Звуковой индикатор освещенности

February 13, 2011 by admin Комментировать »

Схема простого фотореле, реализованного всего на одной микросхеме КР1436АП1, показана на рис. 3.40. Данный узел от его аналогичных собратьев отличает простота повторения и то, что благодаря задействованным в микросхеме двум генераторам устройство фиксирует два порога недостаточной освещенности. Это удобно и необычно — при незначительном понижении освещенности фоторезистора включается прерывистый звуковой сигнал, а при длительном и полном пропадании светового потока включается непрерывный двухчастотный звуковой сигнал.

На микросхеме DA1 собран двухтональный звуковой генератор, управляемый транзисторным каскадом на VT1, VT2. Чувствительным датчиком устройства является фоторезистор R1 типа СФЗ-4. Световой поток падает на фоторезистор, вследствие этого его сопротивление уменьшается до единиц кОм (в зависимости от интенсивности светового излучения, воздействующего на рабочую поверхность фоторезистора). Так, пасмурный пейзаж зимой в

Рис. 3.40.

полдень приводит к уменьшению сопротивления одного фоторезистора с 10…12 МОм до 0,08…0,1 МОм, а если фоторезистор поместить непосредственно перед горящей электрической лампой мощностью 40 Вт — его сопротивление упадет до 1,8…2 кОм. На этом эффекте изменения сопротивления фоторезистора основана работа всей схемы. Рассмотрим ее подробнее.

При сильном освещении транзистор VT1 открыт (т.к. сопротивление фотодатчика относительно мало — несколько кОм). При этом транзистор VT2 закрыт, ибо на его базу подано запирающее напряжение. Напряжение на коллекторе транзистора VT2 очень мало (стремится к нулю); оно же подается на управляющий вход микросхемы DA1 через ограничительный резистор R6. Поскольку на этот вход практически не поступает напряжение, — генераторы микросхемы обесточены. На выходе микросхемы (вывод 8 DA1) низкий уровень напряжения и звуковой сигнализатор безмолвствует.

Для пояснения работы узла немного углубимся в алгоритм работы микросхемы КР1436АП1. Она изначально разрабатывалась для применения в качестве звукового сигнализатора вызова в телефонных аппаратах. В составе микросхемы КР1436АП1 есть несколько электронных узлов. Это триггер Шмитта — формирователь сигнала, два генератора импульсов с соотношением частот

1:25 (параметры корректируются внешними RC-элементами), выходной усилитель и источник опорного напряжения. Последний узел обеспечивает режимы по постоянному току и стабилизирует работу генераторов и выходного усилителя. Напряжение внешнего питания схемы может колебаться в пределах 5…29 В, причем оно может быть нестабилизированным.

Рассмотрим электрические параметры микросхемы КР1436АП1. Выходное напряжение (при внешнем источнике питания с напряжением 29 В) составляет 17…21 В. Максимально допустимый ток нагрузки — не более 35 мА, что позволяет подключать к выходу микросхемы даже маломощное электромагнитное реле типа РЭС15. Выходное сопротивление — 200…300 Ом. Мощность рассеяния — 0,4 Вт.

Так как основное назначение данной микросхемы — это работа с аналоговой телефонной линией, внутри «черного ящика» спрятан триггер Шмитта с гистерезисом. Порог включения внутренних узлов микросхемы зависит от внешнего приложенного постоянного напряжения. В классическом варианте запускающее напряжение колеблется от 17 до 21 В при том, что удерживающее напряжение (порог, при котором внутренние узлы микросхемы оказываются обесточенными) составляет 9,7… 12 В. Это классический режим включения КР1436АП1, рекомендованный разработчиками. Вывод 2 микросхемы при этом остается свободным.

Однако если использовать вывод 2 во внешней схеме, удается снизить рабочее напряжение микросхемы до 10…12 В, что позволяет активно строить на ее базе различные электронные узлы таймеров, параметрических стабилизаторов, компараторов, автогенераторов и даже усилителей. Весь спектр применений невозможно перечислить. Внутренняя схема КР1436АП1 показывает, что к выводу 2 подключен стабилитрон с напряжением пробоя около 8 В. Соединяя вывод 2 (опорное напряжение) с выводом 1 (+ипит) через ограничительный резистор сопротивлением 22 кОм и мощностью 0,25 Вт, добиваются того, что запускающее напряжение внутренних узлов микросхемы составляет 10 В постоянного тока. Сопротивление ограничительного резистора определяется электрическими параметрами внутреннего стабилитрона. Его ток не должен превышать 1 мА. При напряжении внешнего питания более 11,5 В, регулируя приложенное к выводу 2 напряжение (напряжение смещения стабилитрона), можно управлять работой генераторов микросхемы. Это позволяет рассматривать вывод 2 как дополнительный выключатель — блокиратор.

Эксперименты показали, что выходное сопротивление микросхемы составляет 7… 10 Ом при выходном токе, соответственно, 35…45 мА. Эксперимент проводился автором с четырьмя корпусами КР1436АП1. Если основываться на практических результатах, то получается, что выходы данных микросхем можно без опаски нагружать на активную нагрузку сопротивлением более 200 Ом. В таком состоянии максимальная полезная мощность составит 0,5 Вт. Естественно, что с увеличением напряжения внешнего источника питания микросхемы до 20 В отдаваемая в нагрузку мощность также пропорционально увеличивается уже до 1 Вт.

Итак, вернемся к нашему фотореле. На вывод 2 подается напряжение управления микросхемой от чувствительного транзисторного усилителя. Таким образом, пока фоторезистор освещен достаточно, на выводе 2 низкий уровень напряжения и микросхема выключена. По мере уменьшения освещенности фоторезистора его сопротивление возрастает, что приводит к уменьшению смещения в базе транзистора VT1 и закрыванию его. Чувствительность этого узла, реагирующего на освещенность, можно регулировать — для этого необходимо ввести в схему переменный резистор (желательно многооборотный) типа СП5-1ВБ с сопротивлением 1 МОм (показан пунктиром). Его подключают между базой транзистора VT1 и положительным полюсом источника питания. Чем выше сопротивление дополнительного резистора — тем чувствительнее фотореле. Естественно, что в отсутствии дополнительного резистора чувствительность узла максимальная.

Когда транзистор VT1 закрывается, ток, протекающий через переход эмиттер—коллектор, уменьшается до единиц микроампер, вследствие этого запирающее напряжение на базе транзистора VT2 уменьшается и транзистор VT2 открывается. В открытом состоянии сопротивление перехода эмиттер—коллектор транзистора VT2 снижается до нескольких Ом и, учитывая малый ток в этой цепи, на его коллекторе оказывается практически напряжение питания. Напряжение питания через ограничивающий резистор R6 поступает на вывод 2 микросхемы

D1. При напряжении 9,7 В в этой точке внутренний узел питания микросхемы разрешает работу генераторов (в микросхеме два генератора). Таким образом, теперь заработают оба триггера Шмитта, имеющиеся в микросхеме КР1436АП1.

Сопротивления ограничивающих резисторов R4 и R5 подобраны так, чтобы транзистор VT3 открывался только при полностью открытом транзисторе VT2. Этот момент соответствует наибольшей освещенности фоторезистора. Пока VT3 не открыт, он не может шунтировать (замыкать) переход база—эмиттер транзистора VT4 (VT4 пока периодически открывается под воздействием первого триггера Шмитта); тем самым звук в пьезоизлучателе будет прерывистый однотональный. Этот предварительный сигнал свидетельствует о снижении освещенности.

При дальнейшем уменьшении светового потока, вплоть до его полного отсутствия, происходит максимальное открывание транзистора VT2, что приводит к открыванию транзистора VT3 и, соответственно, запиранию транзистора VT4. Переход эмиттер—коллектор закрытого транзистора VT4 будет представлять собой большое сопротивление и не сможет оказывать влияние на времязадающий конденсатор С4. Таким образом, звуковой сигнал станет постоянным и двухчастотным.

Настройка устройства не требует большого опыта и времени. Перед включением необходимо установить движок переменного резистора R2 в среднее положение, а переменный резистор R5 установить в положение минимального сопротивления. При первом включении питания необходимо искусственно создать для устройства режим «темноты». Для этого на коллектор транзистора VT2 подают напряжение питания от источника. Микросхема должна среагировать и выдать через пьезоизлучатель В1 прерывистый однотональный звуковой сигнал. Теперь движок переменного резистора, не выключая питание узла, переводят в положение максимального сопротивления. Звуковой сигнал должен стать двухтональным и постоянным по длительности.

Таким образом, переменные резисторы R2 и R5 служат, соответственно, для установки порога срабатывания фотореле в режиме предварительной и окончательной звуковой индикации. На рисунке они обозначены как первый и второй уровни.

Громкость звука можно увеличить, подбирая конденсатор СЗ. Когда собственные колебания пьезоизлучателя войдут в резонанс с импульсами, поступающими с выхода микросхемы D1, громкость звука увеличится в несколько раз.

Элементы устройства монтируются навесным монтажом. Источник питания устройства трансформаторный с постоянным напряжением на выходе 12…20 В. Он может быть не стабилизированным. Конденсатор С1 отфильтровывает низкочастотные помехи по питанию. Ток потребления узла в режиме максимальной освещенности фоторезистора — 8…10 мА, при звуковом сигнале он увеличивается до 20 мА.

Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,25. Переменные резисторы желательно применять многооборотные типа СП5-1ВБ. Оксидный конденсатор С1 типа К50-12, К50-35, С2 типа К50-6. СЗ, С4 — типа КМ-5. Пьезоизлучатель любой из ряда ЗП. Транзисторы VT1, VT2 можно заменить на КТ361А—КТ361Г, КТ502А—КТ502В. Транзисторы VT3, VT4 можно заменить на КТ312А—КТ312В, КТ315А—КТ315Е, КТ503А—КТ503В. Фоторезистор подключается к основной схеме при помощи витой пары, состоящей из проводов МГТФ-0,8. Длина соединительных проводников должна быть минимальной. В авторском варианте она составляет 20 см.

Кроме фотореле в общепринятом смысле, вариантов применения данного узла много.

У автора устройство находит практическое применение в системе слежения за загрязнением воды в аквариумах. За задней стенкой аквариума, обращенной к глухой стене помещения, устанавливается светильник с лампой накаливания мощностью 15…25 Вт. Лампа накаливания обязательна, т.к. при применении ламп дневного света (что сначала кажется наиболее оптимальным решением) из-за ультрафиолетового спектра излучения ЛДС через пару дней происходит помутнение воды в аквариуме, начинается зарастание травой, и воду приходится менять.

Как известно, для декоративных аквариумных рыб необходим режим освещения в течение большей части суток. Поэтому лампа освещения должна гореть постоянно.

С противоположной стороны аквариума устанавливается фотодатчик R1; его аккуратно, микрокаплей клея «Супер-мо- мент-гель» приклеивают к стеклу аквариума рабочей поверхностью к свету. Далее производят настройку порога срабатывания устройства по методике, описанной выше.

При замутнении воды сигнализатор издает соответствующие звуковые сигналы, которые следует принимать как руководство к действию — поменять воду в аквариуме частично или полностью.

По мере эксплуатации данного устройства выявились и некоторые отрицательные аспекты. Большие и средних размеров рыбы, живущие в аквариуме, проплывая вблизи фотодатчика и, таким образом, загораживая световой поток, вызывают естественно, срабатывания устройства и тогда оно выдает кратковременный звуковой сигнал. Однако, на взгляд автора, это является и положительным моментом. В качестве эксперимента был закреплен звуковой излучатель ЗП-З на внешней стенке аквариума (вдали от фотодатчика) тоже с помощью клея. Когда рыба загораживала собой световой поток к фотодатчику, излучатель генерировал звуковые колебания. Они воспринимались рыбами через стеклянную стенку аквариума и активизировали их деятельность. Рыбы становились более подвижны и их цветовая окраска менялась на более насыщенную. Стайки рыб (Гурами и Пецилии) крутились рядом с излучателем, пока он генерировал звуковые волны.

При перегорании осветительной лампы звуковой излучатель также подает сигнал, что является скорее полезным, чем вредным фактором.

А нужен ли вообще такой сигнализатор на практике? Нужен. Человеческий глаз по-разному, в зависимости от общего состояния организма индивидуума и окружающей освещенности, воспринимает то или иное изображение. То есть визуально фиксировать загрязнение стенок аквариума и воды в нем можно только с большой долей неточности. Электроника же более объективна в этом вопросе.

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