4.1 Сторожевые устройства

Для защиты дачного участка от непрошенных гостей, для ограждения опасных объектов можно использовать сторожевое устройство.

Схема такого устройства (первый вариант) показана на рис. 35. Объект, нуждающийся в охране, окружают по периметру медным обмоточным проводом диаметром 0,1...0,3 мм. Этот охранный шлейф может быть прикреплен к забору или к вбитым в землю колышкам. Концы шлейфа подключают к электронному автомату через гнезда XS1. Пока шлейф не поврежден, через его небольшое сопротивление база транзистора VT1 соединена с эмиттером. В это время транзистор и тринистор VS1 закрыты, потребляемый устройством ток (около 100 мкА) определяется в основном сопротивлением резистора R1 и начальным током коллектора транзистора. При обрыве шлейфа на базу транзистора через резистор R1 подается отрицательное напряжение смещения, которое открывает транзистор. Через открывшийся транзистор и резистор R3 поступает положительное напряжение на управляющий электрод тринистора VS1.

Тринистор при этом открывается, срабатывает электромагнитное реле К1 и своими контактами (на схеме не показаны) включает звуковой сигнализатор, например электрический звонок. После устранения обрыва провода автомат устанавливают в исходное состояние (дежурный режим) кратковременным выключением питания (SA1).

В устройстве можно применить транзистор из серий КТ203 КТ361, КТ502 со статическим коэффициентом передачи тока не менее 50. Тринистор может быть любым из серии КУ101. Электромагнитное реле К1 - типа РЭС-10 (паспорт РС4.524.304); батарея питания - 3336Л.

Налаживание устройства сводится к подбору резистора R1. Его сопротивление должно быть таким, чтобы при отключении шлейфа транзистор VT1 полностью открывался (напряжение между эмиттером и коллектором не более 0,5 В) и срабатывало реле, а при подключенным шлейфе транзистор был бы надежно закрыт. Сопротивление резистора зависит от статического коэффициента передачи тока используемого транзистора и сопротивления провода шлейфа: чем они больше, тем больше может быть сопротивление резистора R1 и, следовательно, выше экономичность устройства.

На рис. 36,а приведена схема второго варианта сторожевого устройства, которое обладает еще большей экономичностью: потре-

бляемый в дежурном режиме ток не превышает 10 мкА, т. е. срок службы батареи питания определяется в основном ее саморазрядом. Это оказалось возможным благодаря применению высокоэкономичной микросхемы серии К176.

Работа этого сторожевого устройства, как и предыдущего. основана на выдаче тревожного сигнала при обрыве провода. которым окружают охраняемый объект. Этот охранный шлейф через двухконтактное гнездо XS1 включен между общим проводом питания и одним из входов логического элемента DD1.1. Вместе с логическим элементом DD1.2, резистором R2 и конденсатором С1 он образует генератор импульсов с частотой 2...3 Гц, а на элементах DD1.3, DD1.4, R3 и С2 собран генератор импульсов звуковой частоты (около 800 Гц). Транзистор VT1 выполняет роль усилителя мощности.

Пока шлейф не поврежден, генераторы не работают, так как на выводе 1 микросхемы присутствует напряжение низкого уровня. При обрыве охранного шлейфа начинают работать оба генератора и в телефоне НА1 слышны прерывистые звуковые сигналы. В этом режиме устройство потребляет от батареи ток около 5 мА.

Транзистор VT1 может быть любым из серий КТ312, КТ315. КТ3117, КТ503; конденсаторы С1, С2 - типа КМ-6 или К10-23;

резисторы - МЛТ-0,25. В качестве звукового излучателя применен микрофонный капсюль ДЭМШ-1А с сопротивлением обмотки постоянному току 180 Ом. Можно использовать и другие звуковые излучатели, имеющие достаточную громкость и сопротивление не менее 100 Ом. Выключатель питания SA1 - типа "тумблер" (ТП1-2. МТ1-1 и др.). Батарея GB1 - "Крона-ВЦ" или "Корунд".

Все детали сторожевого устройства, кроме выключателя SA1 и звукового излучателя НА1, смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита (рис. Зб,б,в). Батарея GB1 укреплена с помощью хомутика из жести. Плату можно поместить в любой корпус, например в пластмассовую мыльницу.

Если устройство собрано из исправных деталей и в монтаже нет ошибок, то оно начнет работать сразу. Однако может оказаться, что при обрыве провода звуковой сигнал не подается. Это может быть в том случае, если длина провода шлейфа велика и он плохо изолирован от различных токопроводящих предметов (влажного дерева, земли и пр.). При этом следует уменьшить сопротивление резистора R1; однако необходимо помнить, что чем меньше сопротивление этого резистора, тем хуже экономичность устройства.

Рассмотренные выше сторожевые устройства удобно применять для охраны объектов, где нет постоянного движения, приводящего к периодическому замыканию и размыканию защитных контактов.

Именно это имеет место в квартирах. Поэтому для охраны квартир и других аналогичных объектов с периодическим открыванием и закрыванием двери специально было разработано устройство охранной сигнализации, схема которого представлена на рис. 37 (третий вариант). Рассмотрим работу такого устройства.

Контакты охранного датчика обозначены на схеме SA1. При закрытой двери эти контакты замкнуты, при открытой - разомкнуты. Выключатель SA2 определяет режим работы устройства: "Блокировка" или "Охрана". В режиме "Блокировка", когда контакты выключателя SA2 замкнуты, тревожный сигнал устройства не зазвучит независимо от положения контактов датчика SA1. В этом режиме устройство находится, когда хозяева в квартире, и приходится часто открывать дверь (хотя на ночь устройство можно переключать в режим охраны).

Допустим, что на элементы устройства подано питание, контакты датчика SA1 и выключателя SA2 находятся в показанном на схеме положении. На выводе 11 микросхемы DD1, который является выходом RS-триггера, выполненного на логических элементах DD1.2, DD1.3, в этом случае действует напряжение низкого уровня. На логических элементах DD2.3, DD2.4 собран генератор частотой около 1 Гц для формирования прерывистого тревожного сигнала, а на логических элементах микросхемы DD3 - генератор звукового сигнала. Оба генератора заторможены, поскольку на выходе логического элемента DD2.2 - напряжение низкого уровня.

Если в таком режиме (режиме блокировки) разомкнуть контакты датчика SA1, то состояние RS-триггера не изменится, так как на выводе 2 логического элемента DD1.1 действует по-прежнему напряжение низкого уровня.

При уходе из помещения контакты выключателя SA2 размыкают-устройство переводится, в режим охраны. При этом начинается

зарядка конденсатора С1 через резистор R2. Пока конденсатор не зарядится до напряжения, равного напряжению переключения логического элемента DD1.1 по выводу 2, - можно открывать дверь, размыкая контакты датчика SA1 - RS-триггер не изменит своего состояния. Длительность задержки выбрана равной 15...20 с -за это время нужно выйти из помещения и закрыть дверь, возвратив контакты датчика SA1 в исходное состояние. Когда конденсатор С1 зарядится до нужного напряжения, устройство перейдет в режим охраны. Если теперь открыть дверь, то размыкание контактов датчика SA1 вызовет появление на выводе 1 логического элемента DD1.1 напряжения высокого уровня. Поскольку на выводе 2 этого элемента также напряжение высокого уровня, на выходе элемента DD1.1 появится напряжение низкого уровня, что приведет к переключению RS-триггера в противоположное состояние, соответствующее напряжению высокого уровня на выводе 11 логического элемента DD1.2. Возврат контактов датчика в. исходное положение не изменит состояния RS-триггера. Если в помещение вошел хозяин, то он возвратит RS-триггер в исходное положение изменением положения контактов SA2, т.е. их замыканием. Если же в помещение проник человек, не знающий о наличии охранной сигнализации, то он только закроет дверь.

Напряжение высокого уровня с вывода 11 элемента DD1.2 через резистор R3 будет заряжать конденсатор С2. Через некоторое время напряжение на конденсаторе С2 достигнет такого значения, которое логический элемент DD2.1 будет воспринимать как напряжение высокого уровня (по выводу 1). Поскольку на выводе 2 этого элемента тоже имеется напряжение высокого уровня, на выходе логического элемента DD2.1 появится напряжение низкого уровня, а

на выходе элемента DD2.2 - высокого уровня. Заработают оба генератора, и звуковой излучатель НА1 будет выдавать тревожный прерывистый сигнал. Этот сигнал будет звучать до тех пор, пока не замкнут контакты SA2 (но непрошеный о них не знает), либо до полного разряда батареи GB1.

Временная задержка, обеспечиваемая цепьюR3C2, необходима для того, чтобы при входе хозяина в квартиру он,успел включить режим блокировки и исключил тем самым возникновение тревожного сигнала.

Для получения максимально возможной мощности в излучателе НА1 при заданном его сопротивлении и при заданном напряжении батареи GB1 использован мостовой усилитель, выполненный на транзисторах VT1-VT4. Частота звукового сигнала, определяемая резисторами R8, R9 и конденсаторами С5, С6, выбрана равной примерно 2...3 кГц для обеспечения наилучшей слышимости.

Светодиод HL1 необходим для визуального контроля напряжения питающей батареи GB1. При нажатии кнопки SB1 параллельно батарее подключается нагрузочный резистор R11. Если под нагрузкой напряжение батареи меньше 5,4...5,6 В, то стабилитрон VD3 не входит в режим стабилизации и светодиод не загорается. Контроль батареи следует проводить каждые 3-4 дня.

О деталях устройства. Микросхемы серии К561 можно попробовать заменить микросхемами серии К176 - как правило, они работают при напряжении 6 В. Конденсаторы Cl, C2 - типа К73-17 либо оксидные К53-1, К53-4. Основное требование к ним-малый ток утечки. Конденсаторы СЗ, С5, С6-типов КМ-6, К10-7В, К73-17, С4 -К50-6, К50-16, К50-12, К50-24. Транзисторы VT1-VT4 могут быть типов КТ814, КТ815 либо соответственно КТ816, КТ817 с любыми буквами. Коэффициент передачи тока их должен быть не менее 60...70. Диоды VD1, VD2 - типов КД521, КД522, КД509, КД510, КД102 с любыми буквами. Датчик SA1 - любой нормально замкнутый контакт, например от реле РСМ, РКН или на основе геркона и магнита, например СМК-1. Выключатель SA2 - типа П2К, МТ1 (с фиксацией). Кнопка SB1 - типа П2К (без фиксации), КМ1-1. Излучатель НА1 кроме указанного на схеме может быть типа 2ГД36, 4ГД8Е, а также любой другой с сопротивлением катушки 4... 12 Ом и с возможно большим звуковым давлением. В качестве батареи GB1 использованы четыре гальванических элемента 316, соединенные последовательно. Ток, потребляемый устройством в режиме ожидания, не превышает 20 мкА, поэтому одного комплекта источника питания хватает на один год непрерывной работы.

Большая часть элементов смонтирована на печатной плате и заключена в подходящий корпус. Динамическая головка НА1 должна

быть расположена на лестничной клетке и закрыта металлическим щитом с отверстиями, так чтобы доступ к ней был затруднен. Корпус устройства следует располагать в потайном месте. Проводку к излучателю НА1 также нужно выполнить скрытно, чтобы исключить возможность ее повреждения.

4.10 Автоматы лестничного освещения

Известно, что на ночное освещение подъездов жилых домов тратится огромное количество электроэнергии, причем большую часть времени свет горит впустую. Чтобы избежать ненужных затрат энергии, необходимо оснастить подъезды домов автоматами, включающими на непродолжительное время свет только тогда, когда в этом есть необходимость. Ниже приведены схемы двух вариантов автоматов лестничного освещения.

Схема первого из них представлена на рис. 89. Допустим, что питание подано на устройство, а конденсатор С2 разряжен. Стабилитрон VD2 и составной транзистор VT1VT2 в это время закрыты; на базу транзистора VT3 через резистор R3 подается положительное напряжение, открывающее этот транзистор. В цепи управляющего электрода тринистора VS1 течет ток, тринистор открыт и на этажах горят осветительные лампы (на схеме они обозначены EL1). По мере зарядки конденсатора С2 через резистор R2 напряжение на его обкладках увеличивается. Когда оно достигает напряжения стабилизации стабилитрона VD2, последний открывается, затем открываются транзисторы VT1, VT2, а транзистор VT3 закрывается. Тринистор VS1 также закрывается, и осветительные

лампы EL1 гаснут. В таком состоянии устройство находится большую часть времени, потребляя от сети ток около 2 мА. Для включения освещения необходимо нажать кнопку SB1.

Все элементы устройства, в том числе и осветительные лампы, питаются выпрямленным напряжением, снимаемым с диодного моста VD3-VD6. Напряжение, необходимое для работы транзисторного ключа и для зарядки конденсатора С2 (около 12 В), получается на выходе параметрического стабилизатора VD 1 R4. Конденсатор С 1 сглаживает пульсации напряжения. Резистор R1 ограничивает ток разрядки конденсатора С2 при нажатии кнопки SB1. Кроме того, наличие этого резистора повышает электробезопасность при пользовании устройством в случае нарушения изоляции кнопки SB1.

Подача напряжения на управляющий электрод тринистора VS1 с его анода (через открытый транзистор VT3) обеспечивает протекание тока в цепи управляющего электрода лишь до момента включения тринистора, т. е. в течение долей миллисекунды в начале каждого полупериода. В результате этого на транзисторе VT3 рассеивается очень незначительная мощность.

Неоновую лампу HL1 устанавливают рядом с кнопкой SB1, чтобы ее можно было легко отыскать в темноте. Такие же кнопки устанавливают на лестничных клетках этажей и соединяют их параллельно. Соответствующие им неоновые лампы подключают к сети через резисторы 200 кОм (на схеме - R6).

Максимальная суммарная мощность осветительных ламп, которыми может управлять автомат лестничного освещения, составляет 2 кВт. Тринистор VS1 должен быть установлен на радиаторе с поверхностью охлаждения около 300 см^2, диоды VD3-VD6 - на четырех радиаторах площадью по 70 см^2 каждый. Если мощность нагрузки не превышает 300 Вт, тринистор и диоды устанавливать на радиаторы не обязательно.

На рис. 90 приведена схема второго варианта автомата лестничного освещения, в котором используется микросхема К176ЛА7. Напряжение с конденсатора С2 поступает на входы логического элемента DD1.1. Пока напряжение на конденсаторе меньше напряжения порога переключения этого элемента, на его выходе -напряжение высокого уровня, которое открывает транзистор VT1. При этом открывается тринистор VS1 и подается напряжение на осветительные лампы EL1. При дальнейшей зарядке конденсатора С2 логический элемент DD1.1 переключается, на его выходе появляется напряжение низкого уровня, транзистор VT1 и тринистор VS1 закрываются и лампы гаснут.

На логических элементах DD1.2 и DD1.3 этой же микросхемы собран генератор, формирующий импульсы с частотой около 1 Гц. С такой частотой мигает неоновая лампа HL1, установленная около кнопки SB1.

Транзисторы КТ315Б можно заменить любыми из этой серии, а также использовать транзисторы КТ312, КТ316, КТ317, КТ201 с любыми буквами; КТ605Б можно заменить на КТ605А, КТ604, КТ904 с любыми буквами. Тринистор КУ202Н можно заменить КУ202М (К, Л), а если мощность ламп не будет превышать 400 Вт, то можно применять тринисторы КУ201К, КУ201Л. Диоды КД202К можно заменить на КД202 с буквами М, Н, Р, а также на любые из серий Д246, Д247, Д248. Стабилитрон КС212Ж можно заменить на Д814Г, Д814Д, КС213Ж, КС215Ж, КС168А - на КС168В, КС162А, КС156А, Д814А; КС182Ж - на Д814Б, КС182А, КС191А. Оксидные конденсаторы - типов К50-6, К50-16, К50-20 или К53-1; конденсатор СЗ (см. рис. 90) - типов КМ-б, К 10-17 или МБМ. Все резисторы -МЛТ. Кнопка SB1 - типов КП1, КЗ, КМ1-1, КМД1-1 или звонкового типа.

Налаживание устройства сводится к подбору сопротивления резистора R2 для получения нужной длительности свечения ламп. При обозначенном на схемах номинале резистора R2 длительность горения ламп составляет 2...3 мин. Корпус, в котором собран автомат лестничного освещения, устанавливают на одном из этажей здания. Кнопки SB1 с неоновыми лампами HL1 подключают к устройству проводами любого сечения. Осветительные лампы EL1 должны быть подключены проводами достаточного сечения; так, при суммарной мощности ламп 2 кВт сечение проводов должно быть 1,5...2 мм^2

При изготовлении и установке устройства следует особое внимание обратить на надежность изолирующих частей кнопок SB1.

4.11 Автомат уличного освещения

Схема автомата, позволяющего автоматически включать вечером и выключать утром уличное освещение, представлена на рис. 91. Датчиком освещенности является фоторезистор R4. Когда он затемнен, его сопротивление велико (несколько мегаом), на входах логического элемента DD1.1 - напряжение высокого уровня, такое же напряжение на выходе элемента DD1.2. Транзистор VT1 и тринистор VS1 открыты, и уличные осветители EL1 включены.

При наступлении рассвета сопротивление фотодатчика R4 уменьшается, логические элементы DD1.1 и DD1.2 переключаются в противоположные состояния, транзистор VT1 и тринистор VS1 закрываются и фонари на улице гаснут.

На логических элементах DD1.1, DD1.2 и резисторах R2, R3 выполнен триггер Шмитта. Это устройство, как и обычный (счетный) триггер, обладает двумя устойчивыми состояниями. Но в отличие от счетного триггера, состояние которого изменяется после прихода очередного импульса на вход, триггер Шмитта переключается при изменении уровня входного напряжения. Можно так подобрать резисторы R2 и R3, что пороги переключения при увеличении входного напряжения и при его уменьшении не будут равны между собой. Например, для нашего триггера при увеличении входного напряжения порог переключения может составлять 3 В, а при уменьшении напряжения 2 В. Разность порогов переключения называют гистерезисом триггера. Гистерезис тем больше, чем больше отношение R2/R3.

Если в автомате не использовать триггер Шмитта (т. е. резистор R3 исключить, а R2 замкнуть накоротко), то при изменении освещенности может наблюдаться мерцание осветительных ламп, при этом на выходе элемента DD1.2 будет напряжение, находящееся между напряжениями низкого и высокого уровней. В триггере Шмитта такого быть не может, поскольку обратная связь через

резистор R3 с выхода элемента DDL2 на вход элемента DD1.1 ускорит процесс переключения, сделает его лавинообразным. Такую обратную связь называют положительной. Работа триггера Шмитта уже рассматривалась при описании реле времени и регулятора мощности (см. рис. 52 и 72) для формирования прямоугольных импульсов из синусоидального сигнала.

В качестве датчика освещенности можно использовать фоторезисторы ФС-К (с любыми цифрами), а также фотодиоды ФД-1. ФД-2, ФД-3 (подключают катодом к резисторам R1, R2).

Фотодатчик следует располагать в таком месте, куда не попадает прямой свет фонарей EL1, иначе автомат будет работать неустойчиво. Резистором R1 можно изменять уровень освещенности, при которой включаются и выключаются осветители. Разницу в порогах включения и выключения осветительных ламп можно изменять подбором резистора R2.

Максимальная мощность осветительных ламп определяется типами тринистора VS1 и диодов VD2-VD5. В данном случае она составляет 2 кВт. Тринистор и диоды устанавливают на радиаторы.

4.12 Регуляторы температуры

Регуляторы температуры, или, как их еще называют, терморегуляторы, предназначены для поддержания заданной температуры жидкости (например, фотораствора, воды в аквариуме, воды в системе электрического водяного отопления), воздуха в теплице, в жилом помещении и пр.

Принцип работы любого терморегулятора состоит в плавном или скачкообразном изменении мощности нагревательного элемента в соответствии с температурой датчика.

В терморегуляторе со скачкообразным изменением мощности в нагрузке нагревательный элемент отключается, как только температура датчика достигает определенного значения, и выключается при понижении температуры до ее заданного значения. Нагревательный элемент при этом находится в одном из двух состояний: включен или выключен, поэтому регулятор с таким законом управления часто называют релейным.

Рассмотрим работу регулятора по его принципиальной схеме (рис. 92). Основой терморегулятора является триггер Шмитта, выполненный на логических элементах DD1.1, DD1.2 и резисторах R4, R5. На вход триггера поступает напряжение с делителя R1R2R3. Датчиком температуры служит терморезистор R3. При увеличении температуры его сопротивление уменьшается, и поданное на вход триггеров напряжение также уменьшается, что приводит к переклю-

чению триггера. При этом на его выходе (вывод 4 микросхемы) устанавливается напряжение низкого уровня, транзистор VT1 и тринистор VS1 закрываются, нагреватель, подключенный к гнезду XS1, обесточивается. Температура воздуха или жидкости начинает уменьшаться, и при некотором ее значении триггер вновь переключается, включается нагреватель. В процессе работы такие включения и выключения периодически повторяются.

Мощность нагревателя не должна превышать 200 Вт. Если мощность необходимо увеличить, следует подобрать тринистор VS1 и соответственно мощность выпрямителя VD2. Так, для мощности нагревателя 2000 Вт потребуются тринистор КУ202М и диоды Д246 (4 шт.), которые включают по схеме выпрямительного моста. Тринистор и диоды следует устанавливать на радиаторах с поверхностью охлаждения 300 см^2 (для тринистора) и 70 см^2 (для каждого диода).

Терморезистор R3 может быть любого типа, например КМТ-1, КМТ-4, КМТ-12, ММТ-6 и др.

Печатная плата терморегулятора показана на рис. 93.

Температуру, при которой происходит переключение триггера, устанавливают переменным резистором R1. Точность поддержания температуры отчасти определяется разницей между напряжениями срабатывания триггера, т.е. его гистерезисом, и может подстраиваться резистором R4. Использовать резистор сопротивлением менее 10 кОм не следует, так как излишне малый гистерезис триггера Шмитта может привести к неустойчивой работе терморегулятора.

Однако точность регулирования температуры определяется не только гистерезисом триггера Шмитта: на точность в большой степени влияют также масса нагревателя и среды (воды и пр.), т.е. инерционность системы. После выключения нагревателя температура окружающей среды некоторое время продолжает увеличиваться благодаря отдаче тепла от нагревателя в окружающую среду. Точно так же и при включении нагревателя температура среды начинает

повышаться не сразу, а с некоторой задержкой. Таким образом, возникает погрешность регулирования температуры, которая может .достигать нескольких градусов. Избавиться от этого недостатка можно применением терморегулятора с плавным регулированием мощности нагревательного элемента.

Схема такого терморегулятора представлена на рис. 94. Датчиком температуры является терморезистор R 11, имеющий отрицательный температурный коэффициент сопротивления (другими словами, его сопротивление уменьшается с повышением температуры). Терморезистор является одним из плеч делителя напряжения R11R14, сигнал с выхода которого поступает через резистор R 13 на неинвертирующий вход операционного усилителя (ОУ) (вывод 5 микросхемы DA3). На инвертирующий вход ОУ (вывод 4 микросхемы DA3) через резистор R 12 подается задающее напряжение с движка переменного резистора R9. Микросхема DАЗ усиливает поданные на ее входы сигналы, причем коэффициент усиления определяется сопротивлениями резисторов R12, R13, R15, R16; если соблюдается пропорция R13/R15=R12/R16, то коэффициент усиления К определяется соотношением K=R16/R12.

С выхода микросхемы DАЗ (вывод 10) усиленный сигнал поступает через резистор R6 на неинвертирующий вход компаратора (микросхема DA2).

Компаратором называется устройство, предназначенное для сравнения двух аналоговых сигналов, поданных на .его входы. Компаратор представляет собой усилитель с высоким (десятки и сотни тысяч раз) коэффициентом усиления.

Выходные каскады усилителя выполнены таким образом, что напряжение на выходе компаратора может принимать одно из двух значений: высокого или низкого уровня, т. е. компаратор имеет цифровой выход.

Интегральный компаратор К554САЗ, используемый в терморегуляторе, имеет открытый коллекторный выход, рассчитанный на подключение нагрузки током до 50 мА. Выходной транзистор открыт (т. е. на выходе при подключенной нагрузке действует напряжение низкого уровня), если напряжение на выводе 4 больше напряжения на выводе 3 микросхемы DA2. При противоположном соотношении напряжений на выходе компаратора будет напряжение высокого уровня.

На инвертирующий вход компаратора (вывод 4) подается пилообразное напряжение, которое синхронизировано напряжением сети и имеет частоту 100 Гц. Генератор пилообразного напряжения выполнен на транзисторах VT1, VT2. Напряжение с выпрямительного моста VD1 (рис. 95, эпюра 1) поступает на базу транзистора VT1. Большую часть времени транзистор открыт, а в моменты, когда синусоидальное выпрямленное напряжение приближается к нулю, транзистор закрывается. На его коллекторе формируются короткие прямоугольные импульсы (рис. 95, эпюра 2), которые подаются на базу транзистора VT2. Пока напряжение на базе равно нулю, на коллекторе транзистора формируется нарастающее напряжение (конденсатор СЗ заряжается через резистор R4). В момент появления положительного импульса на базе транзистора VT2 последний

открывается, и напряжение на коллекторе уменьшается почти до нуля (точнее, до напряжения прямого падения на диоде VD4). На рис. 95 (эпюра 3) это напряжение показано штриховой линией.

На компараторе DA2 происходит сравнение пилообразного напряжения и положительного напряжения, снимаемого с выхода микросхемы DA3. На выходе компаратора формируются прямоугольные импульсы (рис. 95, эпюра 5). Нагрузкой компаратора являются резистор R5 и обмотка I трансформатора Т2. Диод VD3 защищает выход компаратора от всплесков напряжения, возникающих на обмотке I при переключении компаратора. Сигнал с обмотки II трансформатора Т2 подается на управляющий переход симистора VS1, в цепь которого включается нагрузка - нагреватель.

После включения устройства в сеть сопротивление датчика температуры R11 максимально, поскольку температура среды, в которую помещен датчик, минимальна. Следовательно, на неинвертирующий вход микросхемы DАЗ подано меньшее напряжение, чем на инвертирующий вход. На выходе операционного усилителя напряжение близко к нулю (поскольку это напряжение не может быть равно нулю, в цепь генератора пилообразного напряжения включен компенсирующий диод VD4; это позволяет открывать симистор VS1 в самом начале полупериода).

Таким образом, в начале каждого полупериода симистор будет открываться, подавая энергию в нагрузку. Мощность ее при этом максимальна. По мере повышения температуры среды сопротивление терморезистора R 11 уменьшается, а напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя DA3 увеличивается. Как только это напряжение превысит напряжение на выводе 4 микросхемы DA3, начнет увеличиваться выходное напряжение ОУ. При этом изменяется скважность выходных импульсов компаратора DA2 (рис. 95, эпюра 5) и уменьшается мощность нагрузки. В установившемся режиме средняя мощность нагревателя будет достаточной для поддержания требуемой температуры, заданной положением движка переменного резистора R9.

Поскольку в отличие от описанного выше устройства здесь не происходит полное отключение нагрузки, точность поддержания температуры терморегулятором выше.

Микросхему КР142ЕН8Б (DA1) можно заменить стабилизатором, собранным по любой из известных схем и обеспечивающим напряжение 10...12 В при токе не менее 150 мА. Компаратор К554САЗ (DA2) можно заменить на К521САЗ: операционный усилитель К553УД2 (DA3) - на К153УД2, К140УД7. Транзисторы VT1, VT2- любые из серий КТ312, КТ315, КТ503, КТ3117. Выпрямительный мост VD1 - любой из серий КЦ402, КЦ405, КЦ407, диоды VD2-VD4 - КД509, КД510, Д220, Д223 с любыми буквами. Конденсатор С1 - типа К50-16, К50-6, С2, СЗ - КМ-6, КЛС, К10-23, С5 - КТ-1, КТ-2, К10-7В. Терморезистор R11 - КМТ, ММТ, СТ1, остальные резисторы - МЛТ. Тринистор КУ208Г можно заменить двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно - так, как это сделано, например, в регуляторе мощности (см. рис. 68). Трансформатор МИТ-4 (Т2) можно заменить на МИТ-10, МИТ-12. Данные самодельного трансформатора: кольцевой магнитопровод М2000НМ, типоразмер К20 х 10 х 6; все обмотки (две или три) выполнены проводом ПЭВ-2 0,31 и содержат по 40-50 витков. Начала обмоток на схеме обозначены точками.

Устройство, собранное из исправных деталей, начинает работать сразу. Для изменения пределов регулирования температуры следует подобрать сопротивления резисторов R8, R10, R14. При необходимости можно попробовать увеличить точность регулирования увеличением коэффициента усиления усилителя. Для этого сопротивления резисторов R15, R16 можно увеличить до 75...100 кОм.

Если не требуется высокая точность поддержания температуры. то усилитель на базе ОУ DA3 можно исключить. В этом случае резистор R8 заменяют терморезистором, а сигнал с движка переменного резистора подают на левый (по схеме) вывод резистора R6. Элементы R11-R16. С5, DA3 при этом не потребуются.

4.13 Стабилизатор сетевого напряжения

Для стабилизации напряжения питающей сети в бытовых условиях используют в основном феррорезонансные стабилизаторы. К числу их недостатков следует отнести искажение формы

кривой выходного напряжения, невозможность работы без нагрузки. Кроме того, выпускаемые промышленностью феррорезонансные стабилизаторы бытового назначения имеют небольшую мощность (300...400 Вт), которой нередко оказывается недостаточно, например, на садовом участке.

От указанных недостатков свободен стабилизатор напряжения, выполненный на базе регулируемого (лабораторного) автотрансформатора. Такой стабилизатор представляет собой систему автоматического регулирования, в которой часть выходного напряжения сравнивается с установленным образцовым напряжением. В зависимости от знака разности этих напряжений подвижный контакт автотрансформатора с помощью электродвигателя перемещается так, что выходное напряжение приближается к образцовому.

Принципиальная схема стабилизатора напряжения представлена на рис. 96. В качестве автотрансформатора Т1 использован выпускаемый промышленностью автотрансформатор типа АОСН-20-220-75У4. Его обмотки рассчитаны на ток до 20 А, а максимальное напряжение, снимаемое с подвижных контактов, 240 В.

Трансформатор выполнен на стержневом (П-образном) магнитопроводе. Обмотка состоит из двух частей, по каждой из которых скользит графитовый ползунок (В2 и ВЗ). Входное напряжение 220 В подается на контакты-отводы А2 и A3.

Пока контакты выключателя SA1 замкнуты, выходное напряжение с контактов В2 и ВЗ через резистор R1 поступает на диодный мост VD1. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором С1 и с ползунка подстроечного резистора R2 подаются на входы микросхем-компараторов DA1, DA2. На вторые входы компараторов подано образцовое напряжение, снимаемое с параметрического стабилизатора напряжения VD2R3 и с регулируемого делителя напряжения R4R5. Выходные напряжения компараторов через переключатель SA2 и светодиоды HL1, HL2 подаются на светодиоды оптронов Ul, U2. Динисторы оптронов включены в диагонали диодных мостов VD4. VD5, которые управляют подачей напряжения на обмотки мотора Ml - асинхронного реверсивного электродвигателя с редуктором типа РД-09. Если открыт динистор оптрона Ul, вал двигателя вращается в одну сторону; если же открыт динистор оптрона U2, то вал двигателя вращается в другую сторону.

Обмотки электродвигателя питаются напряжением 127 В, которое снимается с выводов 4 и 10 первичной обмотки трансформатора Т2. Конденсатор С4 обеспечивает необходимый сдвиг фаз между напряжениями на обмотках электродвигателя.

Источником питания компараторов DA1, DA2, параметрического

стабилизатора VD2R3 и делителя напряжения R4R5 служит интегральный стабилизатор, выполненный на микросхеме DA3.

Устройство работает следующим образом. Если выходное напряжение трансформатора Т1 соответствует норме, то напряжение на движке подстроенного резистора R2 будет меньше напряжения на выводе 3 компаратора DA1, но больше напряжения на выводе 4 компаратора DA2, а выходной ток обоих компараторов равен нулю. При этом динисторы обоих оптронов закрыты, ток через обмотки электродвигателя не протекает, и ползунки автотрансформатора Т1 неподвижны.

В случае повышения сетевого напряжения значения напряжения на контактах В2 и ВЗ трансформатора и на резисторе R2 также

увеличатся. В результате напряжение на выводе 4 компаратора DA1 превысит напряжение на выводе 3, и через вывод 9 компаратора потечет ток. Откроется динистор оптрона U2. Состояние компаратора DA2 при этом не изменится. Через диодный мост VD5 и обмотки электродвигателя Ml начнет протекать ток, заставляя вращаться вал. Ползунки будут перемещаться по виткам обмоток трансформатора Т1 в направлении уменьшения выходного напряжения. Через некоторое время напряжение достигнет нормы, компаратор DA1 переключится в исходное состояние, и электродвигатель остановится.

При понижении сетевого напряжения в активном состоянии окажутся компаратор DA2 и оптрон U1, и вал двигателя будет перемещать ползунки В2 и ВЗ в направлении увеличения выходного напряжения. Таким образом оно будет поддерживаться на заданном уровне.

Диапазон возможных значений выходного напряжения (т.е. точность стабилизации) определяется разницей в уровнях напряжения на выводе 3 микросхемы DA1 и выводе 4 микросхемы DA2 и устанавливается подстроечным резистором R4.

Конденсатор С 1 не только сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, но и фильтрует помехи, возникающие при кратковременных изменениях сетевого напряжения. Если продолжительность действия помехи не превышает 1,5... 2 с, устройство на нее не реагирует. Резистор R6 ограничивает ток через динисторы оптронов.

Выключатель SA1, кнопки SB1 и SB2 предназначены для управления электродвигателем в ручном режиме, когда электронный узел устройства отключен,. SF1 и SF2 - это контакты конечных выключателей. Когда ползунки В2 и ВЗ трансформатора Т1 оказываются в крайних положениях (верхнем или нижнем), контакты конечных выключателей размыкаются и отключают двигатель, исключая повреждение механических частей стабилизатора. Такое может случиться, например, при значительном снижении сетевого напряжения, если перемещение ползунков уже не приведет к установлению на выходе номинального значения напряжения. Переключатель SA2 позволяет изменять направление вращения вала двигателя. Такая необходимость может возникать в случае иного, чем на схеме, подключения выводов обмоток трансформатора Т1 либо в случае применения трансформатора Т1 другого типа (об этом будет сказано ниже).

Светодиоды HL1, HL2 позволяют визуально контролировать направление вращения вала электродвигателя.

В стабилизаторе напряжения можно применить детали следующих типов. В качестве компараторов могут работать также и

микросхемы типов К521САЗ, К521СА5, К521СА6. Последний тип микросхемы содержит два компаратора в одном корпусе. Оптроны U1 и U2 могут быть любыми из серии АОУ103, кроме АОУ103А, а также АОУ115Б (В). Диодные мосты могут быть, кроме указанных на схеме, типов КЦ402, КЦ405 с буквами А-В, Ж, И. Стабилитрон VD2 желательно использовать с малым значением температурного коэффициента напряжения, например, Д818 с любыми буквами. Но если к температурной стабильности регулируемого напряжения не предъявляются высокие требования, то возможно использование стабилитронов других типов с напряжением стабилизации б... 10 В, например, КС168А, КС175А, КС191А, Д814А (Б, В).

Конденсаторы С1,.С2 - оксидные К50-16, К50-6 или К50-29: СЗ -КМ-6, К 10-17; С4 - К73-17. Все постоянные резисторы - типов МЛТ, С2-23, С1-12; подстроенные R2 и R4 - СП5-2, СПЗ-19, СПЗ-38. Конечные выключатели SF1, SF2 и кнопки SB1, SB2 - КМ 1-1, КМ2-1;

переключатели SA1, SA2 - тумблеры ТЗ, П2Т-1-1, МТЗ.

Электродвигатель М 1 - типа РД-09 с редуктором, число оборотов выходного вала - 5...20 об/мин (коэффициент редукции 60...240). Такие двигатели применяются в самопишущих потенциометрах. В качестве трансформатора Т2 может быть использован ТПП238-127/220-50 или любой другой мощностью не менее 10 Вт, имеющий отвод в первичной обмотке на 127 В, вторичную обмотку на напряжение 18...22 В и ток не менее 100 мА.

Для преобразования вращательного движения вала электродвигателя в поступательное движение ползунков трансформатора Т1 использована винтовая пара с резьбой М12х 1,75. С ее винтом вал двигателя соединен через переходную втулку. При частоте вращения вала 15 об/мин выходное напряжение изменяется со скоростью около 0,5 В/с.

Настройка устройства заключается в установке величины номинального выходного напряжения резистором R2 и в установке точности регулирования напряжения резистором R4. В авторском экземпляре стабилизатора при номинальном напряжении 220 В точность регулирования составляла ±3%. Теоретически стабилизатор способен обеспечить точность регулирования в пределах десятых долей процента - для этого надо лишь увеличить емкость конденсатора С1. Но тогда он будет реагировать и на незначительные колебания сетевого напряжения, вызванные случайными причинами (например, подключением и отключением электроприборов); это может привести к преждевременному износу механических подвижных частей устройства.

В процессе настройки следует выбрать такое положение контактов переключателя SA2, чтобы при отклонении напряжения на

нагрузке от нормы вал двигателя вращался в направлении, обеспечивающем стабилизацию этого напряжения.

Данный стабилизатор был изготовлен для поддержания номинального напряжения 220 В в дачном домике в условиях значительного снижения напряжения питающей сети. При максимальной нагрузке (4,4 кВт) минимальное входное напряжение, при котором стабилизатор выполнял свою функцию, составляло около 180 В. При дальнейшем понижении напряжения сети срабатывал концевой выключатель, и режим стабилизации прекращался, поскольку ползунки находились в крайнем нижнем (по схеме) положении. Чтобы избежать такой ситуации, можно рекомендовать поменять местами выводы обмоток трансформатора А2АЗ и В2ВЗ и одновременно изменить положение контактов переключателя SA2. При этом сетевое напряжение будет подаваться на скользящие контакты В2ВЗ, а нагрузка будет подключена к выводам обмоток А2АЗ. Теперь стабилизация будет обеспечиваться при сколь угодно глубоком понижении напряжения сети (даже до 50...60 В), однако следует помнить, что поскольку в любом случае ток через отводы В2ВЗ не может превышать 20 А, максимальный выходной ток должен быть во столько раз меньше этого значения, во сколько раз выходное напряжение больше входного. Это следует из условия равенства мощностей входной и выходной цепей.

Но такой способ включения частей обмотки имеет недостаток:

при резком увеличении входного напряжения к электросети через ползунки В2ВЗ окажется подключенным несоразмерно малое число витков обмотки трансформатора, и пока система автоматического регулирования будет отрабатывать входное воздействие, через контакты В2ВЗ будет протекать чрезмерно большой ток, а на нагрузке будет действовать недопустимо большое напряжение. Для частичного предотвращения этого недостатка можно ограничить перемещение ползунков автотрансформатора соответствующей установкой концевого выключателя, который бы срабатывал при снижении входного напряжения до 150... 160 В, и дальнейшее перемещение ползунков в сторону уменьшения числа витков обмоток, подключаемых к сети, прекращалось.

Устройство пригодно для стабилизации выходного напряжения в диапазоне от единиц вольт до 220 В. Для обеспечения выходного напряжения меньше 70...80 В первичную обмотку трансформатора Т2 следует питать непосредственно от сети 220 В и, кроме того, уменьшить величину резистора R1 до 47... 56кОм. Для выходного напряжения менее 10 В стабилитрон VD2 придется заменить другим, напряжение стабилизации которого должно быть на 1...2 В меньше. чем стабилизируемое. В качестве трансформатора Т1 можно также использовать тороидальные автотрансформаторы типов ЛАТР-2, ЛАТР-9, однако в этом случае допустимая мощность нагрузки уменьшится; придется также применить двигатель РД-09 с меньшим числом оборотов (1...2 об/мин) и подобрать соответствующее положение контактов переключателя SA2.

Данное устройство удобно использовать в школе на уроках физики, а также в радиокружке при настройке устройств.

Для обеспечения надежной звукоизоляции следует автотрансформатор установить на жестком основании через войлочные или резиновые прокладки, которые обладают, хорошими звукопоглощающими свойствами.

4.2 Переключатели елочных гирлянд

Накануне Нового года многих радиолюбителей волнует вопрос:

как оживить новогоднюю елку? Ниже предлагаются несколько вариантов переключателей елочных гирлянд, различающихся по степени сложности и реализуемым световым эффектам.

Простейший переключатель поочередно коммутирует две гирлянды (рис. 38). На логических элементах DD1.1, DD1.2 выполнен генератор, а на транзисторах VT1, VT2 собраны высоковольтные ключи для управления тринисторами VS1, VS2. Питание на микросхему подается от параметрического стабилизатора R4VD1 с конденсатором С1. Постоянное напряжение как для микросхемы DD1, так и для ламп гирлянд EL1, EL2 снимается с выпрямительного моста VD2.

Для создания эффекта "Бегущий огонь" необходимо поочередно переключать не менее трех гирлянд. Схема переключателя (первый вариант), управляющего тремя гирляндами, представлена на рис. 39. Основу устройства составляет трехфазный мультивибратор, выполненный на трех инвертирующих логических элементах микросхемы

DD1. Времязадающие цепи образованы элементами R1-R3, С1-СЗ. В любой момент на одном из выходов логических элементов имеется напряжение высокого уровня, которое открывает транзисторно-тринисторный ключ. Следовательно, одновременно светятся лампы только одной гирлянды. Поочередное переключение ламп гирлянд EL1-EL3 позволяет получить эффект "Бегущий огонь".

В мультивибраторе могут работать инверторы микросхем серий К555 и К155. Во втором случае сопротивления резисторов R1-R3 не должны превышать 1 кОм. Можно использовать и КМОП-микросхемы (К176, К561), при этом сопротивления времязадающих резисторов можно будет увеличить в 100...1000 раз, а емкости конденсаторов С1-СЗ во столько же раз уменьшить.

Изменение частоты переключения гирлянд можно производить изменением сопротивления резисторов R1-R3. Одновременно управлять ими затруднительно (строенных переменных резисторов для широкого применения промышленность не выпускает). Это является недостатком данного переключателя гирлянд.

На рис. 40 приведена схема переключателя гирлянд (второй вариант) с регулируемой скоростью движения "Бегущего огня".

Как работает это устройство? На логических элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор прямоугольных импульсов, частота следования которых составляет 0,2...1 Гц. Импульсы поступают на вход счетчика, состоящего из двух D-триггеров DD2.1 и DD2.2 микросхемы DD2. Благодаря наличию обратной связи между элементом DD1.3 и входом R триггера DD2.1 счетчик имеет коэффициент пересчета 3 и в любой момент закрыт один из транзисторов VT2-VT4. Если, допустим, закрыт VT2, то положительное напряжение с

его коллектора будет подано на управляющий электрод тринистора VS1, тринистор откроется и загорятся лампы гирлянды EL1. Частоту переключения регулируют переменным резистором R3 генератора.

В устройстве микросхемы серии К155 можно заменить соответствующими аналогами из серии К 133. Транзисторы VT1-VT4 могут быть из серий КТ315, КТ3117, КТ603, КТ608 с любыми буквами. Тринисторы VS1-VS3 могут быть типов КУ201, КУ202 с буквами К-Н.

Источник, питающий микросхемы и транзисторы устройства, должен быть рассчитан на ток не менее 200 мА.

Недостатком переключателя является необходимость применения трансформаторного блока питания. Это обусловлено сравнительно большим током, потребляемым микросхемами К155ЛАЗ и К155ТМ2. Существенно уменьшить ток потребления можно, применив КМОП-микросхемы, в этом случае питание микросхем может осуществляться от простейшего параметрического стабилизатора, как это сделано в переключателе двух гирлянд (см. рис. 38).

Схема переключателя трех гирлянд (третий вариант) на микросхемах серии К561 представлена на рис. 41,а. Генератор выполнен на логических элементах DD1.1, DD1.2, а счетчик с коэффициентом

пересчета 3 - на двух D-триггерах микросхемы DD2. Эпюры напряжений на выходах логических элементов показаны на рис. 41,6. Они помогут понять логику работы устройства. Транзисторно-тринисторные ключи для управления гирляндами, выпрямитель и стабилизатор для питания микросхем - такие же, как и в переключателе по схеме рис. 39 (в качестве стабилитрона VD1 в этом случае нужно использовать КС191Ж или Д814В).

У описанных выше устройств "Бегущего огня" есть общий недостаток: неизменность логики работы. Лампы в гирляндах переключаются только в установленном порядке, изменять можно лишь частоту переключения. В то же время желательно, чтобы иллюминация была как можно более разнообразной, не надоедала и не утомляла зрение. Это означает, что должна быть предусмотрена возможность изменения не только продолжительности горения ламп, но и очередности их переключения.

На рис. 42 приведена схема переключателя гирлянд, отвечающего этим условиям.

"Сердцем" устройства является микросхема К155РУ2 - оперативное запоминающее устройство на 16 четырехразрядных слов (под словом в данном случае понимается совокупность логических нулей и единиц, например 0110, 1101 и т. д.). Как действует такая микросхема? Ее четыре входа (D1-D4) предназначены для подачи информации, которую нужно записать в память. Эти входы называются информационными. На четыре других входа (А1-А4) подают двоичный код адреса ячейки, которую требуется выбрать для записи или считывания информации. Эти входы называют адресными. Изменяя двоичный код на этих входах от 0000 до 1111, можно обратиться к любой из 16 ячеек. Подавая сигнал на вход W, выбирают нужный режим работы микросхемы: если на входе W напряжение низкого уровня, то производится запись в ячейку, а если напряжение высокого уровня, то можно считывать информацию, хранящуюся в ячейках памяти микросхемы. При считывании информация поступает на выходы С1-С4. Выходы у микросхемы - с открытым коллектором, причем если в ячейке памяти записана логическая 1, то соответствующий транзистор выхода будет открыт (разумеется, в его коллекторную цепь должна быть включена нагрузка - резистор).

Таким образом, для записи числа в какую-либо ячейку памяти необходимо подать на входы D1-D4 соответствующие логические уровни, а на входы А1-А4 - двоичный код адреса требуемой ячейки. Затем на вход W подают напряжение низкого уровня - и информация записана. Для считывания информации необходимо подать на вход W напряжение высокого уровня. Тогда при смене кода адреса на

выходах С1-С4 будут появляться сигналы, соответствующие, содержимому соответствующих ячеек.

Вход V служит для разрешения работы микросхемы: при подаче на него напряжения высокого уровня запись и считывание не производятся.

Рассмотрим работу переключателя по его принципиальной схеме. С помощью кнопок SB6 "Пуск" и SB7 "Сброс" устанавливают требуемый режим работы устройства: после нажатия кнопки "Сброс" можно производить запись программы в ячейки памяти микросхемы, а после нажатия кнопки "Пуск" происходит считывание записанной программы.

При нажатии на кнопку SB7 "Сброс" RS-триггеры, собранные на логических элементах DD1.1 и DD1.2, DD1.3 и DD1.4,DD2.1 и DD2.2, DD2.3 и DD2.4, DD4.1 и DD4.2, установятся в исходное состояние, при котором на выходах логических элементов DD1.1, DD1.3, DD2.1, DD2.3 и DD4.1 - напряжение низкого уровня. Поступая на вывод 12 логического элемента DD4.4, оно запрещает работу тактового генератора, собранного на логических элементах DD4.3, DD4.4 и транзисторе VT1.

Затем с помощью кнопок SB1-SB4 набирают двоичное слово для записи в первую ячейку памяти. Допустим нам требуется записать 0111. Для этого нужно нажать кнопки SB2, SB3, SB4. При этом триггеры DD1.3DD1.4, DD2.1DD2.2, DD2.3DD2.4 переключатся и зажгутся светодиоды HL2, HL3, HL4. После этого нажимают кнопку SB5 "Запись". Импульс с выхода триггера (вывод 3 логического элемента DD3.1) через дифференцирующую цепь C2R13 и логический элемент DD3.3 поступает на вход W микросхемы памяти DD6. Дифференцирующая цепь C2R13 и логический элемент DD3.3 работают таким образом, что после нажатия кнопки SB5 "Запись" на вход W поступает короткий (длительностью несколько наносекунд) отрицательный импульс, который обеспечивает запись информации, поданной на информационные входы D1-D4 по адресу в соответствии с двоичным кодом на адресных входах А1-А4. В момент отпускания кнопки SB5 "Запись" импульс с выхода логического элемента DD3.1 через конденсатор С1 установит в исходное состояние все RS-триггеры, в которые было предварительно записано двоичное слово. Импульс, поступивший с выхода логического элемента DD3.4 на вход С1 двоичного счетчика DD5, увеличит на единицу адрес (двоичный код которого снимается с выводов 12, 9, 8 и 11 рассматриваемой микросхемы). Заметим, что установка в исходное состояние счетчика адреса DD5 не производится (выводы 2 и 3 для обеспечения счетного режима соединены с общим проводом).

После этого кнопками SB1-SB4 набирают новое двоичное слово программы, нажимают кнопку SB5 "Запись" и т. д. - пока в микросхему памяти не будет записана вся программа из 16 четырехразрядных двоичных слов. После того как программа записана, нажимают кнопку SB6 "Пуск", триггер DD4.1 DD4.2 изменяет свое состояние на противоположное, начинает работать генератор на логических элементах DD4.3, DD4.4, импульсы которого поступают на счетчик DD5 и изменяют код адреса ячейки. На входе W теперь все время находится логическая 1, поскольку на выходе логического элемента DD4.2 - логический 0, который подается на вход логического элемента DD3.3. На выходах С1-С4 микросхемы К155РУ2 появляются логические уровни, соответствующие записанной в ячейках памяти информации. Сигналы с выходов С1-С4 усиливаются транзисторными ключами VT2-VT5 и затем поступают на управляющие электроды тринисторов VS1-VS4. Тринисторы управляют четырьмя гирляндами ламп, условно обозначенными на схеме EL1-EL4. Допустим, что на выходе С1 микросхемы DD6 имеется логический 0. В этом случае транзистор VT2 закрыт, через резистор R21 и управляющий электрод тринистора VS1 протекает ток, тринистор открывается и зажигает лампы гирлянды EL1. Если же на выходе С1 логическая 1, то лампы EL1 гореть не будут.

Микросхемы устройства питаются от стабилизированного выпрямителя, собранного на диодном мосте VD2-VD5, стабилитроне VD1 и транзисторе VT6. Лампы гирлянд EL1-EL4 питаются выпрямленным напряжением, снимаемым с диодного моста VD6-VD9. Для отключения гирлянд служит выключатель Q2, для отключения от сети остальных элементов устройства-выключатель Q1.

В устройстве применены следующие детали. Транзисторы VT2-VT5 могут быть любыми из серий КТ3117, КТ503, КТ603, КТ608, КТ630, КТ801; VT1 - любой из серий КТ503, КТ312, КТ315, КТ316;

VT6 - любой из серий КТ801, КТ807, КТ815. Тринисторы КУ201Л (VS1-VS4) можно заменить на КУ202 с буквами К-Н. Диоды VD2-VD5 помимо указанных могут быть типов Д310, КД509А, КД510А;

можно также использовать мостовые выпрямители КЦ402, КЦ405, КЦ407 (с любыми буквенными индексами).

Диоды КД202К (VD6-VD9) можно заменить на КД202 с буквами Л-Р, а также на Д232, Д233, Д246, Д247 с любыми буквами. Конденсаторы С1, С2 - типа К10-7, К10-23, КЛС или КМ-6; СЗ-С5 -К50-6, К50-16 или К50-20. Все постоянные резисторы - типа МЛТ;

переменный резистор R 16 - СП-1, СП-0,4. В устройстве можно использовать кнопки типа КМ 1-1 или КМ Д 1-1. Можно также

использовать кнопки других типов (например, П2К без фиксации положения). Выключатели Q1 и Q2 - типа "тумблер" (ТВ2-1, ТП1-2, Tl, MT1 и др.). Трансформатор питания 01 выполнен на ленточном магнитопроводе ШЛ 16х20. Обмотка I содержит 2440 витков провода ПЭВ-1 0,08, обмотка II - 90 витков провода ПЭВ-1 0,51. Можно использовать и любые другие трансформаторы мощностью 10...20 Вт, имеющие вторичную обмотку на напряжение 8...10 В и ток 0,5...0,7 А. Подойдут трансформаторы ТВК-70Л2, ТВК-110ЛМ, у которых часть витков вторичной обмотки должна быть удалена для получения нужного напряжения.

Большая часть элементов устройства смонтирована на текстолитовой плате с размерами 120 х 145 мм (рис. 43,а). Монтаж выполнен

проводами. Транзистор VT6 установлен на дюралюминиевом уголке площадью около 30 см^2 (он служит радиатором). Диоды VD6-VD9 и тринисторы VS1-VS4 установлены на плате без радиаторов, при этом суммарная мощность переключаемых ламп не должна превышать 500 Вт. Кнопки SB1- SB7 (типа КМ1-1) установлены: на планке из текстолита (рис. 43,6), которая крепится к основной плате двумя винтами МЗ.

За пределами платы находятся следующие элементы: трансформатор питания Tl, держатель предохранителя FU1, выключатели питания Q1 и Q2, переменный резистор R 16. Элементы платы соединены с ними многожильным проводом. Провода, соединяющие аноды тринисторов VS1-VS4 с лампами EL1-EL4, припаяны непосредственно к лепесткам тринисторов.

Сечение проводов, которыми выполнены силовые цепи, должно быть не менее 1 мм^2.

Конструкция устройства произвольная. На верхней крышке корпуса должны быть расположены кнопки SB1-SB7, выключатели питания Q1 и Q2, светодиоды контроля записи программы HL1-HL4, а также ручка переменного резистора R 16, с помощью которого изменяют скорость переключения гирлянд. На боковой стенке корпуса установлены держатель предохранителя FU1 и гнезда для подключения гирлянд (на схеме они не показаны).

Если все детали исправны и в монтаже нет ошибок, то устройство начинает работать сразу. Следует отметить, что достигаемые световые эффекты во многом зависят от взаимного расположения ламп гирлянд. Наиболее распространенным является такое их расположение, когда за лампой первой гирлянды следует лампа второй гирлянды, затем третьей, четвертой и т. д. На рис. 44 показана схема такого включения ламп.

Программирование переключателя ведут следующим образом. Вначале на бумаге составляют программу, представляющую собой запись состояния ламп всех четырех гирлянд в каждом из 16 тактов

работы устройства. Включенное состояние гирлянды обозначают логической 1, выключенное - логическим 0. Затем нажатием кнопки SB7 "Сброс" устанавливают микросхемы устройства в исходное состояние. После этого последовательным нажатием кнопок SB1-SB4 набирают .первое слово программы, обращая внимание на зажигание светодиодов HL1-HL4, и нажимают кнопку SB5 "Запись". Так производят запись информации во все 16 ячеек микросхемы. Затем нажимают кнопку SB6 "Пуск" - переключатель переходит в рабочий режим.

При программировании следует помнить, что информация должна быть записана во все 16 ячеек памяти микросхемы, поскольку при включении питания состояние этих ячеек оказывается неопределенным.

В табл. 3 показаны некоторые варианты программирования переключателя гирлянд для получения разнообразных световых эффектов. Логические 1 в каждом слове слева направо показывают, какие из кнопок SB1-SB4 соответственно следует нажать.

Первая и вторая программы обеспечивают эффект "бегущего огня", остальные программы - более сложные эффекты. Число программ, которые можно реализовать с помощью данного устройства, велико, и это открывает простор для фантазии оператора. Следует также помнить, что изменение скорости переключения гирлянд открывает широкие возможности для получения различных световых эффектов.

Суммарная мощность ламп, переключаемых устройством, может быть увеличена до 1500 Вт, при этом диоды VD6-VD9 должны быть установлены на радиаторы площадью 40... 50 см^2 каждый.

Если в распоряжении радиолюбителя имеются симметричные тиристоры (симисторы) серии КУ208Г, их также можно использовать для управления лампами гирлянд. Подключать симисторы следует в соответствии со схемой, представленной на рис. 45

(изображена схема только одного канала, остальные-аналогичные). Сопротивления резисторов R21-R24 (см. рис. 42) в этом случае необходимо увеличить до 1...3 кОм. Транзисторы КТ605А можно заменить на КТ605Б, КТ940А, диодные мосты VD6 могут быть КЦ402, КЦ405 с буквами А, Б, Ж, И.

Второй вариант симисторного узла коммутации представлен на рис. 46. Его отличие от предыдущего в том, что транзисторные ключи VT2-VT5 с резисторами R21-R24 (см. рис. 42) заменены инвертирующими логическими элементами микросхемы DD7 (резисторы R17-R20 в схеме рис. 42 при этом сохраняются). Такое схемное решение несколько упрощает конструкцию.

Узел управления симисторами можно сделать еще более простым, если использовать электромагнитные реле (рис. 47). Обмотки реле, как видно из схемы, включены вместо резисторов R21-R24. В переключателе могут работать любые реле, срабатывающие от напряжения 8...12 В при токе до 100 мА, например РЭС-10 (паспорта РС4.524.303, РС4.524.312), РЭС-15 (паспорта РС4.591.003, РС4.591.004, РС4.591.006), РЭС-47 (паспорта РФ4.500.049, РФ4.500.419), РЭС-49 (паспорт РС4.569.424). Кроме простого схемного решения имеется еще одно преимущество - гальваническая развязка низковольтной части устройства от сети питания, что увеличивает безопасность пользования переключателем. Недостатком же является меньший срок службы, вызванный износом

контактов реле.

И в заключение еще одна рекомендация. При выключении напряжения сети питания (даже кратковременном - несколько

секунд) разрушается программа, записанная в микросхему памяти. Поэтому целесообразно предусмотреть аварийное переключение цепей питания микросхем устройства на питание от гальванической батареи или аккумулятора. Схема, позволяющая реализовать это, показана на рис. 48.

В нормальном режиме микросхемы переключателя питаются от выпрямителя, и ток протекает через диод VD11. Диод VD10 при этом закрыт, поскольку к нему приложено небольшое (0,5...1 В) обратное напряжение. При отключении сетевого питания закрывается диод VD11, но открывается диод VD10, и питание микросхемы осуществляется от батареи GB1. Конденсатор С6 гасит импульсы напряжения, которые возникают в моменты переключения питания с сетевого на батарейное и наоборот, и таким образом повышает помехоустойчивость устройства. Диоды VD10, VD11 могут быть любого типа, допускающие ток не менее 300 мА (например, подойдут Д226, КД105 с любыми буквами). Батарея GB1 - 3336Л. При использовании в переключателе этого узла следует обратить внимание на выходное напряжение выпрямителя: оно должно составлять 5...5,5 В (но не менее 5 В), в противном случае может происходить постоянная разрядка батареи GB1. Продолжительность питания от батареи зависит от ее емкости. При длительных пропаданиях напряжения в сети (более 15...20 мин) такое аварийное питание нецелесообразно, поскольку лампы гирлянд все равно не работают, а новую программу можно набрать всего лишь за 3...5 мин.

4.3 Реле выдержки времени

Реле выдержки времени применяют для включения на какое-то определенное время нагрузки, например лампы фотоувеличителя, электроплитки и др.

Простое реле времени, рассчитанное на включение нагрузки на несколько десятков секунд, можно собрать по схеме рис. 49.

В реле времени использован однопереходный транзистор VT1. Что он представляет собой?

(изображена схема только одного канала, остальные-аналогичные). Сопротивления резисторов R21-R24 (см. рис. 42) в этом случае необходимо увеличить до 1...3 кОм. Транзисторы КТ605А можно заменить на КТ605Б, КТ940А, диодные мосты VD6 могут быть КЦ402, КЦ405 с буквами А, Б, Ж, И.

Второй вариант симисторного узла коммутации представлен на рис. 46. Его отличие от предыдущего в том, что транзисторные ключи VT2-VT5 с резисторами R21-R24 (см. рис. 42) заменены инвертирующими логическими элементами микросхемы DD7 (резисторы R17-R20 в схеме рис. 42 при этом сохраняются). Такое схемное решение несколько упрощает конструкцию.

Узел управления симисторами можно сделать еще более простым, если использовать электромагнитные реле (рис. 47). Обмотки реле, как видно из схемы, включены вместо резисторов R21-R24. В переключателе могут работать любые реле, срабатывающие от напряжения 8...12 В при токе до 100 мА, например РЭС-10 (паспорта РС4.524.303, РС4.524.312), РЭС-15 (паспорта РС4.591.003, РС4.591.004, РС4.591.006), РЭС-47 (паспорта РФ4.500.049, РФ4.500.419), РЭС-49 (паспорт РС4.569.424). Кроме простого схемного решения имеется еще одно преимущество - гальваническая развязка низковольтной части устройства от сети питания, что увеличивает безопасность пользования переключателем. Недостатком же является меньший срок службы, вызванный износом контактов реле.

И в заключение еще одна рекомендация. При выключении напряжения сети питания (даже кратковременном - несколько

Однопереходный транзистор имеет три вывода: две базы и один эмиттер. Вывод, соединенный с реле К2, называют выводом первой базы, а вывод, соединенный с резистором R5, - выводом второй базы. Эмиттер и база Б1 образуют единственный в транзисторе р-п переход, отсюда и название прибора.

Участок между базами образован кремниевой пластиной n-типа и имеет линейную вольт-амперную характеристику, т. е. ток через этот участок прямо пропорционален приложенному межбазовому напряжению. При отсутствии напряжения на эмиттере (измеренного относительно базы Б1) р-п переход находится в закрытом состоянии. При подаче определенного положительного напряжения на эмиттер переход включается в прямом направлении. Соответствующее напряжение эмиттера называют напряжением включения. Сопротивление р-п перехода при включении уменьшается в сотни раз, а ток становится достаточным для включения, например, в нашем случае электромагнитного реле К2. При уменьшении эмиттерного напряжения переход возвращается в закрытое состояние. Процесс переключения однопереходного транзистора носит лавинообразный характер (т. е. сопротивление перехода изменяется скачком), что и позволяет широко использовать однопереходный транзистор в различных устройствах.

Итак, познакомившись с принципом работы однопереходного транзистора, рассмотрим работу реле времени (см. рис. 49). В исходном состоянии все элементы устройства, кроме элементов, генератора и выпрямителя, обесточены. Напряжение сети выпрямляется однополупериодным выпрямителем (диод VD1), стабилизируется параметрическим стабилизатором напряжения R1VD2VD3VD4, пульсации сглаживаются конденсатором С1. Гене-

ратор, собранный на однопереходном транзисторе VT2, вырабатывает колебания звуковой частоты, которые излучаются капсюлем НА1. При нажатии на кнопку SB1 "Пуск" срабатывает электромагнитное реле К1. Контактами К 1.1 оно самоблокируется и размыкает конденсатор С2; контактами К 1.2 подает напряжение па элементы устройства; контактами К1.3 отключает узел подачи звукового сигнала. Через резисторы R3 и R4 начинается зарядка конденсатора С2. Через некоторое время (определяемое значениями R3, R4 и С2) переход транзистора VT1 откроется и конденсатор С2 разрядится на обмотку реле К2 - оно кратковременно сработает. Контактами К2.1 реле разорвет цепь питания реле К1, и устройство примет первоначальное состояние.

Однопереходные транзисторы могут быть типов КТ117А, КТ117Б. При отсутствии однопереходного транзистора его можно

заменить комбинацией из двух биполярных транзисторов (рис. 50). Реле К1 (в схеме рис. 49) применено типа МКУ-48 (паспорт РА4.509.145); реле К2 - типа РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) или РЭС-10 (паспорт РС4.524.302). Конденсатор С2 желательно применить с малым током утечки (типов К53-1, К53-4, К53-14). Звуковой излучатель НА1 - микрофонный капсюль ДЭМШ-1А или любой другой телефон с обмоткой сопротивлением постоянному току 100...200 Ом. Выбор остальных деталей не вызовет затруднений. Заканчивая описание реле

времени на однопереходном транзисторе, заметим, что на выдержках времени более 1 мин стабильность выдержки уменьшается.

Действие цифрового реле времени (первый вариант), схема которого приведена на рис. 51, основано на заполнении двоичного счетчика импульсами, следующими с периодом 1 с или 1 мин. После того как на вход счетчика поступает определенное число импульсов, появляется сигнал на выходе узла совпадения и срабатывает исполнительное реле.

Прибор имеет два поддиапазона выдержек времени. В первом поддиапазоне длительность выдержки можно устанавливать в пределах 1...255 с с интервалом 1 с, во втором - в пределах 1...255 мин с интервалом 1 мин. Установка того или иного поддиапазона осуществляется переключателем SA1.

С обмотки II трансформатора Т1 напряжение сети, пониженное до 10 В, выпрямляется диодным мостом VD1 и через резистивный

делительR2R3 поступает на вход триггера Шмитта (выводы 1, 2, 4, 5 микросхемы DD1).

Триггером Шмитта называют пороговое электронное устройство, выходное напряжение которого может принимать одно из двух значений (высокий или низкий уровень) под воздействием аналогового или цифрового входного сигнала. Триггер Шмитта представляет собой усилитель, охваченный положительной обратной связью. Графическое изображение взаимосвязи между входным и выходным сигналами триггера Шмитта называют его передаточной характеристикой (рис. 52,а). Если входное напряжение триггера Uвx = 0 (точка А), то выходное напряжения Uвых > 2,4 В (напряжение высокого уровня ТТЛ). При повышении Uвx до 1,7 В выходное напряжение скачкообразно уменьшается (переходит от точки Б к В, где Uвых<=0.4В, т. е. напряжение низкого уровня). Такое входное напряжение называют напряжением срабатывания Ucpaб. Если входное напряжение теперь постепенно уменьшать (от точки Г к В и ниже), то при Uвx=0,9 В выходное напряжение скачкообразно изменится от низкого уровня к высокому (линия Д-Е). Это входное напряжение называют напряжением отпускания Uотп. Разницу между напряжениями срабатывания и отпускания называют гистерезисом триггера; Uг=0,8 В. Рассмотренный триггер Шмитта, входящий в состав микросхемы К155ТЛ1, инвертирует входной сигнал. Временная диаграмма работы при воздействии входного синусоидального сигнала показана на рис. 52,6. Таким образом, триггер Шмитта формирует из входного сигнала произвольной формы прямоугольные импульсы с крутыми фронтами.

С выхода триггера Шмитта прямоугольные импульсы частотой 100 Гц подаются на два последовательно соединенных десятичных счетчика DD2, DD3. В результате на выходе микросхемы DD3

(вывод 5) импульсы следуют с периодом 1 с. Они поступают на входы &С десятичного счетчика DD4, а от него - на микросхему DD5, которая делит частоту поступающих импульсов на шесть (микросхемы DD2-DD5 работают в режиме счета импульсов лишь в том случае, если на их входах &RO имеется напряжение низкого уровня). На выходе микросхемы DD5 (вывод 8) импульсы следуют с периодом 1 мин.

С подвижного контакта переключателя SA1 "Мин-с" импульсы поступают на вход четырехразрядного двоично-десятичного счетчика DD6, а с выхода последнего - на вход такого же счетчика DD7. Напомним, что общая емкость N-разрядного счетчика составляет 2^N-1, следовательно, в данном случае в счетчик может быть записано максимальное десятичное число 255. Это и определяет максимальную продолжительность выдержки реле времени - 255 мин.

Триггеры, входящие в состав микросхемы К155ИЕ5, переключаются спадом импульса.

Выходы счетчиков DD6, DD7 через замыкающие контакты кнопочных выключателей SB1-SB8 соединены со входами микросхемы DD8, выполняющей логическую операцию 8И-НЕ. Когда восьмиразрядный счетчик достигнет определенного состояния, заданного выключателями SB1-SB8, на выходе микросхемы DD8 появится напряжение низкого уровня. При этом RS-триггер, выполненный на логических элементах DD9.1 и DD9.2, установится в состояние, при котором на выходе логического элемента DD9.2 напряжение низкого уровня (а в течение отсчета времени было напряжение высокого уровня), отпустит электромагнитное реле К1, а его контакты К1.1 отключат (или включат) цепь нагрузки.

Пользоваться этим реле времени несложно. После включения питания выключателем Q1 RS-триггер установится в состояние, соответствующее напряжению низкого уровня на выходе элемента DD9.2 (для установки триггера в такое состояние служит конденсатор С5). Реле К1 при этом обесточено. На входах &RO микросхем DD2-DD7 будет напряжение высокого уровня, запрещающее счет импульсов. Затем переключателем SA1 устанавливают поддиапазон выдержек - "Секунды" или "Минуты", а кнопочными выключателями SB1-SB8 - нужную длительность выдержки времени. Например, при нажатии кнопок SB5 и SB7 и установке переключателя SA1 в положение "Минуты" выдержка времени составит 16+64=80 мин.

Затем нажимают кнопку SB 10 "Пуск". При этом на выходе элемента DD9.2 установится напряжение высокого уровня и сработает реле К1, на выходе элемента DD9.3 - напряжение низкого уровня, которое будет подано на входы &RO микросхем DD2-DD7 начнется подсчет поступающих импульсов. Через 80 мин RS-триггер

DD9.1DD9.2 переключится в противоположное состояние, и реле К1 отпустит.

Микросхемы DD1-DD10 можно заменить на аналогичные им микросхемы из серий К 133, КР531, К555. При отсутствии интегрального стабилизатора КР142ЕН5А (DA1) стабилизатор может быть выполнен по любой известной схеме (например, параметрический стабилизатор с эмиттерным повторителем); он должен обеспечивать выходное напряжение 5 В при токе не менее 200 мА. Транзистор VT1 - типов КТ312, КТ315, КТ503, КТ603, КТ608, КТ3117 с любым буквенным индексом. Мостовой выпрямитель VD1 может быть из серий КЦ402, КЦ405, КЦ407 с любыми буквами; диод VD2 - Д226, Д310, КД105, КД106 с любыми буквами, VD3 - КД503, КД509, КД510, Д220, Д223 с любыми буквами. Оксидные конденсаторы -типов К50-6, К50-16; остальные - КМ-6, КЛС, К10-7в. Резисторы -типа МЛТ-0,25; реле К1 - типа РЭС-22 (паспорт РФ4.500.129). Выключатель Q1 и переключатель SA1 - типов ТВ2-1-2 или ТП1-2, переключатели SB1-SB8 - П2К с фиксацией положения, SB9 и SB 10 -П2К без фиксации положения. Трансформатор Т1 - любого типа, обеспечивающий напряжение на вторичной обмотке 8...12 В при токе не менее 0,3 А. Данные самодельного трансформатора: магнитопровод ШЛ 16х25; обмотка I содержит 2400 витков провода ПЭВ-2 0,1 мм, обмотка II -120 витков провода ПЭВ-2 0,33 мм.

Реле времени смонтировано в пластмассовом корпусе размерами 250х210х90 мм (использован корпус от неисправного ампервольтомметра АВО-5М) (рис. 53). Верхняя съемная крышка изготовлена из текстолита толщиной Змм. Надписи выполнены на бумаге и закрыты сверху пластинами прозрачного органического стекла. На боковой

стенке находится соединитель, к которому подведены провода, идущие от контактов К 1.1 реле К1.

Большая часть деталей смонтирована на плате № 2 (см. рис. 16,6). Монтаж - проволочный. Микросхема DA1 установлена на дюралюминиевом уголке 20 х 20 мм, служащем радиатором.

Чтобы исключить возможные сбои из-за помех, не следует объединять в один жгут провода, идущие к микросхемам, с проводами, несущими

переменный или пульсирующий ток (от сетевого трансформатора Т1 и выпрямителя VD1).

Правильно собранное из заведомо исправных деталей реле времени не требует налаживания. Оценить его точности можно путем сравнения длительностей выдержек с показаниями электронных часов. В одном из испытанных экземпляров устройства максимальное отклонение выдержки на пределе 30 мин составило не более 20 с, что соответствует точности 1%.

Для уменьшения обгорания контакты К 1.1 образованы четырьмя параллельно соединенными группами контактов, имеющимися в реле. Желательно также параллельно контактам подключать искрогасящие цепи (последовательно соединенные резистор сопротивлением 100...200 Ом, мощностью 2 Вт и конденсатор емкостью 0,25...0,5 мкФ на номинальное напряжение 400 В). Такой вариант реле выдержки времени, можно применять при выполнении фоторабот, для включения и запрограммированного выключения различных бытовых приборов (например, электроплитки). Если увеличить диапазоны выдержек включением в счетчик импульсов дополнительных триггеров и ввести звуковую сигнализацию, то реле времени можно будет использовать и как электронный будильник.

Схема второго варианта цифрового реле времени представлена на рис. 54. Действие этого устройства, как и предыдущего варианта реле времени, основано на заполнении двоичных счетчиков импульсами, следующими с периодом 1, 10 с, 1 или 10 мин. Реле времени обеспечивает выдержку времени от 1 с до 990 мин в четырех поддиапазонах (1...99 с с интервалом 1 с; 10...990с с интервалом 10с; 1...99 мин с интервалом 1 мин; 10...990 мин с интервалом 10 мин). Отличительной особенностью такого реле времени является малый ток потребления (в режиме выдержки времени он составляет около 1 мА), что позволило питать реле времени от гальванической батареи и потому использовать его в тех местах, где нет электросети. Реле времени может включать и выключать бытовые электроприборы мощностью до 1000Вт, а также подает звуковой сигнал.

В реле времени использован кварцевый резонатор, что обеспечивает высокую стабильность временных интервалов (не хуже 0,001%). Наличие всех перечисленных факторов позволяет широко использовать это устройство в быту.

Устройство выполнено на шести микросхемах серии К176. Эта серия по сравнению с серией К 155 обладает не только тем преимуществом, что ее микросхемы потребляют малую мощность, но и тем, что они имеют и более высокую степень интеграции.

Микросхема К176ИЕ12 (DD1), разработанная для использования в электронных часах, имеет очень широкие функциональные возможности. В ее состав входят генератор, рассчитанный на работу с внешним кварцевым резонатором на частоту 32 768 Гц (выводы 12 и 13), и два делителя частоты с коэффициентами деления 2^15= 32768 и 60 (выводы 4, 7, 10). Следовательно, на выходах микросхемы формируются секундные и минутные импульсы. Микросхема позволяет реализовывать и некоторые другие функции, связанные с ее применением в электронных часах. В исходное состояние микросхему устанавливают подачей напряжения высокого уровня на входы R (выводы 5, 9).

Эпюры напряжений на некоторых выводах микросхемы К176ИЕ12 представлены на рис. 55. Особенность микросхемы

К176ИЕ12 в том, что первый спад на выходе минутных импульсов М появляется спустя 59 с после подачи напряжения низкого уровня на вход сброса R. Это следует учитывать при эксплуатации устройств, собранных на микросхеме. .

Микросхема К176ИЕ8 (DD4-DD6) - это двоичный счетчик, совмещенный с десятичным дешифратором. Имеет вход R для установки в исходное состояние и входы для подачи счетных импульсов отрицательной (CN) и положительной (СР) полярностей. При работе счетчика на его выходах 0-9 (выводы 1-7, 9-11) последовательно появляется напряжение высокого уровня.

Рассмотрим работу реле времени (контакты выключателя питания SA5 замкнуты). Выбор нужной выдержки времени осуществляют переклю

чателями SA1 ("Минуты" - "Секунды"), SA2 ("х1" - "х10"), SA3, SA4 ("Единицы", "Десятки"). После этого замыкают контакты выключателя SA6 "Пуск". При этом на выводах 10, 4, 11 микросхемы DD1 появляются импульсы с частотами соответственно 1/60,

1 и 1024 Гц. В зависимости от положения переключателя SA1 на выводы 2, 8 логического элемента DD3.2 поступают минутные или секундные импульсы. На выводе 1 этого же элемента - напряжение высокого уровня, поданное с выхода логического элемента DD3.3 (поскольку на его входах - выводах 11, 12, 13 - напряжение низкого уровня). Следовательно, импульсы поступают на вход СР микросхемы DD4, и если контакты переключателя SA2 находятся в показанном на схеме положении - то и на аналогичный вход микросхемы DD5.

Логический элемент DD2.1 инвертирует секундные импульсы, поступающие на нормально замкнутый контакт переключателя SA1. Это сделано для того, чтобы на выводы 2, 8 логического элемента DD3.2 поступали или секундные, или минутные импульсы, у которых период относительно исходного состояния входа R определяется спадом импульса (или, что то же самое, срезом импульса). На вход СР микросхемы DD4 импульсы поступают в противофазе благодаря применению логического элемента DD3.2, т.е. секундный или минутный интервал определяется положительным перепадом напряжения на входе СР, переключающим триггеры микросхемы.

Через некоторое время, определяемое положением подвижных контактов переключателей SA3 и SA4, на этих контактах появятся одновременно напряжения высокого уровня. Напряжение низкого уровня, появившееся на выходе логического элемента DD3.3, запретит дальнейшее поступление импульсов на входы микросхем DD4, DD5 и откроет транзистор VT2. На вывод 5 логического элемента DD3.1 поступит напряжение высокого уровня. На базу транзистора VT1 начнут поступать импульсы с интервалом 1 с, модулированные частотой 1024 Гц (роль модулятора, или суммирующего устройства, выполняет логический элемент DD3.1). В излучателе НА1 будет слышен прерывистый звуковой сигнал, свидетельствующий об окончании выдержки времени.

Микросхему К176ЛА7 (DD2) можно заменить на К561ЛА7, К176ЛА9 (DD3) - на К561ЛА9, К176ИЕ8 (DD4-DD6) - на К561ИЕ8. Транзисторы VT1, VT2 - любые из серий КТ203, КТ361, КТ501, КТ502. Кварцевый резонатор Z1 - малогабаритный на частоту 32768 Гц, предназначенный для использования в электронных часах. Конденсаторы Cl, C2 - типов КЛС, КМ, КТ, К10-7в. К10-23. Резисторы - МЛТ-0,25. Звуковой излучатель - микрофонный капсюль ДЭМШ-1А или телефонный капсюль любого типа с сопротивлением катушки постоянному току не менее 65 Ом (например, ТА-4, ТК-47, ТК-67). Переключатели SA1, SA2, SA5, SA6 - типа П1Т; SA3, SA4 - МПН-1. В качестве батареи питания GB1 использованы четыре дисковых аккумулятора Д-0,06.

Реле времени собрано в пластмассовом корпусе размерами 120х70х20 мм (рис. 56). Корпус изготовлен из коробки для рыболовных принадлежностей. Расположение элементов в корпусе реле времени показано на рис. 57. Монтаж на плате выполнен проводами.

Такое реле времени, свободно умещающееся в кармане, удобно использовать в качестве таймера или будильника. Несложная приставка к реле времени (рис. 58) позволяет с его помощью управлять нагрузкой. Переключателем SA1 выбирают режим коммутации нагрузки. В положении 1 управление нагрузкой не осуществляется, и цепи узла управления нагрузкой (оптроны Ul, U2) отключены от коллектора транзистора VT1; это сделано для того, чтобы не расходовать напрасно энергию батареиGB1 на питание

узла управления, если нагрузка отключена, а реле времени используется только в качестве будильника. По истечении заданного времени в положении 2 переключателя SA1 реле времени включает нагрузку, а в положении 3 - выключает нагрузку (в течение заданного времени она включена).

Коммутация нагрузки осуществляется тиристором VS1, включенным в диагональ диодного моста VD1-VD4. Тиристор включается с помощью двух оптронов U1 и U2. Оптрон работает следующим образом. При протекании тока через светодиод оптрона освещается его динистор, и он начинает пропускать ток. Достоинством оптрона является отсутствие гальванической связи между его входными и выходными цепями, что создает безопасные условия работы с устройствами, имеющими питание от сети (сопротивление между входными и выходными цепями оптрона достигает сотен мегаом).

Допустим, что переключатель SA1 установлен в положение 2. При появлении напряжения низкого уровня на выходе логического элемента DD3.3 транзистор VT2 реле времени (рис. 54) откроется, также откроется и транзистор VT1 узла управления, и через светодиоды оптронов U1 и U2 потечет ток, ограничиваемый резистором R2. Динисторы оптронов откроются, поэтому в начале каждого полупериода напряжения сети будет открываться тринистор VS1 и оставаться открытым до конца, полупериода. Использование двух оптронов объясняется тем, что допустимое прямое напряжение динистора оптрона этого типа составляет лишь 200 В. Резисторы R3 и R4 предназначены для выравнивания напряжений на динисторах. когда они находятся в закрытом состоянии.

Если переключатель SA1 находится в положении 3, то входные цепи оптронов будут подключены к плюсу питания и транзистору VT1, который по истечении выдержки времени закроется и выключит оптроны и нагрузку. Поскольку ток, протекающий через входные цепи оптрона, довольно значителен (10...20 мА), при установке больших выдержек времени батарея GB1 может сильно разрядиться. Это необходимо учитывать при работе с устройством.

По истечении выдержки времени контакты переключателя SA5 следует возвратить в исходное положение, при этом устройство примет первоначальное состояние.

Нагрузка, которую может коммутировать реле времени, питается переменным током. Это может быть холодильник, телевизор. радиоприемник, вентилятор и пр. Если же питание нагрузки допускается осуществлять постоянным током (фотоувеличитель. утюг, электроплитка), то узел управления можно упростить и избежать применения оптронов (рис. 59). Этот узел будет производить отключение нагрузки по истечении заданного времени. Мощ

ность, рассеиваемая на транзисторе VT2, очень мала, поскольку ток через него протекает лишь в момент открывания. Однако в этом случае элементы реле времени будут иметь гальваническую связь с сетью и необходимо соблюдать меры безопасности при работе с устройством.

Конструкция узла управления нагрузкой, его размеры определяются тем, какие нагрузки предполагается коммутировать. Если их мощность не превышает 300 Вт, то выпрямительные диоды и тринистор не нужно устанавливать на радиатор. Если же мощность нагрузки может достигать 1000 Вт, то тринистор следует устанавливать на радиатор с поверхностью теплоотдачи не менее 200 см^2, а каждый из диодов - на радиатор с поверхностью 50 см^2.

Напоминаем: микросхемы потребляют от батареи ток около 1 мА; устройство подачи звукового сигнала - не более 10 мА;

оптроны, когда они включены, - 10...20 мА. Исходя из этих данных и зная емкость батареи питания, следует рассчитать продолжительность работы реле времени в том или ином режиме.

Большие возможности для построения времязадающих устройств открывает использование интегрального таймера КР1006ВИ1. Эта микросхема специально разработана для применения в устройствах подобного типа.

Функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1 представлена на рис. 60. В состав таймера входят два прецизионных компаратора высокого (DA1) и низкого (DA2) уровней, асинхронный RS-триггер DD1, мощный выходной каскад на транзисторах VT1 и VT2, разрядный транзистор VT3, прецизионный делитель напряжения R1R2R3. Сопротивления резисторов R1-R3 равны между собой.

Таймер содержит два основных входа: вход запуска (вывод 2) и пороговый вход (вывод 6). На этих входах происходит сравнение внешних напряжений с эталонными значениями, составляющими для указанных входов соответственно l/3Uпит и 2/3Uпит. Если на входе Unop действует напряжение меньше 2/3Uпит, то уменьшение напряжения на входе Uзап до значения, меньшего 1/3Uпит, приведет к установке таймера в состояние, когда на выходе (вывод 3) имеется

напряжение высокого уровня. При этом последующее повышение напряжения на входе Uзап до значения 1/3Uпит и выше не изменит состояния таймера. Если затем повысить напряжение на выходе Uпop до значения больше 2/3 Uпит, то сработает триггер DD1 и на выходе таймера установится напряжение низкого уровня, которое будет сохраняться при любых последующих изменениях напряжения на входе Uпop. Этот режим работы таймера обычно используют при построении реле времени, ждущих мультивибраторов. При этом вход Unop подключают к одной из обкладок конденсатора времязадающей цепи, а по входу Uзап производят запуск таймера подачей короткого импульса отрицательной полярности. Если необходимо создать автоколебательный мультивибратор, то оба входа объединяют. Транзистор VT3 служит для разрядки времязадающего конденсатора. При появлении напряжения высокого уровня на выводе 3 таймера этот транзистор открывается и соединяет обкладку конденсатора с общим проводом.

Если на запускающем входе напряжение не превышает l/3Uпит, то повышение напряжения на входе Unop выше 2/ЗUпит приведет к появлению низкого напряжения на выходе таймера, а понижение напряжения на этом входе ниже 2/ЗUпит установит высокое напряжение на выходе. Таким образом, в данном случае таймер работает как обычный компаратор и может быть использован в устройствах регулирования температуры, автоматического включения освещения и др.

Если на входе Unop напряжение превышает 2/3Uпит, то на выходе таймера будет низкое напряжение независимо от значения напряжения на входе Uзап. В заключение следует отметить, что напряжение питания таймера может находиться в пределах 5...15 В. Максималь

ный выходной ток таймера равен 100 мА. Это позволяет использовать в качестве нагрузки электромагнитное реле. Вывод 5 служит для контроля значения образцового напряжения, а также для возможного изменения его значения путем подключения внешних резисторов. Для уменьшения возможного действия помех этот вход обычно соединяют с общим проводом через конденсатор емкостью 0,01...0,1 мкФ. Вход Uc6p (вывод 4) позволяет устанавливать на выходе низкое напряжение независимо от сигналов на остальных входах. Для этого на вывод 4 следует подать напряжение низкого уровня. Последующее повышение напряжения на этом входе до напряжения высокого уровня приводит к установлению на выходе таймера состояния, которое было до подачи низкого напряжения на вход 4 (имеется в виду, что времязадающая цепь не подключена). Если этот вход не используется, его следует соединить с выводом 8. В схемах реле времени вход Uсбр часто используют для установки таймера в исходное состояние, соответствующее закрытому транзистору VT3.

На рис. 61 представлена схема реле времени с использованием интегрального таймера. После подачи питания на устройство на выводе 2 установится высокое напряжение, а на выводе 6 - низкое (поскольку конденсатор С2 разряжен). На выходе таймера (вывод 3) при этом будет также низкое напряжение, через обмотку реле К1 течет ток, и разрядный транзистор таймера открыт - конденсатор С2 не может заряжаться. В таком состоянии таймер может находиться сколь угодно долго. Отсчет времени начинается с момента нажатия кнопки SB1 "Пуск". Поступающий при этом на вывод 2 отрицательный перепад напряжения переключает внутренний триггер таймера в противоположное состояние, на выводе 3 появляется напряжение

высокого уровня, реле К1 отпускает, а разрядный транзистор таймера закрывается. Начинается зарядка конденсатора С2 через резистор R3. Когда напряжение на конденсаторе достигнет порога переключения компаратора высокого уровня (в данном случае оно равно 2/3 х 15 В = 10 В), на выводе 3 опять установится напряжение низкого уровня, реле К1 сработает, а конденсатор С2 разрядится через внутренний транзистор таймера. Длительность выдержки времени Т можно определить из соотношения T=1,1R3C2, при этом время выражено в секундах, емкость - в микрофарадах, сопротивление - в мегаомах. Сопротивление времязадающего резистора не должно превышать 10 МОм. Емкость ограничивается лишь сопротивлением утечки, значение которого должно превышать значение сопротивления времязадающего резистора по крайней мере на порядок (т.е. в 10 раз). Желательно применять конденсаторы типов К73-17, К76-П2,, К53-1, ЭТО, обладающие малыми потерями.

Стабильность выдержки времени определяется в основном стабильностью конденсатора и резистора времязадающей цепи. Стабильность же собственно таймера весьма высокая. Это связано с тем, что изменение температуры в одинаковой степени влияет на сопротивление всех трех резисторов делителя напряжения, которые выполнены на одном кристалле. Изменение напряжения питания также не влияет на время выдержки, поскольку одновременно изменяются и порог срабатывания компаратора, и зарядный ток через конденсатор.

Реле К1 следует выбирать исходя из напряжения питания таймера и тока срабатывания не более 100 мА. Подойдут реле РЭС-10 (паспорт РС4.524.302), РЭС-9 (паспорт РС4.524.200).

В данном реле времени не предусмотрена регулировка выдержки времени". Казалось бы, сделать это несложно - достаточно резистор R3 заменить переменным. Однако промышленность выпускает переменные резисторы с номиналом не более 5 МОм. Выход из этого положения можно найти, если регулировать напряжение питания времязадающей цепи. Фрагмент схемы, обеспечивающей такую возможность, показан на рис. 62. Отношение сопротивлений резисторов R4 и R5 выбрано таким образом, чтобы напряжение на движке переменного резистора изменялось от значения, немного большего 2/3Uпит, до Uпит. Для расширения диапазона выдержек можно изменять емкость времязадающего конденсатора использованием галетного переключателя и батареи конденсаторов.

Стабильность формируемых выдержек данным реле времени достаточно высокая. В экспериментальном экземпляре на диапазоне 5 мин она составляла около ±0,5°/о, на диапазоне 30 мин - около

±2%. Дальнейшее увеличение выдержки времени приводит к значительному ухудшению ее стабильности и, следовательно, нежелательно. Поэтому для обеспечения больших выдержек времени (более 30 мин) следует идти по пути использования цифровых делителей частоты, а таймер использовать в качестве задающего генератора.

Принципиальная схема такого реле времени показана на рис. 63. На микросхеме DA1 выполнен мультивибратор, вырабатывающий задающие импульсы стабильной частоты 1 Гц или 1/60 Гц; на микросхеме DD1 - двоичный счетчик с коэффициентом деления 128;

на микросхеме DD2 - генератор звуковой частоты.

Выбор диапазона выдержки времени (секунды или минуты) производится переключателем SB2, установка времени выдержки-выключателями SA1-SA8. С их помощью можно набрать любое число от 1 до 255. Таким образом, наибольшая выдержка составляет 255 мин.

Прежде чем рассмотреть работу реле времени, познакомимся с особенностями микросхемы К561ИЕ10. Она состоит из двух одинаковых четырехразрядных счетчиков-делителей, связанных только общим питанием. Каждый счетчик имеет два счетных входа СР и CN, вход R принудительной установки нулей на выходах и выходы от каждого из четырех разрядов (рис. 64,а).

Когда на входе CN имеется напряжение низкого уровня либо на входе СР напряжение высокого уровня, входные импульсы, поданные на второй вход, не изменяют состояния счетчика. Для обеспечения режима счета необходимо на вход CN подать разрешающее напряжение высокого уровня (при этом входные импульсы поступают на вход СР) либо поддерживать напряжение низкого уровня на входеСР, а входные импульсы подавать на вход CN. Когда счет импульсов производится по входуСР, переключение первого триггера счетчика происходит по фронту счетных импульсов, при счете по входу CN - по спаду счетных импульсов (рис. 64,6). Остальные разряды счетчика переключаются по спаду импульсов выходных сигналов предыдущих разрядов. Максимальная частота счета 20 МГц.

Рассмотрим работу реле времени (рис. 63). Для запуска устройства нажимают кнопочный выключатель с фиксацией положения SB1. Начинает работать мультивибратор, на входы R подается

сигнал разрешения счета и счетчики DD1.1, DD1.2 заполняются импульсами. Допустим, что установлена выдержка времени 22 с. Это достигается замыканием контактов выключателей SA2, SA3, SA5 (2+4+ 16=22). Поскольку в исходном состоянии счетчиков на всех их выходах низкое напряжение, диоды VD1-VD8 открыты, а транзисторы VT1, VT2 закрыты, реле К1 обесточено. Диоды VD1-VD8 реализуют операцию логического сложения, т. е. транзистор VT1 откроется тогда, и только тогда, когда на выводах 4, 5, 11 микросхемы DD1 установится напряжение высокого уровня. При этом сработает реле К1, контактами К 1.1 самоблокируется и одновременно отключит базу транзистора VT2 от общего провода. В звуковом излучателе НА1 будет слышен сигнал, свидетельствующий об окончании выдержки времени. Громкость сигнала регулируется переменным резистором R7.

Следует заметить, что в счетчике DD1.1 счетные импульсы подаются на входСР, ав счетчике DD1.2 - на вход CN.

В исходное состояние устройство возвращают переключением контактов SB1 в первоначальное положение.

Несколько слов о назначении делителя напряженияR1R2. Как следует из логики работы интегрального таймера КР1006ВИ1, в процессе работы мультивибратора напряжение на времязадающем конденсаторе С2 изменяется в пределах 1/3... 2/3 напряжения питания, т.е. от 5 до 10 В. Поэтому в исходном состоянии конденсатор С2 должен быть заряжен до одного из этих напряжений, чтобы длительность первого сформированного мультивибратором импульса не отличалась от длительности последующих. В данном случае конденсатор заряжается до напряжения 5 В, которое подается на конденсатор С2 с делителя R1R2 через замкнутые контакты переключателя SB 1.1.

В устройстве использованы постоянные резисторы МЛТ-0,25. Переменный резистор R7 - СП-0,4, СП-1 или любой другой. Конденсатор С2 - типа К53-1, К53-4, ЭТО; главное требование -чтобы он обладал малым током утечки и высокой стабильностью емкости при изменении температуры. Конденсаторы С1, СЗ - типа КМ-66, КЛС. Транзисторы VT1, VT2 - любые из серий КТ312, КТ315, КТ503, КТ603, КТ608, КТ3117. Диоды VD1-VD8 - любые из серий Д9, Д311. Они обязательно должны быть германиевыми, поскольку только германиевый переход характеризуется малым прямым падением напряжения: 0,3...0,5 В. Это обеспечивает надежное закрывание кремниевого транзистора VT1. Использование кремниевых диодов недопустимо из-за большого прямого падения напряжения на них (1...1,5 В). Диод VD9 может быть типов Д220, Д223, КД503, КД509. Реле К1 - РЭС-10 (паспорт РС4.524.302) или

РЭС-15 (паспорт РС4.591.004). Звуковой излучатель НА1 - любого типа с сопротивлением обмотки постоянному току 100...200 Ом, например ВП-1, ДЭМШ-1А, ТК-67. Переключатели SB1, SB2 - типа П2К с фиксацией положения; SA1-SA8 - типа П1Т-1.

Налаживание реле времени состоит в подборе напряжения 5 В в точке соединения резисторов R1 и R2 с помощью резистора R1, а также в установлении периода следования импульсов мультивибратора равным 1 с или 1 мин резисторами R3 и R4 соответственно. В макетном экземпляре реле времени максимальная погрешность выдержки времени на пределе 255 мин составила 0,2...0,3%.

Для расширения пределов выдержки времени следует или увеличить период колебаний мультивибратора, или применить дополнительные делители частоты.

4.4 Карманный электронный секундомер

Карманный электронный секундомер позволяет производить отсчет текущего времени от 1 до 99 с в диапазоне "Секунды" и от 1 до 99 мин в диапазоне "Минуты". Кроме того, устройство генерирует случайные числа в диапазоне I... 99.

Принципиальная схема секундомера представлена на рис. 65. На микросхеме DD1 выполнен генератор импульсов, частота которых стабилизирована кварцевым резонатором Z1, а также делители частоты. На выходе М (вывод 10 микросхемы) импульсы следуют с периодом 1 мин, на выходе S1 (вывод 4) - с периодом 1 с, на выходе F (вывод 11) - с частотой 1024 Гц.

Если контакты выключателя SB1 "Пуск" разомкнуты, то все делители микросхемы DD1 находятся в исходном состоянии и импульсы на выходах М, S1, F отсутствуют. При замыкании контактов этого выключателя на указанных выходах появляются импульсы. На схеме показано такое положение контактов кнопочных переключателей SB2 и SB3, при котором на счетный вход микросхемы DD2 поступают импульсы с периодом следования 1 мин.

Микросхема К176ИЕ4 (DD2, DD3) содержит двоичный декадный счетчик и преобразователь его состояний в сигналы управления семисегментным индикатором. Триггеры декады устанавливаются в нулевое состояние при подаче напряжения высокого уровня на вход R, а переключаются спадами импульсов, поступающих на вход С. На выходах a-g формируются выходные сигналы, обеспечивающие на семисегментном индикаторе свечение цифр, соответствующих состоянию декады. При подаче напряжения низкого уровня на управляющий вход S состояние декады определяется напряжением высокого уровня на выходах a-g, а при подаче напряжения высокого

уровня на вход S - напряжением низкого уровня на выходах a-g. Такое переключение уровней выходных сигналов расширяет область применения микросхемы. Выход Р микросхемы - выход переноса, на котором в момент перехода декады из состояния 9 в состояние 0 формируется отрицательный перепад напряжения. Этот выход служит для связи с последующими разрядами.

Таким образом, при подаче на вход С микросхемы DD2 минутных импульсов цифровые семисегментные люминесцентные индикаторы отображают текущее время в минутах: HG1 - единицы минут, HG2 - десятки минут.

При нажатии кнопки SB3 "ГСЧ" (генератор случайных чисел) на вход микросхемы DD2 поступают импульсы с частотой 1024 Гц. За время удержания кнопки (1...3 с) счетчики DD2, DD3 неоднократно переполняются, поэтому индикаторы после отпускания кнопки высвечивают случайное число.

Для индикации режима работы секундомера на анод разделительной точки индикатора HG1 (вывод 11) подаются секундные импульсы с выхода S1 микросхемы DD1, поэтому при нажатой кнопке SB1 "Пуск" точка на индикатор мигает с периодом 1 с.

Аноды и сетки цифровых индикаторов питаются напряжением 9 В, а нити накала индикаторов - переменным напряжением 0,8 В с выхода преобразователя напряжения. Преобразователь напряжения, выполненный на транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1, представляет собой симметричный автоколебательный мультивибратор. Его частота определяется в основном сопротивлениями резисторов R6, R7 и числом витков обмотки I трансформатора Т1. В данном случае частота составляет около б... 8 кГц. Ток, потребляемый преобразователем под нагрузкой от источника питания, равен 10...15 мА. В принципе питание нитей накала можно осуществлять от источника напряжением 9 В через ограничительный резистор, однако экономичность такого секундомера была бы значительно хуже (нить накала одного индикатора потребляет ток 45..,55 мА).

О деталях секундомера. Используемые микросхемы аналогов в других сериях не имеют. Цифровые индикаторы ИВ-3А можно заменить на ИВ-6, однако последние имеют несколько большие габаритные размеры и ток нити накала. Транзисторы VT1 и VT2 -любые из серий КТ312, КТ315, КТ503, КТ3117. Резисторы-типа МЛТ-0,25. Конденсаторы С1, С2 - типов КТ, К10-7, К10-23; СЗ-С5 -КЛС, КМ-6, К10-23; С6 - К50-6, К50-16, К50-12. Трансформатор 01 намотан на ферритовом кольце К 10х6х3 с магнитной проницаемостью 600....1000. Обмотка I содержит 420 витков провода ПЭВ-2 0,10 с отводом от середины; обмотка II содержит 35 витков провода

ПЭВ-2 0,17. Выключатели SB1, SB4 и переключатели SB2, SB3 -типа П2К: SB1, SB2, SB4 - с фиксацией положения, SB3 - без фиксации.

Секундомер собран на отрезке универсальной печатной платы (рис. 16, а), монтаж выполнен проводами. Корпусом служит уже упоминавшаяся выше пластмассовая коробка для рыболовных принадлежностей размерами 120 х 70 х 20 мм (рис. 66).

В налаживании секундомер не нуждается.

4.5 Преобразователь напряжения для электробритвы

Данное устройство позволяет питать в полевых условиях электроприборы, рассчитанные на напряжение сети 220 В (электробритва, электропаяльник, электрощипцы для завивки волос и др.), мощностью до 20 Вт. Источником питания служит аккумуляторная батарея или генератор постоянного тока напряжением 12 В.

Преобразователь напряжения (рис. 67) выполнен по схеме симметричного мультивибратора. Его частота в основном определяется сопротивлениями резисторов R2 и R4, а также числом витков обмотки I трансформатора Т1. Для указанных на схеме номиналов резисторов R2, R4 и приведенных ниже параметров трансформатора Т1 частота преобразования равна 20...25 кГц (под нагрузкой).

Применение составных транзисторов VT1VT2 и VT3VT4 позволило использовать резисторы смещения R1 и R3 достаточно большого сопротивления, что повышает экономичность устройства.

Высокое напряжение вторичной обмотки трансформатора Т1 выпрямляется мостовым выпрямителем VD1-VD4, пульсации сглаживаются конденсатором С3. В зависимости от положения контактов переключателя SA1 в нагрузку подается постоянное или переменное напряжение. Если нагрузка допускает питание как переменным, так и постоянным напряжением (электропаяльник), то ее следует питать переменным напряжением - в этом случае на диодах VD1-VD4 не рассеивается мощность и экономичность преобразователя выше. Некоторые же электроприборы допускают питание только постоянным напряжением.

Транзисторы VT1, VT3 могут быть любыми из серий КТ815, КТ817, КТ608; VT2, VT4 могут быть также типов КТ805, КТ903 (с любыми буквами). Выпрямительные диоды должны быть рассчитаны на работу в цепях высокой частоты (до 30 кГц), иметь обратное напряжение не менее 300 В и выпрямленный ток не менее 0,1 А. Помимо указанных на схеме можно использовать диоды КД212 (А, Б), КД213 (А-В), при этом в каждое плечо выпрямительного моста следует включать два последовательно соединенных диода, зашунтированных резисторами сопротивлением 100...200 кОм, мощностью 0,25 Вт (резисторы необходимы для уравнивания обратных напряжений на диодах одного плеча). Конденсаторы Cl, C2 - типа КМ-6, КЛС, К10-23; С3-типа МБМ, МБГО, КБГ-МН. Резисторы -МЛТ-0,25. Переключатель SA1 - тумблер ТП1-2, выключатель Q1 -тумблер ТВ2-1, ТП1-2.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольцевом магнитопроводе МЗ000НМ типоразмера К28 х 16 х 9. Обмотка I содержит 20 витков с отводом от середины, ее следует мотать в три провода ПЭВ-2 0,41 (это сделано для возможно более полного использования сечения провода на высокой частоте). Обмотка II содержит 190 витков провода ПЭВ-2 0,31.

Преобразователь собран в любом подходящем корпусе. Около транзисторов VT2, VT4 следует предусмотреть отверстия для свободной циркуляции воздуха. В процессе работы транзисторы нагреваются до температуры 60...80°С. Они установлены на плату без радиаторов.

4.6 Тринисторные регуляторы мощности

Предположим, у вас есть электроплитка, а мощность ее не регулируется. Вот и горит спираль в полный накал тогда, когда

достаточно и четверти номинальной мощности, бессмысленно расходуя драгоценные киловатт-часы. Выход есть - сделать к электроплитке регулятор мощности. Схема первого варианта регулятора представлена на рис. 68. Он позволяет регулировать мощность в нагрузке, рассчитанной на включение в сеть напряжением 220 В, от 5...10 до 97...99% номинальной мощности. Коэффициент полезного действия регулятора не менее 98%.

Регулирующие элементы устройства - тринисторы VS1 и VS2 -включены последовательно с нагрузкой. Изменение мощности, потребляемой нагрузкой, достигается изменением угла открывания тринисторов.

Узел, обеспечивающий изменение угла открывания тринисторов, выполнен на однопереходном транзисторе VT1. Конденсатор С1, соединенный с эмиттером транзистора, заряжается через резисторы R2 и R3. Как только напряжение на обкладках конденсатора достигнет определенного значения, однопереходный транзистор откроется, через обмотку I трансформатора Т1 пройдет короткий импульс тока. Импульсы с обмотки II или III трансформатора откроют тринистор VS1 или VS2 - в зависимости от фазы сетевого напряжения, и с этого момента до конца полупериода через нагрузку будет протекать ток. Изменяя сопротивление резистора R3, можно регулировать скорость зарядки конденсатора С1 и, следовательно, угол открывания тринисторов и среднюю мощность в нагрузке.

Узел регулирования угла открывания тринисторов питается от двухполупериодного выпрямителя, выполненного по мостовой схеме (VD1). Напряжение на однопереходном транзисторе ограничено стабилитронами VD2, VD3. Конденсатор фильтра здесь отсутствует - в нем нет необходимости.

Однопереходный транзистор КТ117 можно применять с буквами А и Б. Можно использовать также аналог однопереходного транзистора, выполненный на двух биполярных транзисторах разной структуры (см. рис. 50). Мостовой выпрямитель VD1 может быть типов КЦ402, КЦ405 с любыми буквами. Можно также применить четыре диода типов Д226, Д310, Д311, Д7 с любыми буквами, включив их по схеме выпрямительного моста. При замене тринисторов VS1, VS2 на другие типы следует помнить, что они должны быть рассчитаны на подачу как прямого, так и обратного напряжения не менее 400 В. Трансформатор Т1 - типа МИТ-4 или МИТ-10. Самодельный трансформатор можно выполнить на ферритовом кольцевом магнитопроводе М2000НМ, типоразмер К20х10хб. Все обмотки выполнены проводом ПЭВ-1 0,31 и содержат по 40 витков. Намотка ведется одновременно в три провода, причем витки равномерно распределяются по телу кольца магнитопровода. Одноименные выводы обмоток на схеме обозначены точками.

Тринисторы VS1 и VS2 устанавливают на радиаторы с поверхностью охлаждения не менее 200 см^2 каждый. При этом максимальная мощность нагрузки может составлять 2 кВт.

Настройка регулятора мощности заключается в подборе сопротивления резистора R2 по максимальной мощности в нагрузке. Резистор R3 при этом временно замыкают проволочной перемычкой. Момент отдачи в нагрузку максимальной мощности лучше всего контролировать по осциллографу. В случае применения самодельного трансформатора Т1 следует подобрать нужную полярность подключения выводов обмоток, которая должна соответствовать обозначенной на схеме.

Регулятор мощности можно использовать также совместно с маломощными электропечами, лампами накаливания и другими активными нагрузками. Описанному тринисторному регулятору мощности присущи недостатки. Во-первых, с изменением температуры в корпусе регулятора (а она будет в процессе работы увеличиваться из-за нагрева тиристоров) будет изменяться емкость конденсатора С1. Это приведет к изменению угла открывания тринисторов, а также к изменению мощности в нагрузке. Чтобы в какой-то степени устранить этот недостаток, необходимо применять конденсатор С1 с небольшими значениями ТКЕ (температурного коэффициента емкости), например К73-17, К73-24.

Во-вторых, тринисторный стабилизатор наводит высокий уровень помех в питающей сети. Эти помехи возникают в моменты скачкообразного включения тринистора. Коммутационные помехи не только распространяются через сеть, вызывая неустойчивую работу различных приборов (электронных часов, вычислительных машин и пр.), но и мешают нормальной работе некоторых устройств, гальванически не связанных с сетью (так, в радиоприемнике, находящемся недалеко от тринисторных регуляторов, слышен треск помех). Поэтому уменьшение коммутационных помех в тринисторных регуляторах мощности является важной задачей.:

Наиболее доступным способом снижения помех является такой способ регулирования, при котором переключение тринистора происходит в моменты перехода сетевого напряжения через нуль. При этом мощность в нагрузке можно регулировать числом полных полупериодов, в течение которых через нагрузку протекает ток. Недостатком такого способа регулирования по сравнению с традиционными являются большие колебания мгновенных значений мощности в нагрузке в течение периода регулирования, который значительно больше периода синусоидального напряжения и может достигать нескольких секунд. Однако для таких инерционных потребителей энергии, как электрическая печь, утюг, электроплитка, мощный электромотор, этот недостаток не является определяющим.

На рис. 69 представлена схема регулятора.

Работой тринисторного ключа VS1, подающего питание к нагрузке, управляет счетчик К155ИЕ8 (DD2), представляющий собой делитель частоты с переменным коэффициентом деления. Подачей сигналов 1 или 0 на входы VI, V2, V4, V8, VI 6 и V32 счетчика формируют соответствующую импульсную последовательность на выходе S1. Полный период работы счетчика состоит из 64

импульсов. Если, например, на эти входы подать уровни 1, 0, 0, 1, 1, 0, для чего надо разомкнуть соответственно контакты выключателей SA6, SA3, SA2, то на выходе S1 счетчика сформируется 25 импульсов за цикл (1+8+16=25). Число импульсов определяет мощность, выделяемую в нагрузке регулятора. Требуемый режим работы счетчика обеспечен сигналами логического 0 на входах V0, R, C1 и С2.

Тактовые импульсы частотой 100 Гц, управляющие работой счетчика, формируют логические элементы DD1.2 и DD1.3 из пульсирующего напряжения, снимаемого с выхода выпрямительного моста VD5-VD8. Электронный ключ образован составным транзистором VT2VT3, тринистором VS1 и диодным мостом VD9-VD12. Когда на выходе S1 счетчика имеется уровень логического 0, составной транзистор закрыт, тринистор в это время открыт током через резистор R 13, и через нагрузку, подключенную к соединителю XS1, протекает ток. Тринистор включен в диагональ выпрямительного моста VD9-VD12, поэтому через нагрузку протекает переменный ток.

Временные диаграммы напряжения в различных точках регулятора мощности показаны на рис. 70.

Конденсатор СЗ необходим для обеспечения открывания тринистора VS1 точно в моменты перехода сетевого напряжения через нуль. Дело в том, что спад прямоугольных импульсов на выходе формирователя (диаграмма 2) не совпадает с моментом перехода сетевого напряжения через нуль (диаграмма 1).

Объясняется это тем, что напряжение переключения элементов DD1.2 DD1.3 больше нуля. Конденсатор СЗ обеспечивает задержку

включения тринистора на время tз и тем самым исключает преждевременное его включение.

Микросхемы и мощный ключ питает двухполупериодный выпрямитель на диодах VD1-VD4 со стабилизатором напряжения на транзисторе VT1. Функцию образцового стабилитрона выполняет логический элемент DD1.1.

Микросхему К155ЛАЗ можно заменить на К158ЛАЗ, КР531ЛАЗ, К555ЛАЗ; транзистор КТ801Б - на КТ603, КТ604, КТ807, КТ815 с любым буквенным индексом; транзисторы КТ315Б - на любые из серий КТ312, КТ315, КТ503. Диоды VD1-VD4 - любые на выпрямленный ток не менее 100 мА; VD5-VD8 - любые из серий Д9. Д220, Д223, Д226, Д311. Мощные диоды Д245А можно заменить на Д245, Д246, Д247, Д248 с любыми буквенными индексами. Оксидные конденсаторы - К50-6, К50-3, К50-12, резисторы - МЛТ, выключатели Ql, SA1-SA6 - тумблеры ТВ2-1, Т1, ТП1-2, П1Т, МТ и др.

Сетевой трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ20х20. Обмотка I содержит 2000 витков провода ПЭВ-2 0,11, обмотка II - 75 витков провода ПЭВ-2 0,25, обмотка III - 75 витков ПЭВ-2 0,15. Тринистор VS1 устанавливают на теплоотводе с эффективной площадью охлаждения не менее 200 см^2, диоды VD9-VD12 - на отдельных теплоотводах с поверхностью не менее 50 см^2 каждый, транзистор VT1 - на теплоотводе с поверхностью 10...20 см^2.

При налаживании сначала, отключив временно микросхему DD2, подборкой резистора R1 устанавливают на выходе стабилизатора напряжение, равное 5 В. Затем к соединителю XS1 подключают нагрузку и с помощью осциллографа проверяют форму напряжения в различных точках регулятора (она должна соответствовать рис. 70) и подбирают конденсатор СЗ такой емкости, чтобы обеспечить требуемое время задержки. При отсутствии осциллографа этот конденсатор подбирают по минимальному уровню помех в малогабаритном радиовещательном приемнике, размещенном возле проводов цепи нагрузки. Максимальная мощность нагрузки 2 кВт.

В данном устройстве мощность регулируют выключателями SA1-SA6. Если же вместо них установить бесконтактные ключи, например транзисторные, тогда для управления мощностью можно применять цифровые сигналы ЭВМ. Это позволяет использовать регулятор в различных системах автоматического управления технологическими процессами.

Схема возможного варианта управляющей части регулятора с использованием двоично-десятичного счетчика К155ИЕ2 и дешифратора-демультиплексора К155ИДЗ представлена на рис. 71. Работает этот узел следующим образом. При подаче импульсов частотой

100 Гц на вход С1 счетчика DD1 на выходах дешифратора DD2 последовательно появляется сигнал логического 0. При таком же сигнале на выходе 0 дешифратора RS-триггер, собранный на логических элементах DD3.1, DD3.2, установится в состояние, соответствующее прохождению тока через нагрузку. Через несколько полупериодов сигнал логического 0 появится на одном из выходов дешифратора. Этот сигнал через подвижный контакт галетного переключателя SA1 будет подан на второй вход RS-триггера (вывод 1 элемента DD3.1), переключит его в другое состояние, отчего ток через нагрузку прекратится.

Чем ниже (по схеме) находится подвижный контакт переключателя SA1, тем большая средняя мощность будет выделяться на нагрузке. При крайнем нижнем положении подвижного контакта переключателя RS-триггер переключаться не будет, и нагрузка окажется включенной постоянно. При крайнем верхнем положении этого контакта триггер также не переключится, но в этом случае его состояние будет противоположным предыдущему, и нагрузка окажется выключенной. Таким образом, мощность в нагрузке можно регулировать ступенчато через 10% ее максимального значения.

Счетчик К155ИЕ2 можно заменить на К155ИЕ5, тогда период работы регулятора будет состоять не из 10, а из 16 тактовых импульсов, что позволит регулировать мощность более плавно. При этом не обязательно использовать переключатель SA1 на 17 положений - в области максимальных значений мощности можно использовать не все выходы дешифратора, а, скажем, через один.

На рис. 72 представлена еще одна схема регулятора мощности с малым уровнем помех (первый вариант). Основные отличия от описанного выше регулятора состоят в следующем. Во-первых, регулирование мощности осуществляется с помощью переменного резистора. Во-вторых, регулирование мощности выполняется менее плавно, чем в предыдущем устройстве. В-третьих, данное устройство

проще.

Работает регулятор следующим образом. Импульсы выпрямленного напряжения сети с мостового выпрямителя VD6 через делитель R1R3 поступают на вход формирователя, выполненного на логических элементах-инверторах DD1.4, DD1.5 и резисторах R2, R5. Формирователь работает так же, как триггер Шмитта (см. рис. 52), поэтому на выходе элемента DD1.6 присутствуют прямоугольные импульсы частотой 100 Гц (рис. 73, эпюра 2). Импульсы формируются при приближении сетевого напряжения к нулю.

На логических элементах DD1.1-DD1.3 выполнен генератор прямоугольных импульсов частотой около 10 Гц. Скважность импульсов регулируется переменным резистором R4 (рис. 73, эпюра 3).

Импульсы формирователя и генератора суммируются через диоды VD3, VD4 на базе транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается в том случае, когда на выходах логических элементов DD1.3 и DD1.6 имеется напряжение высокого уровня. Таким образом, транзистор VT1, а следовательно, и тринистор VS1 открыты в течение полупериодов сетевого напряжения, соответствующих наличию напряжения высокого уровня на выходе логического элемента DD1.3. Изменяя скважность импульсов генератора, можно управлять соотношением числа полупериодов открытого и

закрытого состояний тринистора VS1, т. е. средней мощностью в нагрузке (см. рис. 73).

Если частота генератора 10 Гц, то число ступеней (уровней) регулирования мощности составляет 100:10 = 10. Мощность в нагрузке пульсирует с частотой 10 Гц, поэтому лампу накаливания нельзя использовать в качестве нагрузки (пульсации яркости будут заметны глазу). Если, допустим, увеличить частоту генератора до 20 Гц, то число ступеней регулирования уменьшится до 5, но зато возрастет частота пульсации мощности в нагрузке.

Микросхемы питаются от параметрического стабилизатора R7VD5, пульсации сглаживаются конденсатором С2.

Микросхему К561ЛН2 можно заменить микросхемой К561ЛН1 или двумя микросхемами К561ЛА7, а также соответствующими аналогами из серии К176.

Максимальная мощность нагрузки составляет 200 Вт. Если ее необходимо увеличить, следует использовать тринистор VS1, выпрямительный мост VD6 и предохранитель FU1 на больший рабочий ток. Однако при этом на диодах моста будет выделяться значительная тепловая мощность. Целесообразнее было бы в качестве регулирующего элемента использовать симистор (тогда не понадобится силовой выпрямительный мост), однако для управления симистором придется кардинально переделать схему формирования управляющих импульсов и применить для питания трансформатор, что усложнит устройство. Поэтому было решено использовать тринистор, встречно-параллельно которому включен диод. Схема такого регулятора показана на рис. 74 (второй вариант). Тринистор VS1 должен быть типа КУ202Н.

На логических элементах DD1.1, DD1.2 выполнен триггер Шмитта, а на логических элементах DD1.3-DD1.5 - генератор. Поскольку управление тринистором VS1 необходимо осуществлять не в каждом полупериоде, а в каждом втором полупериоде» когда к электродам тринистора приложено прямое напряжение, на вход триггера Шмитта (правый по схеме вывод резистора R1) поступают импульсы с частотой 50 Гц, на выходе триггера при этом имеется меандр. На элементах СЗ, R4, R5 выполнена дифференцирующая цепь, благодаря которой на вход элемента DD1.6 поступают короткие (15...20 мкс) импульсы, соответствующие началу каждого второго полупериода. Кроме того, на вход элемента DD1.6 через диод VD3 поступают импульсы с выхода генератора. На выходе элемента DD1.6 имеются короткие отрицательные импульсы, которые открывают транзистор VT1 и подают ток на управляющий

электрод тринистора.

Следует сказать, что в предыдущей схеме регулятора (рис. 72) не было необходимости применять дифференцирующую цепь на выходе триггера Шмитта, поскольку триггер формировал короткие импульсы при достижении сетевым напряжением нуля.

Источник питания микросхемы и цепи управления тринистором выполнен по однополупериодной схеме на элементах RIO, VD4, VD5. Благодаря большой скважности импульсов тока, протекающих через управляющий электрод тринистора (скважность равна 50...70), и наличию накопительного конденсатора С1 удалось обеспечить амплитуду импульсов тока через управляющий электрод около 100 мА при среднем токе через резистор R10 около 3 мА.

Выключатель Q1 позволяет выбирать пределы регулирования мощности в нагрузке: при разомкнутых контактах мощность регулируется от нуля до 50%, при замкнутых - от 50 до 100%.

Тринистор VS1 может быть также типа Т112-10. Диод VD6 -КД202 с буквами К, М, Р; Д232 (А, Б), Д233 (А, Б), Д246 (А, Б), Д247 (А, Б). Резистор R10 - МЛТ-1 или МЛТ-2.

Выключатель Q1 - тумблеры типов ТВ1, Т1-ТЗ. Остальные типы деталей - те же, что и в предыдущем варианте.

Тринистор VS1 и диод VD6 установлены на едином радиаторе с поверхностью охлаждения около 300 см^2. Электрическая изоляция их корпусов не требуется, поскольку у тринистора с корпусом соединен анод, а у диода - катод, которые в устройстве электрически

соединены.

Мощность нагрузки определяется допустимым прямым током тринистора и диода VD6 и для указанных на схеме типов составляет 2 кВт. Для увеличения мощности до 4 кВт следует применить диод

VD6 с прямым током 10 А, а также увеличить вдвое площадь радиатора, использовать предохранитель FU1 на ток 20 А.

4.7 Зарядные устройства для аккумуляторов

Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей производят вполне определенным током, значение которого можно определить по формуле I=0,1Q для кислотных и I=0,25Q для щелочных аккумуляторных батарей, где Q - паспортная электрическая емкость аккумуляторной батареи, А-ч; I - средний зарядный ток, А.

Установлено, что зарядка чрезмерно большим током приводит к деформации пластин аккумуляторов и даже разрушению их; зарядка малым током вызывает сульфатацию пластин и снижение емкости аккумуляторной батареи. Зарядный ток, рекомендуемый в инструкции по эксплуатации аккумуляторной батареи, обеспечивает оптимальное протекание электрохимических процессов в ней и нормальную работу в течение длительного времени. Степень заряженности аккумуляторной батареи можно контролировать как по значению плотности электролита и напряжению (для кислотных), так и по напряжению (для щелочных) на полюсных выводах.

Окончание зарядки кислотной аккумуляторной батареи определяют по следующим признакам: напряжение на каждом аккумуляторе батареи достигает 2,5...2,6 В; плотность электролита достигает определенного значения и больше не изменяется; происходит обильное газовыделение - электролит "кипит"; электрическая емкость, сообщенная батарее, на 15...20% больше емкости, отданной в процессе разрядки.

Кислотные аккумуляторные батареи чувствительны к недозарядке и перезарядке, поэтому их зарядку надо заканчивать своевременно.

Щелочные аккумуляторные батареи менее критичны к режиму эксплуатации. Для них окончание зарядки характеризуется установлением на каждом аккумуляторе напряжения 1,6... 1,7 В и сообщением батарее 150...160% емкости, отданной ею в процессе разрядки. Зарядное устройство обычно состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока обычно используют проволочные реостаты и транзисторные стабилизаторы тока. В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая мощность, что снижает КПД

зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода его из строя.

Для регулировки зарядного тока можно использовать магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной (сетевой)

обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная схема такого устройства приведена на рис. 75. В нем тепловая (активная) мощность выделяется лишь на диодах VD1-VD4 выпрямительного моста и трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен. Ток зарядки аккумуляторной батареи GB1 поддерживается на определенном уровне. В процессе зарядки напряжение на батарее увеличивается, а ток, текущий через нее, стремится уменьшиться. Но при этом возрастает приведенное сопротивление первичной обмотки трансформатора Т1, напряжение на ней увеличивается, в результате чего ток через батарею GB1 изменяется незначительно.

Как показывают расчеты, наибольшее значение тока через аккумуляторную батарею при заданной емкости конденсатора С1 будет при равенстве падений напряжения на этом конденсаторе и первичной обмотке трансформатора. Первичную обмотку рассчитывают на полное напряжение сети для большей надежности устройства и возможности применения готовых понижающих трансформаторов, вторичную обмотку - на напряжение, в полтора раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки.

В соответствии с этими рекомендациями и расчетами было собрано устройство, обеспечивающее зарядку 12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, причем ток зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А. Предусмотрена возможность автоматического выключения устройства, когда батарея полностью зарядится. Оно не боится кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней.

Схема этого устройства приведена на рис. 76. Магазин конденсаторов состоит из конденсаторов С1-С4, суммарная емкость которых составляет 37,5 мкФ. Выключателями Q1-Q4 можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки. Например, для тока зарядки, равного 11 А, необходимо замкнуть контакты выключателей Ql, Q2 и Q4.

Рассмотрим работу устройства. Допустим, что к гнездам XS1 и XS2 подключена аккумуляторная батарея и выключателями Q1-Q4 установлен требуемый зарядный ток. В этом случае при нажатии

кнопки SB1 "Пуск" сработает реле К1, контактами К1.1 оно заблокирует кнопку SB1, а контактами К 1.2 подключит к заряжаемой батарее цепь автоматического отключения устройства. Контакты К 1.2 необходимы для того, чтобы батарея не разряжалась после отключения устройства от сети через диод VD6 и резисторы R3-R5.

Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания реле К2 (оно должно срабатывать при напряжении на гнездах XS1 и XS2, равном напряжению полностью заряженной батареи). Когда напряжение батареи достигнет заданного значения, откроются стабилитрон VD8 и транзистор VT2. Сработает реле К2, которое контактами К2.1 обесточит обмотку реле К1, а оно, отпуская, контактами К1.1 разорвет цепь питания устройства. При нарушении контакта в цепи нагрузки напряжение на гнездах XS1 и XS2 резко возрастет, отчего также сработает реле К2 и отключит устройство от сети.

Аварийное отключение устройства происходит при любом положении движка переменного резистора R4. Но такие случаи нежелательны так как в течение времени срабатывания реле К2 и отпускания реле К1 конденсаторы С1-С4 будут находиться под повышенным напряжением (превышающим сетевое). Поэтому зарядное устройство следует включать в сеть лишь после того, как аккумуляторная батарея подсоединена к выходным гнездам. При коротком замыкании в цепи нагрузки ток через гнезда XS1 и XS2 несколько увеличивается, но для устройства это не опасно.

Все постоянные резисторы устройства - типа МЛТ-0,5; переменный резистор R4 - типа СП-1. Вместо транзистора КТ801А (VT1) можно применить КТ603, КТ608, КТ815 с любыми буквенными

индексами, вместо транзистора КТ315Б (VT2)-KT315, KT312. КТ503, КТ601-КТ603 с любыми буквами. Измерительные приборы РА1 и PU1 - типа М5-2, рассчитанные соответственно на ток 30 А и напряжение 30 В. Реле К1 - типа PC-13 (паспорт РС4.523.029), его контакты К1.1 - параллельно соединенные три группы контактов. Возможно применение реле типа МКУ-48, рассчитанного на переменное напряжение 220 В. В этом случае надобность в диоде VD1 и конденсаторе С5 отпадает. Реле К2 - типа РЭС-22 (паспорт РФ4.500.129). Диоды Д305 двухполупериодного выпрямителя установлены на радиаторе с поверхностью охлаждения 300 см , от радиатора они электрически изолированы слюдяными прокладками. Радиатор крепится к шасси из дюралюминия, которое является как бы продолжением радиатора.

Вместо диодов Д305 можно применить Д214, Д242, но в этом случае в три-четыре раза возрастает тепловая мощность, рассеиваемая на них, поэтому размеры радиатора придется увеличить. Конденсаторы С1-С4 составлены из параллельно соединенных конденсаторов КБГ-МН, МБГЧ, МБГО, МБГП, МБМ соответствующих емкостей. Номинальное напряжение конденсаторов КБГ-МН и МБГЧ, рассчитанных на работу в цепях переменного тока, должно быть не менее 350 В, всех других типов конденсаторов - не менее 600 В. Конденсаторы С5-С7 - типов К50-3, К50-6, выключатели Ql-Q4-типа TB2-1-2 или ТП1-2, кнопка SB1 - КП1, КМ 1-1. П2К.

Сетевой трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ32х40. Обмотка I содержит 670 витков провода ПЭВ-1 0,9. обмотка II - 75 витков провода ПЭВ-2 2,26. Намотку вторичной обмотки ведут в два провода.

В качестве корпуса зарядного устройства можно использовать металлическую коробку размерами 360 х 220 х 220 мм, просверлив в ее стенках отверстия для свободной циркуляции воздуха.

Налаживание смонтированного устройства сводится к подбору шунта амперметра РА1 на ток 30 А и подбору емкостей конденсаторов С1-С4, обеспечивающих требуемые зарядные токи.

При зарядке 12-вольтовых аккумуляторных батарей током 15 А КПД устройства достигает 75%, а температура внутри корпуса после 10 ч непрерывной работы не поднимается выше 40 C.

Такое устройство можно применять и для зарядки аккумуляторных батарей с напряжением менее 12 В, например 6-вольтовых мотоциклетных. Но тогда надписи около выключателей Q1-Q4 не будут соответствовать фактическим значениям зарядных токов. Фактический зарядный ток в этом случае не должен превышать 15 А.

Это зарядное устройство можно дополнить измерителем заряда, сообщенного аккумулятору. Принцип работы такого измерителя

заряда может быть основан на преобразовании напряжения в частоту (схемы преобразователей "напряжение-частота" нередко приводятся в журнале "Радио"). Напряжение следует снимать с резистора небольшого сопротивления (0,05...0,1 Ом) включенного в цепь зарядки аккумулятора. При наличии цифрового счетчика заряда несложно обеспечить автоматическое отключение устройства от сети при сообщении батарее заданного заряда. Можно также дополнить зарядное устройство реле времени, чтобы отключение аккумулятора обеспечивалось автоматически через заданное время. Продолжительность зарядки при этом рассчитывают исходя из емкости, которую необходимо сообщить аккумулятору, и значения тока зарядки. Особенно удобно использовать заряд по времени в тех случаях, когда аккумулятор разряжен до напряжения 10,5 В (для 12-вольтного аккумулятора), при этом считается, что аккумулятору следует сообщить в процессе зарядки 105...110% его номинальной емкости.

На рис. 77 представлена схема еще одного зарядного устройства, в котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до максимального значения. Изменение тока в нагрузке достигается регулированием угла открывания тринистора VS1. Узел регулирования выполнен на однопереходном транзисторе VT2. Времязадающий конденсатор С1 заряжается коллекторным током транзистора VT1. Значение этого тока определяется положением движка переменного резистора R3. Чем больше ток, тем быстрее заряжается конденсатор С1 до напряжения открывания транзистора VT2, тем раньше открывается тринистор VS1, тем больше среднее значение тока через аккумуляторную батарею. Следовательно, зарядный ток регулируется поворотом движка переменного резистора R3. Напряжение на этот резистор поступает от подключенной к гнездам XS1 аккумуляторной батареи. Чтобы исключить зависимость зарядного

тока от напряжения на аккумуляторной батарее, напряжение на переменном резисторе R3 стабилизировано стабилитроном VD6.

Питание базы транзистора VT1 частью напряжения аккумуляторной батареи позволило обеспечить эффективную защиту зарядного устройства от неправильной полярности подключения аккумуляторной батареи к гнездам XS1, т. е. от переполюсовки. При переполюсовке диод VD7 окажется включенным в обратном направлении, напряжение на базе транзистора VT1 будет отсутствовать, конденсатор С1 не будет заряжаться и ток в нагрузке будет равен нулю. Аналогичное явление будет наблюдаться и в том случае, если к гнездам XS1 подключена нагрузка, не имеющая собственной ЭДС, а также аккумулятор с напряжением меньше 4...5 В.

Для измерения силы зарядного тока использован микроамперметр РА1 с шунтом из резисторов R7, R8. Защита устройства обеспечена со стороны сети и нагрузки предохранителями FU1 и FU2.

Налаживание зарядного устройства несложно. Подключив аккумуляторную батарею с номинальным напряжением 12 В и подав сетевое напряжение выключателемQ1, перемещают движок переменного резистора R3 в нижнее по схеме положение и подбором резистора R2 устанавливают ток в нагрузке, соответствующий максимальному значению (в данном случае 5 А). С помощью резистора R8 устанавливают предел измерения тока прибором РА1 - полное отклонение стрелки прибора должно соответствовать току 10 А.

На рис. 78 показаны временные диаграммы работы обоих описанных зарядных устройств. Ток заряда протекает через аккуму-

лятор только тогда, когда Uз < Ua. Таким образом, форма зарядного тока отличается от синусоидальной, особенно для устройства с тринисторным регулированием. Это приводит к увеличению коэффициента формы кривой зарядного тока (коэффициент формы - это отношение действующего значения тока к среднему значению тока). Под током заряда понимают именно среднее значение тока; это значение и показывает амперметр, включенный в зарядную цепь. Действующее же значение тока характеризует тепловые потери в обмотках трансформатора, диодах выпрямительного моста и регулирующем тринисторе. Следовательно, увеличение коэффициента формы кривой тока приводит к необходимости увеличивать сечение проводов обмоток трансформатора и его мощность, применять более мощные диоды и тринисторы и устанавливать их на радиаторах большей площади. Как показывает анализ, коэффициент формы растет с увеличением угла а: и с увеличением отношения Ua/Umax. Так, для зарядного устройства по схеме рис. 76 при Ua/Umax = 0,7, коэффициент формы равен 1,5; для зарядного устройства по схеме рис. 77 при Ua/Umax = 0,7, a = 90° коэффициент формы равен 3. Это означает, что вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на ток, втрое больший зарядного тока;

мощность трансформатора также должна быть втрое больше мощности, потребляемой аккумулятором.

Названное обстоятельство является существенным недостатком зарядных устройств с регулятором тока тринистором.

Значительно снизить потери мощности в тринисторе и, следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, если регулирующий элемент перенести из цепи вторичной обмотки трансформатора в цепь первичной обмотки. Схема такого устройства показана на рис. 79. Регулирующий узел аналогичен используемому в предыдущем варианте устройства. Регулирующий тринистор VS1 включен в диагональ выпрямительного моста VD1-VD4. Поскольку ток первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока заряда, на диодах VD1-VD4 и тринисторе VS1 выделяется относительно небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на радиаторы. Кроме того, значительно уменьшены потери мощности на шунте амперметра (резисторе R1) за счет включения амперметра в цепь первичной обмотки трансформатора Т1. Кроме того, применение тринистора в цепи первичной обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока (что также приводит к повышению КПД зарядного устройства). К недостатку этого устройства следует отнести гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что необходимо учитывать

при разработке конструктивного исполнения (например, использовать переменный резистор R6 с пластмассовой осью).

О деталях зарядных устройств. В первом варианте (рис. 77) в качестве тринистора VS1 можно применить тринисторы КУ202 с любыми буквами, а также тринисторы 2Т122-25, 2Т132-50. Во втором варианте зарядного устройства (рис. 79) можно использовать тринисторы типов КУ201 (К,Л); КУ202 (К-Н). Выпрямительные диоды, работающие в цепи вторичной обмотки, помимо указанных на схемах могут быть типов Д231-Д233 (без буквы или с буквой А). Диоды VD1-VD4 в схеме на рис. 79 могут быть типов Д231-Д234, Д245, Д247 (с любыми буквами), КД202 (с буквами К, М, Р). Времязадающий конденсатор С1 должен иметь небольшой температурный коэффициент емкости во всем диапазоне рабочих температур, в противном случае ток зарядки аккумулятора будет сильно зависеть от температуры. Желательно использовать конденсаторы типов К73-17, К73-24. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ25 х 50. Обмотка I содержит 710 витков провода ПЭВ-2 0,8, обмотка II - 65 витков провода ПБД 2,64.

В зарядном устройстве по схеме рис. 77 диоды VD1-VD4 установлены на радиаторах с поверхностью охлаждения 30...40 см^2 (если применены германиевые диоды типа Д305; для кремниевых диодов площадь поверхности радиаторов следует увеличить в 2...3

раза). Тринистор VS1 также установлен на радиаторе с охлаждающей поверхностью не менее 30 см^2. В зарядном устройстве по схеме рис. 79 на радиаторы установлены только диоды VD5-VD8.

К обоим зарядным устройствам могут быть подключены аккумуляторные батареи с напряжением как 12 В, так и меньше (например, 6 В).

На рис. 80 представлена еще одна схема зарядного устройства, в котором осуществляется стабилизация тока заряда. Регулирующим элементом является тринистор. Это устройство можно использовать не только для зарядки аккумуляторов, но и во всех других случаях, когда сопротивление нагрузки изменяется, а ток должен оставаться неизменным (например, для электролиза, который радиолюбители используют для травления печатных плат, для нанесения покрытий на металлические детали).

Основные характеристики такого зарядного устройства Максимальный ток нагрузки, А,................................................. 7

Максимальное напряжение на нагрузке, В................................ 16

Коэффициент стабилизации по току нагрузки Кст= (Uвх/Uвх)/(Iвых/Iвых), не менее ................................ 70

Коэффициент полезного действия, %, не менее........................ 70

Рассмотрим работу устройства по его принципиальной схеме и временным диаграммам (рис. 81), которые показаны для случая нагрузки, не содержащей источников ЭДС.

На транзисторе VT2 собран генератор пилообразного напряжения. Через резистор R4 на базу транзистора VT2 подано открываю

щее напряжение (рис. 81, диаграмма А), а через резистор R2 с двухполупериодного выпрямителя на диодах VD1-VD4 поступает закрывающее пульсирующее напряжение (рис. 81, диаграмма Б). Суммарное напряжение на базе транзистора VT2 показано прерывистой линией Б. Диод VD11 ограничивает амплитуду закрывающего напряжения. Сопротивление резисторов R2 и R4 выбрано таким, что транзистор большую ча

сть времени закрыт. Конденсатор С3 заряжается через резистор R5. Но в момент приближения сетевого напряжения к нулю транзистор VT2 открывается, разряжая конденсатор СЗ. На коллекторе транзистора формируется напряжение, по форме близкое к пилообразному (рис. 81, диаграмма В), Через резистор R6 оно поступает на один из входов дифференциального усилителя на транзисторах VT4, VT5, а на другой подается напряжение (рис. 81, диаграмма Г) с выхода операционного усилителя (ОУ) DA1, которое зависит от положения движка резистора R 15.

Как только значения напряжения на базах транзисторов VT4 и VT5 сравняются, транзистор VT4 откроется. Вслед за ним откроется транзистор VT3 и сформирует импульс тока (рис. 81, диаграмма Д), открывающий тринистор VS1. С этого момента полупериода на нагрузку будет подано выпрямленное напряжение с обмотки II трансформатора Т1 (рис. 81, диаграмма Е). Чем больше напряжение на базе транзистораVT5, тем позже будут возникать импульсы, открывающие тринистор, и тем меньше будет средний ток через нагрузку.

Функцию стабилизатора тока выполняет узел на ОУ DA1. Датчиком тока служит резистор R 11; напряжение, снимаемое с этого резистора, пропорционально току нагрузки. Через резистор R13 оно подведено к неинвертирующему входу ОУ.

Если по какой-либо причине ток через нагрузку увеличился, то увеличивается и напряжение на неинвертирующем входе ОУ. Это приводит к соответствующему увеличению напряжения на базе транзистора VT5 и увеличению угла открывания тринистора VS1 -ток через нагрузку уменьшается. Таким образом, отрицательная

обратная связь по току нагрузки поддерживает его на заданном уровне.

Конденсаторы С5, С7 сглаживают пульсации напряжения на выходе. Резисторы R 12, R 16 обеспечивают подачу небольшого отрицательного напряжения на инвертирующий вход ОУ в нижнем по схеме положении движка резистора R 15. Это позволяет регулировать ток нагрузки практически от нуля. Конденсатор С6 повышает устойчивость работы ОУ. На элементы устройства поступает напряжение питания от двух стабилизаторов (VD9, VT1 и VD12, R3).

В устройстве ОУ К140УД1Б можно заменить на К140УД5, К140УД6, К140УД7, К153УД2 (с соответствующей цепью коррекции); транзистор КТ801Б - на любой из серий КТ603, КТ608, КТ801, КТ807, КТ815; КТ315В - на КТ312, КТ315, КТ316, КТ201; КТ814Б -на КТ814, КТ208. Конденсаторы С1, С2, С4, С5, С7 устройства -

К50-6 или К50-35; С3, С6 - КМ-6 или К10-7в, КЛС. Резистор R11 образован двумя параллельно соединенными резисторами С5-16В

сопротивлением 0,1 Ом.

Диоды VD5-VD8 - типа Д305; их можно заменить на любые из серий Д242-Д248, но в этом случае возрастает рассеиваемая на каждом диоде мощность, и размеры теплоотводов придется увеличить. Амперметр РА1 - типа М5-2 с током полного отклонения

стрелки 10 А.

Трансформатор Т1 выполнен на ленточном магнитопроводе ШЛ25х32. Обмотка I содержит 710 витков провода ПЭВ-2 0,8;

обмотка II - 105 витков провода ПЭВ-2 0,21 с отводом от середины;

обмотка III - 80 витков провода ПБД 2,64.

Диоды VD5-VD8 установлены на теплоотводах площадью 50... 60 см^2 каждый. Тринистор VS1 установлен на теплоотводе площадью не

менее 200 см.

Большая часть элементов устройства смонтирована на печатной плате (рис. 82). Для налаживания устройства к его выходу подключают проволочный резистор сопротивлением 1...2 Ом и мощностью не менее 100 Вт (можно использовать нихромовую проволоку диаметром 0,5...1 мм). Движок переменного резистора R 15 устанавливают в верхнее по схеме положение и подборкой резистора R 14 добиваются, чтобы ток через нагрузку был равным 7 А. При вращении ручки переменного резистора ток должен плавно уменьшаться до нуля.

В заключение отметим, что применяемый тип тринистора VS1 и данные трансформатора указаны для использования в режиме зарядки аккумуляторов током до 7 А. Как уже отмечалось, запас по мощности тринистора и трансформатора необходим в связи с большим значением коэффициента формы зарядного тока. Если же устройство будет работать на нагрузку, не имеющую собственной ЭДС (например, гальваническую ванну), то мощность трансформатора может быть значительно снижена. При указанных данных устройство может отдавать в нагрузку ток до 12... 15 А, однако придется подобрать сопротивление резистора R14.

На рис. 83 представлена схема зарядного устройства, которое обеспечивает автоматическую зарядку аккумуляторных батарей напряжением б... 12 В и током до 6 А. Устройство автоматически уменьшает зарядный ток в 1,5...2 раза примерно через 8 ч после начала зарядки, а через 11 ч зарядка прекращается совсем. Уменьшение зарядного тока в конце зарядки положительно сказывается на протекании электрохимических процессов в аккумуляторе.

Рассмотрим работу зарядного устройства. Допустим, что аккумуляторная батарея подключена к гнездам XS1 в соответствии с

указанной полярностью, а контакты выключателя питания Q1 замкнуты.

Напряжение с выводов обмотки II трансформатора Т1 подается на двухполупериодный управляемый выпрямитель, выполненный на тринисторах VS1, VS2, а затем - на зажимы аккумуляторной батареи. Напряжение на управляющие электроды тринисторов поступает через диоды VD1, VD2 от узла формирования управляющих импульсов, выполненного на транзисторах VT1-VT5. Угол открывания тринисторов VS1, VS2, а следовательно, среднее значение зарядного тока задаются положением движка переменного резистора R7 (более подробно об этом можно прочитать в описании работы зарядного устройства, схема которого приведена на рис. 77). Аналогичным образом в этом зарядном устройстве обеспечивается защита от переполюсовки выводов аккумуляторной батареи.

Импульсы, сформированные однопереходным транзистором VT2, усиливаются по току транзистором VT3 и через диоды VD1, VD2 подаются на управляющие электроды тринисторов. При положительных полуволнах напряжения вторичной обмотки работает один тринистор, а при отрицательных - другой; импульсы же управления формируются в каждом полупериоде и подаются на управляющий электрод тринистора VS1 через диод VD1, а тринистора VS2 - через диод VD2. Полевые транзисторы VT4, VT5 обеспечивают изменение зарядного тока в конце зарядки, а затем полное отключение аккумулятора. Для формирования соответствующих временных интервалов используются микросхемы DD1, DD2.

На счетный вход С1 микросхемы DD1 К176ИЕ12 (работа этой микросхемы подробно рассматривалась выше) подаются прямоугольные импульсы с частотой, равной удвоенной частоте сетевого напряжения, т. е. 100 Гц. Эти импульсы формируются из двухполупериодного выпрямленного напряжения, снимаемого с диодов VD3, VD4 и поданного через резистор R4 на базу транзистора VT6. Благодаря работе транзистора в ключевом режиме с его коллектора снимаются импульсы прямоугольной формы. С выхода S2 микросхемы DD1 снимаются импульсы, имеющие частоту в 2^14= 16 384 раз меньшую, чем на входе С1; эти импульсы подаются на вход второго счетчика С2, который делит частоту импульсов еще на 60. Таким образом, на выводе 10 микросхемы DD1 имеются импульсы с частотой около 0,0001 Гц, что соответствует периоду в 2,7 ч. Эти импульсы поступают на вход СР счетчика-дешифратора DD2 (работа этой микросхемы также подробно рассматривалась на предыдущих страницах книги). Через время 2,7 х 3 = 8,1 ч на выводе 7 микросхемы DD2 появляется напряжение высокого уровня, которое через резистор R12 подается на затвор полевого транзи-

стора VT5 и закрывает его. В результате сопротивление цепи зарядки конденсатора С2 увеличивается на значение сопротивления резистора R10 и зарядный ток уменьшается в 1,5...2 раза.

Еще через 2,7 ч напряжение высокого уровня появляется на выводе 10 микросхемы DD2, что приводит к закрыванию полевого транзистора VT4. Цепь зарядки конденсатора С2 оказывается обесточенной, формирование импульсов управления прекращается и зарядный ток аккумулятора падает до нуля. Одновременно появившееся на выводе 13 (вход CN) микросхемы DD2 напряжение высокого уровня запрещает дальнейшую работу счетчика микросхемы DD2. В таком состоянии зарядное устройство может находиться до тех пор, пока вновь не будет нажата кнопка SB1 "Пуск". Нажатие этой кнопки устанавливает счетчики микросхем DD1, DD2 в нулевое состояние, и с этого момента начинается отсчет интервалов времени.

Микросхемы DD1, DD2 и формирователь импульсов на транзисторе VT6 питаются от параметрического стабилизатора R3VD8, который, в свою очередь, питается от двухполупериодного выпрямителя VD3VD4. Диод VD7 обеспечивает развязку импульсов переменного напряжения, подаваемого на формирователь VT6, от постоянного напряжения на конденсаторе С1. Формирователь управляющих импульсов питается через диоды VD1 и VD2 и управляющие электроды тринисторов.

В автоматическом зарядном устройстве могут быть использованы детали следующих типов. Тринисторы VS1, VS2 - типа КУ202 с буквами Е, И, Л, Н (тринисторы должны допускать подачу как прямого, так и обратного напряжения не менее 100 В), а также любые из серий Т10, Т112, Т132. Диоды КД521Б могут быть заменены на КД521А (В), Д223А (Б), КД102А(Б), КД106А, КД105Б. Транзистор VT1 может быть типа КТ502 (с любыми буквами), КТ361 (А, В-Е), КТ209 (Г-М); VT3 - КТ815, КТ817 с любыми буквами; VT4, VT5 -КП103 с любыми буквами; VT6 КТ315, КТ503 с любыми буквами. Конденсатор С1 - типа К50-24 или К50-16; С2-К73-17, К73-24. Переменный резистор R7 - СПЗ-4аМ, СП-04, СПЗ-9а. Кнопка SB1 -П2К или КМ1-1; выключатель питания Q1 - ТВ2-1, МТ-1, Т1.

Тринисторы установлены на общем радиаторе без применения изолирующих шайб. Радиатором может служить металлический корпус прибора.

Трансформатор Т1 намотан на магнитопроводе ШЛ25 х 50. Обмотка I содержит 710 витков провода ПЭВ-2 0,8, обмотка II -125 витков провода ПЭБ-2 1,32 с отводом от середины.

Настройку зарядного устройства осуществляют следующим образом. Правые по схеме выводы резисторов R 11, R 12 отсоеди

няют от выходов микросхемы DD2 и подсоединяют к эмиттеру транзистора VT6, при этом оба полевых транзистора должны быть открыты. К гнездам XS1 подключают аккумуляторную батарею напряжением 12 В и подают напряжение питания выключателем Q1. Движок переменного резистора R7 устанавливают в нижнее по схеме положение. Подборкой сопротивления резистора R9 устанавливают максимальный зарядный ток 6 А. Затем правый по схеме вывод резистора R 12 соединяют с плюсовым выводом конденсатора С1 (при этом транзистор VT5 закрывается) и подборкой сопротивления резистора R10 устанавливают ток через аккумулятор 3...4 А. После этого правые по схеме выводы резисторов Rll, R12 подключают в соответствии с принципиальной схемой. Настройка на этом закончена.

Последовательность действий при работе с данным зарядным устройством такова: подключают заряжаемую аккумуляторную батарею к гнездам XS1, подают напряжение сети на первичную обмотку трансформатора Т1, затем нажимают кнопку SB1 - отсчет времени начался. Примерно через 11 ч аккумулятор полностью обесточится.

4.8 Устройство для автоматической зарядки и разрядки автомобильных аккумуляторов

В процессе длительного (несколько месяцев) хранения автомобильных аккумуляторных батарей происходит их саморазряд, в связи с чем рекомендуется не реже одного раза в месяц производить подзарядку аккумуляторов. Однако обычная подзарядка не в состоянии предотвратить сульфатацию пластин, приводящую к уменьшению емкости аккумулятора и снижению срока его службы. Для того чтобы исключить эти нежелательные явления, рекомендуется время от времени производить тренировку аккумулятора:

разрядку его током, в амперах численно равным 1/20 номинальной емкости, выраженной в ампер-часах, до напряжения 10,5 В, и последующую зарядку до напряжения 14,2...14,5 В. Такой зарядно-разрядный цикл можно повторять неоднократно, если батарея сильно засульфатирована или длительное время находилась в полуразряженном состоянии.

Описываемое ниже зарядно-разрядное устройство предназначено для работы совместно с зарядным устройством, обеспечивающим необходимый зарядный ток. Устройство позволяет:

производить разрядку аккумулятора до напряжения 10,5 В;

автоматически начинать зарядку по окончании разрядки;

вести зарядку асимметричным током при соотношении зарядной и разрядной составляющих равном 10;

прекратить зарядку аккумулятора при достижении напряжением на зажимах аккумулятора значения 14,2...14,5 В, что соответствует сообщению аккумулятору его полной номинальной емкости;

контроль напряжения происходит в момент, когда зарядный ток через аккумулятор не протекает;

прекратить разрядку аккумулятора при пропадании сетевого напряжения;

производить циклы разрядки-зарядки однократно или многократно.

Рассмотрим работу устройства по его принципиальной схеме, приведенной на рис. 84.

Зарядно-разрядное устройство состоит из собственно зарядного устройства (ЗУ), обозначенного на схеме прямоугольником, и электронного узла управления. Питание узла управления осуществляется от аккумуляторной батареи.

В качестве порогового элемента (компаратора), вырабатывающего сигнал при достижении напряжением на аккумуляторе значения свыше 14,2...14,5 В и при снижении до 10,5 В, используется интегральный таймер КР1006ВИ1 (микросхема DA1). Напомним кратко, как работает эта микросхема. Таймер содержит два основных входа: вход запуска (вывод 2) и пороговый вход (вывод 6). На этих входах происходит сравнение внешних напряжений с эталонными значениями, составляющими для указанных входов соответственно 1/3 Uпит и 2/3 Uпит, где Uпит - напряжение питания таймера, поданное на вывод 8 относительно общего вывода 1. Если на выводе 6 действует напряжение меньше 2/3 Uпит; то уменьшение напряжения на выводе 2 до значения, меньшего 1/3 Uпит приведет к установке таймера в состояние, когда на выходе Q (вывод 3) действует напряжение высокого уровня. При последующем повышении напряжений на входах соответственно больше 1/3 Uпит и 2/3 Uпит таймер переключится в другое устойчивое состояние, которому соответствует напряжение низкого уровня на выходе таймера.

Вывод 5 таймера служит для контроля значения образцового напряжения, а также для возможного изменения его значения с помощью внешних элементов. В данном случае образцовое напряжение стабилизировано стабилитрономVD3. Это сделано для повышения устойчивости работы компаратора при отслеживании медленно изменяющихся напряжений. Этой же цели служит и стабилизация напряжения питания таймера параметрическим стабилизатором VD2R8. Нижний и верхний пороги срабатывания компаратора можно изменять подстроечными резисторами R10 и R9.

Допустим, что аккумуляторная батарея и ЗУ подключены к устройству и в сети присутствует напряжение 220 В. Напряжение не слишком сильно разряженного 12-вольтового аккумулятора обычно составляет 12...12,6 В. При этом интегральный таймер установится в состояние, соответствующее напряжению высокого уровня на его выходе, и транзистор VT1 будет открыт. Будет светиться светодиод HL1, индицирующий режим заряда. Однако, как правило, степень разряженности подключенного аккумулятора неизвестна, и перед началом зарядки его следует разрядить до напряжения 10,5 В. Для включения режима разрядки кратковременно нажимают кнопку SB1 "Пуск". При этом через контакты SB1.1 на вывод 6 таймера подается напряжение, переключающее его в противоположное состояние, и светодиод HL1 гаснет. Одновременно контакты SB1.2 подают на RS-триггер DD1.1DD1.2 сигнал, устанавливающий его в состояние напряжения высокого уровня на выходе логического элемента DD 1.1

При показанном на схеме положении контактов переключателя SA1 на выходах логических элементов DD1.3, DD1.4, включенных инверторами, действует напряжение низкого уровня. Если транзистор оптопары U2 открыт, то через базу транзистора VT4, резистор R22, транзистор оптопары и выходы логических элементов DD1.3 и DD1.4 протекает ток, достаточный для насыщения составного транзистора VT4. При этом через лампу накаливания EL1, подключенную к зажимам ХТЗ, ХТ4, начинает протекать разрядный ток аккумулятора. Разрядный ток в данном случае составит около 2,5 А, что соответствует режиму 20-часового разряда аккумулятора 6СТ55. При разрядке аккумулятора иной емкости следует применять лампу EL1 другой мощности, выбранной с учетом указанных выше соображений.

В устройстве предусмотрено отключение цепи разрядки при пропадании сетевого напряжения. Для этой цели используется транзисторная оптопара U2. Напряжение сети через резистор R1 подается на диодный мост VD1, выпрямляется им и подается на последовательно соединенные светодиоды оптопар U1 и U2. Конденсатор С1 и резистор R2 образуют фильтр, который сглаживает пульсации тока, протекающего через светодиод оптопары U2. Пока в сети имеется напряжение, через светодиод оптопары U2 протекает ток, фототранзистор открыт и выходной ток логических элементов DD1.3 иDD1.4 протекает через базу транзистора VT4. открывая последний. Идет разрядка аккумулятора на лампу EL1. При пропадании сетевого напряжения фототранзистор оптопары закрывается, это приводит к закрыванию транзистора VT4 и прекращению разрядки аккумулятора.

По мере разрядки аккумулятора напряжение на его зажимах уменьшается. Когда оно достигнет 10,5 В, интегральный таймер DA1 переключится в противоположное предыдущему состояние, которому соответствует напряжение высокого уровня на выходе Q. При этом откроются транзисторы VT1 и VT2. Открывание транзистора VT1 вызовет подачу напряжения на светодиод оптопары U3. зажигание светодиода HL1 "Зарядка", переключение RS-триггера DD1.1DD1.2, а также открывание транзистора VT3. Переключение RS-триггера приведет к появлению напряжения высокого уровня на выходах логических элементов DD1.3, DD1.4. Светодиод HL2 погаснет, транзистор VT4 закроется и разрядка аккумулятора прекратится. Одновременно через открывшийся фототиристор оптопары U3 напряжение с выхода зарядного устройства ЗУ будет подано на выводы аккумуляторной батареи, и начнется ее зарядка.

Ток зарядки устанавливают в соответствии с инструкцией по эксплуатации аккумуляторной батареи, т.е. равным 1/10 или 1/20 емкости батареи. Если зарядка идет без контроля оператора, следует обеспечить ограничение колебаний зарядного тока при возможных колебаниях сетевого напряжения. Самый простой способ стабилизации тока - включение двух-трех параллельно соединенных автомобильных ламп мощностью 40... 50 Вт в разрыв одного из выходных проводов зарядного устройства. Такой же эффект может быть достигнут включением лампы напряжением 220 В и мощностью 200...300 Вт в разрыв одного из входных (сетевых) проводов ЗУ. Сопротивление вольфрамовой нити ламп накаливания возрастает с увеличением температуры, т.е. лампа обладает свойствами стабилизатора тока.

Зарядный ток содержит дозированную разрядную составляющую, что благотворно сказывается на протекании электрохимических процессов в батарее. Разрядная составляющая тока протекает через резистор R 19 и транзистор VT3 и равна примерно 0,5 А.

В процессе зарядки напряжение на полюсных выводах аккумулятора плавно увеличивается. Известно, что напряжение полностью заряженной батареи составляет 14,2...14,5 В. Измерение этого напряжения следует производить в отсутствие зарядного тока, поскольку импульсы зарядного тока в зависимости от степени разряженности аккумуляторной батареи увеличивают мгновенное значение напряжения на ее зажимах на 1...3- В по сравнению с режимом, когда ток зарядки не протекает. Для обеспечения такого режима измерения в устройстве использованы элементы U1, R4, VT2. В режиме зарядки транзистор VT2 открыт. На рис. 85 показаны эпюры напряжений и токов, поясняющие работу оптопар U1 и U2.Напряжение сети (эпюра 1) выпрямляется диодным мостом

(эпюра 2) и подается на светодиоды оптронов U1 и U2. Фототранзистор оптрона U1 открывается в моменты, когда ток через светодиод этого оптрона (эпюра 3) превышает ток открывания фототранзистора. При этом резистор R4 шунтирует подстроенный резистор R9, и верхний порог срабатывания интегрального таймера DA1 значительно увеличивается. Фототранзистор открыт большую часть периода сетевого напряжения, и лишь в моменты перехода сетевого напряжения через нуль фототранзистор закрывается, и порог срабатывания таймера уменьшается до 14,2...14,5 В. Именно в это время через аккумулятор не протекает ток зарядки. Такое измерение производится в каждом полупериоде, т.е. 100 раз в секунду. Длительность измерения составляет 1...3 мс. Как только напряжение на аккумуляторе достигнет в отсутствие тока зарядки 14,2...14,5 В, таймер DA1 переключится в противоположное состояние, и зарядка прекратится. Однако разрядка не начнется, поскольку RS-триггер не изменит своего состояния. Закончился один цикл работы устройства. В таком состоянии устройство может находиться несколько суток, поскольку потребляемый им от аккумулятора ток достаточно мал (20...30 мА) и не может вызвать его существенной разрядки.

Если необходима многократная тренировка батареи разрядно-зарядными циклами, контакты переключателя SA1 переводят в нижнее по схеме положение. В этом случае RS-триггер не будет задействован, и режимы зарядки и разрядки будут чередоваться до тех пор, пока не будет выключено сетевое напряжение либо не будет отключен заряжаемый аккумулятор. Конденсаторы С2, СЗ повышают помехоустойчивость работы таймера. Резисторы R 18, R21 обеспечивают надежное удержание транзисторов VT3, VT4 закрытыми в отсутствие тока базы.

В устройстве вместо КТ608Б можно применять любые транзисторы из серий КТ603, КТ608, КТ3117, КТ815; вместо КТ503Б-КТ315, КТ501, КТ503, КТ3117 с любыми буквами; вместо КТ814Б -любой из серий КТ814, КТ816, КТ818, КТ837 и вместо КТ825Г -любой из этой серии. Оптопары U1,U2 годятся любые из серий АОТ101, АОТ110, АОТ123, АОТ128, может лишь потребоваться уточнение сопротивления резисторов R3 и R23 по надежному открыванию фототранзисторов. В качестве оптопары U3 можно использовать оптронные тиристоры Т02-10, Т02-40, ТСО-10. Диодный мост VD1 может быть также типов КЦ402, КЦ405 с буквами А-В.

Стабилитрон VD2 желательно использовать с небольшим температурным коэффициентом напряжения, например, Д818 с другими буквами. Оксидный конденсатор С1 - К50-16, К50-35, К50-29; С2, СЗ -КМ-бб, К10-23, К73-17. Подстроечные резисторы R9, RIO - любые многооборотные, например, СП5-2. Резистор R19 - типа ПЭВ мощностью 10 или 15 Вт. Остальные - МЛТ, ОМЛТ, С2-23. Кнопка SB1, переключатель SA1 - любого типа, например, КМ2-1 и МТ1.

Зарядное устройство ЗУ, являющееся источником зарядного тока, обязательно должно иметь на выходе пульсирующее напряжение -это необходимо для нормальной работы узла на оптопаре U1.

Большая часть элементов устройства установлена на печатной плате. Оптопара U3 и транзистор VT4 установлены на радиаторах с поверхностью охлаждения 100... 150 см^2. Плата установлена в любом корпусе подходящих размеров (например, 260 х 100 х 70 мм). Соединения, по которым протекает ток зарядки и разрядки, должны быть выполнены проводами сечением не менее 2 мм^2. Провода, соединяющие устройство с аккумуляторной батареей, желательно выбрать гибкими.

Для налаживания устройства потребуются источник постоянного напряжения, регулируемого в пределах 9...15 В и током не менее 0,6 А, и вольтметр.

Зарядное устройство и лампу EL1 временно отключают от устройства, а вместо аккумулятора подключают источник постоянного напряжения. Установив по вольтметру напряжение 10,5 В, подстроечным резистором R 10 устанавливают нижний порог срабатывания компаратора, а затем, установив напряжение 14,2...14,5 В, подстроечным резистором R9 устанавливают верхний порог. О срабатывании компараторов таймера судят по зажиганию светодиодов HL1 и HL2.

Если имеется осциллограф, его вход подключают параллельно резистору R9, и при подключенном аккумуляторе и при поданном напряжении сети наблюдают кратковременное периодическое увеличение напряжения на выводе 6 микросхемы DA1, соответствующее моменту прохождения сетевого напряжения через нуль. При отсутствии осциллографа можно обойтись вольтметром, который также подключают к резистору R9. На нем замеряют напряжение, когда сетевое напряжение подано на мост VD1 через резистор R1, а затем напряжение сети отключают. Напряжение на резисторе R9 должно несколько увеличиться. В противном случае следует проверить исправность оптопары U1.

На этом настройку можно считать законченной.

4.9 Регуляторы для холодильников

Подавляющее большинство бытовых холодильников оснащены датчиком температуры. Пока температура среды, окружающей датчик, выше требуемой, контакты датчика замкнуты и компрессор холодильника работает, нагнетая хладагент в камеру охлаждения. При понижении температуры контакты датчика размыкаются и отключают электродвигатель компрессора. Затем цикл работы повторяется. Таким образом .температура в холодильнике поддерживается на постоянном уровне, определяемом настройкой датчика.

Когда датчик выходит из строя, возникает необходимость ремонта холодильника. Холодильник можно сделать вновь работоспособным, если собрать несложное устройство, которое будет регулировать периоды включенного и выключенного состояний компрессора холодильника и, следовательно, температуру холодильного шкафа. Правда, такая система регулирования работает без обратной связи, но опыт эксплуатации подобного устройства показал, что оно обеспечивает неплохую точность поддержания температуры.

Принципиальная схема регулятора представлена на рис. 86. Генератор прямоугольных импульсов и 15-разрядный делитель частоты выполнены на микросхеме К176ИЕ5. Элементы времязадающей цепи генератора (R1 и С1) подключены к выводам 9 и 11 микросхемы, а выходные импульсы снимаются с выхода последнего разряда делителя (вывод 5 микросхемы). Входы установки исходного состояния триггеров R и S постоянно соединены с общим проводом.

Прямоугольные импульсы с периодом следования около 1,5 мин поступают на вход CN микросхемы DD2 (на второй счетный вход СР этой микросхемы подано напряжение высокого уровня, разрешающее счетный режим по входу CN). Микросхема К176ИЕ8 содержит

двоично-десятичный счетчик, совмещенный с дешифратором двоично-десятичного кода в позиционный код. При поступлении счетных импульсов напряжение высокого уровня появляется последовательно на выходах 0, 1, ... , 9.

На логических элементах DD3.3 и DD3.4 выполнен RS-триггер, управляющий исполнительной цепью. Допустим, что питание подано на элементы устройства, а RS-триггер DD3.3DD3.4 находится в состоянии, при котором на выводе 10 микросхемы DD3 присутствует напряжение высокого уровня. Через делитель R4R5 оно поступает на базу транзистора VT1, открывая последний. Электромагнитное реле К1 срабатывает, и контакты К 1.1 подают ток на управляющий электрод симистора VS1. Симистор находится в проводящем состоянии, и, поскольку он включен в цепь питания реле компрессора холодильника, охлаждающий агрегат работает. Допустим, что подвижный контакт переключателя SA1 соединен с выходом 7 микросхемы DD2. При появлении на этом выходе напряжения высокого уровня на выходе логического элемента DD3.2 возникнет напряжение низкого уровня, которое переключит триггер DD3.3DD3.4 в противоположное состояние. Транзистор VT1 и симистор VS1 закроются, и компрессор холодильника выключится.

При появлении напряжения высокого уровня на выходах 8 и 9 триггер не изменит своего состояния. Когда напряжение высокого уровня появится на выходе 0 микросхемыDD2, спад импульса с выхода элемента DD3.1 через дифференцирующую цепь C2R2R3 переключит триггер в состояние, противоположное предыдущему;

симистор VS1 вновь откроется и включит холодильник. Таким образом, длительности включенного и выключенного состояний холодильника определяются положением подвижного контакта переключателя SA1: чем ниже (по схеме) находится этот контакт, тем больше длительность включенного состояния холодильника, тем ниже температура в холодильном шкафу.

Элементы регулятора питаются от простейшего параметрического стабилизатора с фильтром C3R7VD2C4.

Микросхемы К176ИЕ8 и К176ЛА7 можно заменить соответствующими аналогами из серии К561; микросхема К176ИЕ5 аналогов в других сериях не имеет. В качестве транзистора VT1 можно использовать КТ315, КТ503, КТ3117 с любыми буквенными индексами. Трансформатор Т1 - любого типа, обеспечивающий напряжение на вторичной обмотке 9...12 В при токе не менее 50 мА. Реле К1 - РЭС-64, паспорт РС4.569.724 (725, 726). При отсутствии симистора КУ208Г можно использовать тиристор; при этом контакты реле К 1.1 включают между анодом и управляющим электродом. Понадобится также выпрямительный мост, который "плюсом" подключают к аноду тиристора, а "минусом" - к катоду;

выводы переменного напряжения от моста подключают в разрыв цепи питания реле компрессора.

Регулятор, собранный из исправных деталей и без ошибок, в налаживании не нуждается. В случае необходимости период следования импульсов генератора можно изменить подбором элементов

R1 иС1.

На рис. 87 представлена схема терморегулятора для холодильника, в котором имеется обратная связь по температуре (первый вариант). Датчиком температуры в холодильнике является терморезистор R3. Когда температура в холодильном шкафу ниже заданной, сопротивление терморезистора велико, и на вход триггера Шмитта, выполненного на логических элементах DD1.1, DD1.2, с делителя R1R2R3 подается напряжение, при котором на выходе триггера действует напряжение высокого уровня. При этом на выходах элементов DD1.3, DD1.4, соединенных параллельно для увеличения выходного тока, имеется напряжение низкого уровня. Через открытый диод VD1 это напряжение приложено к эмиттеру однопереходного транзистора VT1, на котором выполнен генератор

управляющих импульсов для симистора. Конденсатор С4 не может заряжаться, и генератор заторможен, импульсы на обмотке II трансформатора Т1 отсутствуют, симистор VS1 выключен, компрессор холодильника не работает. За счет проникновения в холодильную камеру тепла окружающей среды температура в камере повышается, что приводит к уменьшению сопротивления терморезистора. При определенном значении температуры триггер переключится в состояние, при котором на его выходе (вывод 4 микросхемы DD1) установится напряжение низкого уровня. Оно инвертируется элементами DD1.3 и DD1.4 и подается на диод VD1. закрывая его. Теперь конденсатор С4 может заряжаться через резистор R6. Этот процесс зарядки-разрядки происходит периодически, и на вторичной обмотке трансформатора Т1 появляются импульсы частотой около 1...2 кГц, которые открывают симистор. На холодильник подается напряжение, и компрессор включается. Такой процесс периодически повторяется, в результате температура воздуха в холодильной камере поддерживается на заданном уровне с точностью не хуже ±0,5 град.

Источник питания терморегулятора - бестрансформаторный. Конденсаторы С5 гасит избыточное напряжение, а выпрямительный мост выпрямляет его. Напряжение стабилизируется стабилитроном VD1, пульсации сглаживаются конденсатором С1. Конденсатор С2 фильтрует помехи, поступающие из сети и способные вызвать ложные срабатывания триггера Шмитта. Для этого используют и конденсатор СЗ.

Датчик температуры R3 помещают на 10... 15 см ниже дна холодильной камеры. Переменным резистором R1 в холодильной

камере устанавливают желаемую температуру. Ее удобно контролировать по термометру, помещенному в холодильную камеру.

Типономиналы использованных деталей указаны на схеме; их возможные замены, думается, не вызовут затруднений. Заметим лишь, что конденсатор С5 - типа К73-17, а терморезистор R3 -КМТ-1, КМТ-4, КМТ-12, ММТ-6.

На рис. 88 представлена схема второго варианта терморегулятора для холодильника с обратной связью. Отличие от схемы первого варианта (см. рис. 87) состоит в том, что для управления симистором применено электромагнитное реле К1, контакты К 1.1 которого соединяют управляющий электрод симистора с его анодом, открывая симистор. Резистор R6 обеспечивает надежное закрывание транзистора VT1 при напряжении высокого уровня на выходе логического элемента DD1.4 (когда ток базы этого транзистора равен нулю). Диод VD1 гасит импульсы ЭДС самоиндукции, возникающие на обмотке реле К1 в момент его выключения, и тем самым предохраняет от пробоя транзистор VT1. Для повышения помехоустойчивости датчик температуры следует соединять с терморегулятором экранированным проводом.

Какому терморегулятору отдать предпочтение - с обратной связью или без нее? С одной стороны, обратная связь позволяет более точно поддерживать заданную температуру в холодильном шкафу. С другой стороны, наличие триггера с узкой зоной нечувствительности делает терморегулятор чувствительным к различным помехам, поступающим по сетевым проводам.Кроме того, при высокой температуре окружающей среды может оказаться, что холодильный агрегат не в состояний обеспечить заданную низкую

температуру, в результате чего компрессор будет все время работать. И хотя в холодильниках имеется защитное тепловое реле мотора компрессора, такой режим нежелателен.

У автора уже на протяжении восьми лет эксплуатируется терморегулятор без обратной связи (рис. 86), и он показал хорошие результаты. Температура контролируется по термометру. С наступлением теплого времени года подвижный контакт переключателя SA1 нужно перемещать вниз по схеме, обеспечивая большую относительную длительность включенного состояния компрессора.