08.04.21

[Домашняя]

При изготовлении различных самодельных устройств радиолюбителям часто требуется тот или иной звуковой сигнализатор. Схем построения звуковых сигнализаторов существует достаточно много — это может быть мультивибратор на биполярных транзисторах, генератор на однопереходном транзисторе или генератор, построенный на цифровой микросхеме. Также в радиолюбительской практике довольно часто применяются звуковые извещатели со встроенным генератором, которые выпускаются на различное напряжение питания. Однако в практических конструкциях зачастую требуется не только звуковой генератор в "чистом” виде, вырабатывающий прерывистые звуковые сигналы, а устройство, позволяющее включать звуковой сигнал на определённое время с помощью одиночного запускающего импульса, а также имеющее возможность принудительного отключения звукового сигнала до истечения этого времени. Для построения такого сигнализатора удобно использовать микросхему К176ИЕ12, в состав которой входят все необходимые для этого узлы. Эта микросхема предназначена для использования в качестве задающего генератора электронных часов и содержит инверторы, служащие для построения кварцевого генератора, а также два счётчика, коэффициент деления первого из которых равен 32768, а второго (минутного) — 60. Счётчики имеют раздельные входы установки в исходное состояние, а в первом из них при частоте кварцевого генератора, равной f, с выходов счётчика можно снимать импульсы с частотой следования f/32, f/256, f/16384, f/32768. Благодаря наличию встроенного генератора и счётчиков с различными коэффициентами деления микросхема К176ИЕ12 находит широкое применение в самых различных радиолюбительских конструкциях. На её основе можно строить разнообразные генераторы, одновибраторы, таймеры, а также множество других полезных конструкций. Конечно, микросхема К176ИЕ12 снята с производства, но всё ещё доступна для приобретения. Подробное описание микросхемы К176ИЕ12 можно найти в [1], а о нестандартном применении её и аналогичных можно прочитать в [2] и [3]. Предлагаемый вниманию читателей звуковой сигнализатор вырабатывает пачки импульсов частотой 1024 Гц, период повторения которых можно установить равным 1 или 0,5 с. Сигнализатор включается при замыкании нормально разомкнутых контактов сигнального устройства или подаче на вход одиночного запускающего импульса, а время подачи звукового сигнала можно установить равным 19,5 или 39 с. Для принудительного отключения звукового сигнала к корпусу устройства нужно поднести постоянный магнит. Схема сигнализатора приведена на рис. 1.

При подаче напряжения питания счётчики микросхемы DD1 устанавливаются в произвольное состояние. При наличии на выходе М (выводе 10) низкого логического уровня кварцевый генератор микросхемы, собранный по типовой схеме, начинает работать. При этом на выходе F (вывод 11) микросхемы DD1 появляются прямоугольные импульсы частотой 1024 Гц, которые через резистор R8 поступают на затвор полевого транзистора VT2, в цепь стока которого включён электромагнитный капсюль НА1, излучающий звуковой сигнал. При появлении на выходе S1 или S2 (в зависимости от положения перемычки S2) высокого логического уровня открывается полевой транзистор VT1, который соединяет затвор транзистора VT2 с общим проводом, в результате чего этот транзистор закрывается и звуковой сигнал прекращается. Таким образом, капсюль НА1 воспроизводит прерывистый звуковой сигнал, частоту следования которого можно выбрать равной 1 или 2 Гц путём перестановки перемычки S2. Светодиод HL1 включается синхронно с появлением звукового сигнала и служит для визуальной индикации срабатывания сигнализатора. Резистор R9 ограничивает ток через светодиод, а диод VD6 защищает светодиод от обратного напряжения, возникающего на катушке капсюля НА1 в момент закрывания транзистора VT2. Если перемычка S1 находится в показанном на схеме положении, то на вход С (вывод 7) "минутного" счётчика микросхемы DD1 через диод VD4 поступают импульсы частотой 2 Гц, и при появлении на выводе 10 высокого логического уровня основной счётчик микросхемы устанавливается в нулевое состояние, так как на его входе начальной установки (вывод 5) появляется высокий логический уровень. Высокий логический уровень через диоды VD2, VD3 поступает на вывод 12 микросхемы DD1, поэтому работа кварцевого генератора микросхемы прекращается и сигнализатор переходит в состояние, являющееся для него исходным. Необходимость остановки работы кварцевого генератора микросхемы DD1 подачей высокого логического уровня на вывод 12 обусловлена тем, что с работающим кварцевым генератором при напряжении питания 9 В устройство потребляет ток около 1,7 мА. Это, конечно, немного, и при питании устройства от сетевого источника в стационарных условиях этим током можно пренебречь, но если устройство питается от гальванической батареи небольшой ёмкости, этот ток становится достаточным для того, чтобы батарея сравнительно быстро разрядилась. При остановке кварцевого генератора ток, потребляемый устройством в исходном состоянии, уменьшается настолько, что измерить его с помощью мультиметра DT890 не представляется возможным. Конечно, после снятия сигнала, останавливающего генератор, последнему нужно время для запуска, поэтому частота на выходе F (вывод 11) микросхемы в первый момент после снятия сигнала остановки возрастает от нуля до номимального значения, и капсюль НА1 в это время воспроизводит искажённый звуковой сигнал, но, на взгляд автора, этот недостаток не является существенным. При замыкании контактов выключателя SA1 конденсатор С4 заряжается через резистор R2, и на входе R (вывод 9) "минутного" счётчика микросхемы DD1 появляется высокий логический уровень, устанавливающий этот счётчик в нулевое состояние. При этом на выходе М счётчика появляется низкий логический уровень, разрешающий работу кварцевого генератора и основного счётчика микросхемы DD1. При этом включаются звуковой и световой сигналы, а "минутный" счётчик подсчитывает импульсы частотой 1 или 2 Гц (зависит от положения перемычки S1), поступающие на его вход С. При появлении на выходе М высокого логического уровня звуковой и световой сигналы выключаются и сигнализатор переходит в исходное состояние. В том случае, если перемычка S1 удалена, таймер, построенный на "минутном" счётчике микросхемы DD1, работать не будет, и сигнализатор продолжит подавать звуковой и световой сигналы до момента принудительного перевода сигнализатора в исходное состояние или отключения питания. Для отключения звукового и светового сигналов до окончания времени выдержки таймера служит геркон SF1, при замыкании контактов которого на вход "минутного" счётчика микросхемы DD1 с выхода F поступают импульсы частотой 1024 Гц, что приводит к появлению на выходе М счётчика высокого логического уровня и переходу сигнализатора в исходное состояние. Положение контактов выключателя SA1 при этом безразлично, так как в любом случае на входе сброса "минутного" счётчика будет присутствовать низкий логический уровень, не влияющий на его работу. Вместо геркона можно использовать кнопку с нормально разомкнутыми контактами, а в качестве выключателя SA1, в зависимости от назначения устройства, можно применить кнопку, выключатель или геркон также с нормально разомкнутыми контактами. Сигнализатор питается от гальванической батареи 6F22 ("Крона", "Корунд") напряжением 9 В. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения питания при включении капсюля, что позволяет обеспечить нормальную работу сигнализатора и приемлемую громкость звукового сигнала даже в случае её значительной разрядки. Конденсатор С2 сглаживает пульсации напряжения питания микросхемы DD1, диод VD1 предотвращает разрядку конденсатора С2 через звуковой излучатель и светодиод. Конденсатор СЗ — блокировочный в цепи питания микросхемы. Максимальный ток, потребляемый устройством во время подачи светового и звукового сигнала, при сoпрoтивлении катушки капсюля НА1, равном 43 Ом, — 150 мА. Для питания сигнализатора в стационарных условиях можно использовать любой подходящий сетевой источник питания с выходным напряжением 9 В и током не менее 200 мА. В принципе, интервал питающего напряжения для микросхемы К176ИЕ12 довольно широк — 5... 12 В. Но номинальное напряжение, при котором гарантирована работа микросхемы, составляет 9 В. Минимальное значение питающего напряжения, при котором устройство сохраняет работоспособность, зависит от применённого экземпляра микросхемы DD1. Авторский экземпляр сигнализатора сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 4,5 В, но при этом значительно уменьшаются громкость звукового сигнала и яркость вспышек светодиода. Большинство деталей устройства смонтированы на печатной плате, изготовленной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм, чертёж которой приведён на рис. 2.

Вывод 1 микросхемы DD1 перед установкой на плату необходимо отогнуть. Конденсаторы С1 и С2, а также кварцевый резонатор ZQ1 смонтированы параллельно плате и после проверки работоспособности устройства приклеены к ней клеем "Момент". Конденсатор С1 следует монтировать после установки резистора R6, предварительно обернув корпус конденсатора двумя слоями изоляционной ленты или надев на него отрезок термоусаживаемой трубки. Диод VD5 смонтирован над микросхемой DD1, диоды VD2 и VD3 установлены перпендикулярно плате, а их выводы спаяны между собой над корпусом микросхемы. Элементы светового сигнализатора (HL1, VD6, R9) можно установить в любом удобном месте, а если световая индикация не требуется, надо исключить их из устройства. Внешний вид смонтированной платы представлен на рис. 3.

Резистор R4 — КИМ, но можно составить его из двух соединённых последовательно резисторов номиналом 10 МОм, установив их перпендикулярно плате, остальные резисторы — любого типа. Оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, но следует помнить, что при батарейном питании сигнализатора оксидные конденсаторы должны иметь минимальный ток утечки. Остальные конденсаторы — керамические или плёночные, например, КМ, К73 или подобные. Диоды 1N4148 можно заменить другими маломощными, например, серий КД521, КД522, транзисторы 2N7000 можно заменить отечественными транзисторами КП504 с любым буквенным индексом. Кварцевый резонатор может быть любым "часовым", подходящим по габаритам, светодиод — любого свечения, желательно сверхъяркий. Перемычки S1, S2 — стандартные джамперы, которые можно выпаять из ненужной материнской платы компьютера. К сожалению, микросхема К176ИЕ12 не имеет ни отечественных, ни импортных полных аналогов. Сопротивление катушки звукового излучателя НА1 должно быть не менее 40 Ом. Этому условию отвечают капсюли ТОН-2, ТК-67, а также динамические головки 0.025ГД-2 или 0.05ГД-1. Хорошие результаты были получены с капсюлем SL-6RDYNII (предположительно польского производства) с сопротивлением катушки 240 Ом, звуковой сигнал с ним гораздо громче, чем с капсюлями ТОН-2 и ТК-67. Если перечисленные выше звуковые излучатели отсутствуют или не подходят по габаритам, можно использовать малогабаритную динамическую головку от мобильного телефона, включив последовательно с ней резистор такого сопротивления, чтобы суммарное сопротивление цепи было не менее 40 Ом, или соединить несколько динамических головок последовательно. Конечно, параллельно звуковому излучателю НА1 следовало бы включить диод (катодом к плюсу источника питания), защищающий элементы устройства от противо-ЭДС, возникающей в катушке звукового излучателя в момент прерывания тока через неё. Но громкость звукового сигнала при этом уменьшается, поэтому диод в данной конструкции отсутствует. Отказов в работе устройства по этой причине не было. Подключить к сигнализатору низкоомную динамическую головку можно двумя способами. Первый — использовать выходной трансформатор от транзисторного радиоприёмника прошлых лет выпуска, включив его первичную обмотку в цепь стока транзистора VT2. Второй способ — заменить транзистор VT2 мощным переключательным полевым транзистором, например IRF630, и включить динамическую головку мощностью несколько ватт непосредственно в цепь его стока. Звуковой сигнал будет звучать очень громко, но одновременно с этим значительно увеличится ток, потребляемый сигнализатором, поэтому данный вариант можно рекомендовать при питании сигнализатора от сетевого блока питания или достаточно мощной батареи. Собранное правильно и из исправных деталей устройство, как правило, начинает работать сразу. В том случае, если после подачи напряжения питания и замыкания контактов выключателя SA1 звуковой сигнал отсутствует, необходимо подобрать ёмкость конденсатоpa C5, добиваясь устойчивого запуска кварцевого генератора. Если генератор всё равно не запускается, следует заменить кварцевый резонатор ZQ1 другим и проверить работоспособность устройства с новым резонатором. К сожалению, проблемы с запуском кварцевого генератора микросхемы К176ИЕ12 при использовании некоторых современных резонаторов в малогабаритном корпусе возникают довольно часто. В качестве частотозадающего элемента для микросхемы DD1 можно использовать не только кварцевый резонатор, но и RC-цепь [2], при этом появляется возможность изменять частоту генератора в широких пределах. Схема включения микросхемы для работы с частотозадающей RC-цепью приведена на рис. 4.

С указанными на схеме номиналами элементов генератор работает на частоте около 24 кГц. Резисторы R4, R5, а также конденсатор С5 при реализации этого варианта на плату не устанавливают, а резисторы 1R4, 1R5 монтируют перпендикулярно в отверстия, предназначенные для резистора R4. Один из выводов конденсатора 1С5 припаивают к точке соединения резисторов 1R4, 1R5, а другой впаивают в отверстие, обозначенное на чертеже печатной платы буквой "К". Нужную частоту генератора устанавливают подбором номиналов элементов 1R5, 1С5, но следует помнить, что при остановке кварцевого генератора высоким логическим уровнем через резисторы 1R4, 1R5 на вывод 13 микросхемы будет протекать ток, величина которого зависит от суммарного сопротивления этих резисторов. Поэтому для того, чтобы потребляемый сигнализатором в исходном состоянии ток оставался минимальным, суммарное сопротивление резисторов 1R4, 1R5 должно быть максимально возможным. Конструктивное исполнение сигнализатора зависит от того, какая задача на него возложена. Первый экземпляр сигнализатора, изготовленный автором три года назад, был использован для оповещения об открывании чемоданчика с инструментами, предназначенного в качестве подарка другу-новосёлу (рис. 5).

Элементы сигнализатора были смонтированы на отрезке универсальной макетной платы, а сама плата, звуковой излучатель и батарея питания помещены в центральный отсек крышки чемоданчика, закрытый сверху пластиной из фольгированного стеклотекстолита, на которой вытравлены надписи. В качестве выключателя SA1 использован переключатель, закреплённый с помощью винтов к ребру жёсткости на нижней стороне крышки (рис. 6), а в дне отсека крышки, напротив звукового излучателя, просверлены отверстия.

Для отключения звукового сигнала к геркону, расположенному под пластиной, закрывающей отсек, необходимо поднести магнит, оформленный в виде брелока. Сигнализатор прекрасно работает в виде полностью законченной автономной конструкции, подобной описанному выше сигнализатору для чемоданчика, но при соединении выключателя SA1 с платой с помощью длинных проводов могут появиться ложные срабатывания сигнализатора, причиной которых является высокая чувствительность цепи запуска. Например, при длине проводов 50 см сигнализатор "ловит" помехи, возникающие при включении и отключении понижающего трансформатора, служащего для питания низковольтного паяльника. Поэтому провод, соединяющий выключатель и сигнализатор, должен быть экранированным (экран соединяют с минусовой линией питания) и по возможности наиболее коротким (это же требование справедливо и в том случае, если на значительное расстояние от платы нужно вынести геркон SF1). Если использование экранированного соединительного провода для подключения контактов SA1 может быть нежелательно, чувствительность цепи запуска целесообразно снизить с помощью RC-фильтра, схема которого показана на рис. 7.

С указанными на схеме номиналами элементов сигнализатор включается при сопротивлении соединительной линии до 2 кОм, а ложные срабатывания отсутствуют при длине линии (обычный кабель ПВС), равной 20 м. С линией большей длины эксперименты не проводились. Второй экземпляр устройства (с RC- фильтром) собран в жестяной коробке- портсигаре от папирос "Беломорканал экспорт" (рис. 8).

Звуковой излучатель (ТОН-2А) закреплён в корпусе с помощью полоски оцинкованной стали толщиной 0,5 мм, а светодиод HL1 и элементы VD6 и R9 приклеены к корпусу звукового излучателя. К проводнику минусовой линии питания печатной платы припаяна полоска латуни, с помощью которой плата прикреплена к днищу корпуса, а под плату подложена изоляционная пластина из полистирола. Для подключения линии, идущей к выключателю SA1, использована клеммная колодка, на которой также закреплён геркон SF1 (если использовать сильный магнит, геркон прекрасно срабатывает при прикладывании магнита к крышке корпуса). Для фиксации крышки корпуса в закрытом положении использованы винты М3, завинченные в стойки со сквозными резьбовыми отверстиями, которые закреплены к днищу корпуса с помощью таких же винтов. Напротив светодиода и звукового излучателя в крышке просверлены отверстия, а для того чтобы сигнализатор можно было подвесить, например, на гвоздь, к нижней плоскости корпуса прикреплена стальная пластина с грушевидным вырезом. Внешний вид собранного устройства показан на рис. 9.

Описанный выше звуковой сигнализатор может найти самое различное применение. Его можно использовать в качестве дверного звонка, длительность звукового сигнала которого не зависит от времени нажатия на кнопку, охранного сигнализатора, срабатывающего при открывании двери, а использовав в качестве контактов SA1 датчик качания (вибрации), описание конструкции которого можно найти в [4], [5], устройство можно применить для охраны туристической палатки во время ночёвки или в роли сигнализатора поклёвки, полезного во время рыбалки.

Радио №5 2019г стр. 59