Текст книги "Электронные фокусы для любознательных детей"
Автор книги: Андрей Кашкаров
Жанры:
Сделай сам
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 11 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]
Много бывает фокусов, но я бы хотел акцентировать внимание читателя не столько на фокусах всем, пожалуй, известных, как-то кипячение в течении 1–2 минут воды в 3-х литровой банке с помощью опасной бритвы, к обоим концам которой подсоединены (скруткой) проводники и сия несложная конструкция воткнута в сеть 220 В (только без воды нельзя втыкать – сработает защита-автомат); сколько, на мой взгляд, более оригинальных.
В доказательство тому – вот еще один, который с соблюдением мер предосторожности можно реализовать за несколько минут. Если у вас нет желания (или возможности) кипятить, жарить, парить в микроволновой печи сосиски, но при этом есть огромное желание стать на время оригинальным гастрономом, можно поступить проще.
К двум металлическим вилкам прикрутите скруткой обычный сетевой шнур с вилкой-штепселем на конце. Положите на тарелку (поднос) сосиску (фирма-производитель и цена продукта за 1 кг значения не имеют) и воткните в нее вилки с разных концов. Также в саму сосиску (для пущего эффекта) воткните по всей длине сосиски простые светодиоды (к примеру, АЛ307БМ); полярность значения не имеет, ибо род тока переменный. Затем сетевую вилку смело втыкайте в розетку.
Через 1 минуту сосиска будет готова, а светотехническое шоу при этом «подогреет» и ваш аппетит.
Глава 2
Разные схемы доработки электронных игрушек
2.1. Доработка «Кота в мешка»
В продаже появилась игрушка, которая в соответствии со своим внешним видом так и называется – «Кот в мешке». Даже при незначительном акустическом воздействии (шуме, громком голосе, а тем более хлопке или ударе) вблизи игрушки, из нее раздается звуковой сигнал, напоминающий визг кота, схваченного за хвост или ведущего драку с другим котом.
То же происходит, но с другим звуковым эффектом, если потрогать хвост «псевдокота», выступающий из «мешка».
В чем причина таких неадекватных звуков? Их появлению способствует устройство, электрическая схема которого показана на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Электрическая схема устройства «Кот в мешке»
Как можно разумно использовать данное устройство?
Среди множества электронных устройств, повторяемых радиолюбителями особое место занимают простые акустические сигнализаторы– датчики, которые благодаря их универсальности можно использовать в быту практически неограниченно– от систем охраны до автоматических включателей или составных частей более сложных устройств, активируемых шумовым воздействием.
Как частный случай, акустические датчики можно использовать в фокусах, например, на новогодней елке, где от слов «Елочка, гори!» автоматически включатся световые эффекты. Другой возможный пример– сигнализатор повышенного уровня шума в помещении, сейчас такие сигнализаторы становятся все актуальнее. Основой для всех вышеперечисленных вариантов успешно послужит рассматриваемый ниже электронный узел. Его особенность в очень большой чувствительности, которая обусловлена сочетанием в схеме пьезоэлемента ВМ1 и транзисторов с высокими характеристиками усиления тока.
Электронный узел, схема которого показана на рис. 2.2, представляет собой усилитель 34 на транзисторах с большим статическим коэффициентом передачи тока. Собственно датчиком служит пьезоэлектрический капсюль ВМ1. Он преобразует звуковой сигнал в электрические колебания.
Усилитель на транзисторах VT1 и VT2 построен по принципу усиления постоянного тока. Резкий шум, тряска, хлопок или небольшое механическое воздействие по капсюлю ВМ1 немедленно отразится изменением напряжения в базе транзистора VT2 на 1… 1,2 В. Чувствительность узла такова, что устройство реагирует на шум резкого характера (например, хлопок) на расстоянии 4.. 5 м.
Второй каскад на транзисторе VT2 усиливает сигнал до уровня, необходимого для активации входного ключа микросхемы DA1 (вывод 3).
Постоянный резистор R2 ограничивают коллекторный ток VT1, предохраняя транзистор от выхода из строя. Конденсатор С1 обеспечивает положительную обратную связь между входом и выходом усилителя. Конденсатор С2 сглаживает пульсации напряжения источника питания.
При воздействии звукового сигнала на капсюль ВМ1 усиленный электрический сигнал поступает на усилитель тока, выполненный на входном каскаде специализированной микросхемы DA1. При этом на одном из выходов DA1 (вывод 5) присутствует сигнал высокого уровня, который является управляющим для транзистора VT3.
Транзистор VT3 управляет электродвигателем, рассчитанным на номинальное постоянное напряжение 3 В. При наличие сигнала высокого логического уровня в базе VT3 двигатель начинает вращаться (это происходит в течение 1 мин, если нет повторного звукового воздействия на капсюль ВМ1), поэтому, благодаря механике. Предусмотренной в игрушке, «Кот в мешке» заметно колеблется, трясется и вращается вокруг своей оси, пока работает электродвигатель Ml.
Для того, чтобы продлить время включения электродвигателя в устройство вводят оксидный конденсатор СЗ (на схеме не показан), включенный между точкой А (отрицательная обкладка) и «плюсом» источника питания. В моменты акустического шума конденсатор СЗ заряжается, благодаря этому время работы электродвигателя Ml увеличивается.
В то же время на выводе 4 микросхемы DA1 появляется последовательность импульсов, которые преобразуются динамической головкой ВА1 в звуковой сигнал. Продолжительность этого звукового сигнала (на слух воспринимаемого как мяуканье кошки в мартовский период) соотносится к продолжительности времени вращения электродвигателя Ml как 3:1.
Как показала практика, увеличение емкости дополнительного конденсатора СЗ свыше 10 мкФ неэффективно, так как теряется стабильность работы всего узла – раз от раза колеблется точность задержки выключения реле, заметно теряется общая чувствительность к акустическим воздействиям (требуется время на зарядку СЗ).
При новом звуковом воздействии на датчик процесс повторится сначала.
Если вместо электродвигателя Ml применить слаботочное электромагнитное реле на напряжение, соответствующее U, то устройство может управлять любой соответствующей нагрузкой, электрические и мощностные характеристики которой зависят от типа применяемого электромагнитного реле К1.
Устройство надежно работает в круглосуточном режиме.
На практике узел эффективно работает при напряжении источника питания (установленного вместо батареи GB1) от 4 до 10 В постоянного стабилизированного напряжения. Максимальный ток потребления узла не превышает 50 мА (с учетом установленного вместо Ml реле TRU-5VDC-SB-SL,
TTI TRD-9VDC-FB-SL, Omron G2R-112PV или аналогичного). Коммутирующие контакты реле управляют устройством нагрузки.
Подключения к источнику питания и к коммутируемым цепям устройств периферии удобно выполнить с помощью электромонтажного клеммника или любого подходящего разъема.
Ток потребляемый в режиме ожидания, – 3.. 5 мА.
Времязадающий конденсатор СЗ (если есть необходимость его установки в схему) надо выбрать с малым током утечки (К53-4, К52-18). Пьезокапсюль ВМ1 (ЗП-22) можно заменить наЗП-1, ЗП-18, ЗП-З или другой аналогичный. Для этой цели хорошо подходит пьезокапсюль излучатель из электронных часов в корпусе типа «пейджер».
Кремниевые транзисторы VT1, VT2 заменяют любыми из серии КТ3107, КТ502, С557. Заменять их на германиевые нежелательно из-за большого тока покоя последних. Реле (кроме вышеуказанных вместо Ml) можно заменить на RM85-2011-35-1012, BV2091 SRUH-SH-112DM и аналогичные. Все указанные типы реле рассчитаны на работу в цепи коммутации нагрузки до 250 В и током до 3 А. В качестве реле можно применить и отечественные элементы, например РЭС10, РЭС15 и аналогичные, однако они рассчитаны на работу в цепях коммутации не более 150 В, а кроме того, отечественные реле по сравнению с зарубежными обходятся дороже на один… два порядка.
2.2. Простой электронный триггер для включения
Квартирные звонки с дистанционным управлением (по радиоканалу) и выбором мелодий вносят в обыденную жизнь радиолюбителей новые варианты своего применения. Теперь, купив такое устройство не трудно дополнить его простой приставкой и применить по своему усмотрению. По паспортным данным такой звонок (например, фирмы «Paget Trading Ltd») представляет собой электронное устройство, состоящее из радиоприемника и передатчика сигналов радиочастоты 433, 925 МГц.
Их можно приобрести в магазинах электроники и строительных товаров, супермаркетах и магазинах электротоваров. Для выезжающих за границу это совсем просто – там (Шенгенская зона) супермаркеты изобилуют подобными товарами, нужно только попасть во время в сезон скидок – тогда цена будет невелика.
Пространство действия устройство распространяется до 100 м в условиях прямой видимости, что оказывается вполне достаточным для управления в пределах среднестатистической квартиры или дома.
Итак, устройство состоит и передатчика и приемника радиосигналов. Передатчик, внешне представляющий собой корпус в виде брелка для ключей, размером со стандартный спичечный коробок в доработке не нуждается. Все, что потребуется для его эффективного функционирования– это менять раз в полтора-два года аккумуляторную батарею (такую же, какая установлена в большинстве передатчиков-брелков охранной сигнализации для автомобилей). Ее напряжение 12 В, 23 АЕ, фирма-производитель GP «Ultra», но может быть и любая другая.
Антенна передатчика– кусок многожильного провода в полихлорвиниловой изоляции длиной 10 см расположен спиралью внутри корпуса «брелока». Для того, чтобы несколько увеличить дальность действия всего устройства (о таких вариантах – ниже) необходимо вместо штатной антенны установить телескопическую (например, от промышленного радиоприемника) или, в крайнем случае, использовать в качестве антенны аналогичный штатному многожильный провод длиной 90… 110 см, распушив (как лепестки цветка) на конце тонкие проводники (диаметр расходящихся лепестков 6.. 8 см. Тогда при условия аналогичной доработки антенны в устройстве приемника, удается получить дальность работы до 400 м в условиях прямой видимости.
Благодаря несложной в повторении приставке (электрическая схема представлена на рис. 2.3) такое устройство принимает на себя новое назначение. Теперь с его помощью можно дистанционно управлять электролампой или другой подобной нагрузкой.
Вход устройства приставки подключается к базовой печатной плате радиозвонка неэкранированными проводами типа МГТФ-0,4 (или аналогичными), при этом подключается общий провод и вход элемента микросхемы DD1.1. Последний подключается к контакту (выводу) 6 микросборки U2 (имеющей маркировку «cainebo CL 102К 0985RX (55-10985-101)». Кроме нее в базовой схеме присутствует микросхема логики, включенная по схеме задающего генератора импульсов (он нужен для микросборки формирователя мелодичных сигналов Ul) CD4069UBC и сама микросборка, обеспечивающая эти мелодии U1– она маркирована «sound 0985MCU (55-10985-400). Отличить U1 от U2 можно не только по соответствующим обозначениям на базовой печатной плате, но и по тому, что микросборка U1– двусторонняя, a U2 с односторонним монтажом микроэлементов.
При поступлении радиосигнала– импульса от передатчика (его длительность около 2 с обеспечивается функционально передатчиком-брелком не зависимо от продолжительности воздействия на кнопку подачи сигнала в нем) на выводе 6 U2 уровень сигнала изменяется с низкого на высокий. Вывод 6 U2 по печатному монтажу соединен с выводом 9 U1.
Последний является входом управления для формирователя мелодичного сигнала. Таким образом, для того, чтобы во время передачи сигнала по радиоканалу не включался мелодичный звонок достаточно разорвать печатный проводник от вывода 6 U2 до вывода 9 Ul. Или отпаять один из проводников, ведущих к миниатюрной динамической головке звонка.
Рис. 2.3. Электрическая схема дополнения к радиозвонку
Основой схемы на рис. 2.3 является триггер на одном элементе популярной микросхемы К561ТМ2.
Не вдаваясь в подробности ее работы (об этом написаны горы статей) отмечу только самое главное: в этой микросхеме 2 D-триггера, каждый из которых содержит по два входа асинхронного управления S и R. Триггер переключается по положительному перепаду на тактовом входе С (вывод 3 DD1.1). При этом логический уровень, присутствующий на входе D передается на прямой выход Q. При высоком логическом уровне на входе сброса R триггер обнуляется. Напряжение питания может находится в пределах 5… 15 В.
Теперь, зная работу микросхемы DD1 можно понять общий принцип работы приставки.
При включении питания в первый момент времени на вход R DD1.1 благодаря разряженному конденсатору С2 поступает высокий логический уровень, который обнуляет триггер – на прямом выходе Q устанавливается низкий уровень напряжения. Транзистор VT1 закрыт, реле К1 обесточено, лампа ELI не горит.
Примерно через треть секунды (это обусловлено емкостью оксидного конденсатора С2 и сопротивлением резистора R1) первый зарядится почти до напряжения питания и уровень на входе R (вывод 4 DD1.1) переменится на низкий.
Теперь триггер готов к приему сигналов по тактовому входу С, имеющему, как следует из схемы, низкий исходный уровень. Когда с пульта– брелока поступает в эфир радиосигнал и принимается приемным устройством на вход С микросхемы DD1.1 от схемы дистанционного звонка поступает высокий уровень. Вследствие этого триггер перебрасывается в другое устойчивое состояние – теперь на его прямом выходе Q высокий уровень напряжения. Транзистор VT1 включает реле К1, а его контакты в свою очередь замыкают электрическую цепь питания осветительной лампы ELI. В таком состоянии триггер находится до следующего положительного фронта импульса на входе С, при поступлении которого (повторного нажатия клавиши на пульте-брелоке), триггер переходит в исходное состояние, осветительная лампа ELI обесточивается.
Цепь C2R1 обеспечивает сброс триггера микросхемы DD1 в исходный режим ожидания при включении питания. Оксидный конденсатор С1 выполняет функцию фильтрующего элемента по питанию. Диод VD1 препятствует броскам обратного напряжения при включении/выключении реле.
Суммарная мощность коммутируемой нагрузки зависит от параметров электромагнитного реле К1 и в нашем случае ограничивается 150 Вт.
Из-за небольшого количества дискретных элементов приставки, все они монтируются на участке перфорированной платы размером 30 40 мм и вместе с соединительными проводами помещаются в штатный корпус дистанционного звонка в отсек для автономных элементов питания. Для уменьшения воздействия электрических помех желательно, чтобы провода, соединяющие устройство с источником питания и идущие от реле К1 к осветительной лампе стремились к минимальной длине.
О деталях
Постоянные резисторы MЛT-0,25 (MF-25).
Оксидные конденсаторы типа К50-26 на рабочее напряжение не менее 16 В. Остальные неполярные конденсаторы типа КМ-6Б. Микросхему DD1 (К561ТМ2) можно заменить на К561ТМ1 без ущерба для эффективности работы узла, но в этом случае придется изменить схему, так как выводы у этих микросхем имеют разное назначение. Подробную информацию о таком варианте замены можно уточнить в справочниках по современным микросхемам КМОП.
Транзистор VT1 – полевой, с большим входным сопротивлением. Это позволяет минимизировать ток утечки в состоянии ожидания радиосигнала и практически не оказывает влияния на выход триггера, не смотря на ограничивающий резистор R2 с малым сопротивлением.
Реле К1 можно заменить на РЭС43 (исполнение РС4.569.201) или другое, рассчитанное на напряжение срабатывания 4…4,5 В и ток 10…50 мА.
Устанавливать в устройство реле с током включения более 100 мА нежелательно, так как управляющий работой реле транзистор VT1 имеет ограничение по мощности.
Вместо КП540А можно применить полевой транзистор любой из серии КП540 или его зарубежные аналоги BUZ11, IRF510, IRF521.
Светодиод HL1 – любой, с его помощью удобно контролировать срабатывание реле, и замыкание исполнительных контактов.
При необходимости элементы HL1, R3 из схемы можно исключить без последствий.
Штатный включатель освещения на схеме показан под наименованием SA1.
Еще одна промышленно предусмотренная в устройстве опция – сигнализатор упадка напряжения питания приемника на светодиоде. Светодиод начинает светиться, если напряжение питания устройства оказывается ниже чем +4,5 В. В базовом варианте предусмотрено автономное питание – 3 пальчиковых элемента по 1,5 В каждый. Но в условиях рекомендуемого применения устройства дистанционного звонка лучше всего осуществлять стационарное питание от стабилизированного источника питания с напряжением 5 В.
Стабилизация питающего напряжения выбирается такая, чтобы отклонение не превышало ± 5 %. Таким источником может быть, например, стабилизатор на микросхеме КР142Е-Н5А. Ток потребления передатчика в активном режиме 35 мА.
Ток потребления от источника питания приемного узла в постоянном режиме не превышает 10 мА в режиме ожидания и увеличивается до 50 мА при включении указанного в схеме реле. При других типах реле ток потребления может иметь другое значение.
2.3. Простое включение периферийных устройств от порта USB персонального компьютера
При включении компьютера (далее ПК), аудиоколонки надо включить отдельным включателем на их корпусе. Если колонки установлены поодаль от места оператора, такое положение вряд ли можно назвать удобным, особенно если пользователь желает просмотреть на DVD-рекордере фильм или любые другие видеоданные, сопровождаемые звуковым оформлением. Для этого приходится дополнительно включать колонки АС ПК кнопкой на их корпусе. Это неудобно.
Как сделать так, чтобы звуковые колонки включались автоматически вместе с активацией ПК?
Самое простое решение напрашивается само собой – подключить ПК и колонки в один электрический контур– фильтр, например SVEN OPTIMA, и включать всю аппаратуру одним включателем на корпусе тройника. Но есть и другой путь.
Задавшись целью автоматизировать включение колонок для персонального компьютера (далее – ПК) электронным способом, автор провел исследования и разработал простую схему.
Самый простой способ автоматизировать включение акустических систем (колонок) ПК во время работы системного блока – использовать стандартную шину USB.
Современные ПК позволяют подключать к шине USB (на задней панели системного блока располагается не менее 6 выходов для подключения устройств сопряжения с USB портом) различные периферийные устройства– сканеры, WED-камеры, принтеры, цифровые фотоаппараты и т. п.
Для тех акустических систем, в которых не предусмотрено автоматическое включение совместно с активацией системного блока ПК будет полезным доработка, которая предлагается в данной статье. Осуществить ее способен любой человек, мало-мальски знакомый с паяльником и основами электротехники.
Узел дополнения представляет собой транзисторный ключ (усилитель тока на составном транзисторе VT1-VT2), который управляется положительным потенциалом от разъема устройства USB +5В. Это напряжение снимается с соединительного кабеля (любой конфигурации USB– лишь бы он содержал напряжение +5В) – в авторском варианте применяется соединитель USB с встроенным светодиодом– подсветкой.
Здесь следует заметить, что управляющий сигнал можно взять непосредственно с материнской платы ПК, однако, чтобы не опутывать системный блок «бородой» из проводов, можно взять управляющий сигнал с любого из соединительных кабелей USB, идущих к сканеру, WEB– камере и другим устройствам.
Для адаптации к узлу управления включения колонок АС ПК разъем USB вскрывают (разбирают) и подключают к выводам 1 и 4 соответственно схеме рис. 2.4, проводники, соединяющие транзисторный ключ VT1-VT2 и колонками АС ПК.
2.3.1. О деталяхВ последнее время в розничной продаже появились соединители USB с встроенным светодиодом– подсветкой в прозрачном корпусе. В таком случае, нахождение контактов для подключения дополнительного оборудования является наиболее простой задачей.
Транзисторный ключ с элементами обчески размещается внутри корпуса ПК.
Соединения осуществляются гибким экранированным проводом. Но. Если расстояние от АС ПК до разъема USB не превышает 1 м, то соединения можно выполнить и неэкранированным проводом типа МГТФ-0,6.. МГТФ-0.8.
При включении системного блока ПК управляющий сигнал амплитудой +5 В через выпрямительный диод VD1 поступает на транзисторный усилитель VT1, VT2. При отсутствии указанных на схеме транзисторов, можно реализовать токовый ключ на других кремниевых транзисторах с большим коэффициентом усиления, например КТ342В, КТ817Б (п-р-п проводимости).
Диод VD1 можно заменить на КД522, ДЗ10, Д220 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы С1 и С2, сглаживающие пульсации по питанию типа К50-24, К50-35 или аналогичные.
При выключении системного блока управляющий сигнал с разъема USB пропадает, и колонки АС ПК автоматически отключаются.
Узел не требует настройки и при исправных деталях начинает работать надежно сразу. Печатная плата не разрабатывалась, так как все немногочисленные элементы монтируются на штатной печатной плате звуковых колонок методом навесного монтажа.
Подключение к USB ПК не оказывает отрицательного влияния на параметры звука и мощность усилителя звуковой платы ПК и колонок. Транзистор VT2 на теплоотвод не устанавливают.
