Электронные фокусы для любознательных детей

Генератор 34 реализован на логических элементах микросхемы К561ЛH2. На двух первых элементах собран низкочастотный генератор. Он управляет частотой колебаний высокочастотного генератора на элементах DD1.3 и DD1.4. От этого получается, что схема работает на двух частотах попеременно. На слух смешанные колебания воспринимаются как «трель».

Звуковым излучателем является пьзоэлектрический капсюль ЗП-х (ЗП-2, ЗП-З, ЗП-18 или аналогичный) или высокоомный телефонный капсюль с сопротивлением обмотки более 1600 Ом.

Свойство работоспособности КМОП-микросхемы К561 серии в широком диапазоне напряжений питания использовано в звуковой схеме на рис. 2.15.

Автоколебательный генератор на микросхеме K561ЛH2 (первый и второй элементы) получает напряжение питания от схемы управления, состоящей из RC-зарядной цепочки и истокового повторителя на полевом транзисторе VT1.

Рис. 2.15. Электрическая схема автоколебательного генератора

При нажатии кнопки S1 конденсатор в цепи затвора транзистора быстро заряжается и затем медленно разряжается.

Истоковый повторитель имеет очень большое сопротивление и на работу зарядной цепи почти не влияет. На выходе VT1 «повторяется» входное напряжение, и сила тока достаточна для питания элементов микросхемы.

На выходе генератора (точка соединения со звуковым излучателем) формируются колебания с убывающей амплитудой до тех пор, пока напряжение питания не станет меньше допустимого (+3 В для серии микросхем К561). После этого колебания срываются. Частота колебаний выбрана примерно 800 Гц. Она зависит и может быть скорректирована конденсатором С1.

При подаче выходного сигнала 34 на звуковой излучатель или усилитель можно услышать звуки «мяуканья кошки».

Схема на рис. 2.16 позволяет воспроизводить звуки «кукования кукушки».

При нажатия на кнопку S1 конденсатор С1 и С2 быстро заряжается (С1 через диод VD1) до напряжения питания. Постоянная времени разряда для С1 около 1 с, для С2 – 2 с. Напряжение разряда С1 на двух инверторах микросхемы DD1 преобразуется в прямоугольный импульс, длительностью около 1 с, который через резистор R4 модулирует частоту генератора на микросхеме DD2 и одном инверторе микросхемы DD1. Во время длительности импульса частота генератора составит 400–500 Гц, при его отсутствии – примерно 300 Гц.

Напряжение разряда С2 поступает на вход элемента И (DD2) и разрешает работу генератора примерно в течении 2 с. В результате на выходе схемы получается двухчастотный импульс.

Необычные неповторимые звуки с помощью простых схемы: как мяукает кошка, лает собака, мычит корова находят применение в бытовых устройствах для привлечения внимания своей нестандартной звуковой индикацией к происходящим электронным процессам.

Рис. 2.16. Электрическая схема устройства с эффектом «кукования кукушки»

2.8. Простое устройство защиты от комаров для летнего лагеря и дачи

С наступлением теплого сезона у людей во всем мире появляются новые заботы– как уберечься от летающих насекомых– комаров и мух. Особенно нагнетает атмосферу и портит настроение нашим маленьким детям навязчивый знойный писк и гул комаров ночью.

Что защитить себя и семью кто-то устанавливает дома противомоскитные сетки, занавешивает форточки и дверные проемы марлей, намазывает свое тело специальными составами, отталкивающими надоедливых насекомых.

Промышленность развитых стран (в частности Финляндии) уже давно предлагает своему населению специальный прибор, напоминающий по принципу действия «электрический стул». Между проводниками-электродами, расположенными друг от друга на расстоянии 3,5 мм, при работе генератора ВЧ образуется электрическое поле. Насекомое, попавшее в это поле, погибает и, как правило, остается прилипшим на электродах, так что его без труда можно выбросить «в утиль», стряхнув прибор, как мы привыкли стряхивать старый ртутный градусник.

2.8.1. Принцип работы

Устройство работает по принципу уничтожения насекомых электрическим разрядом высокого напряжения.

Для человека оно не опасно (хотя ощутимо) в силу очень малого (единицы мкА) тока. При случайном воздействии на человека (касания сетки с электродами при включенном устройстве), человек ощущает лишь легкое покалывание.

Пользуются устройствам так.

При приближении комара (или иного летающего насекомого) нажимают на кнопку (бардового цвета, слева на ручке устройства на рис. 1), при этом «ракеткой» энергично ведут по воздуху в месте нахождения насекомого и «достают», касаются его. Комар после этого прилипает к электродам и погибает. Также можно уничтожать комаров и мух, сидящих на потолке или стенах комнаты, при этом «мокрых» и кровяных пятен на стенах не остается.

При проведении (взмахом) такой ракеткой вблизи летящего (сидящего на стене, потолке) насекомого (комара, мухи, шмеля, овода) с включенным электронным узлом, электрические разряд между параллельными проводниками воздействует на насекомое и приводит к его летальному исходу. Практикой установлено, что достаточно провести ракеткой с включенным устройством на расстоянии 5…7 см от насекомого. Непосредственный контакт не обязателен.

Длительная практика применения показала, что устройство продолжает хорошо работать, даже если на сетку между электродами попало более трех десятков мелких насекомых (комаров). Согласитесь, это эффективный показатель.

Устройство питается от двух пальчиковых батарей типа А А, с суммарным напряжением 3 В. Этого источника питания хватает на все лето активной работы.

2.8.2. Вопросы практического применения

Данное устройство против насекомых часто применяют в мобильном исполнении для локального действия. Но оно эффективно не только против комаров и мух, но и против ползающих насекомых, например, против тараканов и крупных муравьев.

Отрицательным моментом применения устройства является то, что убиенные электрическим током насекомые при воздействии тока частично сгорают и выделяют не очень приятный запах (каждое насекомое – свой). Но в случае обильного нашествия комаров и мух, на это уже, как правило, обращаешь внимание второстепенно.

Одним из второстепенных положительных моментов применения устройства является то, что летающие насекомые (мухи и комары) могут быть легко сняты с устройства легким стряхиванием, например, прямо в аквариум, где рыбы с удовольствием питаются ими. Это проверено на авторской практике, таким образом, частично решается и проблема разнообразия корма для рыб. Ведь, как известно аквариумистам, естественный (природный) корм лучше искусственного.

Для радиолюбителей не составит труда повторить представленную ниже электрическую схему устройства оберегающего человека от комаров мух и других летающих насекомых.

Для этой цели, а также для общего познания и возможности доработки устройства, автор разобрал его и скопировал электрическую схему. Она оказалось не сложной (см. рис. 2.17).

Рис. 2.17. Электрическая схема устройства уничтожения летающих насекомых

К сожалению, данные высокочастотного трансформатора Т1 оказались недоступны (нет обозначения). Поэтому автор пошел по пути замены его отечественным аналогом путем подбора. Наилучшие результаты (вместо штатного) показал согласующий трансформатор СТ-1А, который можно встретить «в закромах» радиолюбителя. Ранее он активно применялся в старых транзисторных радиоприемниках типа «Селга-404» и аналогичных.

Для повторения устройства в домашних условиях потребуется старая (или новая) ракетка для игры в бадминтон.

Доработка ракетки сводится к удалению капроновой или Лесковой сетки и замене ее на параллельные не соединяющиеся неизолированные провода (цельной стальной или цельной нихромовой (здесь не принципиально) проволоки диаметром 1 мм), установленные через равные промежутки (3,5…4 мм) и жестко натянутые по внутренней окружности обруча ракетки.

Конструктивная схема показана на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Конструктивная схема переделки ракетки для игры в бадминтон

На рис. 2.19. показана схема подключения сетки из электродов.

Рис. 2.19. Конструктивная схема подключения электродов к устройству защитного заслона против летающих насекомых

Главное, чтобы контакты электродов не замыкались, иначе генератор ВЧ (см. рис. 2.17) выйдет из строя.

В самодельном варианте уместно питать устройство от сетевого адаптера с выходным постоянным напряжением в диапазоне 3–5 В. Это может быть, например, адаптер для питания аудиоплеера или любой аналогичный.

Ток потребления устройства во включенном состоянии от источника питания (для самодельного варианта) не превышает 30 мА.

При случайном касании защитной сетки человеком ощущается легкое покалывание в месте прикосновения. При отключении питания узла электронный заряд, обусловленный сохранением разницы потенциалов на обкладках конденсатора С1 сохраняется еще некоторое время– 1… 1,5 мин. При необходимости принудительно «разрядить» устройство после охоты на комаров при выключенном питании неизолированные проводники сетки рекомендуется кратковременно замкнуть (например, любым проводящим ток предметом, отверткой), сняв остаточный заряд.

2.8.3. Элементы устройства

Устройство, показанное на электрической схеме рис. 1, представляет собой генератор импульсов ВЧ на транзисторе VT1 и повышающем трансформаторе Т1. При замыкании контактов кнопки SA1 транзистор VT1 взаимодействуя с первичной обмоткой трансформатора Т1 (начала обмоток показаны на схеме точкой) переходит в режим генерации импульсов с частотой около 100 кГц. Эти импульсы можно проконтролировать на коллекторе и базе транзистора VT1 осциллографом.

На выводах вторичной обмотки вследствие магнитной индукции при работе генератора образуется переменное напряжение, которое через умножитель на диодах VD1, VD2 поступает на контакты XI, Х2. Постоянный резистор R2 ограничивает ток. Конденсатор С1 служит для частотного резонанса с вторичной обмоткой Т1. Нормальным считается такая работа узла, если на контактах XI, Х2 вольтметром в режиме измерения постоянного напряжения (DC) удается зафиксировать напряжение 80…90 В. При подключении вольтметра к контактам XI, Х2 внутренняя цепь измерительного прибора заметно шунтирует полезное напряжение, поэтому при указанных выше показаниях вольтметра реальная разность потенциалов в точках XI и Х2 составит около 100 В.

Если выходное напряжение окажется заметно большим, чем 100 В (что может быть при применении другого трансформатора вместо указанного СТ-1А или увеличения напряжения питания устройства (это делать не рекомендуется)), в схему вводят постоянный резистор R* между контактами XI и Х2 (показан на рис. 2 пунктиром).

Повышать выходное напряжение на контактах XI, Х2 совершенно нет необходимости, комары и так погибнут).

Замыкать контакты XI, Х2 при включенном питании (замыкании контактов кнопки SA1) не рекомендуется даже кратковременно – можно вывести из строя транзистор и трансформатор генератора.

К контактам XI, Х2 методом пайки присоединяют изолированные проводники сечением не менее 1 мм. Их длина должна быть минимальной (устройство максимально близко следует располагать к защитной сетке), скрутка проводников между собой недопустима.

2.8.4. О деталях и налаживании

Генератор устройства, как правило, начинает работать сразу же после подачи питания, при этом слышится негромкий характерный ВЧ звук. Если этого не произошло, проверяют ток потребления и контролируют напряжение в указанных на схеме точках первичной обмотки Т1.

Наиболее распространенная причина неисправности (если все детали заведомо исправны) в неправильном включении трансформатора Т1. Для устранения неполадки первичную обмотки включают так, чтобы начало первичной обмотки соответствовало «+» источника питания– то есть включают трансформатор наоборот относительно первого подключения.

Для дальнейшей настройки (или поиска неисправностей) желателен осциллограф. Им контролируют и добиваются изменением сопротивления резистора R2 максимального размаха амплитуды импульсов генератора, которые имеют частоту примерно 100 кГц. Если осциллографа нет, настраивают генератор с помощью вольтметра. На нижнем (по схеме) выводе первичной обмотки корректировкой сопротивления указанного резистора (если это необходимо) добиваются напряжения 2,8 В в режиме измерения постоянного напряжения. Но это скорее частный случай и, как правило, в этом необходимости нет.

Транзистор MIP504 в корпусе ТО-92 можно заменить на MIP508, MIP707, MIP510, MIP511 и на аналогичными по электрическим характеристикам.

Классическое применение данного типа транзисторов– коммутация различных реактивных нагрузок, реле и других приборов, содержащих катушки индуктивности, трансформаторов.

Ток нагрузки до 2 А, частота переключения до 120 кГц, предельное напряжение коллектор-эмиттер 60 В, управляющее напряжение (база– эмиттер) не более 6 В.

Трансформатор Т1 применен промышленный, какие можно найти и в старых запасах начинающего радиолюбителя.

Можно его заменить и на аналогичные варианты согласующих трансформаторов от транзисторных приемников. Главные требования при поиске замен: Ш– образные пластины, компактный внешний вид, необходимое количество отводов в первичной обмотке (согласно схемы рис. 2). Сопротивление между отводами в первичной обмотке таково: участок А – 1,7 Ом, Б – 2 кОм, В – 0,9 Ом. Сопротивление между выводами вторичной обмотки 250 Ом.

Все постоянные резисторы типа MЛT-0,25, MF-25. Конденсатор С1 обязательно высоковольный (рассчитанный на рабочее напряжение не ниже 100 В), например, К73-17, К78-17. Диоды VD1, VD2 типа КД254 с любым буквенным индексом, 1N4007. Кнопка SA1 типаП1М9-1Т или минитумблер MTS-1.

2.8.5. Ограничения и особенности устройства

Устройство содержит очень мало деталей, поэтому печатная плата в данном случае не разрабатывалась. Недостатков устройства и его ограничения по использованию из-за каких-либо побочных эффектов на практике не выявлено. Шумовой эффект (писк) от работы генератора ВЧ слышен лишь вблизи ракетки на расстоянии в 1 м и не оказывает отрицательного влияния на человека. По этому же еле слышному звуку можно контролировать работу устройства.

Также для визуального контроля работы в схему можно ввести светодиодный индикатор, включив светодиод последовательно с ограничительным резистором сопротивлением 82… 100 Ом. Данную цепь включают между «+» питания и эмиттером транзистора VT1. Ток потребления при этом несколько повысится, а ресурс работы элементов питания (при использовании батареек) пропорционально сократится.

Кроме рассмотренных вариантов с незначительной доработкой схемы (это остается для самостоятельного творчества) можно расширить спектр применения устройства, например, до маломощного электрошокера.

При питании от батарей с эквивалентным напряжением 3 В такой защитный электрошокер будет иметь поистине эффективные возможности из-за простоты повторения, низкой стоимости деталей и миниатюрного исполнения.

К слову, применение электрошокеров остается на совести и ответственности их владельцев.

2.9. Усиление звука…коровы

Среди многочисленных игрушек, имитирующих звуки животных с электронной начинкой внутри, есть самые замысловатые. Например, игрушка, имитирующая звук коровы, или говорящий поросенок: «поехали домой, а то я уже есть хочу!».

В первом случае промышленное электронное устройство, презентабельно оформленное в виде миниатюрной мягкой игрушки (производства наших друзей из КНР) издает звуки «му-у», что можно использовать для своих целей каждому читателю, адаптировав такую игрушку, например, для необычного сигнала в автомобиле.

Сразу оговорюсь, что использовать необычный звуковой сигнал в качестве основного нельзя, поскольку в правилах дорожного движения есть на этот счет строгие регламенты. Однако, в качестве дополнительного сигнала – можно, только не надо включать его при прохождении техосмотра.

Внимание, интересно!

Кроме того, в качестве звукового сигнализатора такое устройство можно применять практически везде в быту – от сигнализатора открывания двери холодильника и открывания межкомнатных (входных) дверей в квартире, до сигнализатора телефонного звонка или освещения – на все желание и творческая способность радиолюбителя.

Чтобы адаптировать устройство к своим целям и задачам, потребуется разобрать его, и добавить несложную (на одном транзисторе) схему усилителя мощности с подключенной на его выход динамической головкой 1–5 Вт.

Параллельно миниатюрному звуковому излучателю (динамического типа с сопротивлением катушки 250 Ом, без маркировки) подключены параллельно пара светодиодов, «съедающих» полезную мощность и без того маломощного усилителя. Как правило световой индикатор, дополнительно к звуковому в быту не понадобится, поэтому, соединительные проводники обоих светодиодов отпаиваем из платы.

Но штатный звуковой капсюль также не способен развить бо́льшую мощность, чтобы, например, озвучить среднюю комнату площадью 13x18 м.

Потребуется увеличить выходную мощность устройства. В нашем случае, чтобы согласовать высокоимпедансный выход микросхемы «игрушки» с низкоомной нагрузкой (в качестве динамической головки ВА1 с сопротивлением катушки 4-16 Ом) требуется применить усилитель тока на транзисторе VT1. Этот транзистор может быть как биполярным (кремниевым, структура п-р-р), так и полевым. При этом сопротивление резистора R1 во втором случае может быть более высоким (до 1 М) за счет малых входных токов и большого входного сопротивления полевого транзистора. Рассмотрим электрическую схему дополнительного усилителя на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Электрическая схема дополнительного усилителя

Но и указанное на схеме (рис. 2.22 сопротивление (ограничительного резистора R1) позволит устройству работать без перегрузки. Итак, в качестве усилителя мощности «промышленного» генератора звуков «му-у-у-уууу» применяется полевой транзистор и схема на рис. 2.22.

Поскольку включение данного звукового эффекта не будет продолжительным по времени, транзистор VT1 на радиатор не устанавливают.

Контакты U_bx подключают к плате в точках «штатного» подключения динамического звукового капсюля. Вывод «+» капсюля подключают к резистору R1, а общий провод к общему проводу схемы на рис. 3.

Питание китайской игрушки составляет 2 последовательно включенных элемента типа СЦ-21, а рабочее напряжение в сумме составляет 3 В. На практике проверено, что электронную «начинку» игрушки и дополнительный усилитель можно питать внешним стабилизированным напряжением 3–8 В. Верхний предел данного диапазона является окончательным, после дальнейшего повышения напряжения генератор звуков «му-у» на залитой каплевидной микросборке выйдет из строя.

В качестве ключевого элемента в таком источнике питания можно использовать популярный стабилизатор КРЕН5А– КРЕН5В. При увеличении напряжения питания выходная мощность возрастает.

Вместо транзистора VT 1 можно применить также IRF511, IRF720 или отечественный аналог КП743Б.

Вместо указанной на схеме динамической головки ВА1 подойдет любая малогабаритная с сопротивлением 4—16 Ом, и мощностью до 5 Вт, например, 0,5ГДШ-2, 4ГДВ-1, 2ГД-36.

Усилитель мощности, предложенный в данной статье, можно применять и в других игрушках, для озвучивания необычных звуковых эффектов.

При подаче питания устройство трижды «говорит» «му-у-ууу», а потом замолкает. Следующее включение осуществляется путем замыкания контактной площадки на «штатной» плате игрушки (рис. 2.21).