7.1 Цифровой измеритель заряда

Одним из наиболее распространенных способов определения момента окончания зарядки аккумулятора является истечение заранее известного времени зарядки неизменным током (так называемая зарядка по времени). При зарядке по времени предполагается, что ток в процессе зарядки не изменяется. Однако в действительности в процессе зарядки ток изменяется из-за влияния различных дестабилизирующих воздействий: нестабильности питающего напряжения, увеличения напряжения на зажимах батареи и других внешних факторов. Поскольку внутреннее сопротивление аккумуляторов весьма невелико, даже небольшое изменение напряжения питающей сети может вызвать значительное изменение зарядного тока. Для поддержания зарядного тока на неизменном уровне можно использовать стабилизатор тока, однако это значительно усложняет конструкцию зарядного устройства и снижает его коэффициент полезного действия. Зарядные устройства промышленного изготовления для автомобильных аккумуляторов не обеспечивают стабилизацию величины зарядного тока.

Известно, что для полной зарядки аккумулятора ему необходимо сообщить определенный электрический заряд (количество электричества), равный произведению времени зарядки на средний за все время зарядки ток. В таком случае момент окончания зарядки можно определять не истечением определенного времени, а величиной сообщенного аккумулятору заряда. При этом изменения тока в процессе зарядки не повлияют на величину сообщенного заряда, а лишь приведут к увеличению или уменьшению времени зарядки.

Необходимость измерения заряда возникает и в других случаях. Так, проводя тренировочную разрядку аккумуляторов, полезно знать емкость, которая будет ими отдана при разрядке до минимально допустимого напряжения. При проведении различных эле-

ктрохимических процессов (например, гальванопластики) также возникает необходимость измерения заряда, прошедшего через раствор.

Для реализации указанных целей (т.е. для измерений заряда, прошедшего через измерительную цепь в условиях нестабильного тока) и было создано описываемое ниже устройство.

Принципиальная схема устройства приведена на рис. 136. Основой устройства является преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ), выполненный на микросхеме DA1. Напряжение на вход ПНЧ поступает с токоизмерительных резисторов Rl, R2 (в зависимости от выбранного тумблером SA1 предела измерения), поэтому напряжение на входе ПНЧ пропорционально току зарядки. Поскольку функция преобразования ПНЧ линейная, частота на выходе ПНЧ прямо пропорциональна току зарядки.

На работе интегрального преобразователя КР1108ПП1 остановимся подробнее. Эта микросхема представляет собой преобразователь напряжения в частоту интегрирующего типа. Он может преобразовывать положительные и отрицательные уровни напряжения величиною до 10 В в импульсы прямоугольной формы, частота следования которых прямо пропорциональна входному напряжению и определяется номиналами конденсаторов С1, С3 и резисторов R4, R5. Расчет требуемого коэффициента преобразования будет приведен ниже.

Импульсы напряжения с выхода ПНЧ поступают на вход Z микросхемы DD1. Как известно, микросхема К176ИЕ12 представляет собой генератор частотой 32768 Гц (при подключении внешних времязадающих цепей), а также счетчики с коэффициентом деления 2^15=32768 (выходные импульсы снимаются с вывода 4) и с коэффициентом деления 60 (выходные импульсы снимаются с вывода 10). В примененном здесь схемном включении генератор не используется, а импульсы с выхода ПНЧ, поданные на вход Z (вывод 12 микросхемы DD1), поступают на первый триггер делителя. Частота импульсов, снимаемых с выхода последнего триггера делителя (вывод 10 микросхемы DD1), меньше частоты входных импульсов в 32768х60=1966080 раз. Коэффициент преобразования ПНЧ выбран таким, что при напряжении на входе ПНЧ 1 В импульсы на выходе счетчика М следуют с интервалом 0,1 часа, или 360 с. В зависимости от того, включены в измери-

тельную цепь оба резистора Rl, R2 или только резистор R2, один импульс на выходе счетчика соответствует прошедшему через измерительную цепь электрическому заряду соответственно 0,1 А-час или 1 А-час. Несложный расчет позволяет определить требуемый коэффициент преобразования ПНЧ: 1966080/360=5461 (Гц). Поскольку эта частота значительно, а именно в 50 раз, превышает частоту двухполупериодного выпрямителя сетевого напряжения, погрешность преобразования ПНЧ при измерении заряда, переносимого пульсирующим током, будет незначительной (что, кстати, было подтверждено экспериментально).

Для подсчета числа ампер-часов или десятых долей ампер-часов использован двухразрядный двоично-десятичный счетчик, выполненный на микросхемах DD2 и цифровых семисегментных люминесцентных индикаторах HG1. Счетчик первого разряда условно на схеме обозначен С1, а счетчик второго разряда — С2. Микросхема К176ИЕ4 представляет собой двоично-десятичный счетчик, совмещенный с дешифратором для преобразования кода счетчика в код семисегментного индикатора. Изменение состояния счетчика происходит по спадам входных импульсов, а установка в исходное состояние производится подачей напряжения высокого уровня на вход R. Сигнал переноса снимается с выхода Р.

Для задания момента отключения источника зарядного тока после протекания требуемого заряда использованы микросхемы DD3 и галетные переключатели SA3, имеющиеся в обоих счетчиках С 1 и С2. Микросхема К176ИЕ8 представляет собой преобразователь числа импульсов в позиционный десятичный код (т.е. счетчик-дешифратор). Ее первый счетный вход CN соединен с входом микросхемы DD2, изменение состояния триггеров происходит по спаду входных импульсов. На второй счетный вход СР для обеспечения требуемого режима работы подано напряжение высокого уровня. Установка в исходное состояние производится подачей напряжения высокого уровня на вход R. К выходам счетчика-дешифратора DD3 подключены контакты галетного переключателя SA3, а подвижный контакт этого переключателя соединен с одним из входов логического элемента 2И-НЕ DD4.1;

на второй вход этого элемента поступает сигнал с подвижного контакта галетного переключателя, работающего во втором разряде счетчика С2.

Для обеспечения режима измерения заряда необходимо с помощью галетных переключателей SA3 установить требуемое значение величины заряда, тумблером SA1 выбрать цену младшего разряда счетчика, контакты разъема XI включить в разрыв цепи нагрузки в соответствии со схемами, представленными на рис. 137, подать напряжение сети на контакты разъема Х2 и замкнуть контакты тумблера SA2 "Пуск". (На рис. 137 ИЗ — измеритель заряда, ИТ — источник тока или зарядное устройство). На схеме рис. 137,а показано включение устройства для измерения количества электричества в режиме зарядки аккумулятора или в режиме осуществления электрохимического процесса, а на рис. 137,6 — включение устройства для измерения количества электричества в режиме разрядки аккумулятора. При этом, если через контакты разъема XI потечет ток, на входе ПНЧ появится напряжение в диапазоне от 0 до 1 В, а на выходе ПНЧ — прямоугольные импульсы, частота следования которых прямо пропорциональна току через нагрузку.

Через некоторое время на выходах счетчиков DD3, соответствующих числу, заданному положением подвижных контактов галетных переключателей SA3, появится напряжение высокого уровня, на выходе логического элемента DD4.2 — также напряжение высокого уровня. Начнет работать генератор, выполненный на логических элементах DD4.3, DD4.4 (генерируемая им частота составляет около 2 кГц); звуковой излучатель BF1 подаст сигнал, указывающий на окончание протекания в цепи нагрузки требуе-

мого количества электричества. Одновременно откроется транзистор VT1 и сработает электромагнитное реле К1. контакты К 1.1 которого разомкнутся и обесточат цепь нагрузки. В таком состоянии устройство будет находиться до тех пор. пока его. не отключат от сети.

Измеритель заряда питается от двуполярного стабилизатора напряжения, выполненного на микросхемах DA2, DA3. Выходное стабилизированное напряжение каждой из этих микросхем составляет 9 В. Для понижения сетевого напряжения использован унифицированный трансформатор (серии ТПП), разработанный специально для питания аппаратуры на полупроводниках. Конденсаторы С6 — С10 защищают микросхемы устройства от помех и устанавливаются по одному около каждой из микросхем DD1 — DD3.

Электрод, символизирующий точку индикатора HG1 счетчика С1, соединен с выходом S2 микросхемы DD1. Частота импульсов на этом выходе в 120 раз больше частоты импульсов на выходе М этой микросхемы; при напряжении на входе ПНЧ 1 В точка индикатора зажигается с периодом примерно 3 с, индицируя протекание тока через цепь нагрузки. Чем больше ток, тем чаще зажигается индикаторная точка.

Нити накала люминесцентных индикаторов питаются от источника отрицательного напряжения -9 В (а не от источника +9 В). Это сделано для увеличения разности напряжений между анодами и катодом индикатора, что приводит к увеличению яркости индикатора. В данном устройстве люминесцентные индикаторы питаются пониженным напряжением (паспортное напряжение для них составляет 20... 30 В), однако благодаря этому аноды индикаторов можно подключать непосредственно к выходам счетчиков К176ИЕ4 без дополнительных транзисторных ключей.

О деталях устройства. Используемые микросхемы аналогов в других сериях не имеют, за исключением К176ЛА7, которую можно заменить на К561ЛА7. Цифровые индикаторы ИВ-3А можно заменить на ИВ-6, однако последние имеют большие габаритные размеры и ток нити накала, поэтому придется подобрать резистор R7. Транзистор VT1 — любой кремниевый маломощный структуры n-р-n. например, серий КТ312. КТ315, КТ503. КТ3117. Диодные мосты VD1.VD2 могут быть из серий КЦ402 — КЦ405 с любыми буквенными индексами. Диод VD3 — любой с током не

менее 30 мА и любым обратным напряжением (например, КД503, КД509, КД510, КД513, КД521, КД522 с любыми буквенными индексами). Конденсаторы С4, С11 — оксидные типа К50-16 или К50-35; С3 — К73-17, К73-24 (этот конденсатор должен иметь небольшой температурный коэффициент емкости, поскольку от него зависит стабильность коэффициента преобразования ПНЧ); остальные конденсаторы — любых типов (КМ-5, КМ-6, К 10-17, К10-23 и др.). Резистор R2 — С5-16В мощностью 10 Вт (его можно также изготовить самостоятельно, намотав провод высокого сопротивления на корпусе резистора типа ПЭВ, С5-16В любого номинала; подстроенный резистор R4 — многооборотный типа СП5-2; остальные резисторы — МЛТ, С2-23, С2-33, причем резистор R1 составлен из двух резисторов, соединенных параллельно (например, номиналами 1 Ом и 10 Ом). Реле К1 — импортное, типа Bestar BS902CS (его обмотка имеет сопротивление 500 Ом, контакты могут коммутировать постоянный и переменный токи до 10 А при напряжении 220 В. Отечественные реле, обладающие при малых (15 х 15 х 20 мм) габаритах такими же параметрами, автору неизвестны. Трансформатор ТПП232 может быть заменен на любой из ряда ТПП231 — ТПП235, при этом следует соединить вторичные обмотки таким образом, чтобы на диодные мосты VD1 и VD2 подавалось напряжение 12... 15 В. Самодельный трансформатор выполняют на ленточном магнитопроводе ШЛ 16х20. Обмотка I содержит 2400 витков провода ПЭВ-1 0,08, обмотки II и III — по 140 витков провода ПЭВ-1 0,25. Звуковой излучатель BF1 —пьезоэлектрический типа ЗП с любыми буквенными индексами. Тумблеры SA1 и SA2— типов П1Т, МТ1 или любые другие, рассчитанные на ток не менее 5 А, галетные переключатели SАЗ — типа МПН-1. Гнездо разъема XI — типа РД-1.

Измеритель заряда собран в пластмассовом корпусе (рис. 138) размером 200х65х180 мм, известном под названием "Конструкция радиолюбителя" (когда-то он был описан в журнале "Радио"). На передней панели корпуса, изготовленной из дюралюминия, установлены цифровые индикаторы, тумблеры и галетные переключатели; на задней стенке корпуса — гнездо разъема XI, держатель предохранителя FU1, а также вывод сетевого провода. Монтаж выполнен на двух платах из текстолита проводами. Размеры плат:

первой — 165х45 мм, она крепится с помощью втулок и винтов к

передней панели; второй — 190х130 мм, она крепится к днищу корпуса. На второй плате установлены элементы, относящиеся к блоку питания (Т1, VD1, VD2, DA2, DA3, С4, С5, С11, С12), а также элементы R1, R2, К1, BF1. Все остальные элементы (кроме XI, FU1), включая цифровые индикаторы, тумблеры и галетные переключатели, установлены на первой плате. Микросхемы стабилизаторов напряжения (DA1, DA2) установлены на радиаторах с охлаждающей поверхностью по 30...40 см^2 каждый.

Настраивают устройство следующим образом. Контакты разъема XI включают в разрыв цепи нагрузки и устанавливают ток равным 1 А. Контакты тумблера SA1 при этом должны находиться в указанном на схеме положении, а контакты тумблера SA2 — замкнуты. Подстраивая переменный резистор R4, устанавливают период следования импульсов на выводе 10 микросхемы DD1 равным 360 с. На этом настройку можно считать законченной.

Максимальный постоянный ток, который может протекать через контакты разъема XI (при замкнутых контактах тумблера SA1), не должен превышать 10 А. Если измеряемый ток имеет форму импульсов (например, при зарядке аккумулятора), то среднее значение тока не должно превышать б... 7 А — в противном случае резистор R2 может перегреться. Это объясняется тем, что отношение действующего значения тока (характеризующего тепловое действие тока) к среднему значению (характеризующему переносимый током заряд) для импульсных (прерывистых) токов больше, чем для постоянного тока или синусоидального. При разомкнутых контактах тумблера SA1 значение тока не должно превышать 1А.

Если в источнике постоянного тока отсутствует амперметр, его можно ввести в измеритель заряда, подключив магнитоэлектрический прибор между общим проводом и правым по схеме контактом разъема XI и подобрав к прибору последовательный шунт.

При необходимости измерять токи больше 10 А следует использовать стандартные шунты, выпускаемые промышленностью. В этом случае надобность в резисторах Rl, R2 отпадает, контакты К 1.1 также нельзя использовать при коммутации токов больше 10 А; клеммы выносного шунта следует соединить с левым по схеме выводом резистора R3 и общим проводом устройства. Освободившиеся контакты реле К1 можно использовать для управления мощным контактором, управляющим источником тока по цепи его сетевого питания либо по вторичной стороне.

7.2 Стабилизатор сетевого напряжения

Он предназначен для поддержания сетевого напряжения в заданных пределах и по своим функциям аналогичен устройству, схема которого была приведена на рис. 96. Данный стабилизатор, подобно вышеописанному и в отличие от феррорезонансных стабилизаторов, также не искажает форму напряжения и способен работать без нагрузки. Точность его несколько ниже, но зато он содержит силовой трансформатор меньших размеров, а подвижные элементы в конструкции отсутствуют. По сравнению с феррорезонансными стабилизаторами данное устройство имеет значительно меньшие массогабаритные показатели.

Схема стабилизатора представлена на рис. 139. Принцип действия устройства основан на включении последовательно с нагрузкой одной, двух или трех дополнительных обмоток трансформатора при отклонении сетевого напряжения от нормы. Если сетевое напряжение ниже необходимого, то дополнительные обмотки включаются синфазно с сетью, и напряжение на нагрузке становится больше сетевого; если же напряжение сети становится выше нормы, то обмотки включаются в противофазе с сетевым напряжением, приводя к уменьшению напряжения на нагрузке. Роль такого трансформатора выполняет Т1, а дополнительных обмоток — обмотки IV, V, VI.

На интегральных микросхемах DA3 — DA8 выполнены компараторы напряжения, которые срабатывают при отклонении сете-

вого напряжения от нормы. На инвертирующие входы компараторов поданы эталонные напряжения, снимаемые со стабилитрона VD3 и с резисторов R5 — R 10 делителя напряжения. На неинвертирующие входы компараторов через резисторы R 11 — R 16 поступает напряжение, по величине пропорциональное сетевому и снимаемое с движка подстроечного резистора R2. Датчиком напряжения сети является обмотка III трансформатора Т1, напряжение на которой (примерно 10 В) изменяется пропорционально сетевому. Оно выпрямляется диодным мостом VD2. пульсации сглаживаются П-образным RC-фильтром C4R1C5. Постоянная времени фильтра выбрана равной 1...2 с, что исключает срабаты-

вание компараторов от действия кратковременных всплесков напряжения.

Компараторы DA3 — DA8 настроены на срабатывание от уровней сетевого напряжения 250 В, 240 В, 230 В, 210 В, 200 В и 190 В соответственно. Если напряжение сети превышает указанные уровни, то на выходах (вывод 9) тех компараторов, для которых выполняется указанное условие, действует напряжение высокого логического уровня (уровня логической 1) — около 12В. Таким образом, разница уровней срабатывания компараторов составляет 10 В, или примерно 5 % сетевого напряжения. Уровни срабатывания компараторов DA5 и DA6 отличаются на 20 В. Это соответствует зоне регулирования 220 В±5%. Следует заметить, что государственными стандартами установлено допустимое сетевое напряжение 220 В +10%-15% (от 187 В до 242 В). Данный же стабилизатор, как видно, обеспечивает более высокую точность поддержания величины сетевого напряжения.

Все компараторы охвачены положительной обратной связью через резисторы R17 — R22. Это сделано для обеспечения небольшого гистерезиса (разницы между напряжениями срабатывания каждого компаратора при увеличении и уменьшении сетевого напряжения). Величина гистерезиса определяется соотношением номиналов резисторов R17 и R 11 для микросхемы DA3 и аналогичных пар резисторов для других компараторов. Эти резисторы подобраны таким образом, чтобы разница между напряжениями срабатывания и отпускания компараторов составляла 1,5...2 В. Если исключить положительную обратную связь, т.е. сделать нулевой гистерезис, то небольшие колебания сетевого напряжения (вызванные, например, включением и отключением бытовых приборов, а также иными помехами), будут приводить к частому срабатыванию компараторов и, соответственно, повышенному износу контактов электромагнитных реле, а также к дополнительным помехам в сети.

Таким образом, точность поддержания напряжения на нагрузке определяется разницей напряжения срабатывания разных компараторов и величиной гистерезиса и составляет около 12В.

Работа компараторов и электромагнитных реле при различных значениях напряжения сети иллюстрируется таблицей 4.

Из таблицы видно, что при изменении сетевого напряжения от 170 В до 270 В, т.е. на 23%, напряжение на нагрузке изменяется от 200 В до 240 В, т.е. всего лишь на 9%.

Несколько слов о других схемных решениях стабилизатора. Эталонное напряжение на инвертирующие входы компараторов подается с параметрического стабилизатора R4VD3, который, в свою очередь, питается от интегрального стабилизатора напряжения, выполненного на микросхеме DA2 (выходное напряжение +12 В). Стабилитроны серии Д818 обладают весьма малым температурным коэффициентом напряжения, что обеспечивает высокую точность поддержания эталонного напряжения в широком диапазоне температур. Этому же способствует и питание параметрического стабилизатора от стабилизированного источника напряжения. Питание обмоток реле К1 — К5 осуществляется от интегрального стабилизатора +12 В (микросхема DA1). Необходимость в отдельном стабилизаторе для питания реле вызвана тем, что следует максимально исключить взаимное влияние цепей питания компараторов, источника эталонного напряжения и цепей питания реле; в противном случае срабатывание реле и вызванное

этим изменение тока может привести к ложным срабатываниям компараторов.

Напряжение, пропорциональное сетевому, снимается с отдельной обмотки трансформатора Т1 (обмотка III). хотя его можно было бы снимать с обмотки II трансформатора. Необходимость использования отдельной обмотки объясняется желанием исключить влияние изменений тока. вызванных срабатыванием реле, на величину напряжения, которое с обмотки трансформатора после выпрямления поступает на неинвертирующие входы компараторов.

Логика работы компараторов DАЗ — DA8 и логических элементов микросхем DD1. DD2, а также работы электромагнитных реле К1 — К5 видна из таблицы 4 и потому в дополнительных разъяснениях не нуждается.

В устройстве можно в качестве компараторов использовать, помимо указанных на схеме, микросхемы К1401СА1 (каждая из них содержит четыре компаратора напряжения): интегральные стабилизаторы КР142ЕН8Б можно заменить 15-вольтовыми (с индексом "В"). В качестве диодных мостов VD1. VD2 можно также использовать приборы типов КЦ402 — КЦ405. КЦ409. КЦ410. КЦ412 с любыми буквенными индексами. Диоды VD4 — VD7, шунтирующие обмотки реле. могут быть любого типа с допустимым обратным напряжением более 15 В и прямым током более 100 мА. Оксидные конденсаторы — К50-16. К50-29 или К50-35; остальные— КМ-6. К10-17. К73-17. Все постоянные резисторы МЛТ, С2-23, С 1-12; подстроечные R2 и RIO — многооборотные СП5-2 или СП5-14. Резисторы R5 — R9 должны иметь допустимое отклонение сопротивлений от номинальных не хуже 1%; если же нет возможности найти резисторы с таким классом точности, их следует подобрать из группы резисторов указанного номинала, используя цифровой омметр. Реле К1 — К5 — зарубежного производства Bestar BS-902CS. Реле этого типономинала имеют обмотку сопротивлением 150 Ом, рассчитанную на рабочее напряжение 12 В, и контактную группу переключающего типа. рассчитанную на коммутацию напряжения 240 В при токе 15 А. Выключатель Q1 — тумблер типа ТВ 1-4, у которого все четыре пары контактов соединены параллельно. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ50х40. Обмотка I намотана проводом ПЭВ-2 0,9 и содержит 300 витков; обмотка II —21 виток провода ПЭВ-2 0,45;

обмотка III — 14 витков провода ПЭВ-2 0.45: обмотки IV, V. VI содержат по 14 витков провода ПБД 2.64. Удобно использовать стандартный трансформатор типа ОСМ1-0.63. у которого все обмотки, кроме первичной (она содержит 300 витков), удалены, а вторичные обмотки намотаны в соответствии с приведенными выше данными. При изготовлении трансформатора одноименные выводы обмоток I, IV, V, VI следует пометить (на схеме обозначены точками). Номинальная мощность такого трансформатора составляет 630 Вт.

Все элементы стабилизатора напряжения, кроме трансформатора Т1 и тумблера Q1, смонтированы на плате из стеклотекстолита. В авторском экземпляре монтаж выполнен проводами, хотя можно разработать и печатную плату. Микросхемы DA1 и DA2 установлены на радиаторах площадью соответственно около 100 см^2 и 30 см^2

Настройка стабилизатора состоит в установлении величины номинального напряжения на нагрузке, равного 220 В, и в подборке порогов срабатывания компараторов DA3 — DA8 равными 250 В, 240 В. 230 В, 210 В, 200 В и 190 В соответственно. Для настройки понадобятся два вольтметра, измеряющих переменное напряжение в диапазоне 300 В, и лабораторный автотрансформатор, напряжение на выходе которого можно изменять от 170 В до 270 В. Для индикации состояний компараторов желательно к каждому из них подключить последовательно соединенные резистор сопротивлением 10... 15 кОм и светодиод серии АЛ307 так, чтобы аноды диодов были соединены с выводами 9 микросхем компараторов. а свободные выводы резисторов — с общим проводом (т.е. так, как это сделано в простейшем логическом пробнике на рис. 8 этой книги). Разумеется, можно обойтись и вольтметром постоянного тока. с помощью которого измерять напряжения на выходах компараторов, но это менее удобно. К выходу лабораторного автотрансформатора подключают стабилизатор напряжения и первый вольтметр; к гнездам "Нагрузка" стабилизатора подключают второй вольтметр. Движки подстроечных резистора R2 и R 10 устанавливают в крайнее правое по схеме положение, а на выходе автотрансформатора устанавливают напряжение 190 В. При этом на выходах всех компараторов должен быть низкий логический уровень (светодиоды не светятся, а при определении уровня напряжения вольтметром постоянного тока он должен показывать не

более 1 В. Перемещая движок подстроечного резистора R2, добиваются срабатывания компаратора DA8, на выходе которого устанавливается напряжение высокого логического уровня (около 10...12 В). Затем, плавно увеличивая напряжение автотрансформатором до 250 В, добиваются срабатывания компаратора DA3, при этом наблюдают по загоранию светодиодов последовательное срабатывание компараторов DA7, DA6, DA5, DA4. В случае необходимости порог срабатывания этого компаратора подбирают регулировкой подстроечного резистора R10. После установки пределов срабатывания компараторов DA8 и DA3 проверяют пороги срабатывания остальных компараторов, которые должны быть равны указанным выше значениям. При необходимости всю настройку можно повторить.

К стабилизатору напряжения может быть подключена нагрузка мощностью до 3 кВт. Если точность поддержания выходного напряжения может быть ниже указанной, число вторичных обмоток трансформатора Т2 можно снизить до двух, а их напряжения увеличить с 10 В до 15 В. При этом, соответственно, число компараторов также уменьшится, а пороги их срабатывания следует установить соответственно напряжениям вторичных обмоток Т2.

Нельзя не сказать о возможности применения полупроводниковых ключей для коммутации вторичных обмоток трансформатора Т1 взамен контактов электромагнитных реле К1 — К5. Действительно, контакты электромагнитных реле имеют ограниченный срок службы, вызванный их износом, который тем больше, чем больше число срабатываний и чем больше коммутируемые токи. В этом смысле применение полупроводниковых элементов предпочтительнее. В данном случае можно применить симисторы. Однако следует заметить, что одна группа переключающих контактов реле может быть заменена двумя симисторами, т.е. в данном устройстве потребуется применить 10 симисторов. Кроме того, необходимо будет принять специальные меры, чтобы симисторы одной группы контактов не оказались одновременно в открытом состоянии — при этом будет замыкание вторичной обмотки трансформатора Т2 и выход из строя симисторов. Такая ситуация объясняется тем, что симистор после снятия напряжения с управляющего электрода не может закрыться раньше окончания полупериода сетевого напряжения, который составляет 10 мс. В

то же время другой симистор из этой пары откроется практически сразу после подачи на управляющий электрод управляющего напряжения, что может произойти в любой момент полупериода. Чтобы исключить одновременное открытое состояние двух симисторов, следует принять специальные меры — например, производить подачу и снятие напряжений с управляющих электродов симисторов только в начале полупериода. Это существенно усложнит схему управления. Кроме того, такой алгоритм коммутации не устранит полностью сквозные токи, поскольку симисторы коммутируют индуктивную нагрузку (трансформатор), способную накапливать электромагнитную энергию. Следовательно, для полного устранения сквозных токов алгоритм управления симисторами должен быть еще более сложным. Скорее всего, форма сетевого напряжения при этом будет значительно искажаться в моменты переключения ключей.

С учетом вышесказанного конструктору следует принять решение о предпочтительности использования электромагнитных реле или симисторов. Авторский экземпляр стабилизатора, выполненный по приведенной выше схеме, надежно работает уже более 1 года и питает нагрузку мощностью до 3 кВт.

7.3 Охранное устройство на базе имитатора

В последние годы значительно увеличилось число наших сограждан, желающих поживиться чужим имуществом. Особенно широко воровство распространилось в дачных кооперативах, где относительная простота попасть в чужой домик и непостоянное проживание в нем хозяев создают благоприятную почву для осуществления замыслов воришек. В литературе весьма широко представлены описания охранных устройств, рассказано о них и в данной книге. Все эти устройства объединяет то, что они срабатывают при проникновении или попытке проникновения злоумышленников на охраняемый объект. В то же время можно попытаться сделать дачный домик обитаемым в отсутствие хозяев и тем самым отбить охоту у похитителей и хулиганов позариться на чужую собственность. Автор в своем дачном домике проблему имитации присутствия решил путем периодического включения освещения и радиоприемника (магнитофона, телевизора). Вряд ли кто-то попытается проникнуть в чужое помещение, не убедив-

шись в отсутствии хозяев. А если в доме горит свет, слышны голоса, звучит музыка, вряд ли стоит испытывать судьбу и нарываться на неприятности. Данный имитатор жизнедеятельности целесообразно применять совместно с другим охранным устройством, реагирующим на проникновение на охраняемый объект.

Схема охранного устройства показана на рис. 140. Поскольку большинство несанкционированных проникновении в дачных кооперативах совершаются в темное время суток, устройство управляет включением нагрузок именно в это время. На микросхеме DD1 выполнен генератор импульсов с частотой следования 30 мин. Для этого использованы элементы собственно генератора микросхемы (выводы 12 -14) и счетчики-делители (выводы 5, 6, 7, 9, 10). На микросхемах DD2, DD3 выполнены два декадных счетчика. На микросхеме DD4 и фоторезисторе R3 собрано фотореле. Диоды VD3 — VD10 совместно с логическими элементами DD5.3, DD5.4 позволяют программировать время включения и выключения нагрузок, подключаемых к гнездам XS1, XS2. Нагрузки подключаются к сети с помощью симисторов VS1 и VS2, управляемых контактами электромагнитных реле К1 и К2. Источник питания микросхем и реле собран по традиционной схеме с гашением излишнего напряжения конденсатором, в нем задействованы элементы С4, R 11. VD1, VD2, С 5.

Допустим, что устройство подключено к сети и фоторезистор R3 освещен. При этом его сопротивление относительно невелико, и в точке соединения резисторов R3 и R6 действует напряжение, большее порога переключения триггера Шмитта (логические элементы DD4.1, DD4.2). На выходе элемента DD4.2 — напряжение логической 1. и счетчики-делители микросхемы DD1, а также микросхем DD2, DD3 заторможены подачей этого уровня на входы R. На выходах 0 (выводы 3) микросхем DD2, DD3 — напряжение логической 1. а на всех контактах разъема XS3 — напряжение логического 0.

При наступлении темного времени суток на выходе триггера Шмитта появляется напряжение логического 0, начинают работать генератор и счетчики-делители микросхемы DD1, а также микросхемы DD2, DD3. Через каждые 30 минут напряжение логической 1 появляется на очередном контакте разъема XS3. Через диоды VD3 — VD10. которые с помощью гибких проводников и

вилок ХР1 — ХР8 соединены с гнездами-контактами разъема XS3, напряжение логической 1 поступает на входы логических элементов DD5.3 и DD5.4. При этом срабатывают электромагнитные реле К1 и К2, своими контактами включая соответствующий симистор (VS1 или VS2), которые подключают к сети нагрузку — осветительные приборы и аудиовизуальные приборы. Программа включения этих приборов задается вставкой вилок ХР1 — ХР8 в соответствующие гнезда разъема XS3.

Элементы R9, R10, C2, СЗ предназначены для уменьшения обгорания контактов реле. Диоды VD 11, VD12 защищают транзисторы от индукционных всплесков напряжения, возникающих в моменты выключения реле.

В устройстве применены радиодетали следующих типов. Микросхемы DD2 — DD5 могут быть также из серии К561. Транзисторы VT1, VT2 — любые из серий КТ203, КТ208, КТ209, КТ361, КТ502. Диодный мост VD1 — любой на напряжение больше 10 В и ток больше 50 мА. Стабилитрон может быть и другого типа, рассчитанный на напряжение стабилизации 9 В (например, КС 191 А). Диоды VD3 — VD12 могут быть практически любыми — Д9, КД102, КД103, КД509, КД510 с любыми буквенными индексами. Конденсаторы C2 — С4 — типа К73-17, С5 — К50-24, К50-29 или К5-16, С6 — КМ-6, К10-17 или любого другого типа. Конденсатор С1 определяет стабильность временных интервалов, формируемых генератором, поэтому желательно использовать такие типы, которые имеют небольшой температурный коэффициент емкости (ТКЕ). Можно использовать керамические конденсаторы типов КТ, КД, КЛС, КМ, К10-17 со следующими подгруппами по ТКЕ:

П100, П33, МПО, МЗЗ, М47, М75, а также пленочные конденсаторы типов К73, К74, К77. Все постоянные резисторы — МЛТ, С2-23, С1-12; подстроечный R7 — многооборотный СП5-2 или СП5-14. Реле К1, К2 — типа РЭС49, паспорт РС4.569.424 (сопротивление обмотки постоянному току 800 Ом). Гнезда XS1, XS2 — типа РД1-1, XS3 — гнездо разъема МРН44, ГРПМ45 или аналогичные. Вилки ХР1 — ХР8 изготовлены из проволоки подходящего диаметра (должна обеспечиваться плотная вставка в гнездовую часть разъема). К анодам диодов VD3 — VD10 вилки подключаются с помощью гибких проводников (например, из проводов марки МГТФ, МГШВ).

Монтаж устройства произвольный. Фоторезистор располагают таким образом, чтобы на него падал естественный свет с улицы и не попадал бы свет от фонарей. Настройка устройства состоит в подборке порога срабатывания триггера Шмитта с помощью резистора R7 при уменьшении уровня освещенности до определенного предела. Следует также установить вилки в соответствующие гнезда разъема. Чтобы включение и выключение обеих нагрузок могло происходить независимо, следует попарно объединить контакты гнезда разъема, тогда две вилки, управляющие разными нагрузками, можно будет "привязывать" к одному временному интервалу. При необходимости увеличить число интервалов времени количество вилок может быть увеличено.

7.4 Два переключателя елочных гирлянд

Схема первого переключателя представлена на рис. 141. Это устройство управляет двумя гирляндами, состоящими из малогабаритных светодиодов красного и зеленого цветов, и предназначено для украшения небольшой новогодней елки.

На транзисторах VT1, VT2 собран симметричный мультивибратор, частота переключения которого определяется номиналами резисторов R1 — R4 и конденсаторов Cl, C2. Для указанных на

схеме номиналов этих элементов частота составляет около 1 Гц. В коллекторные цепи транзисторов включены две гирлянды из светодиодов HL1 — HL32. Диоды VD1, VD2 и резисторы Rl, R4 необходимы для обеспечения перезарядки конденсаторов С1 и С2. Источник питания переключателя гирлянд выполнен по схеме однополупериодного выпрямителя на диоде VD3 с использованием балластного конденсатора С4 для гашения напряжения. Диод VD4 необходим для перезарядки конденсатора при положительной волне (относительно нижнего по схеме провода сети) напряжения, резистор R6 ограничивает импульс тока при включении устройства в сеть, когда конденсатор разряжен. Через резистор R5 конденсатор С4 разряжается после выключения устройства из сети. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором СЗ. Стабилитрон в блоке питания отсутствует, а напряжение на элементах мультивибратора ограничивается напряжением на включенной гирлянде светодиодов, т.е. светодиоды выполняют функцию стабилитронов. Поскольку в любой момент времени обязательно включена одна из двух гирлянд, напряжение на конденсаторе СЗ не может превысить напряжение на светящейся гирлянде.

В устройстве можно использовать любые р-n-р-транзисторы с допустимым напряжением между эмиттером и коллектором не менее 40 В. Подойдут транзисторы КТ208 (Ж, И, К, Л, М), КТ209 (Ж, И, К, Л, М), КТ361 (В, Д), КТ50ЦЖ, И, К, Л, М), КТ502 (с любыми буквами). Светодиоды могут быть из серии АЛ307 с любыми буквами; поскольку прямое падение напряжения на диоде зависит от типа, количество их в гирлянде должно быть таким, чтобы напряжение одной гирлянды не превысило допустимое напряжение транзисторов. Конденсаторы С1 — СЗ — К50-24, К50-16, К50-35; С4 — К73-17. В качестве диодов VD1, VD2 можно применить, помимо указанных на схеме, КД509, КД510, КД513 (с любыми буквами), а также КД521 (А, Б, В). Диоды VD3, VD4 должны быть рассчитаны на обратное напряжение не менее 350 В. Подойдут диоды КД105 (Б, В, Г), КД226 (В, Г, Д).

Переключатель гирлянд смонтирован в небольшом пластмассовом корпусе (рис. 142) на плате из фольгированного стеклотекстолита. На плате установлены все элементы, кроме светодиодов HL2 — HL31. Эти светодиоды соединены между собой отрезками провода длиной 10... 15 см, а с корпусом — проводами длиной

1,5...2 м. Для декоративного оформления светодиодов использованы разноцветные пластмассовые пуговицы, у которых расстояние между отверстиями составляет 2,5 мм. При монтаже выводы светодиода вставляют в отверстия пуговицы, припаивают отрезки провода и изолируют место пайки отрезками поливинилхлоридной трубки диаметром 1...1,5 мм и длиной 15...20 мм. На задней стенке корпуса установлены 2 вилки, с помощью которых устройство непосредственно вставляется в розетку электросети. Правильно собранное устройство в налаживании не нуждается.

На рис. 143 приведена схема еще одного устройства управления елочной гирляндой, которое позволяет плавно управлять яркостью свечения ламп. Основная часть схемы аналогична схеме терморегулятора, приведенной на рис. 94 данной книги; на рис. 95 приведены временные диаграммы работы.

Рассмотрим особенности работы этого устройства. На инвертирующий вход компаратора DA2 поступают пилообразные импульсы с частотой, равной двойной частоте сети. На неинвертирующий вход компаратора поступают треугольные импульсы инфранизкой частоты, которые формирует генератор, собранный на логических элементах микросхемы DD1. Элементы D1.1, DD1.2 и резисторы R10, R11 образуют триггер Шмитта, входящий в состав генератора. Допустим, на выходе логического элемента DD1.3 действует напряжение высокого уровня, а конденсатор С4 разряжен. В этом случае через диод VD5 и резистор R11 конденсатор С4 будет заряжаться, а напряжение на нем будет увеличиваться. Когда оно достигнет верхнего порога переключения триггера Шмитта, последний переключится в противоположное состояние, и на выходе элемента DD1.3 установится напряжение низкого уровня. Теперь конденсатор С4 будет разря-

жаться через открывшийся диод VD4 и резистор R10. При уменьшении напряжения до нижнего порога переключения триггер Шмитта вновь переключится в противоположное состояние, и процесс формирования импульса повторится. В результате на конденсаторе С4 форма напряжения будет близка к треугольной. Воздействие этого напряжения на неинвертирующий вход компаратора приводит к формированию на выходе компаратора импульсов тока изменяющейся скважности; эти импульсы тока, протекая через цепь управляющего электрода симистора VS 1, изменяют яркость ламп гирлянды (они подключены к гнездам "Нагрузка") от минимальной до максимальной и наоборот.

Стабилитрон VD3 необходим для того, чтобы "приподнять" пилообразное напряжение до уровня, соответствующего нижнему порогу переключения триггера Шмитта.

В качестве микросхемы DA2 можно использовать, помимо указанной на схеме, компараторы типа К521САЗ. При использовании компараторов других типов придется применить усилитель тока выходного каскада. Транзисторы VT1, VT2 могут быть любыми структуры n-р-n. Замена остальных радиодеталей, думается, не вызовет затруднений.

Настройка устройства состоит в регулировании подстроечными резисторами R10 и R 11 скоростей зажигания и гашения ламп гирлянды.

7.5 Мощный терморегулятор

Такой терморегулятор может использоваться для поддержания температуры воздуха в помещении, в ящике для хранения продуктов на балконе, температуры воды в аквариуме и т.п.

Рассмотрим работу терморегулятора по его принципиальной схеме, приведенной на рис. 144. На логических элементах DD1.1, DD1.2 выполнен триггер Шмитта с небольшим гистерезисом, а на элементах DD1.3 — DD1.6 — генератор прямоугольных импульсов, скважность которых близка к 1 (это означает, что большую часть времени в течение периода на выходе генератора имеется напряжение высокого уровня). Импульсы усиливаются по току транзистором VT1 и поступают в цепь управляющего электрода симистора VS1. Источник питания терморегулятора выполнен по схеме однополупериодного выпрямителя на диоде VD3 с исполь-

зованием балластного конденсатора СЗ для гашения напряжения. Стабилитрон VD4, помимо стабилизации напряжения, выполняет и другую функцию: через него протекает ток перезарядки конденсатора СЗ в течение действия полуволны сетевого напряжения, когда диод VD3 закрыт. Резистор R 14 ограничивает импульс тока при включении устройства в сеть, когда конденсатор СЗ разряжен. Через резистор R13 конденсатор СЗ разряжается после выключения устройства из сети. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором С1. Кроме того, этот конденсатор, накапливая энергию, обеспечивает формирование коротких, но довольно мощных импульсов тока, управляющих симистором.

Если температура среды выше нормы, то сопротивление терморезистора RK1 ниже нормы, напряжение в точке соединения резисторов RK1 и R2 выше нормы, и триггер DD1.1DD1.2 находится в состоянии, при котором на выходе логического элемента DD1.1 действует напряжение низкого уровня. Генератор DD1.3 — DD1.6 заторможен, на его выходе напряжение высокого уровня, и транзистор VT1 закрыт, закрыт и симистор VS1, ток в нагрузку не поступает. При снижении температуры ниже установленного значения триггер переключается в противоположное состояние, начинает работать генератор, и короткие импульсы подаются на управляющий электрод симистора. Поскольку частота импульсов генератора (около 1000 Гц) много больше частоты сети, открывание симистора происходит практически в начале каждого полупериода сетевого напряжения, и симистор остается открытым до окончания очередного полупериода. Следовательно, при наличии импульсов на выходе генератора на нагрузку подается полное напряжение сети (за вычетом падения напряжения на открытых переходах симистора — не более 2 В).

В терморегуляторе можно в качестве микросхемы DD 1 использовать также К561ЛН1 или двухвходовые логические элементы инверторов, у которых входы соединяют вместе. Правда, при этом потребуется два корпуса микросхем. Остающиеся свободными логические элементы следует соединять параллельно и использовать в выходном каскаде генератора. Транзистор VT1 может быть из серий КТ208, КТ209, КТ501, КТ502 с любыми буквенными индексами. Стабилитрон VD4 может быть любым другим с напряжением стабилизации 6...10 В и током стабилизации не менее 30 мА.

Оксидный конденсатор С1 — К50-24, К50-29, К50-35; С2 — КЛС, К10-7, К10-23, КМ-5, КМ-6; С3 — К73-17. Постоянные резисторы— типа МЛТ, С 1-12, С2-23; подстроенный резистор R2 — СП5-2 или СПЗ-38; переменный резистор R3 — ППБ, СП-1, СП-0,4, СПЗ-30.

Терморегулятор смонтирован в пластмассовом корпусе размерами 155х110х45 мм (рис. 145). На его верхней крышке, выполненной из дюралюминия и окрашенной нитроэмалью, установлены светодиоды HL1, HL2 с надписями "Включено" и "Нагрев", переменный резистор R3 "Установка температуры". Аббревиатура на крышке корпуса "ЭБУ" означает "Электронный блок управления". На боковой стенке корпуса установлен разъем-гнездо XS1 типа РД 1-1.

Большая часть элементов устройства смонтирована на печатной плате. Терморезистор RK1 соединен с печатной платой витой парой проводов и помещен в небольшой пластмассовый корпус с отверстиями. Симистор установлен на охлаждающем радиаторе с поверхностью охлаждения 200 см^2. В корпусе рядом с радиатором просверлены отверстия для свободной циркуляции воздуха.

Правильно собранный и из исправных радиодеталей терморегулятор начинает работать сразу. Следует лишь подстроечным резистором R2 установить диапазон регулирования температуры. Максимальная мощность нагрузки, которая подключается к терморегулятору, не должна превышать 1100 Вт.

Авторский экземпляр терморегулятора эксплуатируется уже более трех лет для поддержания температуры воздуха в жилом помещении и работает надежно.

7.6 Устройство аварийного электропитания

В последнее время в связи с неудовлетворительной экономической ситуацией в стране участились отключения электроэнергии. В дачных же кооперативах и в лучшие времена аварийные отключения происходили нередко. Преобразователь напряжения, описание которого приведено ниже, позволяет осуществлять питание электроприборов от аккумулятора напряжением 12В. Продолжительность питания в аварийном режиме определяется емкостью аккумуляторной батареи и может достигать нескольких часов. Суммарная мощность потребителей не должна превышать 200 Вт. Форма напряжения — прямоугольные импульсы, частота — 50 Гц.

Рассмотрим работу устройства аварийного электропитания, или преобразователя напряжения, по его принципиальной схеме, представленной на рис. 146. На логических элементах DD1.1 — DD1.3 микросхемы DD1 выполнен генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы частотой 100 Гц. Через буферный элемент DD1.4 импульсы поступают на счетный вход С JK-триггера DD2. Для обеспечения счетного режима работы на информацион-

ные входы J и К триггера подано напряжение логической 1, а на установочные входы R и S — напряжение логического 0. На прямом и инверсном выходах триггера импульсы следуют с частотой 50 Гц, причем фазы импульсов противоположны (отличаются на 180°). Необходимость использования триггера вызвана тем, что на его выходах импульсы имеют форму идеального меандра, т.е. абсолютно симметричны (скважность равна 2).

С выходов триггера импульсы поступают на буферные логические элементы DD1.5, DD1.6, которые усиливают импульсы по току, и затем подаются через резисторы R3, R6 на базы транзисторов VT1, VT2. В коллекторные цепи указанных транзисторов включены половины обмотки I трансформатора Т1. С обмоток II, III трансформатора Т1 прямоугольные импульсы поступают на базы транзисторов VT3, VT4. Эти транзисторы, работающие в ключевом режиме, поочередно подают питающее напряжение на половины обмотки I трансформатора Т1. Полуобмотки трансформатора включены в эмиттерные цепи транзисторов, а не в коллекторные; это сделано для того, чтобы транзисторы VT3, VT4 типа П210Ш, у которых с корпусом соединен коллектор, можно было бы установить на одном радиаторе без электрической изоляции корпусов транзисторов. Следует заметить, что в данном случае полуобмотки трансформатора Т1 с равным успехом (с точки зрения схемотехники) могли бы быть включены и в коллекторные цепи транзисторов. С обмотки II трансформатора Т2 снимают напряжение 220 В частотой 50 Гц, которое используют для питания электроприборов. Отличие формы напряжения от синусоидальной практически не влияет на работу электроприборов. Коэффициент трансформации трансформатора Т2 (отношение чисел витков обмотки II и половины обмотки I) равен 220/12 =18,3.

Светодиод HL1 индицирует наличие высокого напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т2. Диод VD2 предохраняет светодиод от воздействия на него обратного напряжения. Микросхемы питаются от параметрического стабилизатора напряжения, выполненного на стабилитроне VD1 и резисторе R7. Стабилизация напряжения необходима для того, чтобы обеспечить неизменность частоты генератора при изменении напряжения аккумулятора. Конденсатор СЗ сглаживает пульсации напряжения

частотой 50 Гц. Конденсатор С2 шунтирует высокочастотные случайные помехи.

О деталях устройства. Вместо микросхем серии К561 можно применить микросхемы серий 564, КР1561. Транзисторы VT1, VT2 могут быть любыми из серий КТ815, КТ817, КТ630; VT3, VT4 — П210 с любыми буквами, а также 1Т806, ГТ806, 1Т813 с любыми буквенными индексами. Применение в качестве VT3, VT4 кремниевых транзисторов нежелательно, поскольку они характеризуются большим, чем у германиевых, падением напряжения на переходах в состоянии насыщения, что приводит к значительным тепловым потерям и снижает коэффициент полезного действия устройства. Стабилитрон VD1 заменим на Д814Б, однако температурная стабильность напряжения у него несколько ниже. Диод VD2 может быть абсолютно любым. Конденсатор С1 должен обладать небольшим температурным коэффициент емкости, поскольку от него зависит стабильность частоты генератора. Этому условию удовлетворяют конденсаторы типов К73-17, К73-24. Конденсатор С2 — типа КЛС, К10-7В, КМ-5, КМ-6. Ок-сидный конденсатор СЗ — К50-16, К50-24, К50-35. Подстроечный резистор R2 — типа СП5-2, СПЗ-14; остальные резисторы С1-12, С2-23 или МЛТ. Выключатель Q1 — тумблер типа ТВ 1-4 с четырьмя группами замыкающих контактов; для увеличения коммутируемого тока все четыре группы соединены параллельно. Гнездо XS1 — типа РД1. Трансформатор Т1 выполнен на ленточном магнитопроводе ШЛ 12х20. Обмотка I содержит 500 витков провода ПЭВ-2 0,21 с отводом от середины; обмотки II и III — по 30 витков провода ПЭВ-2 0,4. Одноименные выводы обмоток II и III должны быть помечены (на схеме показаны точками). Трансформатор Т2 выполнен на магнитопроводе ШЛ32х32. Его обмотка I содержит 96 витков провода ПЭВ-2 2,5 с отводом от середины; обмотка II — 920 витков провода ПЭВ-2 0,56.

В качестве аккумуляторной батареи GB1 может быть использована стартерная автомобильная батарея напряжением 12 В, например, 6СТ60. От емкости этой батареи зависит время непрерывной работы преобразователя на нагрузку.

Конструкция устройства произвольная. Транзисторы VT3, VT4 должны быть установлены на теплоотводящий радиатор площадью около 200 см^2. Цепи, соединяющие аккумуляторную батарею,

мощные транзисторы, трансформатор Т2, должны быть выполнены проводами сечением не менее 4 мм^2

Настройка устройства состоит в установлении с помощью подстроенного резистора R2 частоты генератора 100 Гц.

7.7 Программатор интервалов времени

Это устройство предназначено для подачи звукового сигнала в установленное время. В отличие от будильника, программатор позволяет заранее установить несколько (в данном случае — четыре) временных интервала. Точность (дискретность) установки временных интервалов — 5 минут.

Рассмотрим работу программатора по его принципиальной схеме, приведенной на рис. 147. На микросхеме DD1 выполнен генератор импульсов кварцованной частоты 32768 Гц, а также счетчики импульсов. На их выходах имеются импульсы, период следования которых или частота указаны на принципиальной схеме.

Импульсы с периодом следования 1 мин подаются на счетный вход CN счетчика DD2.1. Работа микросхемы этого типа — К561 ИЕ10 — уже неоднократно была описана в этой книге, и нет нужды повторяться. При появлении на выходах 1 и 4 данного счетчика одновременно напряжений высокого логического уровня, или логической 1 (что соответствует десятичному числу 5), на выходе логического элемента DD3.2 (2И-НЕ) появляется напряжение логического 0, которое поступает на один из входов логического элемента DD3.1. На выходе этого элемента в таком случае появляется напряжение логической 1, которое подается на вход R счетчика DD2.1 и устанавливает триггеры счетчика в исходное состояние, при котором на их выходах присутствует напряжение логического 0. Таким образом, счетчик делит частоту поступающих входных импульсов на два, и на вход следующего счетчика DD2.2 с выхода логического элемента DD3.2 поступают импульсы с периодом следования 5 мин.

Счетчик DD2.2 благодаря наличию обратных связей через логические элементы DD3.3, DD3.4 имеет коэффициент счета 12. Следовательно, заполнение этого счетчика происходит через 5 мин х 12 = 60 мин, т.е. через 1 час. С выхода элемента DD3.4 ча-

совые импульсы поступают на вход счетчика DD4.1, а с его выхода 8 — на вход счетчика DD4.2.

Работа этих двух счетчиков (DD4.1, DD4.2) иллюстрируется приведенной ниже таблицей истинности (табл. 5).

Как известно, соединенные последовательно пять счетных триггеров обеспечивают коэффициент деления 2^5=32. Чтобы его уменьшить, использованы логические элементы DD6.1, DD6.2. При появлении в двух последних разрядах счетчика одновременно напряжения логической 1 (это происходит после прихода 24-го счетного импульса) на выходе логического элемента DD6.2 появ-

ляется напряжение логического 0, а на выходе логического элемента DD6.1 — напряжение логической 1. Триггеры счетчиков DD4.1, DD4.2 устанавливаются в исходное, нулевое, состояние, после чего процесс счета начинается снова.

Для дешифрирования логических состояний счетчиков использованы микросхемы DD7 — DD10 типа К561ИД1, представляющие собой дешифратор четырехразрядного двоичного кода в десятичный позиционный код. Активное состояние выхода соответствует уровню логической 1. Соединение входов дешифраторов DD7, DD8 между собой и с выходами счетчика DD2.2 обеспечивает 12-позиционный код 5-минутных интервалов, а вхо-

дов дешифраторов DD9 — DD11 между собой и с выходами счетчиков DD4.1, DD4.2 — 24-позиционный код часовых интервалов. Рассмотрим подробнее работу дешифраторов DD7, DD8. Вначале необходимо ознакомиться с таблицей истинности микросхемы К561ИД1 (табл. 6).

Из таблицы, в частности, видно, что при подаче на входы дешифратора двоичного кода, соответствующего числу 10 и более, на всех выходах дешифратора устанавливается уровень логического 0.

Входы 1, 2 и 4 дешифраторов DD7, DD8 соединены между собой, а на вход 8 дешифратора DD8 подается сигнал, инверсный логическому уровню аналогичного входа дешифратора DD7. При подаче на вход счетчика DD2.2 первых семи импульсов на входе дешифратора DD8 действует напряжение логической 1. Как видно из табл. 6, при таком входном сигнале на входе 8, независимо от логических уровней на других входах дешифратора, в активном состоянии могут находиться только выходы 8 и 9 дешифратора;

однако они не используются в данной схеме. Поэтому при поступлении первых семи импульсов дешифратор DD8 фактически не работает (ни один из обозначенных на схеме выходов не находится в активном состоянии). С приходом восьмого импульса на выходе 8 счетчика DD2.2 устанавливается напряжение логической 1, а на входе 8 дешифратора DD8 — напряжение логического 0. При этом на всех выходах дешифратора DD7 (задействованных в данном устройстве) действует напряжение логического 0, и в работу включается дешифратор DD8. Светодиоды HL2 — HL13 светятся, когда на соответствующих выходах дешифраторов имеется напряжение высокого уровня. Работа дешифраторов DD7, DD8 хорошо иллюстрируется таблицей истинности (табл. 7). Цифрой 1 показано светящееся состояние светодиодов.

Аналогично работают и дешифраторы DD9 — DD11, дешифрирующие состояния 24-позиционного кода часовых интервалов. В любой момент времени светится один из светодиодов HL14 — HL37, индицируя значение текущего времени в часах.

Для установки нужного часа используется кнопка SB1 "Установка часов". При нажатии этой кнопки устанавливаются в исходное состояние счетчик микросхемы DD1, с выхода М которого снимаются минутные импульсы, а также счетчики DD2.1, DD2.2.

На вход триггера DD4.1 через замыкающие контакты SB 1.2 с выхода S2 микросхемы DD1 поступают импульсы с частотой 0,5 Гц. При установке нужного часа, индицируемого загоранием одного из светодиодов HL14 — HL37, кнопку SB1 отпускают. Установка счетчика 5-минутных интервалов в требуемое положение нс предусмотрена, поэтому установку программатора нужно производить только в конце каждого часа, когда передают сигналы точного времени.

Во время работы программатора попеременно загораются светодиоды HL2 — HL13, индицируя 5-минутные интервалы, а также попеременно загораются светодиоды HL14 — HL37, индицируя текущий час. Таким образом, одновременно в любой момент времени светятся два светодиода. Светодиод HL1 загорается с частотой 1 Гц и служит индикатором работы устройства.

Для установки нужного момента подачи звукового сигнала использованы четыре элемента совпадения DD13.1 — DD13.4. Входы каждого из этих логических элементов с помощью гибких проводников и вилок ХР1 — ХР8 соединяются с выходами дешифраторов DD7 — DD11, подключенными к гнездам XS1 — XS36. Для установки момента срабатывания, например, 8 час. 35 мин., вилку ХР1 вставляют в гнездо, соединенное со светодиодом HL22, а вилку ХР2 — в гнездо, соединенное со светодиодом HL9. Аналогичным образом устанавливают при необходимости и другие временные интервалы, используя для этого вилки ХРЗ — ХР8. Максимально можно установить четыре различных временных интервала.

При наступлении нужного времени на обоих входах одного из логических элементов DD13.1 — DD13.4 устанавливается напряжение логической 1, а на выходе данного логического элемента — напряжение логического 0. Это приводит к установлению на выходе логического элемента DD12.3 напряжения логической 1, а на выходе логического элемента DD14.1 — напряжения логического 0. Через дифференцирующую цепь C5R19 отрицательный перепад напряжения поступает на вход логического элемента DD14.3, который вместе с логическим элементом DD14.2 образует RS-триггер. Поступившим отрицательным перепадом напряжения RS-триггер установится в состояние, при котором на выходе логического элемента DD14.3 появится напряжение высокого уровня.

Оно подается на вход (вывод 11) логического элемента DD12.2. На вывод 10 этого элемента поступают импульсы частотой 1028 Гц, снимаемые с выхода F микросхемы DD1. На вывод 12 логического элемента DD12.2 подаются импульсы с выхода S2 микросхемы DD1 частотой 0,5 Гц. На вывод 9 логического элемента DD12.2 поступают проинвертированные минутные импульсы с выхода М микросхемы DD1. Поскольку переключение первого триггера счетчика DD2.1 происходит спадом минутных импульсов, после каждого такого спада на входе 9 логического элемента DD12.2 действует напряжение логической 1. Таким образом, после переключения RS-триггера DD14.2DD14.3 на выходе логического элемента DD12.2 будут импульсы частотой 1028 Гц, следующие с периодом 0,5 с. Усиленные по току транзистором VT1, эти импульсы возбудят звуковой излучатель НА1, и прерывистый звуковой сигнал возвестит о наступлении установленного времени. Чтобы выключить звуковой сигнал, необходимо нажать кнопку SB2. Если этого не сделать, то через 40 с логический уровень напряжения на выходе М микросхемы DD1 изменится на противоположный, на выводе 9 логического элемента DD12.2 установится напряжение логического 0, и звук выключится.

Питаются все элементы программатора от стабилизатора, выполненного на микросхеме DA1. Его выходное напряжение равно 9 В.

Несколько слов о назначении отдельных элементов программатора. Резисторы Rl, R2 обеспечивают подачу напряжения высокого уровня на соответствующие выводы микросхем, а резисторы R9 — R 16 — подачу напряжения низкого уровня на входы логических элементов микросхемы DD13.

О деталях устройства. Микросхемы DD1, DD12 аналогов в других сериях не имеют; все остальные микросхемы могут быть заменены соответствующими аналогами из серии К176. Транзистор VT1 —любой из серий КТ203, КТ361, КТ501, КТ502. Кварцевый резонатор Z1 — малогабаритный на частоту 32768 Гц, предназначенный для использования в электронных часах. Конденсаторы С1, С3, С5 — типов КТ, КЛС, KM, K10-7B, К10-23, С7 — КМ-6Б, К10-23; оксидный конденсатор С6 — К50-24 или К50-35. Подстроечные конденсаторы С2 и С4 — типа КТ4 или КПК-МП. Все резисторы — МЛТ-0,25. Звуковой излучатель

HA1— микрофонный капсюль ДЭМШ-1А, вызывной прибор типа ВП-1 или телефонный капсюль любого типа с сопротивлением катушки постоянному току не менее 65 Ом (например, ТК-47, ТК-67). Кнопки SB1, SB2 — типа КМ или П2К; выключатель питания Q1 — переключатель типа П2К с фиксацией положения или тумблер типа МТ1, ТП1-1. Трансформатор Т1 может быть любого другого типа; он должен обеспечивать на вторичной обмотке напряжение 12...15 В при токе не менее 100 мА. Гнезда и вилки — любого типа, совместимые друг с другом.

Монтаж элементов устройства выполнен комбинированным способом на двух монтажных платах № 2 (рис. 16 книги). Светодиоды расположены в две вертикальные линейки. На верхней крышке устройства около светодиодов располагаются соответствующие им гнезда XS1 — XS36; рядом нанесены надписи, обозначающие время: 0 м, 5 м, 10м,..., 55 м; 0 час, 1 час,..., 23 час. Длина проводников, соединяющих входы логических элементов микросхемы DD13 с вилками ХР1 — ХР8, зависит от конструкции и может быть 15...20 см.

Если монтаж устройства выполнен без ошибок, то устройство начнет работать сразу. С помощью конденсаторов С2 и С4 осуществляют соответственно грубую и точную установку частоты. Сделать это можно по сигналам точного времени или по образцовому частотомеру.

После включения программатора необходимо кратковременно нажать кнопку SB2, чтобы установить триггер DD14.2DD14.3 в исходное состояние.

7.8 Стабилизаторы напряжения на микросхемах серии КР142

Выпускаемые отечественной промышленностью интегральные стабилизаторы напряжения серии КР142 позволяют простыми схемными методами получить стабилизированные напряжения в достаточно большом диапазоне — от единиц вольт до нескольких десятков вольт. Рассмотрим некоторые схемные решения, которые могут представить интерес для радиолюбителей.

Микросхема КР142ЕН5А — это интегральный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением +5 В. Типовая схема включения этой микросхемы уже была представлена в книге (см.

рис. 105). Однако, несколько изменив схему включения, можно на базе этой микросхемы построить стабилизатор с регулируемым выходным напряжением в диапазоне от 5,6 В до 13 В. Схема представлена на рис. 148.

На вход интегрального стабилизатора (вывод 17 микросхемы DA1) поступает нестабилизированное напряжение +16 В, а на вывод 8 — сигнал с выхода стабилизатора, регулируемый переменным резистором R2 и усиленный по току транзистором VT1. Минимальное напряжение (5,6 В) складывается из напряжения между коллектором и эмиттером полностью открытого транзистора, которое равно около 0,6 В, и номинального выходного напряжения интегрального стабилизатора в его типовом включении (5 В). При этом движок переменного резистора R2 находится в верхнем по схеме положении. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения; конденсатор С2 устраняет возможное высокочастотное возбуждение микросхемы. Ток нагрузки стабилизатора — до 3 А (микросхема при этом должна быть размещена на теплоотводящем радиаторе).

Микросхемы К142ЕН6А (Б, В, Г) представляют собой интегральные двуполярные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением 15 В. При этом максимальное входное напряжение каждого из плеч 40 В, а максимальный выходной ток — 200 мА. Однако на базе этого стабилизатора можно построить двуполярный регулируемый источник стабилизированного напряжения. Схема представлена на рис. 149.

Изменяя напряжение на выводе 2 интегрального стабилизатора, можно изменять выходное напряжение каждого плеча от 5 В до 25 В. Пределы регулировки для обоих плеч устанавливают резисторами R2 и R4. Следует помнить, что максимальная рассеива-

емая мощность стабилизатора — 5 Вт (разумеется, при наличии теплоотвода).

Микросхемы КР142ЕН18А и КР142ЕН18Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения с выходным напряжением 1,2...26,5 В и выходным током 1 А и 1,5 А соответственно. Регулирующий элемент стабилизатора включен в минусовой провод источников питания. Корпус и цоколевка стабилизаторов этого типа аналогичны микросхеме КР142ЕН5А.

Микросхемы оснащены системой защиты от перегрузки выходным током и от перегрева. Входное напряжение должно находиться в диапазоне 5...30 В. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 8 Вт. Типовая схема включения микросхем КР142ЕН18А (Б) приведена на рис. 150.

При всех условиях эксплуатации емкость входного конденсатора С 1 не должна быть менее 2 мкФ. При наличии сглаживающего фильтра выходного напряжения, если длина проводников, соединяющих его со стабилизатором, не превышает 1 м, входным кон

денсатором стабилизатора может служить выходной конденсатор фильтра.

Выходное напряжение устанавливают выбором номиналов резисторов R1 и R2. Они связаны соотношением:Uвых=Uвых мин(1+R2/R1),

при этом ток, протекающий через эти резисторы, должен быть не менее 5 мА. Емкость конденсатора С2 выбирают обычно большей 2 мкФ.

В тех случаях, когда суммарная емкость на выходе стабилизатора превышает 20 мкФ, случайное замыкание входной цепи стабилизатора может привести к выходу из строя микросхемы, поскольку к ее элементам будет приложено напряжение конденсатора в обратной полярности. Для защиты микросхемы от подобных перегрузок необходимо включать защитный диод VD1 (рис. 151), шунтирующий ее при аварийном замыкании входной цепи. Аналогично диод VD2 защищает микросхему по выводу 17 в тех случаях, когда по условиям эксплуатации емкость конденсатора С2 должна быть более 10 мкФ при выходном напряжении более 25 В.

На базе интегрального стабилизатора напряжения можно выполнить и стабилизатор тока (рис. 152). Выходной ток стабилизации ориентировочно равен 1вых=1,5 B/R1, где R1 выбирают в пределах 1...120 Ом. С помощью переменного резистора R3 можно регулировать выходной ток.

Если обратиться к справочным характеристикам интегральных стабилизаторов напряжения КР142ЕН12А (Б), то можно заметить у них много общего с КР142ЕН18А (Б). Типовая схема включения микросхемы КР142ЕН12А аналогична схеме включения

КР142ЕН18А, только регулирующий элемент включен в плюсовой провод источника питания. На базе этих микросхем несложно собрать двуполярный стабилизатор напряжения. Его схема представлена на рис. 153. Каких-либо особых комментариев здесь не требуется. Для одновременного изменения напряжения плеч стабилизатора переменные резисторы R2 и R3 можно заменить одним, сдвоенным.