В помощь радиолюбителю. Выпуск 7

7.4. Автомат управления освещением

Нечаев И. [28]

Устройство предназначено для автоматического включения освещения при наступлении сумерек и выключение его с рассветом. Принципиальная схема автомата приведена на рис. 41.

Рис. 41. Принципиальная схема автомата управления освещением

Чувствительным элементом автомата является фоторезистор R1, управляющим элементом — тиристор VS1. Осветительные лампы подключаются к соединителю XS1. Автомат питается от сети переменного тока напряжением 220 В через выпрямительный мост на диодах VD4-VD7. Выпрямленное напряжение стабилизировано элементами R7, VD3, С4.

Днем сопротивление фоторезистора мало, потенциал эмиттера VT2 мал, он заперт и заперт также тиристор — освещение выключено. Конденсатор С2 заряжен до напряжения на конденсаторе С3. Когда начинает темнеть, сопротивление R1 увеличивается, потенциал эмиттера VT2 растет, и он начинает отпираться. Конденсатор С3 разряжается на резистор R6 и управляющий электрод тиристора, который отпирается, зажигая осветительные лампы.

Для устранения неустойчивого режима из-за снижения напряжения на эмиттере VT2 благодаря разряду С3 вводится гистерезис, использующий транзистор VT1. Импульсы, возникающие на резисторе R6 при отпирании транзистора VT2, через конденсатор С3 подаются на выпрямитель VD1, VD2, С1, собранный по схеме удвоения. На затворе транзистора VT1 образуется отрицательное относительно истока напряжение, и открытый до сих пор VT1 запирается. Потенциал его стока увеличивается и также увеличивается потенциал эмиттера VT2.

При следующем рассвете сопротивление фоторезистора падает, транзистор VT2 и тиристор запираются, и осветительные лампы гаснут.

Элементы схемы размещаются на печатной плате, показанной на рис. 42. Фоторезистор устанавливается таким образом, чтобы он освещался наружным светом, но чтобы на него не падал свет от ламп, управляемых автоматом.

Рис. 42. Чертеж печатной платы автомата управления освещением

Примечание. В статье автор рекомендует применение тиристора КУ202К, а также и других. Однако этот тиристор и многие другие из числа рекомендованных рассчитаны на предельное прямое напряжение в закрытом состоянии не более 300 В. Амплитуда же номинального напряжения сети достигает 311 В, а предельного — 327 В. Поэтому в схеме автомата допустимо использовать из числа упомянутых автором лишь КУ202М или КУ202Н. Мощность ламп ограничена используемыми выпрямительными диодами: Д226Б допускают максимальный прямой ток 300 мА. Отсюда максимальная мощность ламп составляет 132 Вт.

7.5. Автоматический выключатель освещения

Лазовик В. [29]

В разделе 7.3 был рассмотрен автоматический выключатель О. Зонова, в схеме которого использовались электромагнитные реле. Однако по сравнению с электронными компонентами электромагнитные реле менее надежны. В этой схеме основным запоминающим элементом переключения является D-триггер К176ТМ2. Принципиальная схема автомата приведена на рис. 43

Рис. 43. Принципиальная схема автоматического выключателя освещения

На дверной коробке установлен герконовый контакт SF1. Он замыкается при запирании двери. В исходном состоянии на прямом выходе триггера DD1 — уровень лог. 0, транзистор VT1 и тиристор VS1 заперты, осветительная лампа HL1 не горит. На инверсном выходе триггера — уровень лог. 1. При открывании двери контакты SF1 размыкаются, но это не приводит к изменениям в схеме. При закрывании двери положительный перепад поступает на вход С триггера и он опрокидывается. На прямом выходе устанавливается уровень лог. 1 (как на входе D), на инверсном — уровень лог. 0. Отпираются транзистор и тиристор, зажигается лампа.

Когда выходят из помещения и открывают дверь, размыкание контакта SF1 и отрицательный перепад не влияют на состояние автомата. Но при втором закрывании двери положительный перепад на входе С триггера переключает его, на прямом выходе появляется уровень лог. 0 (как на входе D), транзистор и тиристор запираются, лампа гаснет, а на инверсном выходе триггера устанавливается уровень лог. 1. Схема возвращается в исходное состояние. К тиристору в закрытом состоянии приложены положительные полуволны синусоидального напряжения сети с максимальной амплитудой 327 В. Поэтому использование в схеме тиристора КУ202Л с предельным напряжением в закрытом состоянии 300 В чревато пробоем. Вместо него следует применить КУ202М или КУ202Н.

Эффективное напряжение, приложенное к резисторам R4-R6, составляет 210 В. На них рассеивается всего 1,34 Вт. Вместо двухваттных резисторов достаточно установить полуваттные или один двухваттный сопротивлением 33 кОм.

Глава 8

ЭЛЕКТРОННЫЕ ИГРЫ

8.1. «Кто быстрее» — на двух транзисторах

Сальников Е. [30]

В этой игре в распоряжении каждого из двух играющих имеется кнопка. По команде судьи играющие нажимают и удерживают нажатыми свои кнопки. Выигрывает тот, чья лампочка загорится. Принципиальная схема игры представлена на рис. 44.

Рис. 44. Принципиальная схема игры «Кто быстрее»

При обеих нажатых кнопках схема представляет собой простейший триггер, который имеет только одно устойчивое состояние: либо открыт транзистор VT1, тогда VT2 должен быть заперт, либо открыт VT2, тогда заперт VT1. В каком состоянии окажется триггер после нажатия обеих кнопок, определяется тем, какая из них нажата первой. Так, при нажатии кнопки SB1 открывается транзистор VT1, поскольку от источника питания GB1 через лампу HL2, резистор R2 и замкнутую кнопку SB1 начинает течь ток базы, достаточный для отпирания транзистора. В результате отпирания транзистора VT1 загорается лампа HL1. Лампа HL2 не горит, так как ток базы транзистора недостаточен.

Общеизвестно, что не рекомендуется использовать транзисторы с отключенными от схемы базами. Поэтому в схеме между базой и эмиттером каждого транзистора нужно включить резистор сопротивлением 2–3 кОм.

Примечание. В статье рекомендуется напряжение батареи питания около 3 В (два элемента АА или ААА) и лампочки, рассчитанные на напряжение 2,5 В и ток 68 мА (тип МН2,5–0,068). Поэтому рекомендация применения транзисторов КТ315 с любым буквенным индексом не верна: транзисторы КТ315Ж и КТ315И непригодны.

8.2. Электронная игра «Чет-нечет»

Прокопцев Ю. [31]

Предлагаемая электронная игра, принципиальная схема которой приведена на рис. 45, рассчитана на двух играющих и предусматривает выигрыш одного партнера, если сумма чисел, выбранных обоими игроками, оказывается четной, и выигрыш другого — если нечетной. Каждый играющий располагает двумя кнопками: один — SB1 «2» и SB3 «1», другой — SB2 «1» и SB4 «2».

Рис. 45. Принципиальная схема игры «Чет-нечет»

Распознавание четности или нечетности суммы и соответствующее отображение лампочками накаливания осуществляется диодным коммутатором VD1-VD10 и транзисторами VT1, VT2 в блоке «Нечет» и VT3, VT4 в блоке «Чет».

При отжатых кнопках управления потенциалы баз транзисторов благодаря делителям R5 и R3, R4 в блоке «Нечет», а также R11 и R9, R10 в блоке «Чет» составляют -0,2 В. При этом транзисторы заперты, и лампочки не горят. Если нажать кнопку SB1, соответствующую цифре 2, ток от источника питания потечет через диод VD4 и резисторы делителя R2, R4, которые делят напряжение пополам. На аноде диода VD6 окажется отрицательное напряжение — 2,35 В, он запрется, и потенциал баз VT1,VT2 станет равным -0,4 В. Чтобы отпереть транзисторы, этого также недостаточно. Нужно дополнительно запереть диод VD5 с помощью второй кнопки. Так, нажатие кнопки SB2, соответствующей цифре 1, приводит через диод VD1 и делитель из резисторов R1, R3 к запиранию диода VD5. Тогда шунтирующее действие эмиттерных переходов резисторами R3, R4 прекращается, ток каждой базы VT1, VT2 становится равным 7,5 мА, транзисторы отпираются, и зажигается лампа HL1 «Нечет». Действительно, сумма 2 + 1 = 3. Если же нажаты кнопки SB1 и SB4, запираются диоды VD11 и VD12, что приводит к отпиранию транзисторов VT3, VT4 и зажиганию лампы HL2 «Чет». Действительно, сумма 2 + 2 = 4.

Автор рекомендовал использовать лампочки накаливания, рассчитанные на напряжение 4,5 или 3,5 В при токе не более 200 мА. В этом случае подойдут лампочки типа МНЗ,5–0,14, рассчитанные на ток 140 мА.

При отсутствии транзисторов МП25 можно установить транзисторы КТ3108А. Их максимальный ток коллектора составляет 200 мА. Еще лучше установить коммутаторные лампочки КМ6-60, рассчитанные на номинальное напряжение 6 В и ток 60 мА. При напряжении питания 4,5 В ток такой лампочки окажется равным 45 мА В этом случае в каждом блоке достаточно использовать один транзистор вместо двух.

Чтобы предотвратить последствия нажатия игроками сразу двух предоставленных им кнопок, SB3 и SB4 выполнены двухполюсными. При их нажатии размыкаются цепи кнопок SB1 и SB2.

8.3. Белорусская рулетка

Лагута С. [32]

В обычной рулетке шарик бросают в кольцевую канавку вращающегося диска. Шарик, вращаясь по кольцу канавки, совершает множество оборотов, а после снижения скорости падает в одну из пронумерованных ячеек. Выигрывают игроки, которые загадали номер этой ячейки. В предлагаемой электронной рулетке количество «ячеек» значительно меньше, чем в настоящей: всего 10. Порядок игры также другой. Каждый игрок вслух объявляет выбранную им цифру. Затем «запускается рулетка» — нажимается кнопка пуска схемы. Через некоторое время методом случайной выборки устройство отображает одну из цифр. Выигрывают угадавшие.

Принципиальная схема устройства показана на рис. 46.

Рис. 46. Принципиальная схема белорусской рулетки

Процесс вращения шарика имитирует генератор импульсов, собранный на микросхеме DV555N. Постепенное замедление шарика и его остановку имитирует постепенное уменьшение частоты повторения импульсов. Счетчик DD2 подсчитывает число поступивших импульсов по модулю 10, но переполнение не учитывается. Номера ячеек имитируют десять светодиодов. После остановки генератора останавливается и счетчик с зажиганием светодиода, соответствующего последней цифре числа прошедших импульсов. Случайность процесса обусловливается неопределенностью длительности нажатия на кнопку пуска, во время которой частота повторения импульсов не уменьшается, а счетчик их считает.

Микросхема DV555N представляет собой интегральный таймер, который содержит два компаратора, триггер и выходные каскады. Назначение выводов таймера следующее. Входы компараторов — выводы 2 и 6, сброс триггера — 4, выходы — 3 и 7, управляющее напряжение — 5, питание — 8, общий — 1. Вывод 4 служит для блокировки таймера: при подаче на него низкого уровня таймер не работает и на обоих выходах устанавливается низкий потенциал. Поэтому вывод 4 соединен с источником питания. Триггер таймера переключается, когда на обоих входах одновременно действует высокий уровень. Поэтому выводы 2 и 6 соединены и подключены к времязадающей цепочке R2, С2, на которую поступает питание с конденсатора С1. Заряд конденсатора С2 происходит через резистор R2, а разряд — через выходной транзистор с открытым коллектором (вывод 7).

Внутри микросхемы таймера резисторный делитель образует два пороговых напряжения. При питании напряжением 3 В эти пороги равны 2 В и 1 В. При нажатии кнопки пуска SB1 конденсатор С1 быстро заряжается от источника питания до 3 В, а конденсатор С2 начинает заряжаться через резистор R2 от нуля до 2 В. Напряжение на выходе таймера в это время равно напряжению питания. В тот момент, когда напряжение на С2 достигнет 2 В, срабатывает компаратор, триггер таймера опрокидывается и выходные напряжения падают до нуля. Начинается разряд С2 через транзистор с открытым коллектором (вывод 7). Когда напряжение на С2 спадет до 1 В, сработает второй компаратор, вновь переключится триггер, выходные напряжения сравняются с напряжением питания, транзистор с открытым коллектором запрется и вновь начнется заряд С2 с 1 В до 2 В. Таким образом таймер вырабатывает импульсы, период повторения которых определяется временем заряда С2 от 1 В до 2 В (временем разряда через вывод 7 можно пренебречь). Хотя постоянная времени заряда, равная произведению R2xС2, не изменяется, но после отпускания кнопки через R1 начинает разряжаться конденсатор С1 и напряжение на нем уменьшается. Понятно, что чем ниже напряжение на С1, тем больше требуется времени для заряда С2 от 1 В до 2 В. Так плавно увеличивается период повторения импульсов, и, когда С1 разрядится до 2 В, конденсатор С2 зарядиться до 2 В уже не сможет, триггер остановится.

Счетчик DD2 также остановится и окажется горящим один светодиод. При следующем нажатии пусковой кнопки произведению R2xС2, не изменяется, но после отпускания кнопки через R1 начинает разряжаться конденсатор С1 и напряжение на нем уменьшается. Понятно, что чем ниже напряжение на С1, тем больше требуется времени для заряда С2 от 1 В до 2 В. Так плавно увеличивается период повторения импульсов, и, когда С1 разрядится до 2 В, конденсатор С2 зарядиться до 2 В уже не сможет, триггер остановится. Счетчик DD2 также остановится и окажется горящим один светодиод. При следующем нажатии пусковой кнопки процесс повторяется.

Приложение

ЧТО ТАКОЕ ДЕЦИБЕЛЫ И ЗАЧЕМ ОНИ НУЖНЫ

Многие величины, например коэффициенты усиления, уровни громкости или шумов, коэффициенты частотных искажений и др., определяются отношениями напряжений, токов или мощностей. Так коэффициент усиления по напряжению выражается отношением напряжения сигнала на выходе усилителя к напряжению на его входе. Уровень громкости находят как отношение мощности звукового давления сигнала к заданному «начальному» уровню мощности, соответствующему порогу слышимости человеческого уха. Коэффициент частотных искажений усилителя звуковой частоты определяется отношением коэффициента усиления сигнала средней частоты к коэффициенту усиления сигнала нижней или верхней частоты диапазона, на который рассчитан усилитель. Во всех этих случаях важно отношение указанных величин, а не они сами. Поэтому в электротехнике, радиотехнике, акустике и других областях физики такие отношения величин принято выражать не в абсолютных значениях, а в логарифмических.

Основной твердо установившейся международной единицей подобных отношений принят децибел (дБ). Определение параметров в децибелах производится по следующим формулам:

для отношения напряжений

для отношения мощностей

Наоборот, если известны параметры, выраженные в децибелах, можно вычислить соответствующие им отношения напряжений или мощностей:

для отношения напряжений

для отношения мощностей

Использование отношений одноименных физических величин в логарифмической форме очень удобно. Так, достаточно указать значение параметра в децибелах, не оговаривая, идет ли речь об отношении напряжений, — а также токов — или же об отношении мощностей, так как в обоих случаях число децибел оказывается одинаковым. Кроме того, если речь идет, например, о многокаскадном усилителе, сквозной коэффициент усиления которого равен произведению коэффициентов усиления каждого каскада, сквозной коэффициент усиления, выраженный в децибелах, равен сумме коэффициентов усиления каждого каскада, также выраженных в децибелах, а суммировать всегда проще, чем перемножать.

Часто под руками нет таблицы десятичных логарифмов и таблицы степеней числа 10, что исключает возможность самостоятельно вычислить те или другие параметры, выраженные в децибелах, или преобразовать их в абсолютные значения отношений. С помощью приведенной ниже таблицы можно определить параметр в децибелах, если известно отношение напряжений, токов или мощностей, и наоборот, если известно значение параметра, выраженное в децибелах, можно определить отношение напряжений, токов или мощностей. Когда отношение абсолютных величин меньше 1 (что соответствует ослаблению), его значение в децибелах должно быть взято с отрицательным знаком. Аналогично, если параметр выражен в децибелах и он является отрицательным, значит, отношение соответствует ослаблению.

Если отношение конкретных напряжений (токов) более 10 или отношение мощностей более 100, для пересчета в децибелы его разбивают на сомножители, затем находят по таблице значение децибел для каждого сомножителя, после чего их складывают.

Так, например, если U₁/U₂ = 28, разбиваем это число на сомножители: 28 = 2,8 х 10. Затем преобразуем каждый сомножитель в децибелы: 2,8 — > 9 дБ, 10 — > 20 дБ и складываем их (U₁/U₂)_дБ = (9 + 20) дБ = 29,0 дБ.

Если же отношение, выраженное в децибелах, превышает 20 дБ и нужно найти абсолютное значение, сначала его разбивают на слагаемые, находят по таблице отношение для каждого слагаемого и затем их перемножают.

Так, например, если (Р₁/Р₂)_дБ = 30 дБ, разбиваем это число на слагаемые: 30 дБ = (10 + 20) дБ; затем преобразуем каждое слагаемое в отношение мощностей 10 дБ — >10, 20 дБ —> 100 и перемножаем их Р₁/Р₂ = 10 х 100 = 1000.

Литература

1. Цыбульский В. Имитатор шума прибоя // Радио. — 1978. - № 8. — С. 53.

2. Белоусов В. Канарейка. // Радиолюбитель — 1991. - № 6. — С. 47.

3. Шиповский С. Имитатор звуков капели // Радио. — 2000. -№ 11. -С. 60.

4. Ерофеев М. Универсальный имитатор // Радио. — 2000.-№ 12. — С. 49–50.

5. Нечаев И. Металлоискатель на микросхеме // Радио. — 1987. - № 1. — С. 49.