений: сопротивление конденсатора мало для высоких частот, но бесконечно велико для постоянного напряжения). Выходной транзистор может непосредственно пере­ключать токи максимум до 500 мА, т. е. он заведомо в состоянии включать и выключать лампу на напряжение 3,8 В и ток 0,07 А (даже с учетом амплитуды импульса тока включения). В ином случае он должен быть дополнен мощным транзистором (рис. 5.6). В зависимости от типа транзистора (его обратного на­пряжения и коллекторного тока) с его помощью можно переклю­чать более высокие напряжения и токи. В этом случае иногда целесообразно поставить даже реле. Наиболее пригодным при напряжении питания 6 В является реле NSF30.1-6. Оно позволяет переключать токи до 2X3 А или напряжения до 250 В при макси­мальной мощности до 50 Вт во вторичной цепи.



Переключение более высоких мощностей требует и более мощного электромеханического переключающего звена, в котором названное выше реле может быть использовано в качестве про­межуточного. Следует помнить, что для ограничения импульса тока при отключении необходима установка диодов. Здесь можно следовать правилу: диод должен быть рассчитан по меньшей мере на ток, который подается на него открытым транзистором V6.

В устройстве по схеме на рис. 5.6 можно использовать транзисторы П214Г или П213Б, П215.

Описанная схема может быть с успехом использована для включения ламп в обычно темном помещении (например, в под­вале) с помощью карманного фонаря. Для этого его луч направ­ляют на фоторезистор, выделенный, скажем, светлым кружком. В результате зажигаются лампы, свет которых, однако, не должен падать на фоторезистор. Поскольку кратковременное воздейст­вие света карманного фонаря уже привело к переходу триггера в соответствующее устойчивое состояние, ничего другого для включения не требуется. Способ выключения определяется местными условиями. Тривиальным решением является установка пары сенсорных элементов, интереснее — использование второго фоторезистора. Для решения этой задачи зачастую достаточно бумажной трубки, защищающей фоторезистор от воздействия общего освещения, но не создающей преграды лучу карманного фонаря. Преимущество такого способа включения и выключения ламп очевидно: при его использовании фактически осуществляется полная изоляция сети.

5.4. УСТРОЙСТВО ВКЛЮЧЕНИЯ ЛАМПЫ АКУСТИЧЕСКИМ СИГНАЛОМ

Что делать, если необходимо войти в темное помещение, а фонаря нет? Помощь в этом случае может оказать устройство, включающее лампу по акустическому сигналу или же комбина­ция «включение лучом света — выключение голосом» (также при полностью изолированной осветительной сети). При использова­нии низкого напряжения наиболее частым вариантом этой схемы является, пожалуй, включение с помощью акустического сигнала и выключение касанием теперь уже видимых сенсорных электро­дов.




Однако условием надежности работы всех «акустических» переключающих устройств всегда будет достаточно малый уро­вень шума в помещении (в ином случае значительно усложняется задача выделения или кодирования акустического сигнала). В качестве достаточно чувствительного микрофона можно исполь­зовать малогабаритный громкоговоритель от старого карманного радиоприемника. Если в этом приемнике имеется и выходной трансформатор, то его также следует взять: это сэкономит по меньшей мере один усилительный каскад, без которого здесь не обойтись.



Рис. 5.7. Устройство для включения освещения акустическим сигналом и вы­ключения касанием сенсорных электродов

Свист (наиболее благоприятная тональность которого выби­рается с помощью проб), произведенный на расстоянии около 1 м от микрофона, вызывает появление на его выводах напряже­ния, амплитуда которого Uss может достигать 3 мВ (эффективное значение около 1 мВ). Это напряжение усиливается на усилителе, схема которого показана на рис. 5.7, примерно до 2 В, как было подтверждено измерениями на образце устройства. Полученное переменное напряжение поступает на детекторный каскад, отно­сительно малые емкости конденсаторов в котором определены опытным путем при оптимизации работы схемы. На выходе этого каскада появляется пульсирующее положительное напряжение, которое, для согласования уровней сигналов и подавления помех (импульсных помех в сети), снижается потенциометром при­мерно до 70...80 % (точное значение находят опытным путем) непосредственно на «статическом» входе схемы SUS-1 (экви­валентная схема приведена на рис. 5.5). В результате напряжение на этом входе возрастает настолько, что схема SUS-1 переводится в рабочее состояние. При этом на нагрузку, подключенную к выходу схемы, подается рабочий ток. В качестве нагрузки может быть установлена лампочка (3,8 В/0,07 А) или реле, включающее лампу большей мощности. Ко входу «Возврат» схемы SUS-1 (в качестве которого используется также «статический» вход) подключен сенсорный электрод.





Рис. 5.8. Простой блок питания со звонковым трансформатором для уст­ройства по рис. 5.7 (резистор 22 Ом — проволочный, стабилитрон крепится на радиаторе 30X30 мм)

В устройстве по схеме на рис. 5.7 можно использовать n-р-n кремниевые транзисторы КТ312Б, КТ315Г, КТ342А и диоды Д18, Д20, Д9В.

Целесообразна следующая последовательность команд, позво­ляющая не искать выключатель при входе в темное помещение (шума в котором обычно не бывает): «звук — свет, касание — темно­та». При выходе из освещенного помещения увидеть выключа­тель, разумеется, нетрудно. Благодаря малому току покоя (около 200 мА, при напряжении питания 4 В) это устройство можно пи­тать, например, от двух батарей на напряжение 1,5 В. Но можно установить и блок питания со звонковым трансформатором и стабилитроном (рис. 5.8). Питание от сети позволяет использовать и лампы большей мощности, как это было показано в разделе 5.3.

5.5. ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, ВКЛЮЧАЕМЫЕ ПО СИГНАЛУ БУДИЛЬНИКА

Большое удобство, особенно в зимний период, когда рас­свет долго не наступает, может принести устройство, включающее необходимые осветительные приборы по сигналу будильника. Кроме того, многие с трудом переносят яркий свет сразу же после пробуждения от сна, поэтому для них желательно, чтобы освещение не сразу включалось на полную мощность, а горела бы маленькая лампочка от карманного фонаря. Особый комфорт получается, если лампочки установить в тех местах квартиры, куда нужно пройти, встав с постели. Источниками питания могут слу­жить аккумуляторы, трансформаторные блоки, а также батареи.

Способы включения от будильника уже описаны в разделах 4.4.2, 5.4, а также представлены в разделе 8. Включение полного освещения может быть затем произведено с помощью сенсорно­го устройства.

6. ЭЛЕКТРОННЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАМКИ

6.1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАМКОВ

Описанные здесь электронные и электромеханические замки не призваны заменить обычные (и довольно надежные) механи­ческие, но во многих случаях могут расширить их функции, а иногда и заменить.


Причем речь идет в первую очередь не о дверях, а о шкафах, выдвижных ящиках стола, местах хранения документов, медикаментов и т. п. Электронные замки определенных типов имеют возможность дистанционного (переменного) программиро­вания. И наконец, они могут подавать сигнал тревоги при не­правильном (злоумышленном) открывании, не освобождая при этом дверь. Причем понимание принципа действия таких замков вряд ли может помочь открыть их, не зная кода, так как возможно­сти программирования любого типа здесь поистине безграничны. Конечно, такой замок может и отказать, как иногда ломают­ся обычные механические замки и ключи для них. При отказе электронного или электромеханического замка стараются обычно, как и в случае механического, открыть его силой. Электронный замок должен быть скомбинирован с механическим так, чтобы и поворот механического ключа, и подача тока открывания обеспе­чивали освобождение ригеля замка, т. е. речь идет о параллельном действии обоих замков. Можно предусмотреть также и последо­вательное их действие, причем освобождение ригеля с помощью электронной схемы не повышает надежность замка, так как меха­ническая его часть остается прежней. Однако и такие конструкции могут заинтересовать читателей. То, что механический замок должен открываться изнутри независимо от состояния электриче­ской или электромеханической схемы, должно быть само собой разумеющимся.

Электронные и электромеханические замки, описанные в этом разделе, можно применять там, где речь идет о сохранности каких-либо ценностей или же просто исключить вмешательство детей (ящики письменных столов, шкафов и т. п.). Основное условие — выход из строя этих конструкций не должен причинить вред людям и в случае необходимости их можно открыть силой. Особые правила должны соблюдаться при установке замков на дверях, используемых для эвакуации людей, например, при пожаре. При этом двери (решетки, люки и т. д.) должны механи­чески открываться изнутри независимо от функционального со­стояния электронного замка или ключа; питание таких замков Должно производиться только от защищенных звонковых транс­форматоров с электрически развязанными обмотками или от аккумуляторов и батарей (в особых случаях это может быть собст­венный источник тока — динамо-машина).



При использовании в дверном замке втягивающего электро­ магнита нужно предусмотреть возможность механического откры­вания его якоря, играющего роль ригеля, в любое время. Для этого можно, например, закрепить на якоре штифт, проходящий через соответствующую прорезь в корпусе замка, и снабдить его кнопкой.

6.2. ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ

Ни один электронный замок не может обойтись без преобра­зования электрического сигнала в механическое воздействие. Наиболее удобным для этого является электромагнит. В ГДР люби­тели могут использовать выпускаемые в продаже втягивающие электромагниты народного предприятия «VEB Relaisteshik Grofi-breitenbach». Однако при отсутствии промышленных электромагни­тов их без труда можно сделать в любительских условиях.

Основные элементы электромагнита показаны на рис. 6.1. Прорезь и отверстие на внешнем конце якоря предназначены для крепления к нему деталей, передающих механическое усилие. Если же якорь использовать непосредственно в качестве ригеля замка, то для восприятия развивающихся при этом значительных усилий и из-за возможного перекоса якоря может понадобиться второй (внешний) подшипник, устанавливаемый на рамке.

Здесь следует напомнить принцип действия электромагнита, основанный на возникновении магнитного поля при протекании электрического тока через катушку. Поскольку сталь имеет гораз­до меньшее магнитное сопротивление, чем воздух, при вводе стального якоря в отверстие катушки первый втягивается в него до упора, причем сила втягивания якоря тем больше, чем меньше воздушный зазор между якорем и неподвижной частью электро­магнита. При слишком большом зазоре якорь может вообще не тронуться с места. Поэтому для каждого типа втягивающего магнита указывается максимальное значение зазора, обеспечивающего ход якоря. Максимальное усилие втягивания якоря возрастает с увели­чением силы тока в катушке. Если при фиксированном номиналь­ном напряжении использовать несколько катушек, то в катушке с наименьшим электросопротивлением развивается наибольшее усилие.


Кроме того, для каждого электромагнита предусмотрена задаваемая в процентах максимальная продолжительность вклю­чения. Такое ограничение можно понять, если вспомнить, что выделяющееся в катушке тепло должно отводиться, при этом для определенной поверхности устанавливающаяся на ней темпе­ратура тем выше, чем больше энергия, преобразующаяся в тепло. То, что катушка включается лишь на короткое время, позволяет не превышать заданную предельную температуру. В рассмотрен­ных ниже примерах ток на магнит подается только в момент осво­бождения ригеля, и катушка не успевает перегреться.



Рис. 6.1. Конструкция втягивающе­го электромагнита (вид в сечении, Ялакс — максимальный ход якоря, зави­сит от типа электромагнита):

1 — катушка; 2 — корпус катушки; 3 — стальная рамка; 4 — сердечник с конусным углублением для входа яко­ря; 5 — якорь с конусным внутренним концом, а также прорезью и отвер­стием на внешнем; 6 — резьбовое от­верстие для крепления электромагнита

Известно, что объем катушки, диаметр и сопротивление про­вода, а также, следовательно, и напряжение, необходимое для создания определенного тока, тесно связаны друг с другом.



Рис. 6.2. График для ориентировочного определения максимально воз­можного диаметра провода при требуемом числе витков на 1 см3 продольного сечения катушки

Кроме того, приходится учитывать ограниченную механиче­скую прочность конструкции электромагнита, что сводится к сле­дующему:

1. Радиолюбитель, прежде чем устанавливать замок с электро­магнитом, должен оценить вероятность того, возникнут ли здесь, в данном конкретном выбранном им месте, какие-то силы, спо­собные повредить электромагнит.

2. Электромагнит должен освобождать ригель замка с мини­мально возможным усилием, полностью используя допустимый для него ход якоря. Начальное усилие определяется трением, иногда и натяжением пружины, обеспечивающей возвращение ригеля в исходное состояние.

3. Напряжение на электромагнит желательно подавать кратко­временно, только на период освобождения ригеля.


В особых случаях, когда требуется постоянное притяжение ригеля, необхо­димо учитывать особенности 100 %-ной продолжительности включения в соответствии с техническими характеристиками электромагнита. Напряжение, достаточное для его срабатывания, можно определить экспериментально.



Рис. 6.3. Вариант установки втя­гивающего магнита в механический замок:

1 — ригель замка с вырезом для ввода якоря электромагнита; 2 — якорь электромагнита; 3 — слабая пружина (например, два витка про­волоки из пружинной стали диамет­ром 0,4 мм); 4 — корпус электро­магнита (закрепляется в замке)

В большинстве случаев любитель располагает электромагни­том какого-либо одного, определенного, типа, например реле GBM50, рассчитанным на напряжение 12 В при 25 %-ной про­должительности включения, или реле GBM100. Длина первого составляет примерно 30 мм. Винты ввинчены только для того, чтобы показать способ крепления электромагнита.

На рис. 6.2 приведен график, позволяющий определить число витков провода нужного диаметра, укладываемое примерно в 1 см2 продольного сечения катушки, что необходимо при само­стоятельном изготовлении электромагнита.



Рис. 6.4. Варианты закрепления пружины якоря электромагнита: а — зацепление за корпус электромагнита; б — введение конца пружины в отвер­стие; в — припаивание

В описанных ниже примерах втягивающие магниты не всегда являются электромагнитами постоянного тока. Если использовать электромагнит переменного тока с пружиной возврата, могут на­ступить неприятные колебания, затрудняющие свободное втягива­ние якоря. На рис. 6.3 показана схема установки втягивающего электромагнита в случае последовательного включения механи­ческого и электромеханического замков. В том месте ригеля, где не могут появиться слишком большие силы, сделан вырез, в кото­рый входит якорь электромагнита, выполняя роль защелки. В этом положении якорь удерживается относительно слабой пружиной, отрегулированной с учетом усилия втягивания якоря при его со­ответствующем ходе.


Верхний конец пружины входит в отвер­ стие якоря, нижний может быть закреплен на корпусе электро­магнита. При этом нижний конец может быть выполнен удлинен­ным, что позволяет зацепить его за корпус, ввести в предусмотрен­ное здесь отверстие или просто припаять (рис. 6.4). В отдельных случаях возможно использование силы тяжести. Якорь удержи­вается с помощью пружины, позволяющей устанавливать электро­магнит в любом положении.

6.3. ЗАМКИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

В описаниях рассмотренных ниже замков различной степени сложности показаны отдельные каскады — электромеханические, электрические и электронные, что позволит читателю составить любую их комбинацию. Это практически гарантирует неповтори­мость построенного замка.

6.3.1. Запор для выдвижного ящика

Во многих моделях письменных столов отсутствуют замки на их выдвижных ящиках. Но запоры здесь иногда необходимы, особенно в домашних условиях, когда ящики нужно уберечь от любопытства малышей. Такие замки, как правило, должны мини­мально изменять внешний вид мебели и по меньшей мере созда­вать трудности при открывании ящика непосвященным. При же­лании замок можно дополнить устройством, подающим сигнал тревоги.



Рис. 6.5. Замок для выдвижного ящика письменного стола: 1 — крышка стола; 2 — передняя план­ка рамки; 3 — ящик; 4 — ручка ящика; 5 — металлическая накладка, установ­ленная для усиления упора; 6 — втя­гивающий магнит GBM50; 7 — скоба из листового материала для крепления электромагнита (должна выдерживать усилие, возникающее при попытке открывания ящика и передаваемое на электромагнит через якорь); 8 — ко­роткие винты, фиксирующие электро­магнит



Рис. 6.6. Микровыключатель, используемый в качестве датчика для открывания выдвижного ящи­ка письменного стола, вид спереди (а) и сбоку (б):

1 — крышка стола; 2 — задняя планка рамки; 3 — верхний ящик; 4 — упорный брусок; 5 — мик­ровыключатель, крепящийся шурупами; 6 — дере­вянный брусок, служащий опорой для микровы­ключателя



Возможные конструкции замков для выдвижных ящиков показаны на рис. 6.5. Верхняя планка стола усилена металличе­ской полоской, обеспечивающей жесткий упор якоря втягиваю­щего электромагнита. Сам же электромагнит надежно крепится с помощью скобы. Его положение должно быть выбрано очень тщательно, чтобы при выдвигании ящика между якорем и планкой оставался минимальный зазор. В этом случае исключается, на­пример, разрушение планки при частых попытках открыть ящик. Кроме того, следует учесть и вертикальный люфт.



Рис. 6.7. Установка микро­выключателя под столом: 1 — вы­движной ящик; 2 — микровыключа­тель; 3 — угольник, играющий роль упора

Если замок сделать с сигнализацией, то лучшим решением будет установка микровыключателя на задней стенке стола за ящиком или под ним (рис. 6.6 и 6.7), причем он должен замыкаться при полном вдвигании ящика. Напряжение на электромагнит (о его источнике см. ниже) в этом замке следует подавать извне. Требуемая мощность в большинстве случаев исключает применение «батареи-ключа», поэтому источник пи­тания приходится раз­мещать, например, под столом.



Рис. 6.8. Подача тока на электро­магнит:

1 — конструкция стола; 2 — ящик; 3 — упорный брусок; 4 — пружина контак­та (при подключении только источника питания дожно быть две пружины, при необходимости подачи дополнитель­ного селективного сигнала — три или четыре)

Удобной была бы простая кнопка для замыкания цепи тока замка, которую всегда можно быстро найти. Нужно сказать, что са­ма установка втягиваю­щего магнита на вы­движном ящике пись­менного стола накла­дывает определенные ограничения на воз­можность подачи пи­тания. Но так как ящик должен быть выдвинут всего на несколько миллиметров (чтобы якорь электромагнита прошел под верхней планкой рамки стола), на задней стенке можно установить, например, контактные пружины, замыкающие цепь питания только на этом коротком участке (рис. 6.8). При вдвинутом ящике якорь утапливается.


В этом случае место установки пружин выбирается довольно свободно.

В качестве ключа можно применить «кодированную» штекер­ную планку. Понятно, что чем сложнее код, тем надежнее замок. Пример такой планки показан на рис. 6.9. Если предусмотреть селективный ввод сигнала, надежность запора увеличится. Про­межуточное решение такой задачи представлено на рис. 6.10. Здесь на штекерной планке установлена кнопка, нажатие на кото­рую приводит к срабатыванию реле, питающегося от того же источника. Напряжение на клеммную колодку поступает только через специальный контакт реле. Штекерную планку можно за­крыть термопластичным материалом. Емкость конденсатора С2 зависит от типа реле (220...470 мкФ).



Рис. 6.9. Замок для выдвижного ящи­ка письменного стола с кодированной штекерной планкой в качестве ключа: 1 — письменный стол; 2 — сетевой транс­форматор, позволяющий получать на вы­ходе постоянное напряжение 12 В; 3 — выдвижной ящик; 4 — пружинные контак­ты (их конструкция показана на рис. 6.8); 5 — клеммная колодка (закрепляется на письменном столе); 6 — штекерная планка (ключ); 7 — холостой контакт (их может быть любое количество); 8 — возможный ввод селективного сигнала, если запор имеет электронную схему на входе; 9 — подключение непосредственно к электро­магниту (или к электронной схеме на входе)



Рис. 6.10. Повышение надежности замка, показанного на рис. 6.9



Рис. 6.11. Подача сигнала в помеще­нии (2) при открывании выдвижного ящика (1):

S1 — микровыключатель по рис. 6.7; S4 — выключатель (срабатывающий при попытке открывания ящика); S2 — нефик­сирующая кнопка для выключения сигна­ла после закрывания ящика; 53 — само­блокирующийся контакт для подачи про­должительного сигнала

Двухжильный провод, оканчивающийся двумя штекерами, так­же подойдет для отпирания подобного замка при прямом до­ступе к выдвижному ящику. Возможно также и описанное выше решение: выход источника питания подключается к многополюсной клеммной колодке, часть клемм которой не используется.


Правда, при этом на ящике приходится делать углубления для установки колодки.

На рис. 6.11 (устройство показано в состоянии покоя) пред­ставлен вариант замка с датчиком сигнала тревоги (раздающегося в другом помещении). Благодаря использованию двух контактов, надежность подачи сигнала повышена (например, при коротком замыкании или обрыве проводов срабатывает часть устройства, показанная штриховыми линиями). Источник питания звонка пере­менного тока расположен рядом с ним.

В устройстве по схеме на рис. 6.9 можно применить кремниевые выпря­мительные диоды Д226В.

В устройстве по схеме на рис. 6.10 можно применить диод Д226Г. В устройстве по схеме на рис. 6.11 можно применить диод Д226В.

6.3.2. Замок для дверцы письменного стола или шкафа

Поскольку и в этом примере речь идет о небольших объектах, требующих охраны, ригелем здесь может быть сам якорь электро­магнита. Но электрический замок играет лишь вспомогательную роль, так как в этом случае обычно уже есть простой механиче­ский замок. Отпирание обоих замков производится последова­тельно.

Вариант установки таких замков показан на рис. 6.12. Простота конструкции, по сравнению с примерами, рассмотренными в предыдущем разделе, достигнута за счет того, что в данном случае разрыв цепи питания электромагнита не нужен. При этом желательно брать достаточно эластичный многожильный провод, способный выдержать перегибы.

6.3.3. Электрическое стопорение дверного замка

С помощью втягивающего электромагнита типа GBM50 можно усовершенствовать обычный дверной замок, но при усло­вии, что внутри замка есть достаточное свободное пространство. Однако следует еще раз заметить, что описанное ниже электри­ческое стопорение ригеля нельзя применять для дверей, через которые проходит путь эвакуации людей из здания. Кроме того, стопор должен легко освобождаться изнутри.

В дверном замке возможно стопорение ригеля замка и ригеля защелки. При этом электромагнит ставится на одном из этих риге­лей или же сразу на обоих.


Иногда, чтобы установить электромагнит, приходится изменять геометрию пружины ригеля защелки. Затем в ригелях делаются соответствующие прорези для входа якорей.

Установку электромагнитов в рассматриваемом примере осуществляют с помощью угольников, которые закреплены на донной пластине замка винтами с потайными головками. Допол­нительно электромагниты фиксируются за счет вырезов в крышке замка. Чтобы не слишком увеличивать толщину замка, провода от нижнего электромагнита выведены через отверстия в донной пластине, а затем наружу — через отверстие в двери.



Рис. 6.12. Запирание дверцы пись­менного шкафа с помощью втягиваю­щего магнита (показаны вид сбоку и вид сверху конструкции): 1 — рамка письменного стола; 2 — дверца; 3 — упорная планка (с выре­зом для ригеля механического замка); 4 — пластинка под электромагнитом, толщина которой обеспечивает его правильную установку относительно упорной планки; 5 — металлическая полоса для усиления упора; 6 — элект­ромагнит; 7 — хомут для крепления электромагнита (см. примечания к рис. 6.5); 8 — короткие винты для фиксации положения электромагнита

Однако в данном случае электромагнит не способен вы­держать усилие, которое может быть приложено к ригелю: при сильном нажатии на дверь ригель защелки изгибает якорь, ослаб­ленный к тому же прорезью, а другой конец якоря поворачива­ется вокруг передней металли­ческой пластины электромагнита и вдавливается в катушку. Меры защиты против этого показаны на рис. 6.13. В прорезь якоря для усиления вставлена металличе­ская пластинка с отверстием для прохода пружины, а непосред­ственно за якорем установлен сухарик, принимающий на себя основное усилие, прикладываемое к ригелю защелки при попыт­ке открыть дверь. Лучше всего закрепить пружину ригеля в отвер­стии, расположенном примерно на 3 мм ниже отверстия, уже имеющегося на якоре. Тогда сухарик можно расположить выше. Все сказанное справедливо и для ригеля замка, но здесь большие усилия мало вероятны.



Отпускание обоих ригелей осуществляется как с помощью скрытно размещенных контактов (или высоко установленных, если в комнату не должен входить ребенок), так и с помощью кодиро­ванного электрического сигнала (см. разделы 6.3.1 и 6.3.2). Управ­ление электромагнитом для фиксации ригеля замка целесооб­разно производить с помощью электронного блока.

6.4. ЭЛЕКТРОННЫЕ БЛОКИ УПРАВЛЕНИЯ С РЕЗОНАНСНЫМ КОНТУРОМ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАМКА

Имеющиеся в ГДР в продаже электрические замки питаются непосредственно от трансформатора с соответствующей вторич­ной обмоткой. Треск, вызываемый переменным током, здесь не помеха — он сигнализирует о том, что замок открывается. Если управление работой замка производится с помощью электронного блока, то благодаря применению постоянного тока возможны различные варианты защиты и сигнализации. При этом необходимо учитывать низкое сопротивление электромагнита. Кроме того, вместо втягивающего электромагнита можно использовать реле.



Рис. 6.13. Усиление опоры якоря электромагнита:

1 — донная пластина замка; 2 — втя­гивающий магнит; 3 — сухарик, вос­принимающий действующее на якорь Усилие; 4 — винт с потайной головкой или клепка; 5 — носок сухарика, имею­щий полукруглый вырез для лучшего восприятия усилия; 6 — металлическая пластинка, вставленная в вырезе яко­ря; 7 — якорь

Реле и электромагниты в приведенных ниже схемах питаются от простейшего источника постоянного тока (рис. 6.14). При больших токах рекомендуется использовать выпрямительный мост Граетца, в котором используются конденсаторы малых размеров.



Рис. 6.14. Блок питания для элект­рического замка с втягивающим элект­ромагнитом М

Также удобен для этой цели трансформатор с выпрямитель­ным диодом от игрушечной железной дороги. На выходе такого источника питания получается пульсирующее напряжение, необ­ходимое для работы втягивающего электромагнита, а ток не превышает допустимого значения.



Рис. 6.15. Защита транзистора от воздействия индуктивного напря­жения — диод, включаемый парал­лельно катушке реле, или конден­сатор, сглаживающий пики напря­жения



Кнопка включения S (см. рис. 6.14) необходима для всех чисто электрических замков. Об электронном замке говорят в том случае, когда кнопка S заменена электронной схемой или приво­дится ею в действие. При этом роль кнопки S может играть контакт реле, управление которым осуществляется транзистором через обмотку самого реле. Если же команда управления посту­пает на реле со схемы кодирования, связанной с ним только кон­тактами, то следует говорить об электрическом замке.

Если сигналы управления катушкой электромагнита форми­руются транзистором, то необходимы обычные меры защиты транзистора от индуктивных помех. Это, прежде всего, установка достаточно быстро реагирующего диода, закорачивающего по­мехи или (если позволяет схема) электролитического конденса­тора, параллельного катушке (рис. 6.15). Развязывающий резистор предназначен для ограничения тока до значения допустимого коллекторного тока IКмакс. Конденсатор С в каждой паузе вклю­чения заряжается до напряжения -(- Un. При этом Rмин= Un/IKMaKCI т. е. Rмин=24 Ом при напряжении 12 В и токе 500 мА.

6.4.1. Селективный замок с прямой подачей сигнала

Такое электронное устройство должно состоять как минимум из выходного транзистора, управляющего работой электромагнита (или промежуточного реле) и обеспечивающего подачу тока на него. Поэтому для схемы, представленной на рис. 6.16, выбран мощный германиевый транзистор GD160, коллекторный ток и до­пустимая мощность потерь которого имеют достаточное значение даже при подключении электромагнита или реле большей мощ­ности. В качестве селективного каскада здесь можно использо­вать схему, часто применяемую в аппаратуре дистанционного управления (благодаря малому количеству элементов по отноше­нию к объему выполняемых задач) и называемую каскадом Шу­махера.



Рис. 6.16. Селективный элект­ронный замок с прямой подачей сигнала, с фильтром низких частот на входе и ограничителями напря­жения

Рассматриваемый вариант схемы селективного замка имеет достаточно высокое общее усиление и позволяет предусмотреть каскады обеспечения запаздывания притягивания и отпускания якоря электромагнита или реле.


Благодаря этому транзистор автоматически обеспечит их защиту от неожиданного отключения напряжения.

В электронном замке по схеме на рис. 6.16 диоды VI...V4 КД105Б, 17 — Д18, Д20, Д9В. Транзисторы V5 и V6 — кремниевые n-р-n КТ312Б, КТ315Г. Транзистор V8 — П214Б, П214В, П214Г, П213Б.

Через конденсатор С4 на тран­зистор V6 поступает переменное напряжение, которое, в случае сов­падения его частоты с частотой резонанса контура C5L1, включен­ного между коллектором и базой V6, вызывает возникновение коле­баний в контуре. На коллекторе появляется очень малый — из-за отсутствия на базе напряжения сме­щения — сигнал, который через цепь обратной связи (конденсатор С6) подает на базу транзистора V6 положительное напряжение, выпрямленное диодом V7. В ре­зультате усиление возрастает, на выходе резонансного контура по­является более высокое напряже­ние, и коллекторный ток транзистора V6 становится достаточным для открывания транзистора V8 (или — как это предусмотрено в схеме Шумахера — для срабатывания ре­ле, включенного в коллекторную цепь).

Управление каскадом Шума­хера может осуществляться и не­посредственно от генератора зву­ковой частоты через конденсатор С4 с помощью предварительно включенного потенциометра со­противлением от 50 до 100 кОм, служащего для установки сигнала срабатывания и развязки с други­ми каналами. Но если возникнет желание сделать электронный ключ малых размеров, то получение тре­буемой амплитуды сигнала вы­зовет определенные трудности и, кроме того, снизится помехоустой­чивость устройства по отношению к напряжениям помех даже дру­гих частот, подаваемых, например, «электронной отмычкой» в виде плавно перестраиваемого генера­тора звуковой частоты. Поэтому понадобилось дополнительное уси­ление (каскад на транзисторе V5), обусловленное небольшим входным напряжением. Однако часть устройства (начиная с конденсатора СЗ) можно исключить, если «электронная отмычка» мало ве­роятна.



Основная часть устройства (между конденсаторами C1 и СЗ) работает следующим образом. Сигнал электронного пере­ключателя (напряжение прямоугольной формы амплитудой около 2 В) при совпадении частоты открывает замок. Но устройство не реагирует ни на сетевое напряжение (220 В, 50 Гц), ни на импуль­сы любой другой частоты (конечно, кроме частоты замка), посту­пающие на первичную обмотку малогабаритного трансформатора, если на его вторичную обмотку подаются импульсы с транзистора SF126 при напряжении питания 9 В. В результате полностью изме­няется уровень сигнала со стороны базы этого транзистора. Такая нечувствительность к помехам объясняется двойным ограниче­нием напряжения с помощью двух кремниевых диодов VI и V2 (до максимального пикового напряжения около 1,2 В при макси­мальном напряжении помехи) и германиевых диодов V3 и V4 («крутая» характеристика с переломом примерно около 120 мВ за счет применения участков база-коллектор транзисторов люби­тельской серии GC116). Конденсатор С2 играет роль фильтра низких частот, сглаживая пики напряжения, недостаточно подавленные диодами V1 и V2; в то же время малые емкости конденсаторов С2 и СЗ (а также С4) обеспечивают подавление частот, высоких по сравнению с частотой сети. Чтобы полоса пропускания этой RС-цепочки позволяла проходить на вход транзистора V5 только сигналу выбранной частоты, одновремен­но обладая необходимой помехоустойчивостью, емкость конден­сатора С4 должна соответствовать этой частоте (табл. 6.1).

Потенциометр R3 служит для получения максимальной по­мехоустойчивости замка, регулируя уровень полезного сигнала в диапазоне напряжения питания ключа.

Таблица 6.1 Частоты открывания замка при различных емкостях конденсаторов С4 и С5

Вариант

С4, мкФ

С5, мкф

f, кГц

В, Гц

1

0,022

0,056

5,2

600

2

0,022

0,100

3,9

300

3

 0,022

0,200

2,9

100

4

0,100

1,000

1,35

100

Цепочка R8, R9, во-первых, предназначена для ограничения возможного тока базы транзистора V8, при меньшем его усилении по току полный ток должен быть снижен.


Во-вторых, в комбина­ции с конденсаторами С7 и С8 эта цепочка обеспечивает задержку включения и выключения электромагнита по меньшей мере на 1 с. Благодаря задержке, чтобы появилась более или менее значительная вероятность срабатывания замка, «посторонний ге­нератор» должен работать долго. Если при установке замка на выдвижной ящик письменного стола обойтись, с помощью внеш­него контакта, без усложняющих конструкцию пружин, то тогда ящик, после срабатывания замка, нужно открывать быстро (это также потребует большой емкости конденсатора в блоке пита­ния, который должен находиться в ящике и обеспечивать доста­точную задержку). К тому же замедленное выключение больше устраивает и с точки зрения защиты транзистора от индуктивных помех, возникающих при отключении напряжения.

Разумеется, вместо ввода сигнала отпирания с помощью контактов здесь можно использовать любой другой способ ввода: от микрофона, катушки индуктивности, фотоэлемента и т. д., если только частотный диапазон этого элемента соответствует резонансной частоте приемника. В построенном образце замка были успешно использованы частоты от 1 до 6 кГц при ограничении этого диапазона с помощью RС-цепочек. При уменьшении рабо­чей частоты диапазон частот, при которых происходит срабаты­вание устройства, заметно сужается, т. е. селективность растет. На границах диапазона требуется подстройка потенциометра R3.

Примененные здесь бумажные конденсаторы (можно исполь­зовать и современные их аналоги в полистироловых корпусах) обычно имеют большие разбросы номиналов (до ±20 %). Катушки в броневых сердечниках не всегда имеют подстроечники, кроме того, подстроечник вряд ли позволит изменить индуктивность более чем на 10 %. Поэтому не имеет смысла производить очень точную настройку контура на расчетную резонансную частоту (по формуле f=1/2п\/ LC ). Скорее следует производить на­стройку генератора. Но при этом необходимо знать, сколько вит­ков катушки нужно намотать в броневом сердечнике для полу­чения определенной индуктивности и какой наибольший диаметр провода может быть использован (чем толще провод, тем лучше заполнение катушки при заданном числе витков, т.


е. лучше характеристики резонансного контура).

Каждый броневой сердечник характеризуется так называемым значением AL, которое лежит в пределах примерно от 100 (при самом большом воздушном зазоре между половинками сердеч­ника) до 2200 нГн (при отсутствии зазора). Индуктивность катуш­ки, заключенной в броневом сердечнике и имеющей W витков, почти полностью заполняющих камеру сердечника, рассчитывает­ся по формуле L=W2 AL. Значение L в этой формуле получают в Гн, AL подставляют также в Гн, с коэффициентом 10~9. Например, при расчете числа витков для катушки, индуктивность L которой должна составлять 0,1 Гн, при AL=100 нГн=10~9- 100 Гн находят:





Рис. 6.17. Диаграмма для определения максимально возможного диаметра провода при необходимом числе витков катушки в бро­невых сердечниках 14X8; 18X11 и 22X13 мм

В продаже обычно имеются различные броневые сердечни­ки. При номиналах конденсаторов, указанных на рис. 6.16, а также при требуемой полосе звуковых частот и характеристиках коле­бательного контура необходимую индуктивность, составляющую от 15 до 20 мГн, можно получить различными способами. На диа­грамме рис. 6.17 для сердечников трех разных размеров указаны наиболее выгодные (т. е. максимально возможные) диаметры изолированных проводов, причем с точки зрения использова­ния объема лучше применять однокамерные сердечники. Провод найденного по диаграмме диаметра (измеренный вместе с изо­ляцией) можно снять со старого реле, дросселя или трансформа­тора. При необходимости можно взять провод ближайшего меньшего диаметра. Следует помнить, что слева указаны витки для сердечника 14X8, а справа — для сердечников 18X11 и 22X13 мм. Крепление броневого сердечника к плате необходимо производить винтом из немагнитного материала, т. е. латунным или алюминиевым. Стальные винты можно применять только для сердечников без воздушного зазора. Но чтобы предотвра­тить слишком большую механическую нагрузку на сердечник, между головкой винта и сердечником следует положить картон­ную шайбу.


Жесткая фиксация сердечника гарантирует постоян­ ство индуктивности катушки. Еще лучше обезжирить половинки сердечника, нанести на них тонкий слой эпоксидной смолы, сдвинуть и оставить для отверждения смолы на сутки.

Питание замка должно осуществляться от сети через надежно изолированный трансформатор. Если возможно отключение сети, для повышения надежности замка можно использовать, например, постоянно подзаряжаемый аккумулятор. На случай выхода сети из строя на двери скрытно устанавливаются две клем­мы, на которые подключается напряжение от «аварийного» источника питания. Кроме того, можно установить реле, которое свяжет эти клеммы с устройством только при отключении сети, предотвратив подачу извне напряжения, портящего замок.

Конечно, относительно дорогостоящим решением, но позво­ляющим получать различные напряжения, является, как уже гово­рилось, применение трансформатора от игрушечной железной дороги, например, типа F2 (от 2 до 12 В). Электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ и установка трансформатора на напряжение примерно 10 В при притянутом якоре электро­магнита (в большинстве случаев этого достаточно для работы элементов, рассчитанных на номинальное напряжение 12 В) — все, что требуется для схемы по рис. 6.16. При этом источник питания будет размещен в отдельном корпусе, который следует поместить в сухом помещении. Необходимо также следить за полярностью напряжения. Чтобы совершенно исключить опасность неправильного подключения, между выходом и конденсатором можно установить диод.

Читателям, которые хотят подробнее разобраться в работе каскада Шумахера, помогут осциллограммы, приведенные на рис. 6.18. Они получены на замке по схеме рис. 6.16 (цифры в кружках на этом рисунке указывают точки съема осцилло­грамм). Следует учесть, что нулевые линии сетки соответствуют нулевым линиям напряжения, т. е. вплоть до рис. 6.18, е на осцил­лограммах можно замерить постоянную составляющую напря­жения.



Рис. 6.18. Осциллограммы, снятые в соответствующих точках схемы по рис. 6.16 при подаче на нее резонансной частоты (масштаб времени 100 мкс/см, сто­рона квадрата сетки равна 0,5 см):



а — входные импульсы (точка 1), 1 В/см; б — ограничение диодами VI, V2 (точка 2), 1 В/см; в — напряжение на входе транзистора V5 (точка 3), 30 мВ/см; г — напря­жение на выходе транзистора V5 (точка 4), 1 В/см; д — напряжение базы тран­зистора V6 с постоянной составляющей (точка 5), 0,3 В/см; е — напряжение базы транзистора V6, при подключении осциллографа через конденсатор, т. е. без постоянной составляющей (точка 5), 0,1 В/см; ж — напряжение на диоде V7 (точка 6), 1 В/см; з — напряжение на входе, частота которого отличается от резонансной. Осциллограмма получена для сравнения (точка 6, потенциометр ключа R7 имеет максимальное сопротивление), 500 мкс/см, 0,3 В/см

6.4.2. Электронный ключ для замка, описанного в разделе 6.4.1

Электронный ключ должен быть минимально возможных размеров и удобен в обращении, что потребует и малости разме­ров источника тока. Минимальное напряжение, необходимое для срабатывания замка, может быть обеспечено батареей. Ключ должен быть настроен на частоту замка, обусловленную его колебатальным контуром, так как в ином случае устройство значи­тельно усложняется, хотя подстраиваемый ключ более надежен в эксплуатации, если возможны сильные колебания температуры или напряжения. Эта подстройка осуществляется с помощью резисторов в цепи базы регулируемого RС-мультивибратора; бла­годаря работе в режиме переключения (напряжение на его выходе периодически изменяется примерно от нуля до напряжения батареи) мультивибратор потребляет мало энергии.



Рис. 6.19. Принципиальная схема ключа для замка по рис. 6.16 (вместо транзисторов SS216D могут быть постав­лены транзисторы SF136D или другие по­добного типа)

При номиналах элементов, указанных на схеме рис. 6.19 (с дополнительной RС-цепочкой в цепи базы для улучшения формы кривой), с помощью потенциометра R7 можно перекрыть диапазон частот замка (см. раздел 6.4.1). Как видно из табл. 6.1, резонансные частоты замка лежат в диапазоне от 1,35 до 5,20 кГц, но мультивибратор должен быть настроен на какую-либо выбран­ную частоту в этом диапазоне (меньшее сопротивление резистора R7 соответствует более высокой частоте).


Не следует использо­ вать максимально возможное сопротивление потенциометра R7, так как в случае слишком большого сопротивления в цепи базы пропадет возможность получить достаточный размах регулировки при заданных значениях усиления по току и сопротивления ре­зистора в цепи коллектора, что приведет к искажению формы прямоугольного напряжения. Иногда частота может даже снова возрасти. Изменить диапазон частот ключа проще всего с помощью изменения емкостей конденсаторов связи C1 и СЗ — чем меньше эти емкости, тем выше частота.

Для настройки ключа на частоту срабатывания замка ключ подключают ко входу замка с помощью двухполюсного штекера и измеряют напряжение участка база-эмиттер транзистора V6 в схеме замка. Внутреннее сопротивление измерительного при­бора должно быть по меньшей мере сравнимо с сопротивлением потенциометра R7 замка, который на это время должен быть отсоединен. При медленном изменении сопротивления резистора R7 мультивибратора стрелка прибора, отклонение которой сначала наступает при подключении ключа и чаще всего составляет 0,2...0,3 В, в первый момент отходит назад, при дости­жении же резонансной частоты напряжение растет примерно до 0,6 В, в результате якорь электромагнита притягивается. Если при достижении резонанса напряжение на измерительном приборе резко не увеличивается, то это значит, что напряжение за ограничительными звеньями слишком мало — потенциометр R3 в замке (см. рис. 6.25) следует несколько «подкрутить» (в образ­це замка его ползунок стоит примерно в среднем положении). Как только замок начинает «резонировать», расход энергии на входе каскада Шумахера падает. Следовательно, после настрой­ки установку ползунка потенциометра R3 изменять нельзя, иначе каскад не сработает.

Для повышения помехозащищенности настройку потенцио­метра R3 на срабатывание электромагнита следует проводить при минимальном напряжении батареи. Если же опасности открывания замка с помощью электронной «отмычки» (в виде генератора звуковых частот) нет, то напряжение батареи можно принять не­сколько большим, что повысит надежность срабатывания.





Рис. 6.20. Печатный монтаж (а) и расположение элементов (б) ключа по рис. 6.19. Выводами +, — и «Выход» служат стойки из проволоки диаметром 1 мм, связывающие эту плату с платой питания (см. рис. 6.21, б).

В устройстве по схеме на рис. 6.19 можно применять транзисторы КТ315Г и КТ358В. В качестве источника питания используется аккумуляторная батарея из двух дисковых элементов Д-0,1.



Рис. 6.21. Плата питания для ключа по рис. 6.19 (аккумуляторы крепятся на фольгированной стороне):

а — печатный монтаж; б — вид сбоку на плату в сборе; все проволочные элементы выполняются из проволоки диаметром 1 мм; в — расположение элементов

Рис. 6.20, 6.21 и 6.22 иллюстрируют образец одного из прак­тических вариантов ключа. Его корпус был выполнен из пластмас­сы. Размеры платы для сборки генератора звуковых частот (рис. 6.20) составляют 24X39 мм, ее углы срезаны. Она устанавливается в верхней части корпуса фольгированной стороной вверх. Под нею расположена плата питания с двумя дисковыми аккумулято­рами. Платы электрически и механически соединяются друг с дру­гом с помощью стоек из проволоки диаметром 1 мм, на которую надевается изоляция. Штекеры подключения ключа к замку, из­готовленные из бронзовой проволоки диаметром 1 мм и заостренные спереди, расположены на плате питания (рис. 6.21). Ответные клеммы должны быть как можно меньше видны на двери снаружи. Внутри установлена планка с контактными пружинами, которых касаются штекеры при открывании замка. Длина штекеров определяется особенностями установки этой планки на двери.



Рис. 6.22. Возможный вариант кор­пуса ключа. На штекеры надевается за­щитный пластмассовый колпачок

Конструкция ключа с четырьмя штекерами позволяет обой­тись без выключателя. Дополнительные сведения о работе замка и ключа могут быть получены из рис. 6.21. Перемычка между контактами замка замыкает цепь мультивибратора ключа только до тех пор, пока ключ вставлен в замок. Благодаря этому можно не бояться забыть выключить питание, аккумуляторы же требуют лишь периодической подзарядки, так как потребление тока клю­чом, составляющее всего около 1 мА, теоретически позволяет использовать ключ в течение 100 ч.


Но саморазряд аккумуляторов (примерно на 1 % в сутки) требует подзарядки по меньшей мере через 2...3 месяца. При этом рекомендуется оставлять ключ в пружинных контактах на ночь. Так как эти контакты подклю­чаются к источнику питания замка через резистор достаточно большого сопротивления, то ток через них будет всего лишь 1...2 мА.

Необходимо следить, чтобы оба аккумулятора не могли ка­саться друг друга. Следует исключить также возможность контакта разнополюсных частей корпусов обоих аккумуляторов с помощью коротких проволочных упоров, устанавливаемых на плате питания (рис. 6.22).

Приведенный пример реализации ключа не может оказаться оптимальным для всех. Поэтому ниже описаны некоторые вариан­ты ключа, позволяющие, кроме того, упростить его постройку.

6.4.3. Варианты ключа

Прежде всего питание на схему ключа можно подавать с самого замка. Поскольку напряжение питания замка может быть больше 2 В, то в нем должен быть предусмотрен соответствующий делитель напряжения. Тогда в ключе хватит трех штекеров, а толщина его корпуса составит лишь около 8 мм (если штекеры расположить на второй плате).

Следующим шагом в миниатюризации ключа является уста­новка в нем только одной половины мультивибратора при питании ее также через замок. Это устройство можно разместить на плате всего 20X25 мм. Но в любом случае должен быть потенциометр для настройки частоты. На штекеры следует надеть небольшой колпачок, но и при этом габариты ключа не превысят 13X27X42 мм. Пять штекеров необходимы, когда разделение схемы на две части производится по точкам, обозначенным на рис. 6.19 крестиками. Для защиты от возможных помех параллельно участку база-эмиттер второго транзистора (расположенного в замке), но в обратном направлении, рекомендуется установить кремниевый диод (на­пример, типа SAY 30). Теперь осталось совсем немного для сле­дующего шага: комбинацию из двух включенных в противополож­ных направлениях диодов можно подключить непосредственно к минусу питания, в то время как с помощью еще одного штекера из «минусовой» цепи ключа на массу замыкается только эмиттер второго транзистора.


В этом случае ключ может быть настроен — уже не случайно — с помощью генератора помех.

6.4.4. Варианты замка

Описанные выше возможности изменения конструкции ключа частично касаются и замка. Так, в последнем примере в замке (особенно при высоком напряжении мультивибратора) можно даже пренебречь частью устройства до конденсатора С4.

Усложнит все устройство переключение мультивибратора на вторую частоту, предусмотрев в замке (начиная с коллектора транзистора V5) цепь второго канала. Если задать определенную последовательность ввода обеих частот и использовать ограничен­ное «время удержания» транзистора V5, то второй канал можно использовать только тогда, когда якорь электромагнита притянут, в то время как в первом канале выходной транзистор благодаря задержке еще открыт. Посредством периодического переключе­ния (с помощью кнопки или второго, «переключающего мульти­вибратора», генерирующего частоту около 0,5 Гц) замок можно держать открытым, пока в него вставлен ключ. Такой замок до­статочно надежен, и электронная «отмычка» здесь также не по­может.

Устройство значительно упрощается, хотя его надежность и несколько снижается по сравнению с исходной схемой (см. рис. 6.16), если постоянное напряжение ключа, показанного на рис. 6,19, использовать в качестве второго канала. Это напряжение раз­ветвляется на входе устройства, подается (для защиты от высоких помеховых искажений) на высокоомный усилитель с встроенным диодным ограничителем, подобным прямому каналу, и отсюда поступает, например, на базу транзистора V5, для которого теперь резистор R5 не нужен. В мультивибраторе можно предусмотреть, например, кнопку и установить пятый штекер, благодаря которым постоянное напряжение непосредственно на вход не подается. В результате не только повышается надежность того, что злоумыш­ленник не найдет необходимые контакты (если он вообще сможет заметить в двери небольшие отверстия), но и благодаря зарядке конденсатора при нажатии кнопки транзистор V5 включается (кратковременно) и, следовательно, приводит к открыванию замка только при разрядке этого конденсатора в течение определенного времени.



6.5. ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК С АКТИВНЫМ ФИЛЬТРОМ

Благодаря большому усилению при довольно малом объеме, а также вследствие снижения их стоимости операционные уси­лители являются серьезным конкурентом устройств, собираемых на транзисторах, но лишь там, где не требуется обработка вы­сокочастотных сигналов. Ограничение их применения, обуслов­ленное повышенным напряжением питания (а иногда и необхо­димостью в двух источниках питания), не имеет значения, когда это напряжение легко получить и когда короткие периоды работы прерываются длинными паузами. В последнем случае могут быть использованы — в зависимости от требуемого напряжения — или малогабаритные батареи на 9 В, или подзаряжаемые никелеВо-кадмиевые аккумуляторы. Кроме того, может быть применен мень­ший по объему трансвертер (преобразователь напряжения),

который при современном состоянии электронной техники позво­ляет получать достаточно стабильное напряжение питания до 1 В при относительно низкой мощности — до нескольких сотен милли­ватт. Один из вариантов такого трансвертера описан в разде­ле 6.5.5.

6.5.1. Полосовой фильтр низких частот

на базе операционного усилителя

Как видно из рис. 6.23, операционный усилитель А109 позво­ляет реализовать низкочастотный фильтр с помощью очень ма­лого количества элементов, причем размеры фильтра достаточно небольшие. Селективные свойства этого фильтра — при опреде­ленной зависимости от температуры и напряжения — представляют интерес для целого ряда схемных решений. Резонансная частота такого фильтра рассчитывается по формуле



Вследствие неизбежных допусков на номиналы элементов в фильтре обязательно должна быть предусмотрена возможность его настройки на резонансную частоту посредством изменения сопротивления того или другого резистора или емкости определяю­щего частоту конденсатора. Это, в свою очередь, приводит к изменению добротности (и самого усиления). Один из способов борьбы с этим отрицательным эффектом (зависящим также от характеристик источника питания) представлен на рис. 6.24.Разуме­ется, что подстроечный резистор не должен перекрывать слишком большой диапазон частот, если нежелательны связанные с этим изменения переходной характеристики самого фильтра.

В нашем случае фильтр нужно настраивать по резонансной частоте приемника (замка), которая определяется номиналами его схемных элементов.




Содержание раздела




Главная сайта