АВТОМАТИЧЕСКОЕ БЕСКОНТАКТНОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

May 29, 2010 by admin Комментировать »

В. Новожилов

Автоматическое бесконтактное переключающее устройство (АБПУ) предназначено для последовательной коммутации до десяти электри­ческих цепей. Оно может оказаться хорошим помощником в световой организации демонстрационных и выставочных залов, клубов, диско­тек, а также может быть с успехом использовано радиолюбителями для коммутации различных цепей. Частоту переключения цепей в АБПУ можно изменять в широких пределах. Предусмотрена также возможность в процессе переключения зафиксировать любой канал на длительное время, продолжить коммутацию либо вернуться в на­чальное положение с любого положения и с этого положения про­должать коммутацию в прежней последовательности. Номер каждого включенного канала высвечивается светодиодным индикатором, что позволяет непосредственно наблюдать за частотой переключения каналов.

Отличительной особенностью устройства является отсутствие ка­ких бы то ни было механических контактных групп, склонных к обгоранию при коммутации цепей с повышенным током нагрузки, что обеспечивает повышенную надежность, а также отсутствие в процессе коммутации радиопомех. Питание АБПУ производится от встроенно­го стабилизированного выпрямителя с выходным напряжением 5 В±10 %. Потребляемый устройством ток от источника питания при токовой нагрузке на каждый канал до 3 А не превышает 100 мА. Поэтому его можно питать также и от набора сухих гальванических элементов, имеющихся в широкой продаже.

clip_image002

Рис. 1. Принципиальная схема АБПУ

Принципиальная схема АБПУ приведена на рис. 1. Устройство собрано на пяти микросхемах серии К155 и одной — К514. На элементах DD1.1 — DD1.3 выполнен генератор прямоугольных импульсов. С помощью пере­менного резистора R1 можно вручную изменять частоту генерации. Импульсы с выхода генератора поступают на вход делителя частоты, который состоит из двух последовательно включенных делителей на 2 (D-триггеры микросхемы DD2) и делителя на 10 (DD3). Таким образом, коэффициент деления равен 40. Импульсы с частотой повторения в 40 раз меньшей частоты задаю­щего генератора поступают далее на двоично-десятичный 4-разрядный счетчик DD4, работающий в коде 1 — 2 — 4 — 8, выходы которого подключены к дешифраторам DD5 и DD6. Дешифратор DD5 управляет контрольным семисегментным светодиодным индикатором HG1, а к выходам дешифратора DD6 подключены блоки десяти транзисторных ключей. В процессе счета импульсов транзисторные ключи поочередно открываются, упраа- . ляя включением тех или иных цепей.

При подаче уровня логического 0 на вход S элемента DD2.1 нажатием кнопки с фиксацией SB2 счет прекра­щается, и счетчик хранит ранее полученную информа­цию. Таким образом, на неограниченное время остается включенным тот транзисторный ключ, который был включен в момент нажатия кнопки. При повторном на­жатии кнопки SB2 на вход S элемента DD2.1 поступает уровень логической 1, счет импульсов возобновляется и происходит дальнейшее переключение транзисторных ключей. .

При нажатии на кнопку без фиксации SB1 делители DD2, DD3 и счетчик DD4 устанавливаются в нулевое состояние и после отпускания этой кнопки, если кнопка SB2 разомкнута, счет начинается с 1.

Блоки транзисторных ключей могут быть реализова­ны по самым различным схемам в зависимости от ха­рактера коммутируемой нагрузки — номинальных зна­чений напряжения и тока. На рис. 2 показаны некото­рые возможные варианты схемного выполнения тран­зисторных ключей.

clip_image004

Рис. 2. Схемы транзис­торного ключа: а — пер­вый вариант ключа; б — схема мощного ключа; в — схема ключа для коммутации головных те­лефонов

Транзисторный ключ, схема которого показана на рис. 2, а, рассчитан на ток нагрузки до 1 А, однако в том случае, если выходной транзистор будет снабжен тепло-отводом, ток нагрузки может быть увеличен до 3 А. Если вместо транзистора КТ315А использовать КТ315И, номинальное напряжение нагрузки и напряжение пита­ния ключа может быть увеличено до 60 В. Допустим, что вход этого ключа присоединен к выходу 3 дешифра­тора D6. Когда на входы дешифратора будет подан код, соответствующий десятичному числу 2, на выходе 3 дешифратора окажется низкий потенциал, соответству­ющий уровню логического 0. Транзистор VT1.1 окажется заперт, а транзистор VT2.1 открыт до насыщения, и на­грузка окажется под током. При смене кода на входе дешифратора на его выходе 3 появится высокий потен­циал, соответствующий уровню логической 1. Транзи­стор VT1.1 откроется, а транзистор VT2.1 закроется. Нагрузка будет выключена. Сопротивление резистора R2.1 подбирается таким, чтобы насытить выходной тран­зистор в открытом его состоянии. В качестве нагрузки на схеме показана лампа накаливания, но можно исполь­зовать и другие потребители.

На рис 2, б показана схема мощного ключа, выход­ной каскад которого собран на транзисторе П210А. Для использования выходного p-n-р транзистора здесь пона­добилось добавить к предыдущей схеме один инверти­рующий каскад. При указанных на схеме сопротивле­ниях резисторов ключ обеспечивает в нагрузке ток 0,6 А. При уменьшении сопротивления резистора R2.2 увеличивается ток базы транзистора VT2.2 при запер­том транзисторе VT1.2, уменьшается сопротивление кол­лектор — эмиттер VT2.2, что приводит к увеличению тока базы выходного транзистора и соответствующему увеличению тока нагрузки. При сопротивлении резисто­ра R2.2, равном 1 кОм, ток нагрузки достигает 1,8 А. Для дальнейшего увеличения тока нагрузки нужно уменьшать сопротивления всех трех резисторов с соот­ветствующим увеличением их мощности рассеяния.

На рис. 2, в показана схема одного из вариантов транзисторного ключа для коммутации головных теле­фонов. На транзисторе VT2.3 собран однокаскадный усилитель звуковой частоты. Транзистор VT1.3 исполь­зуется в ключевом режиме. Вход 1 блока подключается к источнику звукового сигнала, а вход 2 — к одному из выходов дешифратора DD6. Когда на выходе дешифра­тора, к которому подключен блок, потенциал соответ­ствует уровню логического 0, транзистор VT1.3 заперт, на работу схемы не влияет и входной сигнал усиливается усилителем. Когда же на вход 2 поступает потенциал, соответствующий уровню логической I, транзистор VT1.3 отпирается. При этом выходной тран­зистор запирается и сигнал на выход не проходит. Если головные телефоны подключены к выходам нескольких блоков транзисторных ключей, входы 2 которых соеди­нены с выходами дешифратора, можно будет поочередно прослушивать звуковые сигналы от разных источников, подключенных ко входам 1 ключей, выбирая тот сигнал, который необходим.

Конструктивно АБПУ может быть выполнено либо в виде отдельного устройства, либо в виде составного модуля какого-либо аппарата, в зависимости от выбран­ного назначения. Расположение элементов схемы про­извольное. Конденсаторы С2 — С4 должны быть подклю­чены непосредственно к выводам питания микросхем DD2, DD3 и DD4 для обеспечения помехоустойчивости. Индикатор, кнопки управления и переменный резистор регулировки скорости коммутации целесообразно вы­вести на переднюю панель. Блоки транзисторных клю­чей при необходимости могут быть выполнены на от­дельных платах и располагаться непосредственно около нагрузок. При этом они соединяются с цифровой частью АБПУ жгутом проводов, длина которого во избежание сбоев не должна превышать 10 м. Если выходные тран­зисторы ключей необходимо установить на теплоотво-дах, необходимо либо изолировать корпус транзистора от теплоотвода слюдяной прокладкой (при этом тепло-отвод может быть электрически соединен с общей ши­ной), либо изолировать теплоотвод от общей шины (при этом транзистор может быть электрически соединен своим корпусом с теплоотводом). В последнем случае обеспечивается лучший отвод тепла.

Налаживание АБПУ начинают с проверки правиль­ности монтажа согласно принципиальной схеме, после чего подключают питание с соблюдением полярности. Блоки транзисторных ключей пока не подключают.

clip_image006clip_image008

Рис. 3. Печатная плата АБПУ (I часть) Рис. 4. Печатная плата АБПУ (II часть)

Правильно собранная цифровая часть устройства обыч­но начинает работать сразу, необходимо лишь с по­мощью осциллографа убедиться в наличии на выходе 8 элемента DD1 прямоугольных импульсов. В противном случае необходимо подобрать емкость конденсатора С1. Индикатор должен высвечивать периодически сменяю­щиеся цифры от 0 до 9, скорость переключения которых должна плавно регулироваться переменным резистором R1. При нажатии кнопки «Запись» счет должен пре­кратиться, а индикатор должен высветить какую-либо цифру. Допустим, что высвечивается цифра 8. Тогда с помощью осциллографа или вольтметра нужно прове­рить наличие уровня логического 0 на выходе 9 дешиф­ратора DD6 и уровня логической 1 на остальных выхо­дах этого дешифратора. При повторном нажатии на кнопку «Запись» вновь должна начаться пооче­редная смена цифр на индикаторе. Остановив счет на другой цифре, опять проверяют уровни на выходах дешифрато­ра DD6. Так проверяются все 10 выходов этого де­шифратора, причем уро­вень логического 0 дол­жен быть только на том выходе, который соответ­ствует цифре, высвечен­ной индикатором. При нажатии кнопки «Сброс» индикатор должен высвечивать цифру 0. После этого несколько раз выключают и вновь включают питание. Генератор должен надежно запус­каться, в противном случае следует заново подобрать емкость конденсатора С1.

После налаживания цифровой части АБПУ можно к выходам дешифратора подключить блоки транзистор­ных ключей с их нагрузками. При налаживании ключей в зависимости от напряжения и тока нагрузки может понадобиться подбор сопротивлений резисторов для по­лучения насыщенного состояния выходного транзистора в открытом состоянии.

Налаживание транзисторного ключа, схема которого показана на рис. 2, в, производится следующим образом. Не подавая на вход 1 сигнал, устанавливают кнопкой «Запись» на входе 2 ключа уровень логического 0 и под­бором сопротивления резистора R2.3 добиваются полу­чения напряжения на коллекторе транзистора VT2.3, равного +3 В. Затем подают на вход 1 сигнал от како­го-либо источника и убеждаются в его неискаженности при помощи осциллографа, подключенного к головным телефонам. Уровень входного сигнала подбирается со­ответствующим регулятором уровня источника. Затем кнопкой «Запись» устанавливают на входе 2 ключа уро­вень логической 1. Звук в телефонах должен полностью исчезнуть. При этом может понадобиться подбор со­противления резистора R1.3. На этом процесс налажи­вания заканчивается.

Чертеж печатной платы АБПУ приведен на рис. 3, 4.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты