ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

К электромузыкальным инструментам относятся как низ­кочастотные усилители, так и низкочастотные генераторы, ко­торые были предметом рассмотрения двух предыдущих глав. Введение некоторых из этих устройств в данную главу объ­ясняется только тем, что в отличие от большинства устройств, описанных в других главах, они действительно могут рабо­тать как электромузыкальные инструменты.

Чтобы наслаждаться работой с электромузыкальными ин­струментами, не обязательно быть музыкантом. Можно по­лучить удовольствие независимо от того, умеете ли вы отли­чить скрипичный ключ от басового или нет.

 

10.1. Две простые схемы электрооргана

Электроорганы стали одними из первых электромузыкаль­ных инструментов, занявших определенное положение в му­зыкальном мире. Несомненно, что настоящие электроорганы представляют собой весьма сложные устройства. Поэтому здесь рассматриваются их более простые варианты.

В данном разделе описываются две различные схемы, причем, прежде чем собирать одну из них, следует прочесть объяснения к обеим схемам.

Первая схема, приведенная на рис. 10.1, больше похожа на игрушечный орган, чем вторая. В ней используется более простой способ получения звуков определенного тона — на­жимается каждая из восьми клавиш. Настройка каждой кла­виши производится с помощью соответствующего потенцио­метра. Если радиолюбитель обладает достаточно хорошим музыкальным слухом, схема может быть настроена на обыч­ную октаву.

Один из основных недостатков схемы заключается в том, что играть можно только одним пальцем. После выполнения настройки при нажатии одной клавиши в каждый данный момент воспроизводится одна выбранная нота (тон). При . нажатии нескольких клавиш также воспроизводится одна нота, но на октаву выше, чем при нажатии только одной кла­виши. Возможно, это не будет таким уж серьезным недо­статком.

Клавиши на рис 10.1 представляют собой нормально ра« зомкнутые кнопочные переключатели, Вместо них можно использовать рычажковые микровыключатели, снятые с иг­рушечного органа.

Рис. 10.1. Принципиальная схема простого электрооргана.

ИC1-таймер типа 555; ИС2 — УНЧ типа LM386; ИС3 — двойной J — К-триггер типа 4027; R1 — R4 — пленочный потенциометр 500 кОм; R5 — R8 — пленочный потенциометр 100 кОм; R9 — R12 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R13 — R16 — резистор 68 кОм, 0,25 Вт; R17 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R18 — потенциометр 500 кОм; C1 — конденсатор 0,01 мкФ; С1. — конденсатор 47 пФ; Сз — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С4 — электролити­ческий конденсатор 100 мкФ, 35 В; Сз — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Гр, — громкоговоритель на постоянном магните с сопро­тивлением 8 Ом.

Электроорган, схема которого приведена на рис. 10.2, от­личается более высоким качеством воспроизведения в силу, двух особенностей. Во-первых, он выполнен на основе инте­гральной схемы полнооктавного синтезатора, применяемой в электроорганах, выпускаемых промышленностью. Благодаря этому воспроизводится более полный нотный диапазон, в том числе диезы и бемоли. Во-вторых, он позволяет одновремен­но нажимать несколько клавиш, т. е. брать аккорды. И хотя в нем предусматривается всего одна октава, на его основе может быть создан настоящий орган с 88 клавишами.

Регулятор диапазона тональности на рис. 10.2 позволяет изменить диапазон тональности воспроизводимых звуков от нижнего до верхнего. Следует отметить, что в схеме исполь­зуются два источника положительного напряжения питания, что необходимо для микросхемы ИС2. Получить эти два уровня напряжения можно с помощью источника питания, показанного на рис. 2.3.

 

10.2. Октавный электрогенератор

В данном разделе рассматривается устройство (рис. 10.3), имеющее практическую пользу в создании достаточно высо­кого качества звучания. Оно представляет собой кварцевый контрольный генератор музыкальных тонов, который можно использовать для настройки музыкальных инструментов. Хотя генератор воспроизводит лишь одну октаву, она является наи­более типичной для большинства голосов и музыкальных ин­струментов.




Так, тон А в генераторе настолько близок к стан­ дартному тону 440 А, что разницу не различит самый совер­шенный слух.

Выбор нот (тонов) производится с помощью 12-позицион-ного переключателя Кл2, положения которого следует разме­стить в соответствии с маркировкой частот в ИСз. Например, верхнее положение обозначается как «Б», следующее поло­жение — «В-бемоль» и т. д.

Изготовление цепей питания в этой схеме сложнее, чем в других устройствах. Это обусловлено тем, что для интег­ральной схемы синтезатора требуется более высокое напря­жение, чем допустимое напряжение для ИС4 низкочастотно­го усилителя. Поэтому в схеме используются две отдельные батареи питания. Положительная клемма батареи напряже­нием 9 В подключается к микросхеме низкочастотного уси­лителя. Второй источник питания собирается из четырех по­следовательно соединенных батарей типа АА, дающих напря­жение 4В.

Как видно из схемы, оба источника включены после­довательно друг с другом, так что напряжение между отрицательной клеммой 9-вольтной батареи и положительной клеммой другого источника будет составлять 13 В, что необ­ходимо для микросхем ИС1 и ИС2, выполненных на допол­няющих МОП-транзисторах, и микросхемы ИС3 синтезатора, выполняемой на р-канальных МОП-транзисторах. Наличие двух источников питания обусловило необходимость введения двухполюсного переключателя Кль коммутирующего одновре­менно две цепи.



Рис. 10.2. Принципиальная схема однооктавного электрооргана.

ИC1 — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЕ типа 4011; ИС2 — синтезатор верхней октавы типа S50240P; ИС3 — 4-канальный операцион­ный усилитель типа LM3900; ИС4 — УНЧ типа LM386; R1 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R2 — потенциометр 10 кОм; R3 — R16 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R17 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; С1 — конденсатор 470 пФ; С2 — электролитический конденсатор 1 мкФ, 35 В; С3 — электролитический конденсатор 100 мкФ; С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Гp1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом; Кл1 — Кл13 — кнопочный переключатель.





Рис. 10.3. Принципиальная схема однооктавного электрогенератора.

ИC1 — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЕ типа 4011; ИС2 — 4- разрядный двоичный счетчик типа 4020; ИС3 — синтезатор верхней октавы типа S50240P: ИС4 — УНЧ типа LM386; R1 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R2 — резистор 10 МОм, 0,25 Вт; R3—R14 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R15 — потенциометр 500 кОм; С1, С2 — конденсатор 47 пФ; С3 — конденсатор 1 мкФ; С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Кл2 — 12-позиционный переключатель; Kр1 — кварцевый резонатор с частотой 2 МГц.

10.3. Простой метроном

После изготовления, включения и установки ритма элек­тронный метроном позволяет отсчитывать время (такты) с высокой точностью. При размещении небольшого громкого­ворителя в деревянном ящике метроном (рис. 10.4) вырабатывает непрерывную последовательность щелкающих звуков, сходных со звуками обычного механического метронома. Громкоговоритель можно заменить головным телефоном (на­ушником). Тогда можно закрепить метроном на поясном ремне и использовать его в качестве тактозадающего устрой­ства при игре упражнений в заданном темпе.



Рис. 10.4. Принципиальная схема электронного метронома.

ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — УНЧ типа LM386; R1 — потенциометр 100 кОм; R2 — резистор 27 кОм 025 Вт; R3 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; Я4, — потенциометр 500 кОм; R5 — резистор 10 Ом, 0,25 Вт; С, — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С2 — конденсатор 0,1 мкФ; С3 — конденсатор 0,01 мкФ; Гp1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

10.4 Специальный тактовый генератор

Метрономы, подобные описанному в разд. 10.3, могут; очень пригодиться для музыкальных занятий, но они созда­ют довольно скучные монотонные звуки. Специальный так­товый генератор на рис. 10.5 также может служить в каче­стве метронома, но он способен вырабатывать восемь раз­личных тактов, в том числе и обычные «тик-так».

В этом устройстве можно программировать выделение отдельных щелчков и создавать, таким образом, необходи­мый такт.


При установке такта на 3/4 генератор будет вы­рабатывать такую последовательность: «тик-так-так», «тик-так-так», а при установке такта на 4/4 будет выделяться каждый четвертый щелчок.

Характер темпа выбирается с помощью трех переключате­лей Кль Кл2 и Кл3, которые дают восемь возможных соче­таний своих положений. При этом каждому сочетанию соот­ветствует свой такт.

Радиолюбитель сам может устанавливать соответствие между положениями переключателей и получаемым при этом тактом, для чего необходимо собрать макет генератора и не­которое время потренироваться с ним. Регулятор темпа Ri позволяет устанавливать, нужный темп работы генератора, например типа марша, вальса и других танцевальных мело­дий и ритмов.

 

10.5. Генератор ритма

 

В схеме на рис. 10.6 используется выпускаемая промыш­ленностью микросхема тактового генератора, который обычно можно встретить в электроорганах. Более простой в сборке и практичный, чем генератор на рис. 10.5, он отличается так­же тем, что способен вырабатывать различные джазовые рит­мы, в том числе самбу, босу, рок, медленный рок, свинг и вальс. Более того, можно выбрать в каждом ритме отсчет такта для пяти различных ударных инструментов. Например, партия басового барабана для ритма типа рок будет несколь­ко отличаться от партии для барабана типа «бочка». В целом схема позволяет выбирать ритмы для басового, среднего, ра­бочего барабанов, «бочка» и бонго.

После сборки макета схемы на рис. 10.6 следует произве­сти ее настройку согласно табл. 10.1. Например, если необхо­димо воспроизвести партию басового барабана в вальсе, то вывод 14 микросхемы HCi подключается к источнику напря­жением + 12 В («Вальс»), а вывод 9 — к усилителю низкой частоты (УНЧ) («Басовый барабан»). Для воспроизведения партии «бочки» в ритме рока к источнику +12 В подклю­чается вывод 7 микросхемы HCi («Рок»), а к УНЧ — вывод 13 («Бочка»).



Рис. 10.5. Специальный тактовый генератор.

ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 74191; ИС3 — 4-канальный операционный усилитель типа LM3900; ИC4 — УНЧ типа LM386; R1 — потенциометр 500 кОм; R2 — резистор 47 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R4 — R6 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R7 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; С1 — электролитический конденсатор 1 мкФ; С2, С3 — конденсатор 0,1 мкФ; С4, С5 — электролитический конден­сатор 10 мкФ, 35 В; С6 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Fpj — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.



Таблица 10.1. Порядок подключения выводов микросхемы для выбора различных ритмов и барабанов на рис. 10.6

Вывод, подключаемый к источнику + 12 В	Выбираемый ритм	Вывод, подключаемый к УНЧ	Тип выбираемого барабана
6	Самба, 4/4	9	Басовый
7	Рок, 4/4	10	Средний
8	Боса, 4/4	11	Бонго
11	Вальс, 3/4	12	Рабочий
15	Медленный рок, 3/4	13	«Бочка»
16	Свинг, 3/4

Рис. 10.6. Принципиальная схема генератора ритма.

ИС1 — генератор ритма типа ММ5871; ИС2 — УНЧ типа LM386; R1, R2 — резистор 100 кОм, 0.25 Вт; R3 — потенциометр 1 МОм; R4, R5 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R6 — резистор 10 Ом, 0,25 Вт; С1, С2 — конденсатор 0,005 мкФ; Сз, C7 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Ct — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Се — электролитический конденсатор 0,1 мкФ, 35 В; Се — конденсатор 0,01 мкФ; Гр( — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Таким путем можно получить любые ритмы, руководству­ясь табл. 10.1. Такая схема является, по существу, экспериментальной, так как позволяет путем несложной перестройки получать в громкоговорителе разные звуки.



Рис. 10.7. Синтезатор звуков ударных инструментов.

ИС1 — генератор ритма типа ММ5871; ИС2 — комбинированный звуковой генератор типа SN76477; Т1, Т2 — низкочастотный n-р-n—транзистор; Т3 — низкочастотный р-n-р-транзистор; R1 — резистор 68 кОм, 0,25 Вт; R2 — потенциометр 500 кОм; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4, R7 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R5 — резистор 2,2 кОм 025 Вт; R6 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R8, R11 — резистор 47 кОм, 0,25 Вт; R9 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R10 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R12 — резистор 2,7 кОм, 0,25 Вт; С1, Сг — конденсатор 0,01 мкФ; С3, С5 — конденсатор 0,1 мкФ; С4 — конденсатор 47 пФ; С6 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Гp­ — гром­коговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Если радиолюбитель не удовлетворен работой схемы, то можно использовать два селекторных переключателя для получения необходимого ритма, например, как это сделано в схеме на рис. 10.7.


Это несколько другой тип схемы, но се­лекторные переключатели Кл1 и Кл2 монтируются аналогич­ным образом. Можно также переделать схему на рис. 10.6 в электронный метроном, обладающий широкими звуковыми возможностями.

 

10.6. Синтезатор звуков ударных инструментов

Устройство, рассмотренное в разд. 10.5, вырабатывает рит­мы различных музыкальных инструментов и мелодий. В уст­ройстве (рис. 10.7), описываемом в данном разделе, исполь­зуется та же основная схема, но звуки смешиваются с низкочастотным шумом прежде, чем они поступают в низкочастотный усилитель и громкоговоритель. В результате синтезируются звуки ударных инструментов. Монтаж выводов микросхемы ИC1 на рис. 10.6 и 10.7 имеет значительное сходство, однако ее выходные клеммы подсоединяются к мик­росхеме ИС2 низкочастотного синтезатора, в котором обычные звуки типа щелчков преобразуются в щипящие звуки. Кроме того, здесь используется совсем другой усилитель низкой частоты (УНЧ).

Введение микросхемы низкочастотного синтезатора нес­колько усложняет схему. Во-первых, в ней требуется напря­жение питания -]-5 В, а для генератора ритма необходимо напряжение +12 В, вследствие чего необходимо наличие в схеме на рис. 10.7 двух источников питания. Эту задачу с ус­пехом может выполнять источник питания на рис. 2.3. Во-вторых, соединение низкочастотного синтезатора с обычным УНЧ типа LM386 оказывается достаточно сложным, что обусловливает необходимость изготовления собственного УНЧ на транзисторах Т2 и Г3.

Относительная сложность этой схемы компенсируется ее возможностями. Два селекторных переключателя позволяют выбирать любые ритмы и имитировать ударные инструменты согласно табл. 10.1. Так, если радиолюбитель, играя медлен­ный рок на гитаре, хочет получить сопровождение барабана типа «бочка», то переключатель выбора ритма устанавливает­ся в положение «Д», переключатель выбора инструмента — в положение «K», а регулятор темпа — в положение, дающее необходимый темп,

 



10.7. Бесструнная гавайская гитара

Насколько беспредельны чудеса электроники? Представь­ те себе игру на гитаре, которая не имеет струн.

При практическом изготовлении подобной гитары можно прибегнуть к небольшой хитрости и использовать вместо струн световые лучи, для чего служит схема на рис. 10.8. В ней имеется фототранзистор, реагирующий на окружающее освещение в помещении и на прерывание падающего на него светового потока. При каждом прерывании этого светового потока пальцами схема, переходя в исходное состояние, из­дает звук, характерный для гавайской гитары.



Рис. 10.8. Принципиальная схема бесструнной гавайской гитары.

ФТ1 — кремниевый фототранзистор типа FPT-100; Т1 — низкочастотный n-p-n — транзистор; ИС, — двойной таймер типа 556; ИС2 — УНЧ типа LM386; R1, R9 — потенциометр 500 кОм; R2 — ре.чистор 100 «Ом, 0.25 Вт; R3 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R6 -резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R6, R7 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R8 — потенциометр 1 МОм; R10 — резистор 10 Ом, 0.25 Вт; С1 — электролитический конденсатор 1 мкФ, 50 В; С2, С5 — конденсатор 0,1 мкФ. 50 В; С3, С7 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С4, С8 — конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; С6 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Tpi - громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Если провести ладонью над фототранзистором, то получит­ся отдельный звук. Если же провести над фототранзистором раздвинутыми пальцами, то схема вырабатывает характерный гитарный перебор струн. При этом наилучшим учителем та­кой игры является практика работы с собранной схемой. Другой рукой с помощью регулятора тональности подби­рается частота. Кстати, регулятор чувствительности позво­ляет приспособить схему к различным уровням освещенности в помещении, причем положение этого регулятора выби­рается опытным путем. Выполнение всех этих регулировок довольно сложно, но весьма увлекательно.

 

10.8. Программируемая музыкальная шкатулка

В наши дни довольно часто можно услышать о програм-мируемых устройствах, например программируемых микро­калькуляторах, программируемых видеоиграх и, конечно, о программируемых бытовых ЭВМ.


Однако редко кто- нибудь имеет возможность программировать небольшую музыкаль­ную шкатулку. Такая возможность предоставляется радио­любителю.

На рис. 10.9,а и б представлена схема, которую можно программировать для проигрывания бесчисленного множества простых мотивов. Если ее несколько усложнить, то она обес­печит воспроизведение неограниченного количества довольно продолжительных и сложных мелодий. Однако такая схема является одной из самых сложных, предлагаемых начинаю­щему радиолюбителю в данной книге.

Схема способна воспроизводить последовательность из 16 различных долей, которые включают паузы, а также ноты (тоны), звучащие в течение более чем одной доли. С другой стороны, радиолюбитель может подобрать мелодию на 4/4 и проиграть ее четыре полных такта. После этого схема будет бесконечно повторять последовательность из 16 выбранных нот.

Кроме воспроизведения 16 долей мелодии в схеме может также использоваться до 16 различных нот, каждая из кото­рых имеет четыре различные длительности. Последнее обстоя­тельство, казалось бы, ограничивает выбор воспроизводимых мелодий. Однако практически в большинстве простых мело­дий на протяжении 4 тактов редко требуется звучание одной и той же ноты более четырех разных длительностей.

Первая-часть схемы, показанная на рис. 10.9, а, опреде­ляет темп и 16 различных долей. С помощью регулятора тем­па можно устанавливать любой темп в пределах от одной до четырех долей в секунду, что более чем достаточно для сочинения обычных мелодий.

Выводы на выходе этой схемы обозначены порядковыми числами (с 1-го по 16-й), которые показывают порядковые номера соответствующих долей в сочиняемой мелодии. На­пример, первая нота снимается с вывода 1 микросхемы ИСз, обозначенного как «1-й», вторая нота — с вывода 2, 12-я нота — с вывода 13 и т. д., а последняя нота — с вьь вода 17.

Рассмотрим теперь вторую часть схемы на рис. 10.9, б, С помощью этой схемы получаем нотные звуки (тоны) и усиливаем их. Регулятор диапазона определяет разность по частоте между следующими по порядку нотами, а также общий диапазон частот для всей мелодии.



Регулируя шкалу, можно определить воспроизведение мелодии в высоком, низком или среднем частотном ключе. Регулятор громкости обеспечивает, естественно, установку уровня громкости низкочастотного сигнала.

Такую схему не очень легко изготовить и запрограммиро­вать, т. е. настроить. Для радиолюбителей с небольшим опы­том работы с интегральными схемами рекомендуется сначала изготовить более простые электромузыкальные устройства, прежде чем приступать к данной схеме. Однако не следует отказываться от изготовления схемы только из-за того, что ее трудно настраивать, ибо сама настройка является доволь­но увлекательным делом.

Допустим, что радиолюбитель собрал устройство по схе­мам на рис. 10.9, а и б, но пока не подключил 16 выводов с выхода схемы (рис. 10.9, а) к 16 выводам на вход схемы (рис. 10.9, б). При включении питания устройство не должно вырабатывать никаких звуков в громкоговоритель, в против­ном случае следует проверить весь монтаж.

Далее следует подключить к выходу вывода «1-й» вывод АО на входе, в результате чего будет периодически воспро­изводиться тональный сигнал. Его периодичность можно ме­нять с помощью регулятора темпа. Регуляторы диапазона и шкалы обеспечат изменение высоты тона, а регулятором громкости устанавливается подходящий уровень громкости воспроизведения.

После этого следует подключить выводы А1, ВО, СО и DO на входе к выводу «2-й» на выходе при соединенных выводах «1-й» и АО. При этом схема будет последовательно воспроиз­водить две различные ноты (звука) и довольно длительную паузу, причем первая нота будет более высокая по звучанию, чем вторая.

Эти ноты представляют собой самый высокий и самый низкий тоны частотного диапазона, воспроизводимого схемой. Если их- различие по частоте не удовлетворяет радиолюбите­ля, то диапазон можно отрегулировать с помощью регулятора диапазона, при повороте которого будет слышно различие между тонами. Регулируя шкалу, можно несколько изменять действительные частоты каждого тона, но их разница по частоте остается практически неизменной, так как эта раз­ница устанавливается только регулятором диапазона.



После выбора положений всех регуляторов можно счи­тать, что радиолюбитель отрегулировал схему для воспроиз­ведения нужного мотива. Далее, устранив все соединения, сделанные для воспроизведения двух контрольных нот (то­нов), можно приступать к настройке частоты первой ноты этого мотива.



Рис. 10.9. Принципиальная схема программируемой музыкальной шкатулки.

ИC1 — двойной таймер типа 556; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик тина 7493; ИС3 — дешифратор/демультиплексор из 4 в 16 типа 74154; ИС4 — ИС6 — два четырехвходовыхлогических вентиля И-НЕ тина 74LS20; ИСу — шесть инверторов типа 74LS04; ИС8 — J — К-триггер типа 74LS76; ИС9 — УНЧ типа LM386; R1, R14 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 270 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 27 кОм, 0,25 Вт; Ri — R7 — резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт; R8 — R11, R15 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; Ri2 — резистор 1,5 кОм, 0.25 Вт; R,3 - — потенциометр 50 кОм; Ric — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R17 — потенциометр 500 кОм; С1, С3 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; Сг — конденсатор 0,47 мкФ; С4 — электролитический кон­денсатор 100 мкФ, 35 В; C5 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Гр, — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.



Рис. 10.9. (продолжение).

Первая нота всегда образуется на выходе вывода «1-й» (рис. 10.9, а). Этот вывод можно подключить к любому из четырех групп выводов на рис. 10.9, б и даже более чем к одному выводу, но не в пределах одной и той же группы. Например, вывод «1-й» может быть подключен к выводам АО, ВЗ, С2 и D1 или только к выводу В2, но его нельзя соединять одновременно с выводами ВО и В1.

Как вы заметили, при первоначальной калибровке самая высокая нота была получена при соединении одного из выво­дов на выходе с любым выводом группы А на входе, а самая низкая нота — при подключении одного из выводов на выходе к любым четырем выводам четырех различных групп на входе схемы.

Ниже приведена последовательность подключения выво­дов, дающая постепенное снижение высоты звука (ноты) с изменением частоты.



1. Отсутствие соединений (ноты не воспроизводятся).

2. Выходной вывод с одним выводом из группы А (самая высокая нота).

3. Выходной вывод с одним выводом из группы В.

4. Выходной вывод с одним выводом из групп А и В.

5. Выходной вывод с одним выводом группы С.

6. Выходной вывод с одним выводом из групп А и С.

7. Выходной вывод с одним выводом из групп В и С,

8. Выходной вывод с одним выводом из групп А, В и С.

9. Выходной вывод с одним выводом из группы D.

10. Выходной вывод с одним выводом из групп А и П.

11. Выходной вывод с одним выводом из групп В и D,

12. Выходной вывод с одним выводом из групп А, В и D.

13. Выходной вывод с одним выводом из групп С и D,

14. Выходной вывод с одним выводом из групп А, С и D,

15. Выходной вывод с одним выводом из групп В, С и D.

16. Выходной вывод с одним выводом из групп А, В, С и D (самая низкая нота).

С учетом такой последовательности следует соединять вы­ход вывода «1-й» с выводами на входе до тех пор, пока не получится первая нота подбираемого мотива. Аналогичным образом находится соединение для выхода вывода «2-й», при этом следует избегать более чем одного соединения с любым из выводов на входе. Такт паузы получается, если остается неподключенным (свободным) выход вывода, соответствую­щий тому месту в мотиве, где должна быть пауза.

Подобный подбор мотива требует определенного времени и терпения, но по окончании настройки подобранный мотив будет проигрываться непрерывно, пока будет включено пи­тание. Настройка схемы на определенный мотив остается неизменной и после выключения питания, так что мотив мож­но прослушать в любое время, включив схему.

 

Некоторые сведения о полупроводниковых приборах и интегральных схемах

УВАЖАЕМЫЙ ЧИТАТЕЛЬ!

Ваши замечания о содержании книги, ее оформлении, качестве перевода и другие просим присылать по адресу: 129820, Москва, И-110, ГСП, 1-й Рижский пер., д. 2, издательство «Мир».

УДК 621.3.049.77 + в21.3.049.7в/.774

ХЗб

ББК 32.844.1

Хейзерман Д.

Х35  Применение интегральных схем: Пер. с англ. — M., «Мир», 1984. — 207 с., ил.

Книга американского автора продолжает серию книг по техническому творчеству. В ней рассмотрены схемы высококачественных усилителей для музыкальных инструментов, стереомагнитофонов, радиоприемников и цвето» музыкальных приставок, доступные для самостоятельного изготовления с ис­пользованием интегральных модулей. Много внимания уделено рекомендациям по наладке этих схем с помощью простейших приборов.

Рассчитана на широкий круг читателей, занимающихся самодеятельным техническим творчеством.

 2401000000 — 217      ББК 32.844.1

Х----------------156-84

 041(01)-84       6Ф2Л

Дэвид Л. Хейзерман

 

ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Редактор Л. С. Сысоева.

Художник В. С. Стуликов.

Художественный редактор В. Б. Прищепа.

Технический редактор Н. И. Манохина.

Корректор Т. И. Стифеева

ИБ № 3677

Сдано в набор 17.08.84. Подписано к печати 24.02.84. Фор­мат 60X90 1/16. Бумага типографская Л» 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Объем 6,50 бум. л. Усл. печ. л. 13,00. Усл. кр.-огт, 13,35. Уч.-изд. л. 12,10., Изд. № 20/2753. Тираж 75 000 экз. Зак. 775. Цена 95 коп.

«ИЗДАТЕЛЬСТВО МИР», 129820, Москва, Ил.110, ГСП, 1-й Рижский пер., 2.

Ленинградская типография № 2 головное предприятие ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 198052, г. Ленинград,. Л-52, Измайловский проспект, 29.

OCR Pirat

Несколько советов радиолюбителям

Многие устройства, описанные в данной книге, включаются непосред­ственно в сеть напряжением 120 В [Описанные здесь устройства можно также подключать к сети на-дряжением 127 В. — Прим. ред.]. Следует иметь в виду, что любая неправильно собранная и непроверенная схема, на которую подается на­пряжение питания, является потенциально опасной для человека. Поэтому радиолюбителям, у которых отсутствуют навыки работы с такими схе­мами, рекомендуется обращаться к более опытным товарищам для про­верки изготовленных устройств.

Некоторые из предлагаемых в книге устройств излучают маломощные широкополосные высокочастотные колебания, которые могут создавать помехи для бытовой радио- и телевизионной аппаратуры. Применение усилителей с более высоким коэффициентом усиления, чем рекомендовано в данной книге, или подключение к внешней антенне может привести к нарушению установленных правил пользования изготовленными устрой­ствами.

Дэвид Л. Хейзерман

Глава 1

 

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПОЛЬЗОВАНИЮ КНИГОЙ

Перед новичком, приступающим к построению электрон­ных устройств на основе интегральных схем (ИС), открыва­ется интересный и удивительный мир. Он получает возмож­ность, используя всего несколько недорогих компонентов, за несколько часов собрать такие устройства, создание которых сравнительно недавно потребовало бы знаний, способностей и терпения даже от искушенных радиолюбителей.

Применение интегральных схем позволяет сделать слож­ное простым и дорогое практичным. Интегральная микро­схема — это миниатюрное электронное устройство, состоящее из большого числа простых схем. Благодаря этому сборка какой-либо сложной схемы из многочисленных компонентов (транзисторов и других элементов) упрощается — радиолю­бителю достаточно лишь выбрать необходимую микросхему. Объединение данной микросхемы с другими ИС позво­ляет радиолюбителю создавать устройства, которые ранее были для него недоступны ввиду их конструктивной слож­ности.

При сборке устройств на основе интегральных схем дости­гается существенный экономический выигрыш. Если принять во внимание рыночную стоимость современных радиодеталей, то устройство на основе микросхем обходится покупателю в 40 раз дешевле устройства, собранного на дискретных эле­ментах и выполняющего ту же функцию. В качестве примера можно привести калькулятор, поступивший в продажу в на­чале 60-х годов. В настоящее время калькулятор, распола­гающий теми же вычислительными возможностями, стоит, примерно в 140 раз меньше. К тому же многие устройства, описанные в данной книге, сравнительно недавно радиолюби­тель просто не мог бы создать ввиду их слишком большой сложности и высокой стоимости.

Наконец, интегральные схемы позволяют значительно со­кратить время изготовления устройств благодаря тому, что большинство их наиболее сложных узлов продается уже в ви-де готовых микросхем. Поэтому от радиолюбителя требуется лишь включение соответствующих микросхем в определен­ной последовательности и сборка, которая при использовании транзисторов и радиоламп занимала обычно много дней, те­перь может быть выполнена за один вечер,

Если радиолюбитель уже имеет навыки работы с интег­ральными схемами, приобретенные из других источников, то данная книга ему также будет полезна. Хотя большинство устройств здесь рассчитаны на начинающих, опытные радио­любители найдут в книге множество полезных советов по применению простых интегральных схем для изготовления более сложных, интересных и полезных устройств. Эти советы рассчитаны на более опытных радиолюбителей с целью раз­вития у них инженерных навыков.

Короче говоря, в данной книге найдутся сведения для людей с различным уровнем опыта и знаний в области радио­электроники. Чтобы извлечь максимум пользы, радиолюби­телю следует постепенно накапливать свой опыт и знания. Начиная с изучения различных устройств и изготовления простых забавных игрушек, подойти к созданию более слож­ных изделий.



1.1. Выбор устройства

В данной книге на выбор предлагается свыше 100 различ­ных устройств (некоторые из них предложены в нескольких вариантах) и дается ряд общих рекомендаций для изготовле­ния более сложных устройств. И в то время как опытный радиоконструктор может просто выбрать то или иное устрой­ство, новичок растеряется от такого обилия вариантов.

Если у радиолюбителя нет уверенности, на чем остано­виться, или с чего начать, то следует сначала просмотреть оглавление. В соответствии с названиями глав в книге опи­сываются примерно 13 групп различных устройств, в том числе световые коммутаторы и звуковые сигнализаторы, простые схемы аварийной сигнализации и т. д.

В результате одна из тем, упомянутых в оглавлении, ув­лечет воображение радиолюбителя, что и послужит началом его работы. Вообще радиолюбителю не обязательно соблю­дать какую-либо последовательность выбора устройств для разработки, но настоятельно рекомендуется выбирать устрой­ства, соответствующие его возможностям и способностям. В каждой главе рассматриваются как весьма простые, так и бо­лее сложные устройства. Радиолюбитель должен сам решить, какое устройство в данной главе ему больше подходит.

Просматривая описания устройств в какой-либо главе, часто можно встретить общие рекомендации по выбору источ­ников питания постоянного тока. Иногда на схемах и в спе­цификациях к ним указывается определенный источник пи­тания, например батарея напряжением 9 В. В других случаях выбор источника питания для конкретного применения предот ставляется самому радиолюбителю.

В случае возникновения любых вопросов по источникам пи­сания радиолюбителю следует обратиться к соответствующим разделам в гл. 2, так как сначала ему придется изготовить один из описанных источников питания, прежде чем можно будет включить собранное устройство.

Таким образом, выбрав интересующую вас тему, надо отыскать затем в соответствующей главе нужное устройство. После этого необходимо полностью прочитать описание выб­ранного устройства, чтобы убедиться, что оно выполняет именно то, что требуется.


Иногда полезно и поучительно так­ же прочитать описание нескольких устройств одного и того же класса. При этом могут встретиться два различных уст­ройства, выполняющие в основном одинаковые функции. Смысл здесь состоит в том, чтобы радиолюбитель имел воз­можность собрать устройство из уже имеющихся у него ра« диодеталей или из купленных.

 

1.2. Проверка правильности выбора устройства

После выбора устройства радиолюбителю следует внима-тельно прочитать его описание и изучить соответствующую принципиальную схему с тем, чтобы убедиться, что все сим­волы и обозначения понятны. Он должен также подробно изучить спецификацию к принципиальной схеме.

Первое, что может вызвать трудность, — это смысл симво­лов и обозначений на рисунках принципиальных схем. В этом помогут разобраться примеры обозначений и пояснения к ним, приведенные в прилож. 1.

Для данной книги характерны две особенности использо­вания обозначений, о которых должен знать радиолюбитель. Номера выводов интегральных схем приводятся на принци­пиальных схемах не по порядку. Например, вывод 3 какой-либо интегральной схемы может оказаться рядом с выводом б, хотя в самой интегральной схеме эти выводы отделены друг от друга выводами 4 и 5.

Как показано во многих примерах прилож. 2, номера вы­водов интегральных схем отсчитываются одинаково. Вывод 1, радиолюбитель может отыскать с помощью ключа (метки), расположенного на интегральной схеме сверху. Таким клю­чом может быть небольшая зарубка с одного края интеграль­ной схемы или маленькая точка на пластмассовом корпусе рядом с выводом 1. Большинство упомянутых в данной книге интегральных схем имеет оба вида ключей.

Расположив микросхему так, чтобы ключ в виде зарубки находился сверху, можно определить номера остальных выч водов. Если на микросхеме ключ в виде точки, то он окажет­ся в верхнем углу. В любом случае в верхнем левом углу на­ходится вывод 1, а остальные выводы имеют нумерацию про­тив часовой стрелки, т.


е. вывод с наибольшим номером, окажется в верхнем правом углу. Проверить способ опреде­ления номеров выводов можно на примере интегральных схем (вид сверху), приведенных в прилож. 2.



Рис. 1.1. Два вида обозначе­ния пересекающихся и электри­чески соединяющихся провод­ников: а) старое обозначение, не используемое в этой книге; б) новое обозначение, приня­тое в данных принципиальных схемах.

В некоторых книгах и журналах для начинающих радио­любителей микросхемы даются в принципиальных схемах с номерами выводов по порядку, т, е, так, как они располо­жены при виде на интегральную схему сверху. Хотя на пер­вый взгляд для облегчения сборки схемы начинающим радио­любителям это и удобно, она выглядит более сложной, чем на самом деле. В принципиальных схемах настоящих элек­тронных устройств редко можно встретить изображения микросхем с расположением вы­водов по порядку номеров, по­скольку это слишком усложняет рисунок.

Итак, вывод 5 будет всегда третьим выводом, считая от верхнего левого угла интеграль­ной схемы (вид сверху), неза­висимо от того, где он нарисо­ван в принципиальной схеме. По­этому можно часто встретить эле­менты одной и той же интеграль­ной схемы в различных местах принципиальной схемы. Предпо­ложим, что интегральная схема, обозначенная в спецификации ИСб, имеет в своем составе че­тыре отдельных элемента или узла, которые используются в че­тырех различных местах принци­пиальной схемы. Для удобства восприятия на принципиальной схеме различным частям микро­схемы (узлам, элементам) дается дополнительное буквенное обозначение. Так, радиолюбитель в одном месте найдет обо­значение ИС6-А, в другом месте — ИС6 — Б, а в третьем и чет­вертом местах — ИСе-в и ИС6-г. Все эти части находятся в корпусе одной микросхемы, и для их подключения исполь­зуются выводы с различными номерами.

Цель этого — получение принципиальной схемы в наибо­лее понятной форме. Попытка расположить все части микро­схемы в пределах одного общего прямоугольника лишь ус­ложнит принципиальную схему.



Наконец, следует различать на принципиальной схеме про­водники, которые соединяются вместе (припаиваются), и проводники, пересекающие друг друга без пайки. На рис. 1.1 Для сравнения приведено старое обозначение и новое обозна­чение, принятое в данной книге. На рис. 1.1, а электрическое соединение проводников показано темной точкой. Проводники, пересекающиеся на принципиальной схеме, но электрически не соединяемые друг с другом, вырисовываются с изгибом в одном из них. Это обозначение, как устаревшее, в данной книге не применяется.

В новом обозначении, которое введено в связи с растущим использованием довольно сложных интегральных схем, исклю­чен изгиб в точке пересечения электрически не соединяю­щихся проводников (рис. 1.1,6). Таким образом, два провод­ника на принципиальной схеме, пересекающиеся при наличии черной точки, электрически соединяются. Проводники же, пересекающиеся без черной точки, электрически не соеди­няются.

Необходимо знать не только значение всех символов на принципиальной схеме, но и способы подсоединения компо­нентов. Иногда вовсе не имеет значения, какими концами включаются в схему некоторые компоненты. Например, ре­зисторы с постоянным сопротивлением и конденсаторы не­большой емкости могут включаться произвольно.

Однако весьма важное значение имеет правильное вклю­чение других элементов. Так, светодиоды имеют два вывода, порядок включения которых в отличие от резисторов и кон­денсаторов малой емкости имеет весьма существенное значение: при обратной полярности соединения светодиод за­гораться не будет. Обратное включение электролитических конденсаторов может привести к выходу их из строя. Если радиолюбитель не умеет определить вывод 1 и последующие остальные номера выводов интегральных схем, то бесполезно пытаться использовать их в устройстве; обратное включение силового трансформатора может привести к серьезным по­следствиям.

Однако не следует огорчаться заранее. В прилож. 2 при­водятся необходимые сведения о соответствии между симво­лами и обозначениями, применяемыми в принципиальных схемах, и о способах практического подключения радиоком­понентов.


Приложение 2 включает довольно обширную ин­формацию, но радиолюбителю необходимо отыскать лишь компоненты, используемые в выбранном устройстве.

 

1.3. Подбор радиокомпонентов

Список радиокомпонентов (спецификация), имеющийся в каждой принципиальной схеме, позволяет радиолюбителю подобрать все необходимые элементы для сборки выбранного устройства. Номиналы, данные по каждой радиодетали в спецификации, нужны для правильного их подбора. Можно также использовать радиодетали из старых, ранее собранных радиолюбителем устройств. При выборе радиодеталей радио­любитель должен строго придерживаться данной специфи­кации. Большинство описываемых в данной книге устройств максимально упрощено, поэтому они не могут работать без какого-либо компонента.

 

1.4. Изготовление макета выбранного устройства

Предположим, что радиолюбитель выбрал устройство, изу­чил принципиальную схему, убедился, что он понял, как ее собирать, и подобрал все необходимые радиодетали. Следую­щим этапом после этого должна быть сборка промежуточного варианта или макета.

Опытные радиотехники и радиоинженеры считают сборку макета необходимой перед окончательным изготовлением уст­ройства. Закон Мёрфи «Если что-нибудь может пойти не так, то так оно и будет» общепризнан как неписанное правило на всех уровнях в радиоэлектронике. И когда что-то идет не так, гораздо проще искать и устранить неисправности во времен­ном макете устройства, чем в его окончательном варианте. Ибо одно неправильное соединение может сразу перечеркнуть все то время, деньги и усилия, затраченные на изготовление устройства в окончательной сборке.

Макетирование устройств на основе интегральных схем практикуется сейчас настолько широко, что промышленность начала выпускать конструкторские наборы, упрощающие эту задачу. Основным элементом таких наборов при макетирова­нии является беспаечная соединительная плата.

На такой соединительной плате за несколько секунд мо­гут монтироваться почти любые используемые в схемах ра­диодетали, включая интегральные микросхемы.


На рис. 1. 2 показан один из примеров беспаечной соединительной платы. Соединительные платы выпускаются различных размеров. Некоторые из устройств, описанных в данной книге, требуют применения плат больших размеров. При желании радиолки битель может использовать две платы меньших размеров, но более удобно и выгодно приобрести одну большую соедини­тельную плату.

Все указанные в данной книге резисторы, за исключением нескольких постоянных резисторов, имеют номинальную мощ­ность 0,25 Вт. Резисторы с более высоким номиналом мощ­ности из-за увеличенных размеров выводов невозможно мон­тировать на соединительной плате.

Некоторые беспаечные соединительные платы выпускаются с вмонтированным источником питания, что весьма удобно, но дорого. Поэтому экономически более выгодно приобрести более дешевую плату и изготовить один из источников пи­тания, описанных в гл. 2.



Рис. 1.2. Пример сборки макета на беспаечной соединительной плате.

Итак, радиолюбителю для начала при сборке устройств следует иметь в наличии беспаечную соединительную плату. Если макет полностью выполнил свои функции и больше не нужен, то его можно разобрать и использовать эти радиоде­тали для других целей. После сборки макета необходимо проверить его работу. Если макет вообще не работает, то следует снова проверить всю монтажную схему и правиль­ность применения радиодеталей по спецификации с целью устранения возможных ошибок. В разд. 1.5 приведены неко­торые рекомендации по проверке электронных схем.

Радиолюбителя может также не удовлетворять работа собранного устройства. Возможно, что он ожидает одного ре­зультата, а на деле устройство работает совсем иначе. В этом случае изготовление первоначального макета позволит сэко-номить время, которое было бы затрачено на сборку оконча­тельного варианта устройства.

Использование макета дает возможность большого выбора радиодеталей с другими номинальными значениями парамет­ров. В описаниях некоторых устройств предлагается исполь­зовать радиодетали с разными номиналами для получения тех или иных результатов.


В этих случаях макет позволяет быстро и легко заменить одни радиодетали другими.

Применение макетов обеспечивает также огромные воз­можности для изучения различных устройств и в основном электронной аппаратуры на базе интегральных схем. Радио­детали и точки соединения в макете легко доступны для под­ключения контрольно-измерительных приборов. Подбирая ра­диодетали с различными номинальными величинами, можно определять их влияние на работу устройства в целом. Затра­тив вечер на работу с макетом, радиолюбитель приобретает опыт и знания, которые дает целый курс занятий в специали­зированном кружке по радиоэлектронной технике.

 

1.5. Рекомендации по поиску и устранению неисправностей

Большинство впервые собранных и проверенных схем обычно работает не так, как требуется, что соответствует уже упомянутому закону Мёрфи, распространяющемуся как на опытных радиолюбителей, так и на новичков. Если схема работает абсолютно правильно, то либо радиолюбитель при сборке был очень внимательным, либо ему очень повезло.

Первое, чего не должен делать радиолюбитель, если схема не работает, — это предаваться панике. Не следует сердить-ся на радиодетали и затрачивать излишние эмоции, которые можно было бы поберечь для пользы дела. Для начала надо посмотреть, нет ли ошибок в монтажной схеме, так как каж­дый радиолюбитель то и дело допускает ошибки такого рода, И чем сложнее схема, тем больше вероятность сделать ошиб­ку, особенно если радиолюбитель собирает ее частями, т. е, делает несколько соединений в один вечер, несколько соеди­нений в следующий вечер и т. д.

При этом необходима двойная проверка по принципиаль­ной схеме с тем, чтобы убедиться, что каждый проводник подсоединен и находится на своем месте. Надо проверить также полярность подключения радиодеталей, правильность определения номеров выводов интегральных схем и все про­чие подобные факторы. Следует иметь в виду, что пропущен­ное или неправильное соединение или перепутанная поляр­ность могут полностью вывести схему из строя.



Теперь допустим, что даже после двойной проверки схема все же не работает. В этом случае нужно воспользоваться контрольно-измерительными приборами. Практически для проверки любого из устройств, описанных в данной книге, достаточно иметь лишь один многофункциональный измери­тельный прибор, хотя иногда могут потребоваться и более сложные приборы.

Следует проверить напряжение источника питания и убе­диться, что оно находится в заданных пределах. Так же надо проверить полярность подключения источника питания, чтобы исключить возможное перепутывание клемм «плюс» и «ми­нус». Затем с помощью вольтметра необходимо измерить на­пряжение питания на всех интегральных схемах. На принци­пиальной схеме обычно указано, какие выводы подключаются к положительной клемме, а какие — к отрицательной. Такая проверка может выявить неправильные соединения, которые остались незамеченными при визуальном осмотре.

Если, например, на выводе 14 определенной интегральной схемы должно быть напряжение +5 В, а практически его нет, то несомненно, что отсутствует контакт. Такая неисправность связана либо с некачественными соединениями в плате ма­кета, либо с внутренним обрывом в проводнике, что не обнаруживается при визуальном осмотре. В то же время с помощью вольтметра такая неисправность обнаруживается очень легко.

Существует также вероятность того, что радиолюбителю попадается неисправный полупроводниковый прибор — свето-диод, диод, транзистор или интегральная схема. Эти радио­детали сами по себе не выходят из строя, так что радиолюби­тель должен допускать возможность того, что они пришли в негодность раньше, возможно, при неправильном включении в другой схеме. Если источник поступления радиодеталей на­дежен, такие дефекты сводятся к минимуму.

Независимо от причин неисправности единственной досто­верной проверкой является замена отказавшего полупровод­никового прибора на заведомо годный. Для новичков это мо­жет показаться довольно трудоемким, поскольку будет Означать замену последовательно каждого полупроводнико­вого прибора в изготовляемой схеме.



Опытным радиолюбителям не придется прибегать к пол­ной переделке схемы, так как они знают назначение каждого компонента в схеме. И если какой-либо компонент не выпол­няет этого назначения, то он является наиболее вероятным кандидатом для замены.

В случае если все проверки и перепроверки не дадут поло­жительного результата, радиолюбитель должен сначала выя­вить свои собственные ошибки, а затем уже переходить к поиску неисправных полупроводниковых приборов (пассив­ные радиодетали, такие, как резисторы и конденсаторы, отка­зывают крайне редко).

 

1.6. Сборка окончательного варианта схемы

Если схема работает нормально, радиолюбитель может изготовить окончательный вариант выбранного устройства. Однако, прежде чем сделать это, надо подумать, поскольку изготовление окончательного варианта требует больших за­трат во времени и средств, чем изготовление устройства в виде макета.

Для окончательного изготовления устройства необходимо иметь две вещи: средства для монтажа радиодеталей и кор­пус. Переключатели, шкалы и лампочки или светодиоды мон­тируются обычно на корпусе, но бывают исключения, так что в этих случаях радиолюбителю поможет здравый смысл. Малогабаритные компоненты, чтобы они не были на виду, монтируются на внутренней плате.

Для монтажа радиодеталей сейчас выпускаются платы нескольких типов. Самым удобным, но и самым дорогостоя­щим является использование собранного макета, который раз­мещается в корпусе вместе с другими необходимыми компо­нентами. Такой способ нежелателен, если радиолюбитель намерен использовать ту же беспаечную соединительную плату для изготовления макетов других устройств.

Другим способом монтажа радиодеталей является при­клеивание резисторов и конденсаторов на одной стороне платы с отверстиями. При таком способе для монтажа транзисторов и интегральных схем необходимо использовать гнезда, причем такие гнезда или держатели так же приклеиваются. После этого к контактам и выводам радиодеталей подпаиваются отрезки проводников с обратной стороны платы.


Такой способ монтажа является как дешевым, так и сравнительно простым.

Третий способ монтажа радиодеталей является разновид­ностью второго. При этом пайка отрезка проводников к кон­тактам и выводам производится аналогичным образом, но пассивные компоненты и гнезда или держатели ставятся не на клей, а припаиваются. Для этого используется специальная плата с площадками медной фольги с одной стороны платы. На такой плате всегда имеются несколько площадок и отвер­стий, электрически соединенных между собой через фольгиро-ванные проводники, что упрощает прокладку и припайку необходимых проволочных проводников. Такой способ яв­ляется более дорогим, чем использование простых плат с от­верстиями, но схемы при этом получаются аккуратнее и на­дежнее.

Четвертый, совершенно отличный от описанных выше спо­соб монтажа радиодеталей предусматривает изготовление специальной печатной платы. Для этого требуется выполне­ние значительной работы по ее проектированию, но в конеч­ном итоге получается более аккуратная и простая для сборки схема, чем при изготовлении первыми тремя способами.

Процесс изготовления печатной платы с необходимым ри­сунком печатных проводников начинается с выбора односто­ронней фольгированной платы из гетинакса или стеклотексто­лита. Далее изготовляется рисунок общего расположения ра­диодеталей на плате и в точках нахождения их выводов или контактов просверливаются отверстия необходимого диамет­ра. При продумывании общего расположения радиодеталей следует иметь в виду, что сами радиодетали будут монтиро­ваться на изолированной стороне платы, а пайка их выводов и контактов — с фольгированной стороны платы. При этом отсчет номеров выводов интегральных схем должен произво­диться в обратном порядке относительно их расположения на виде сверху. Другими словами, вывод 1 будет первым штырьком в правом верхнем углу, а остальные выводы отсчи­тываются в направлении по часовой стрелке.

После выбора расположения радиодеталей и просверли­вания монтажных отверстий необходимо нанести специаль­ную, стойкую к травлению пасту на медную фольгу вокруг каждого отверстия и в местах прохождения будущих провод­ников между контактными площадками. При этом ни в коем случае не следует забывать, что номера выводов интеграль­ных схем отсчитываются в обратном порядке!



По окончании вычерчивания на фольге проводников и кон­тактных площадок надо проверить правильность нанесения рисунка и толщину слоя пасты. При необходимости изменить рисунок, нанесенный на медную фольгу, нужно удалить на этом месте пасту, воспользовавшись обычной карандашной резинкой. Последующая операция травления напоминает, в некотором роде процесс проявления фотоснимков, но при этом темной комнаты не требуется. Для выполнения травле­ния плата помещается фольгой вверх в неглубокую неметал­лическую кювету, в которую заливается травящий раствор до уровня, обеспечивающего полностью погруженное состояние платы. При легком покачивании кюветы можно видеть, как незащищенная медная фольга постепенно растворяется. Вся операция травления занимает примерно 20 мин и заканчи-вается после полного растворения медной фольги, за исклю­чением нанесенного пастой рисунка. Затем производится про­мывка проточной водой в течение не менее чем 10 мин. За­щитная паста может быть удалена любым углеводородным растворителем, включая раствор для смывания маникюра. После промывки зачистка печатного рисунка производится порошковой окисью железа или мелкозернистой шкуркой.

При правильном выборе расположения радиодеталей и выполнении травления остальная часть работы довольно про­ста. Радиодетали монтируются в соответствующих отвер­стиях и затем припаиваются. Таким образом, радиолюбите­лем изготовляется собственная печатная плата для выбран­ного устройства. Все четыре описанных способа монтажа имеют свои преимущества и недостатки, так что оптималь­ный их выбор остается за самим радиолюбителем.

После размещения собранной платы в корпусе необходи­мо удостовериться, что ни одно соединение не касается ме­таллических поверхностей. Одним из надежных способов исключения таких касаний является использование корпуса собственной конструкции из пластмассы или дерева. Подхо­дящий по размерам и форме корпус можно найти также в магазине.

Окончательная сборка устройства весьма проста и вклю­чает просверливание в корпусе нескольких отверстий для установки переключателей, лампочек и потенциометров, а также припаивание нескольких проводников между лицевой панелью корпуса и платой.


Следует сделать эти проводники по возможности длиннее, чтобы удобно было снять лицевую панель, когда понадобится сменить батареи питания или удалить неисправности в схеме. В целом устройство должно быть аккуратным и компактным, однако не следует забывать также о простоте доступа к радиодеталям, которые со вре­менем могут потребовать проверки или замены.

 

Глава 2

 

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Для любого электронного устройства, будь то сложная ЭВМ или простой светосигнализатор, необходим источник электроэнергии. Поэтому каждая схема, описанная в данной книге, имеет определенный источник питания, причем, как правило, источник питания постоянного тока.

Наиболее подходящим источником электроэнергии, осо­бенно для описанных здесь маломощных устройств, являют­ся сухие батареи. В наши дни такие батареи широко изве­стны всем, так что описывать их подробно нет необходимо­сти. Другой подходящий источник — бытовая электросеть, обеспечивающая переменное напряжение 127 или 220 В. К сожалению, весьма мало интегральных схем могут вклю­чаться непосредственно в сеть. Обычно необходимо включе­ние преобразователя между сетью с напряжением 127 или 220 В и низковольтными устройствами, питающимися по­стоянным током. Такой преобразователь называется вторич­ным источником питания.

В данной главе наряду с использованием батарей уде­ляется большое внимание изготовлению источников питания постоянного тока. Как упоминалось выше, источник питания необходим радиолюбителю в любом устройстве. В некоторых случаях удобно использовать батареи, однако бывают ситуа­ции, когда лучше применить какой-либо другой источник пи­тания постоянного тока. И чем больше радиолюбитель будет знать с самого начала об этих источниках питания, тем луч­ше он будет подготовлен к изготовлению, проверке, наладке И применению устройств, описываемых в последующих гла­вах.

 

2.1. Батареи для электронных устройств

Батареи обычно подразделяются по величине напряжения, вырабатываемого в состоянии полной зарядки.


Наиболее ши­роко распространены номинальные напряжения 1,5; 6; 9 и 12 В. Из этой группы в небольших бытовых электронных устройствах чаще используются батареи напряжением 1,5 к 9 В. Батареи напряжением 6 и 12 В обычно применяются в устройствах с высоким потреблением мощности и в данной книге для описанных устройств не используются,

Тем не менее радиолюбитель встретит некоторые устрой­ства, где требуются напряжения 3 и 6 В. В этих случаях мо­гут использоваться две или четыре последовательно вклю­ченные батареи напряжением 1,5 В для получения нужного номинального напряжения. Например, получить напряжение 3 В можно путем подключения клеммы «-(-» батареи напря­жением 1,5 В к клемме « — » другой аналогичной батареи, а к двум другим клеммам этих батарей подсоединить само устройство.

Источник питания напряжением 6 В можно получить ана­логичным образом из четырех батарей напряжением 1,5 В., Для этого батареи соединяются попеременно положитель­ными и отрицательными клеммами, а к свободным положи­тельной и отрицательной клеммам подключается выбранное устройство. Одним из наиболее удобных способов последо­вательного соединения батарей является использование спе­циального держателя батарей, в котором уже имеются внут­ренние соединения.

В настоящее время промышленностью выпускаются 1,5-вольтные батареи нескольких типов, в том числе АА, С и D. Батареи типа АА — самые миниатюрные, типа С — несколько больших размеров и используются часто в портативных элек­тронных устройствах, например магнитофонах и радиоприем­никах. Более крупные батареи обычно применяются в мощ­ных фонарях.

Какими электрическими параметрами отличаются батареи этих типов? Батареи всех трех типов при правильном под­ключении к схеме вырабатывают в полностью заряженном состоянии напряжение 1,5 В. Таким образом, они имеют оди­наковое выходное напряжение, но по-разному его выраба­тывают. Чем больше размеры батареи, тем больше ее ем­кость, а для описанных в книге устройств это означает более длительное время их работы от такой батареи.


Следователь­но, батареи типа С обеспечивают более длительную непре­ рывную работу устройства, чем батареи типа АА.

Однако это вовсе не означает, что радиолюбителю следует выбирать более крупные батареи. Хотя они и увеличивают длительность непрерывной работы устройства, их размеры слишком велики. Использование же четырех батарей типа D для питания маломощных устройств, расходующих несколько микроватт мощности, непрактично.

Как правило, рекомендуется использовать батареи типа АА, когда это позволяет требуемая мощность, расходуемая выбранными устройствами. Большинство современных интег­ральных схем потребляет весьма малую мощность, поэтому в большинстве случаев выбор таких батарей будет наиболее оптимальным.

Батареи напряжением 9 В выпускаются одного типораз­мера. Более современные образцы батарей этого типа имеют повышенную емкость, но их более высокая стоимость вряд ли оправдывает их использование в описанных в данной кни­ге устройствах,

В отдельных устройствах радиолюбитель встретит вариант использования двух последовательно включенных 9-вольтных батарей, которые образуют источник питания напряжением 18 В. Такое напряжение необходимо лишь для некоторых наиболее сложных интегральных схем, выполненных на МОП-транзисторах. Эти 9-вольтные батареи имеют прямоуголь­ную форму и их наиболее удобно подключать с помощью спе­циальных зажимов.

Итак, практически в большинстве устройств с батарейным питанием, описанных в данной книге, применяются 1,5- или 9-вольтные батареи. При этом не имеет существенного зна­чения, являются ли батареи подзаряжаемыми или нет. Ни в одном из описываемых в книге устройств специально не требуется использования подзаряжаемых батарей (аккуму­ляторов), но при их подключении устройства будут работать так же хорошо, как и с сухими батареями.

Еще одна рекомендация относительно батарей: не следует использовать ртутные батареи. Несомненно, такие батареи обладают рядом достоинств, но имеют и ряд существенных недостатков, в том числе необходимость осторожного обра­щения при подключении к схеме, в которой возможны ко­роткие замыкания (что весьма часто бывает в радиолю­бительской практике).



 

2.2. Несколько замечаний о разряженных батареях

Конечно, нет ничего предосудительного в использовании батарей для электропитания электронных устройств, однако это не лучший способ питания экспериментальных схем. Ба­тареи разряжаются в процессе работы, вырабатывая со вре­менем все меньшую и меньшую энергию. Теперь допустим, что радиолюбитель только что закончил изготавливать одно из описанных в книге устройств и ждет с нетерпением, ко­гда оно заработает. Он подключает батарею с необходимым напряжением и... ничего не происходит. Радиолюбитель мо­жет затратить массу времени на поиски неисправности, тогда как единственной причиной неработоспособности схемы яв­ляется использование разряженных батарей.

Для исключения таких неприятностей следует использо­вать комплект новых батарей всякий раз, когда радиолюби­тель включает только что собранное устройство. Однако такой подход не всегда является достаточно практичным. Лучшим решением является применение вместо батарей элек­тронного источника питания. Когда радиолюбитель удосто­верится, что устройство находится в исправном состоянии, он может вместо источника питания подключить годные ба­тареи.

Как было указано выше в данной главе, источники пита­ния представляют собой электронную схему, преобразующую переменное напряжение бытовой электросети в более низкое напряжение постоянного тока, необходимое для питания ин­тегральных микросхем. Любой радиолюбитель, задумавший изготовить ряд различных устройств, должен иметь источник питания на соответствующее номинальное напряжение, о чем пойдет речь ниже.

 

2.3. Стабилизированный источник питания

постоянного тока 1 А напряжением 5 В

Стабилизированный источник питания постоянного тока 1 А напряжением 5 В является одним из самых полезных для радиолюбителя (рис. 2.1). Такой источник питания исполь­зуется для всех интегральных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) и применяется для большин­ства интегральных схем.





Рис. 2.1. Принципиальная схема стабилизированного источника питания постоянного тока 1 А напряжением 5 В.

MB1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа, на напряжение 60 В и ток 6 А; СН1 — стабилизатор напряжения типа 7805 на напряжение 5 В при токе 1 А; C1, С2 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 50 В; Tpi — силовой трансформатор с выходным напряжением 12,6 В при токе 1,2 А; Л1 — неоновая лампочка на на­пряжение 120 В.

Этот источник питания называется стабилизированным в силу того, что его выходное напряжение 5 В остается неиз­менным при любых токах до 1 А. В противоположность это­му в нестабилизированных источниках выходное напряжение питания падает по мере увеличения потребляемого питае­мым устройством тока, что весьма нежелательно в устрой­ствах на интегральных схемах многих типов.

Через сетевую вилку переменное напряжение 120 В по­ступает на первичную обмотку силового трансформатора Три Переключатель Кл1 используется для включения и выключе­ния сети, а сигнальная лампочка Л1 указывает на наличие или отсутствие питания.

Радиолюбителю следует обратить особое внимание на монтаж и проверку этой схемы, поскольку на первичную обмотку силового трансформатора подается сравнительно высокое напряжение 120 В, которое может вызвать травмы и даже смертельный исход, если не относиться к этому как следует. Радиолюбитель, не имеющий опыта сборки подоб­ных схем, должен проверить собранную схему вместе с бо­лее опытным товарищем, прежде чем включить ее в сеть.

Во вторичной обмотке трансформатора напряжение по­нижается до 12 В и в худшем случае (если радиолюбитель в чем-то ошибся) силовой трансформатор перегорает. При нормальной работе схемы стабилизатор немного нагревает­ся, что не должно вызывать у радиолюбителя никакого бес­покойства. Можно несколько охладить стабилизатор путем его монтажа на теплоотводе, который либо покупают, либо изготавливают сами из квадратной алюминиевой пластины. В любом варианте необходимо, чтобы входные и выходные выводы стабилизатора не касались теплоотвода,



 

2.4.        Стабилизированный источник питания

постоянного тока 1 А напряжением 12 и 15В

В случае необходимости иметь напряжение питания 12 или 15 В радиолюбитель может изготовить вариант стаби­лизированного источника питания, описанного в разд. 2.3. Для получения напряжения 12 В используется принципиаль­ная схема с соответствующей спецификацией на рис. 2.1, но вместо стабилизатора типа 7805 вводится стабилизатор типа 7812, что довольно просто. Для получения напряжения 115 В используется та же принципиальная схема, но с заме­ной силового трансформатора и стабилизатора напряжения: Тр — силовой трансформатор с выходным напряжением 24 В при токе 1,2 А, стабилизатор напряжения — типа 7815.

 

2.5. Экономичные нестабилизированные источники питания постоянного тока напряжением 12 В

В некоторых электронных устройствах совсем не требует­ся использования стабилизированного напряжения питания. В таком случае можно изготовить гораздо более простой и дешевый источник питания, чем его стабилизированные ана­логи. Иногда можно также временно использовать нестаби­лизированный источник питания для проверки схемы. В дру­гих случаях радиолюбитель может ввести простой источник питания непосредственно в собранное устройство.

Основная принципиальная схема нестабилизированного .источника питания приведена на рис, 2.2, при этом спецификация дана для маломощного источника питания с выход­ным током 0,25 А. В нестабилизированных источниках пита­ния напряжением 12 В для более конкретных целей необхо­димо произвести замены, о которых речь пойдет ниже.

Принципиальная схема на рис. 2.2 весьма напоминает схему стабилизированного источника питания напряжением 5 В и отличается от нее отсутствием стабилизатора напря­жения. Кроме того, здесь необходим предохранитель, по­скольку при возникновении коротких замыканий схема ав­томатически не выключается, как это обеспечивается в ста­билизаторах напряжения типа 7800.





Рис. 2.2. Экономичный источник питания напряжением 12 В при токе 0,25 А.

МВ1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В и ток 1 А; С, — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Тр, — силовой трансфор­матор с выходным напряжением 12 В при токе 300 мА; Пред1 — предохранитель 0,25 А.

Радиолюбитель должен учитывать, что этот источник яв­ляется нестабилизированным, т. е. при отсутствии нагрузки выходное напряжение в нем может доходить до 18 В. Но­минальное напряжение 12 В вырабатывается источником лишь при номинальном потребляемом токе, а с его увеличе­нием выходное напряжение падает. Ввиду подобных коле­баний выходного напряжения рекомендуется перед включе­нием в сеть с помощью переключателя Кл1 подсоединить к источнику питания нагрузку, т. е. изготовленное устройство. В этом случае на устройство будет подано 12 В вместо на­пряжения 18 В, которое может вывести из строя интеграль­ные схемы на дополняющих или обычных МОП-транзисто­рах.

Для изготовления других вариантов источника питания необходимо внести изменения в спецификацию. 1) Нестабилизированный источник напряжения 12 В при токе 1 А:

Tp1 — силовой трансформатор на напряжение 12,6 В при токе 1,2 А;

MB1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 А;

Пред1 — предохранитель 1 А,

2) Нестабилизированный источник напряжения 12 В при токе 3 А:

Tpi — силовой трансформатор на напряжение 12,6 В при

токе 3 А; MBi — двухполупериодный выпрямитель мостового типа

на напряжение 50 В при токе 6 А; Пред! — предохранитель 3 А.

 

2.6. Источник питания напряжением 5 и 12 В

Современной электронной промышленностью выпускают­ся интегральные схемы нескольких типов, и при применении в некоторых устройствах разнотипных интегральных схем могут потребоваться разные напряжения питания. В этом случае радиолюбителю необходимо иметь источник питания с несколькими выходными напряжениями.



Рис. 2.3. Источник питания напряжением 5 и 12 В.



МВ1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В и ток 6 A; CHi — стабилизатор напряжения типа 7805; Тр, — силовой трансформатор С выходным напряжением 12,6 В при токе 1,2 A; Ct, С2 — электролитический кон­денсатор 100 мкФ, 35 В.

Наиболее полезным сочетанием являются напряжения 5 и 12 В постоянного тока, одинаковый положительный знак которых позволяет использовать общее заземление. При этом можно изготовить два отдельных источника питания, под­ключить общие соединения и получить таким образом один источник с двумя выходными напряжениями. Это в данном случае неэкономично, так как приходится использовать два дорогостоящих силовых трансформатора.

Существует более рациональный способ изготовления источника питания с одним силовым трансформатором и дву« мя выходными напряжениями, .принципиальная схема кото­рого показана на рис. 2.3. Этот источник выполнен по схеме, обеспечивающей получение стабилизированного напряжения б В при токе 1 А. Нестабилизированное напряжение +12 В снимается непосредственно с выхода выпрямителя мостового типа, т. е. до стабилизатора напряжения, причем в обоих случаях предусмотрена общая шина заземления. Отсутствие стабилизации напряжения 12 В не должно смущать радио­любителя, поскольку интегральные схемы с таким напряже­нием питания обычно рассчитаны на возможные его колеба­ния. Однако в цепи с напряжением 12 В следует поставить предохранитель, поскольку в ней не обеспечивается автома­тическое выключение, которое реализуется в цепи стабили­затора с напряжением 5 В.

 

2.7. Нестабилизированный источник напряжений + 6 В

В отдельных устройствах радиолюбитель может встре­тить интегральные схемы, требующие двух напряжений пи­тания одинаковой величины, но противоположной полярно­сти. Источник питания, описанный в данном разделе, может пригодиться в устройствах, где требуются напряжения +6 и — 6 В с общим заземлением.



Рис. 2.4. Источник питания напряжением ±6 В.

MB1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 A; Tp1 — силовой трансформатор с отводом и с выходным напряжением 12,6 В; C1, С2 — электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 В; Предг, Пред2 — предохранитель 0,5 А.



Следует отметить, что этот источник существенно отли­чается от источника с двумя выходными напряжениями, опи­санного в разд. 2.6 (рис. 2.3). В том источнике получаются два различных положительных напряжения, а в этом — по­ложительное и отрицательное напряжения.

При использовании трансформатора, указанного в спе­цификации к рис. 2.4, во внешнюю схему выдается ток 1 А. Поэтому здесь требуется на каждом выходе поставить пре­дохранитель на 0,5 А, в результате отдельно на каждом вы­ходе может быть получен ток 1 А. При необходимости полу­чить на каждом выходе ток 1,5 А следует использовать си­ловой трансформатор с током 3 А и поставить предохрани­тели на 1,5 А.

 

2.8. Регулируемый стабилизированный источник питания постоянного тока

Из всех лабораторных источников питания наиболее прак­тичным является регулируемый стабилизированный источник с возможным произвольным изменением выходного напряже­ния, которое к тому же будет стабилизированным. Такой источник может заменить несколько источников питания с различным нерегулируемым напряжением. Однако примене­ние регулируемого источника питания в изготовляемых устройствах нецелесообразно, поскольку он слишком громоз­док и дорог. Более всего он пригоден при наладке и про­верке различных новых схем, после чего к отлаженному и проверенному устройству следует подключить небольшой и недорогой источник питания с одним постоянным напряже­нием.



Рис. 2.5. Регулируемый стабилизированный источник питания постоянного тока.

МВ1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 А; СН1 — регулируемый стабилизатор напряжения типа LM317; Tp1 — силовой трансформатор с выходным напряжением 12 В при токе 1,2 А; R1 — потенциометр 5 кОм; R2 — резистор 220 Ом, 0,25 Вт; R3 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; С1 — конден­сатор 0,1 мкФ; С2 — электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 В; Л1 — неоновая лампочка на напряжение 120 В.

При использовании регулируемого источника питания не­обходимо установить на его выходе требуемое напряжение, прежде чем подключать его к собранной схеме.


Для этого нужно источник отсоединить от схемы, включить его в сеть, подключить на его выход вольтметр и установить по нему нужное напряжение. Только после этого источник подклю­чается к собранной схеме, причем, поскольку он является стабилизированным, его напряжение при подключении не изменится.

В источнике питания, принципиальная схема которого по-« казана на рис. 2.5, обеспечивается регулирование выходного напряжения в пределах 1,5 — 14 В, что достаточно для про­верки и наладки почти всех устройств, описанных в данной книге.

Другим достоинством регулируемого источника питания является возможность проверки работы схемы при снижении напряжения питания. Например, при сборке и проверке схе­мы с напряжением питания 9 В в источнике питания сначала устанавливается выходное напряжение 9 В. Ьсли схема ра­ботает нормально, можно проверить ее работоспособность при плавном снижении напряжения питания до 7 В, т. е. тем самым имитировать разрядку 9-вольтной батареи в конце срока службы до 7 В.

Как и большинство приборов со стабилизацией напряже­ния, стабилизатор напряжения LM317 в этом регулируемом источнике питания при работе нагревается. При необходи­мости охлаждения стабилизатора напряжения может исполь­зоваться теплоотвод в наборе с корпусом типа ТО-3. Монтаж этого теплоотвода производится в соответствии с прила­гаемой к теплоотводу инструкцией. Для повышения эффек­тивности работы теплоотвода можно использовать теплоотво-дящий компаунд, который наносится тонким слоем между корпусом стабилизатора и изолятором из слюды. Все эти меры обеспечивают снижение температуры стабилизатора до допустимого уровня.

 

2.9. Развязывающий трансформатор на переменное напряжение 120 В

Кроме описанных выше стабилизированных источников питания в некоторых устройствах, приведенных в данной книге используется непосредственное включение в сеть с на­пряжением 120 В. В описаниях таких устройств приводятся рекомендации по их модификации с целью применения в ка­честве средств управления бытовыми электроприборами, ко­торые также включаются в сеть с напряжением 120 В.





Рис. 2.6. Принципиальная схема самодельного развязывающего трансфор­матора на напряжение 120 В.

Л1 — неоновая сигнальная лампочка; Tp1, Tp2 — силовой трансформатор с выходным напряжением 12,6 В при токе 1,2 А.

Непосредственное использование напряжения 120 В от розетки может быть опасным, и начинающий радиолюбитель должен знать, как обращаться с потенциально опасными источниками питания, прежде чем использовать их в различ­ных экспериментах.

Одним из методов снижения риска получить электриче­ский удар является использование развязывающего транс­форматора. Такой трансформатор включается непосредствен­но в розетку электросети с напряжением 120 В и вырабаты­вает такое же напряжение на выходе. Безопасность работы состоит в том, что выход трансформатора электрически изо­лирован от сети, благодаря чему прикасание к элементам схемы, другому электрооборудованию или к заземленным трубам исключает получение электрического удара.

Единственным недостатком развязывающих трансформа-торов является их высокая стоимость, однако такой транс­форматор можно сделать самому, что обойдется недорого. Как показано на рис. 2.6, схема включает два идентичных силовых трансформатора. Первичная обмотка одного из них включается прямо в сеть через стандартную вилку. Низко­вольтная вторичная обмотка этого трансформатора соеди­няется с низковольтной вторичной обмоткой второго транс­форматора Тр2, который повышает обратно напряжение до 120 В, являющееся уже относительно неопасным.

Таким образом, трансформатор Tp1 понижает напряжение 120 В, а трансформатор Тр2 повышает его обратно до 120 В, при этом выход схемы абсолютно изолирован от сети. Нео­новая сигнальная лампочка и переключатель (Кл1) введены в схему исключительно для удобства пользования развязы­вающим трансформатором. Собранный по предлагаемой схе­ме, он рассчитан на питание устройств и бытовых электро­приборов с расходуемой мощностью ниже 144 Вт. При ее превышении трансформаторы будут греться, а выходное на­пряжение будет ниже 120 В.

 

Низкочастотный синтезатор

В табл. 9.1 приведен полный перечень кодовых комбина­ций, в который включены все положения переключателей в 16 возможных сочетаниях, при этом цифре «О» соответствует положение «Вкл», а цифре «1» — положение «Выкл». Напри­мер, при нахождении всех переключателей в положении «О» генератор, как видно из таблицы, не вырабатывает никакого сигнала, при установке же переключателя А в положение «1», а остальных переключателей в положение «О» дает сиг­нал, равный 1/2 основной (входной) частоты, которая выби­рается с помощью регулятора диапазона. При установке переключателя В в положение «I», а остальных переключа­телей в положение «О» выходной звуковой сигнал будет иметь частоту, в четыре раза меньше выбранной регулятором диапа­зона. При установке переключателей в различные положе­ния, согласно табл. 9.1, генератор будет последовательно вырабатывать звуки с понижающейся частотой. При совмест­ном использовании регулятора диапазона и переключателей можно получить любую частоту звукового диапазона,

 

9.7. Низкочастотный синтезатор

При изготовлении генератора, вырабатывающего звуковые сигналы с частотой 1 — 10 Гц, возникают две проблемы. Во-первых, современная промышленность не выпускает бытовых низкочастотных усилителей с высоким качеством усиления сигналов столь низких частот. Эту проблему можно решить путем использования специального низкочастотного усилите­ля. Однако для воспроизведения низкочастотных звуковых колебаний нужны также очень крупные громкоговорители, поскольку для этих целей не годятся громкоговорители диа­метром менее 130 мм.

Рис. 9.7. Принципиальная схема низкочастотного синтезатора.

ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 74191; ИСз — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЕ типа 7400; ИС4 — двойной J — К-триггер типа 7476; ИC5. ИСВ — УНЧ типа LM386; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R3, R8 — R11 — рези­стор 10 кОм, 0,25 Вт; R4 — R7 — резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт; r12 — потенциометр 500 кОм; Гр1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопро­тивлением 3 Ом, C1 — конденсатор 0,1 мкФ; С2-электролитическай конденсатор 22 мкФ, 35 В; С3 - электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В.

Во-вторых, обычные генераторы, описанные в разных раз­ делах данной книги, вырабатывают фактически колебания прямоугольной формы, которые на низких частотах восприни­маются на слух как бесконечная последовательность простых щелчков. Так что необходимо изготовить низкочастотный син­тезатор, т. е. схему, которая преобразует прямоугольные ко­лебания в синусоидальные.

Такой синтезатор вместе со специальным низкочастотным усилителем показан на рис. 9.7.



Рис. 9.8. Принципиальная схема шумового генератора.

ИC1 — 4-канальный операционный усилитель типа LM3900; ИС2 — УНЧ типа LM386; T1 — маломощный n-р-n—транзистор; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 2,2 кОм,0,25Вт; R3 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; С,, С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Сг — конденсатор 0,1 мкФ; С3 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Tpi — громкоговоритель на постоян­ном магните с сопротивлением 8 Ом.

В целях упрощения схемы придется смириться с некото­рыми ее недостатками, которые выражаются в том, что син­тезатор становится несколько «капризным» при попытке резко изменить частоту выходного сигнала. Однако при выборе частоты в диапазоне 1 — 10 Гц эти неприятности не имеют существенного значения.

Основной принцип действия схемы состоит в том, чтобы преобразовать прямоугольные колебания на выходе ИC1 в Синусоидальный сигнал с частотой в 16 раз ниже первона­чальной. Так, если регулятор чаатоты R1 установить на часто­ту 16 Гц на выходе микросхемы ИСь то в громкоговорителе будет воспроизводиться тональный сигнал с частотой 1 Гц.

Значительное влияние на работу схемы оказывает емкость конденсатора С2. При слишком большой величине емко­сти происходит сильное уменьшение громкости в громкогово­рителе, а при слишком малой величине емкости будет про­слушиваться основная частота микросхемы ИСь

Достаточно качественный сигнал с частотой 1 Гц получа­ется при емкости конденсатора 22 мкФд При увеличении частоты следует уменьшить емкость конденсатора С2 с тем, чтобы сохранить уровень громкости постоянным.Перед окон­чательной сборкой следует изготовить макет синтезатора и немного с ним поработать,

 

9.8. Простой шумовой генератор

Обычно специалисты по радиотехнике стараются устра­нить шумы в схеме. Однако разговор о звуковых генераторах и синтезаторах будет неполным, если не рассказать о схемах, преднамеренно вырабатывающих шумы.

После сборки схемы на рис. 9.8 и подключения источника питания с помощью регулятора R1 следует добиться равно­мерного шипящего шума, который может оказаться «полез­ным» для воспроизведения различных звуковых эффектов.

Положение регулятора R1 существенно влияет на работу схемы. При неправильной установке регулятора в громкогово­рителе будут воспроизводиться пронзительные звуки, так что после получения равномерного шипящего шума положение регулятора больше менять не следует.

 

Посвящается Мом и Дэд

В своем увлечении новыми и удивительными достижениями в совре­менной электронной технике авторы и издатели часто упускают из виду постоянно растущую армию начинающих радиолюбителей, которые стре-мятся овладеть навыками сборки, монтажа, отыскания неисправностей и проверки различных электронных устройств. Данная книга ориентирована специально на такую аудиторию читателей.

Однако не следует думать, что предлагаемые здесь устройства яз-ляются элементарными в буквальном смысле этого слова. Появление ин­тегральных схем на биполярных транзисторах, а сравнительно недавно и микросхем на МОП-транзисторах со средним и высоким уровнями ин­теграции дает возможность даже радиолюбителям с небольшим опытом собирать достаточно сложные устройства, достойные уровня квалифици­рованных радиотехников.

В данной книге описано свыше 100 устройств, каждое из которых сопровождается принципиальной схемой, спецификацией и рекомендация­ми по практическому применению. Некоторые устройства имеют сугубо практическое применение, в то время как другие помогают людям орга­низовать свой досуг. В книге также можно найти рекомендации по мо­дификации схем и изготовлению на их основе более сложной системы. Эти рекомендации направлены на развитие у радиолюбителя элементар­ных инженерных навыков.

При изготовлении устройств читателю не обязательно придерживаться порядка описания схем в книге.

В приложении 1 даются примеры схемных обозначений радиодета­лей, принятых в данной книге, а приложение 2 содержит краткие сведе­ния о полупроводниковых компонентах, которые используются в рассмат­риваемых устройствах.

Электроника представляет собой одну из

Дэвид Л. Хейзерман
 
ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
Редакция литературы по новой технике
© 1981 by Prentice-Hall, Inc.
© Перевод на русский язык, «Мир», 1984
Предисловие редактора перевода
Электроника представляет собой одну из самых современных обла­стей науки и техники. Доступность, наглядность и практическая полез­ность результатов, возможность проявить свои творческие способности — все это привлекает к разработке и изготовлению разнообразных элек­тронных устройств огромное число людей. За несколько десятилетий сво­его развития радиолюбительская практика прошла путь от изготовления простейших детекторных приемников до создания современных сложных электронных систем, которые по ряду показателей превосходят промыш­ленные образцы. Многие новые виды схем, предложенные радиолюбите­лями, вошли в золотой фонд электроники и широко используются в аппа­ратуре различного назначения.
Новый этап в развитии радиолюбительства наступил после разработки микроэлектронной технологии, которая предоставила в распоряжение ра­диолюбителей интегральные микросхемы — миниатюрные и дешевые из­делия, выполняющие функции сложных электронных схем, которые раньше приходилось собирать из сотен и тысяч отдельных деталей. Используя микросхемы, современные радиолюбители могут создавать весьма слож­ную аппаратуру, изготовление которой ранее было практически невоз­можно. Существенно расширилась номенклатура электронных устройств, создаваемых радиолюбителями. Если раньше это были в основном радио­приемники и радиопередатчики, устройства для записи и воспроизведения звука, то теперь в круг интересов радиолюбителей вошли электронные игры, электромузыкальные инструменты, устройства сигнализации, системы управления различной бытовой техникой и др.
Уже в течение ряда лет в отечественных научно-технических изданиях публикуются различные варианты электронных схем, выполненных на базе интегральных микросхем. Однако фундаментальные работы по данной проблематике, ориентированные на широкую радиолюбительскую аудито­рию, до последнего времени отсутствовали.
Предлагаемая читателю книга призвана восполнить этот пробел.
Материал настоящей книги носит справочно-информационный харак­тер. Книга содержит свыше 100 схем, построенных на базе современных интегральных микросхем, предназначенных для применения в разнообраз­ной бытовой технике: радиоприемниках, магнитофонах, электронных играх и т. п, Вместе со схемами дается качественное описание принципа их ра­боты, без глубокого анализа или расчета характеристик, что делает книгу доступной для читателя, не имеющего специальной подготовки. Книга будет полезной и интересной как для радиолюбителя, только начинающего свой путь в увлекательный мир электроники, так и для опытного спе­циалиста, который найдет здесь оригинальные схемные решения. Ниже приводится список отечественных аналогов и возможных вариантов за­мены зарубежных микросхем, использованных в книге, что обеспечивает практическую реализацию почти всех рассмотренных схем.
Данная книга, несомненно, представляет значительный интерес для широкого круга советских радиолюбителей, а также принесет пользу про­фессиональным специалистам, работающим в области создания бытовой и промышленной электронной техники.
И. И. Шагурин
Таблица. Список аналогов и возможных вариантов замены зарубежных микросхем

Зарубежные ИС	Аналог или варианты замены
555	КР 1006ВИ1
556	2 ИС КР 1006ВИ1
4011	К176ЛА7
4012	К176ЛА8
4017	К176ИЕ8
4020	3 ИС К176ИЕ2 или 2 К176ИЕ1 + логическая схема, обеспечивающая требуемый коэффи­циент пересчета
4027	К176ТВ1
4543	К176ИД2
7400, 74LSOO	К155ЛАЗ
7402	К155ЛЕ1
74LS04	К155ЛН1
7410, 74LS10	К155ЛА4
7447	К514ИД2 1)
7475	К155ТМ7
7476, 74LS76	2 ИС К155ТВ1
7485	Логическая схема, содержащая сумматор К155ИМЗ + логические элементы
7486	К155ЛП5
7490	К155ИЕ2
7493	К155ИЕ5
74154 Г	К155ИДЗ
74190	Неполный аналог К.155ИЕ6
74191	Неполный аналог К155ИЕ7 2)
LM386	ИС К174УН4, К174УН7 + соответствующие навесные детали
LM3900	Необходимое количество операционных усили­телей типов К140УД7, К153УД2, К157УД2
МС 14553	3 ИС К176ИЕ2 + схема мультиплексирования выходов на логических элементах серии 176
ММ5369	ИС К176ИЕ5 или К176ИЕ12 + К176ТМ1

1) В ИС К514ИД2 выводы 3 и 5 не используются.
2) Отличия в расположении выводов и управлении прямым и обратным счетом.
 
 

РАЗЛИЧНЫЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ

РАЗЛИЧНЫЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ

Электроника представляет собой весьма обширную об­ласть техники и в том или ином виде проникает почти во все сферы жизни современного общества. Однако в некоторых сферах это проникновение более явственно, чем в других.

Влияние электроники на технику связи, акустические си­стемы, вычислительную технику и организацию быта и отды­ха является общеизвестным фактом. Однако существуют и иные возможности электроники, позволяющие оказывать влияние на современную цивилизацию в такой же степени, как и другие явления. Такое влияние осуществляется различ­ными устройствами управления.

Конечно, некоторые виды устройств управления можно встретить на прилавках магазинов в отделах электробытовой аппаратуры, в их числе автоматические механизмы открыва­ния ворот в гаражах, противопожарные средства, электрон­ные системы зажигания для автомобилей и т. п.

В данной главе предлагается ряд устройств управления, предназначенных для экспериментальных целей. Следует иметь в виду, что они представляют собой упрощенные ана­логи промышленных образцов. Будучи более простыми, эти устройства уступают им по надежности работы. Их можно использовать для удовлетворения потребностей радиолюби­теля и в учебных целях, однако рассчитывать на них в си­туациях, чреватых опасными последствиями, нельзя.

 

12.1. Два пусковых светочувствительных устройства

В промышленности применяется большое количество средств управления, принцип действия которых основан на использовании светового потока в качестве инициатора вклю­чения. В данном разделе описываются два устройства, реаги­рующие на изменение уровня яркости светового потока.

Первое устройство (рис. 12.1) срабатывает в момент, ког­да включается внешний световой источник, а второе (рис. 12.2) работает как раз наоборот, т. е. когда прерывает­ся или выключается световой поток внешнего источника.

Светочувствительное устройство на рис. 12.1 подключает­ся к звуковому генератору типа сирены, т.
Предлагаемая читателю книга призвана восполнить этот пробел.
Материал настоящей книги носит справочно-информационный харак­тер. Книга содержит свыше 100 схем, построенных на базе современных интегральных микросхем, предназначенных для применения в разнообраз­ной бытовой технике: радиоприемниках, магнитофонах, электронных играх и т. п, Вместе со схемами дается качественное описание принципа их ра­боты, без глубокого анализа или расчета характеристик, что делает книгу доступной для читателя, не имеющего специальной подготовки. Книга будет полезной и интересной как для радиолюбителя, только начинающего свой путь в увлекательный мир электроники, так и для опытного спе­циалиста, который найдет здесь оригинальные схемные решения. Ниже приводится список отечественных аналогов и возможных вариантов за­мены зарубежных микросхем, использованных в книге, что обеспечивает практическую реализацию почти всех рассмотренных схем.
Данная книга, несомненно, представляет значительный интерес для широкого круга советских радиолюбителей, а также принесет пользу про­фессиональным специалистам, работающим в области создания бытовой и промышленной электронной техники.
И. И. Шагурин
Таблица. Список аналогов и возможных вариантов замены зарубежных микросхем

Зарубежные ИС	Аналог или варианты замены
555	КР 1006ВИ1
556	2 ИС КР 1006ВИ1
4011	К176ЛА7
4012	К176ЛА8
4017	К176ИЕ8
4020	3 ИС К176ИЕ2 или 2 К176ИЕ1 + логическая схема, обеспечивающая требуемый коэффи­циент пересчета
4027	К176ТВ1
4543	К176ИД2
7400, 74LSOO	К155ЛАЗ
7402	К155ЛЕ1
74LS04	К155ЛН1
7410, 74LS10	К155ЛА4
7447	К514ИД2 1)
7475	К155ТМ7
7476, 74LS76	2 ИС К155ТВ1
7485	Логическая схема, содержащая сумматор К155ИМЗ + логические элементы
7486	К155ЛП5
7490	К155ИЕ2
7493	К155ИЕ5
74154 Г	К155ИДЗ
74190	Неполный аналог К.155ИЕ6
74191	Неполный аналог К155ИЕ7 2)
LM386	ИС К174УН4, К174УН7 + соответствующие навесные детали
LM3900	Необходимое количество операционных усили­телей типов К140УД7, К153УД2, К157УД2
МС 14553	3 ИС К176ИЕ2 + схема мультиплексирования выходов на логических элементах серии 176
ММ5369	ИС К176ИЕ5 или К176ИЕ12 + К176ТМ1

1) В ИС К514ИД2 выводы 3 и 5 не используются.
2) Отличия в расположении выводов и управлении прямым и обратным счетом.
 
 

СИНХРОНИЗАТОРЫ И ВРЕМЯЗАДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

СИНХРОНИЗАТОРЫ И ВРЕМЯЗАДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Одним из самых давно известных и все же наиболее полезных электронных устройств является устройство, обеспечи­вающее управление по времени. Времязадающие устройства можно в общем плане разделить на два типа: устройства, выполняющие какую-либо операцию за заданный интервал времени, и устройства, производящие какую-либо операцию по истечении заданного интервала времени.

Различие между устройствами этих двух типов можно сравнить с различием между детьми двух групп, которых просят сделать неприятную работу. К одной группе относят­ся дети, которые сразу реагируют и проделывают работу за определенный период времени, а другая группа детей имеет как бы внутреннюю задержку и приступает к работе через некоторое время.

Времязадающие устройства обоих типов имеют свои об­ласти применения, которые рассматриваются в данной гла­ве. Если радиолюбитель ранее не работал с времязадающими устройствами собственного изготовления, то ему следует сна­чала собрать и наладить несколько относительно простых устройств, прежде чем переходить к более сложным устрой­ствам, рассмотренным далее в главе.

 

5.1. Простое регулируемое времязадающее устройство

На рис. 5.1 представлена схема одного из простейших времязадающих устройств. При первоначальном переводе переключателя Кл1 в положение «Вкл» зажигается сигналь­ный светодиод Д2, обозначенный «Отсчет», что указывает на начало работы устройства. Когда заданное время истекает, стветодиод Д2 выключается и включается светодиод Д1, обозначенный «Конец». Последний остается включенным до перевода переключателя Кл1 в положение «Выкл» не менее чем на 5 с. После этого операция может быть повторена пу­тем включения переключателя Кл1.

При использовании компонентов с номиналами, указан­ными на рис. 5.1, устройство позволяет регулировать время от 30 с до ~ 10 мин с помощью потенциометра «Регулировка времени». Крайние значения времени устанавливаются не точно, что обусловлено ошибками, связанными с допусками на параметры радиодеталей, изменением температуры окру­жающего воздуха и в меньшей степени колебаниями питаю­щего напряжения.
Однако после калибровки этого регуля­тора с помощью достаточно точных часов устройство позво­ляет выдерживать задаваемый временной интервал с весьма удовлетворительной точностью.

Рис. 5.1. Регулируемое времязадающее устройство.

Д1 — светодиод с красным свечением; Д2 — светодиод с зеленым свечением; ИС, — таймер типа 555- Ль Л2 — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; К3 — потенциометр 500 кОм; R4 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R5 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; С1, С2 — электроли­тический конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; С3 — электролитический конденсатор 1000 мкФ, 16 В.

Подобное времязадающее устройство недостаточно надеж­но для работы с временными интервалами, значительно пре­вышающими 10 мин. Сдвинуть вниз весь диапазон временных интервалов можно путем снижения емкости конденсатора С3. Например, при уменьшении емкости конденсатора в 10 раз диапазон временных интервалов снижается до пределов от 3 с до ~ 1 мин.

Любой из светодиодов «Отсчет» и «Конец» может быть ис­ключен из схемы без нарушения работы устройства в целом, Исключение какого-либо из этих светодиодов упрощает схе­му за счет удаления также одного из резисторов R1 или R2. Устройство на рис. 5.1 можно, .например, использовать в ка­честве реле времени при варке яиц,

 

5.2. Простое реле времени

Реле времени представляет собой устройство, которое сра­батывает по истечении заданного периода времени. На рис. 5.2 представлена принципиальная схема одного из вариантов ре­ле времени. В данной схеме период задержки по времени на­чинается с момента перевода переключателя Кл1 в положе­ние «Вкл». При этом включается светодиод «Отсчет», но, что важно, светодиод «Конец» остается выключенным по крайней мере до истечения времени задержки.

Величина задержки устанавливается с помощью регуля­тора задержки. При использовании указанных на схеме ве­личин R2, Rs, С2 время задержки будет составлять от 1 до ~ 100 с. Таким образом, если регулятор задержки будет ус­тановлен на время 30 с, то свотодиод Д1 «Конец» включает­ся лишь через 30 с после перевода переключателя Кл1 в по­ложение «Вкл».


По истечении 30 с светодиод «Конец» оста­ ется включенным до перевода переключателя Кл1 в положе­ние «Выкл».

Повторный отсчет времени задержки происходит при пе­реводе переключателя 1Оц в положение «Вкл». В схеме на рис. 5.2 можно исключить светодиод Д2 («Отсчет») и ограни­чительный резистор У?5. Путем замены конденсатора С2 на конденсатор меньшей емкости можно сократить время за­держки. При повышении емкости этого конденсатора время задержки соответственно увеличивается, причем увеличение или уменьшение времени задержки происходит пропорцио­нально. Так, конденсатор, емкостью 10 мкФ дает диапазон времени задержки от 0,1 до ~ 10 с, а конденсатор емкостью 100 мкФ — от 0,1 до 100с.

Устройство на рис. 5.2 можно использовать с любым ис­точником питания напряжением 6-12 В, однако при этом со­противления ограничительных резисторов светодиодов должны выбираться в зависимости от напряжения питания. Практи­чески не возникнет каких-либо неприятностей, если исполь­зовать резисторы с сопротивлением 330 Ом для любых на­пряжений в пределах 6-12 В. При величине.сопротивлений R5 и R9, равной 150 Ом, на светодиоды будет поступать не­сколько завышенный ток при более высоких напряжениях.

 

5.3. Комбинированное реле времени и времязадающее устройство

Устройство на рис. 5.3 представляет собой зуммер, рабо­тающий по истечении определенного периода времени в те­чение ~5 с. Величина временного периода в этом устройстве регулируется в пределах 1 — 10 мин.



Рис. 5.2. Регулируемое реле времени.

Д1, Д2 — светодиод с красным свечением; ИC1 — двойной таймер типа 556; ИС5 — двойной J — К-триггер типа 4027; Т1 — n-р-n-транзистор; R1, R4 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; Я2 — потенциометр 1 МОм; Я3 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R6, R9 — 510 или 330 Ом, 0,25 Вт; R6 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R7 — резистор 100 кОм. 0,25 Вт; Д8 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; С1, С3 — электролитический конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; С2 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С4, Cs — электролитический конденсатор 0,1 мкФ, 50 В.



Схема устройства фактически содержит два времязада-ющих устройства, включенных последовательно, Первое времязадающее устройство, являющееся регулируемым, построе­но на основе микросхемы HC1_A с соответствующими конден­саторами и резисторами. Оно срабатывает при первоначаль­ной установке переключателя Кл1 в положение «Вкл», а длительность задержки регулируется с помощью резистора R2. Пo истечении периода задержки в первом времязадаю-щем устройстве оно включает второе устройство, выполнен­ное на основе микросхемы ИC1-Б. Время задержки во втором устройстве неизменно и составляет ~5 с, хотя его можно и регулировать путем изменения величин R5 и С4. Второе времязадающее устройство обеспечивает включение зуммера, имеющего напряжение питания 9 В. Как нетрудно догадать­ся, зуммер работает в течение 5 с, что определяется работой второго времязадающего устройства.



Рис. 5.3. Реле времени с задержкой.

ИС1 — двойной таймер типа 556; R1, R4 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R2 — потенцио­метр 1 МОм; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R5 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; Д, — маломощный выпрямитель-диод; С1, Сз — электролитический конденсатор 0,01 мкФ, БО В; С2 — электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 В; С4 — электролитический конденсатор 4,7 мкФ, 35 В,

Повторное срабатывание всего устройства происходит при его кратковременном выключении на несколько секунд и за­тем новом включении.

Не следует также забывать выключать устройство после истечения времени задержки, в противном случае интеграль­ные схемы даже после отработки времени задержки будут расходовать энергию батареи.

Для каких целей можно использовать подобное устройство? Оно годится, скажем, для шуточных сюрпризов, Например, на вечеринке можно установить в устройстве время задерж­ки 3 мин, включить его и положить на столе рядом с одним из гостей. И... вдруг неожиданно для всех и неизвестно поче­му невинное на первый взгляд устройство начинает издавать громкие звуки.

Можно придумать самому радиолюбителю и другое при­менение устройства.


В частности, вместо зуммера можно под­соединить катушку реле с рабочим напряжением 9 В и ис­пользовать контакты реле для включения любого бытового электроприбора, в том числе и лампы или электродвигателя. Достоинством этого устройства по сравнению с устройством на рис. 5.2 является то, что оно автоматически включает при­бор, который к нему подсоединен, тогда как в устройстве на рис. 5.2 это надо делать вручную,

 

5.4. Ступенчатое реле времени

Один из недостатков времязадающего устройства с рези-сторным регулятором времени состоит в том, что радиолюби­тель не может совершенно точно определить положение регу­лятора для получения нужного времени задержки. Для обес­печения этого необходимо неоднократно проверять работу устройства при различных положениях регулятора и отмечать значения времени на некоем подобии шаклы. Однако прак­тическая точность выдерживания этих значений будет неве­лика. Решение такой задачи облегчается при использовании схемы, показанной на рис. 5.4.

Вместо переменного резистора для установки величин времени в этой схеме используется группа резисторов, вы­бор которых производится с помощью шестипозиционного селекторного переключателя. Таким образом, исключается подбор величин времени путем проб и появляется возмож­ность в любой момент достаточно точно устанавливать нуж­ное время задержки.

Величины времени задержки при указанных значениях сопротивлений времязадающих резисторов RZ — R8 приведены в табл. на рис. 5.4. Изменение времени задержки достигается заменой резисторов, при этом чем больше их сопротивление, тем больше время задержки.

Срабатывание схемы происходит при переводе переклю­чателя в положение «Вкл». При этом загорается светодиод «Отсчет» Дг и остается в этом состоянии на все время за­держки. Одновременно поступает tojk в обмотку реле на все время задержки. Контакты реле могут быть включены после­довательно между источником питания и любым электриче­ским прибором. При этом последний будет включаться на установленное время.



Дополнительно в схеме предусмотрена кнопка «Блоки­ровка», которая позволяет в любой момент выключать устройство. При нажатии этой кнопки временнйя задержка прекращается. Между прочим, такая блокировка может так­же вводиться в устройства на рис. 5.1 — 5.3.



Рис. 5.4. Ступенчатое реле времени.

Д1 — светодиод с красным свечением; ИС] — таймер типа 555; Ri, R2 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; К3 — резистор 910 Ом. 0,25 Вт; Rt — резистор 9,1 кОм, 0,25 В; R5 — резистор 27 кОм, 0,25 Вт; R6 — резистор 51 кОм, 0,25 Вт; R7 — резистор 270 кОм, 0,25 Вт; Rs — резистор 51Q, кОм, 0,25 Вт; R9 — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; С1 — конденсатор 0,01 мкФ; Сг — электролитический конденсатор, 1000 мкФ, 35 В; Кл2 — нормально разомкнутый кнопочный переключатель; К.лз — шеетипозиционный поворотный переключатель; Pi — двухпозиционное реле, (Н., 3, — контакт нормально замкну­тый, Н. Р, — контакт нормально разомкнутый.)

СВЕТОКОММУТАТОРЫ

СВЕТОКОММУТАТОРЫ

Множество забавных устройств может быть собрано на основе светокоммутаторов — устройств, переключающих све­товые источники в различных сочетаниях. Хотя на первый взгляд такие устройства могут показаться слишком триви­альными, они, несомненно, найдут практическое применение.

Например, совсем простые и прочные по конструкции светокоммутаторы могут использоваться в занимательных игрушках для детей. Сколько радости, к удивлению взрос­лых, получают дети от маленькой коробочки с несколькими переключателями, ручками управления и мигающими ог­нями.

Что касается более сложных устройств, то они также представляют определенный практический интерес. Некото­рые из таких устройств описаны в данной главе. В целом можно сказать, что конструкция и оформление светокоммута­торов, наилучшим образом удовлетворяющих поставленным целям, зависит лишь от воображения и интереса радиолю­бителя. К тому же можно вполне использовать светокомму­таторы совместно с другими устройствами, рассмотренными в данной книге, и создавать таким образом более сложные и полезные электронные системы.

 

3.1. Простой светокоммутатор

Схема одного из простейших светокоммутаторов, пред­ставленная на рис. 3.1, включает два попеременно переклю­чаемых светодиода. В схеме предусмотрен регулятор часто­ты, позволяющий изменять частоту мигания в пределах 0,3 -г- 25 Гц (1 Гц = 1 с-1, т. е. одно мигание в секунду).

Эта схема позволяет использовать сравнительно широкий диапазон напряжений питания; она работает от любого ис­точника постоянного тока напряжением 5 — 12 В. Ее можно подключать к одному из источников питания, описанных в гл. 1, например к четырем последовательно соединенным ба­тареям напряжением 1,5 В (для получения суммарного на­пряжения 6 В) или к одной батарее напряжением 9 В.

Следует, однако, иметь в виду, что сопротивления рези­сторов R4 и R5 должны подбираться в зависимости от напряжения питания. Чем выше напряжение питания, тем боль­ше должна быть величина сопротивления.
Применение ре­зисторов с низким сопротивлением при высоких напряжениях питания приведет через некоторое время к перегоранию све-тодиодов.

Для уменьшения частоты мигания светодиодов можно увеличить емкость конденсатора Сь Так, если поставить конденсатор емкостью 100 мкФ, то частота мигания свето-коммутатора уменьшится примерно до 0,03 Гц. Уменьшение емкости конденсатора С1, например, до 0,1 мкФ вызовет уве­личение частоты мигания. При выборе частоты мигания сле­дует учитывать, что с увеличением частоты глаз перестает различать переключения светодиодов. При частоте мигания 15 Гц и выше радиолюбителю кажется, что оба светодиода включаются и выключаются одновременно.

При сборке и проверке светокоммутатора, радиолюби­тель, наверное, заметит, что светодиод Д2 остается включен­ным несколько дольше, чем светодиод Дь Это объясняется особенностями работы интегральной схемы таймера типа 555 при его использовании в таком светокоммутаторе. На это можно и не обращать внимания, но при желании время вклю­чения и выключения обоих светодиодов можно сделать оди­наковым, собрав светокоммутатор по схеме, приведенной на рис. 3.2.

Рис. 3.1. Простейший светокоммутатор.

Д1, Д2 — светодиоды с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; R1 — потенцией метр 500 кОм; R2 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R3 — резистор 2,2 кОм, 025 Вт; R4, R5— см. примечания; С1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В. Примеча­ния. 1) При желании из схемы могут быть исключены Д] и R4 или Д2 и rs. 2) Ве­личины сопротивления резисторов R4 и R5 составляют 150 Ом при напряжении питания 5 — 8 В и 330 Ом при напряжении питания 9 — 12 В.

3.2. Усовершенствованные светокоммутаторы

Светокоммутатор, показанный на рис. 3.2, работает в ос­новном так же, как и его более простой аналог, схема кото­рого дана на рис. 3.1. Оба светодиода включаются и выклю­чаются здесь попеременно, а частота переключения регули­руется с помощью переменного резистора R1. Главное отличие этого светокоммутатора заключается в том, что оба светодиода в нем имеют совершенно одинаковое время пере­ключения.





Рис. 3.2. Усовершенствованный светокоммутатор.

Д1, Д2 — светодиоды с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — двойной J — К-тригтер типа 7476; R1 — потенциометр 500 кОм; R2 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R3 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R4, R5 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С1 — электроли­ тический конденсатор 10 мкФ, 35 В. Примечание. При желании из схемы могут быть исключены Д1 и R1 или Д2 и R5.

Чтобы этого достичь, в светокоммутатор введен еще один триггер J — К-типа ИС2. Для такого светокоммутатора возможный диапазон напряжений питания постоянного тока составляет 4,5 — 6 В.

Светокоммутатор может подключаться к трем-четырем батареям напряжением 1,5 В, соединенным последовательно (что обеспечивает напряжение питания соответственно 4,5 и 6 В), к одной батарее карманного фонаря напряжением 6 В или к стабилизированному источнику постоянного тока на­пряжением 5 В.

При использовании компонентов с величинами, указан­ными в спецификации к рис. 3.2, частота переключения све-тодиодов может регулироваться в пределах примерно от 0,1 Гц до 12 Гц, а при снижении емкости конденсатора С1 с 10 до 4,7 мкФ частота переключения повышается и составляет 0,35 — 25 Гц. Вполне понятно, что при увеличении ем­кости конденсатора C1 частота переключения понижается.



Рис. 3.3. Светокоммутатор с несколькими напряжениями питания.

ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — двойной J — К-триггер типа 4027; Т1, Т2 — любой низкочастотный р-n-р-транзистор с рабочим током 200 мА и более; Д1, Д2 — светодиод или лампочка нака­ливания; R1 — потенциометр 500 кОм; R2 — рези­стор 470 Ом, 0.25 Вт; R3 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R4, R5 — резистор 3,9 кОм, 0,25 Вт; R6. R7 — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; R3, R9 — ре­зистор 10 кОм, 0,25 Вт; C1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

При различных конкретных применениях этого светоком­мутатора может оказаться, что питать его необходимо более высоким напряжением, скажем 9 или 12 В. В то же время схему, собранную по рис. 3.2, нельзя подключать к источни­кам питания напряжением выше 6 В.


Для решения этой не­ сложной проблемы необходимо сделать некоторые изменения в схеме и ввести еще несколько транзисторов, как показано на рис. 3.3. При этом следует иметь в виду, что здесь ИС2 представляет собой уже совсем другую микросхему.

Светокоммутатор, собранный по схеме на рис. 3.3, мож­но подключать к источникам питания постоянного тока напряжением до 12 В, а также использовать в этой схеме вместо светодиодов лампочки накаливания, Для подобной замены необходимо сделать следующее:

1. Выпаять резисторы R6 и R7.

2. Убедиться, что номинальное напряжение лампочек на­каливания соответствует выбранному напряжению пи­тания.

3. Выбрать лампочки накаливания мощностью, равной или меньше 2,5 Вт.

Наконец, для переключения лампочек накаливания с напряжением питания переменного тока 120 В может быть соб­ран светокоммутатор по схеме на рис 3.4, в которой попере­менно замыкаются и размыкаются контакты реле, включен­ного последовательно (по схеме ключа) с лампочками нака­ливания.



Рис. 3.4. Светокоммутатор мощностью 100 Вт.

ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — двойной J — К-триггер типа 4027; Т1 — любой низко­частотный р-n-р-транзистор; Д1 — любой маломощный выпрямительный диод; Р1 — двухполюсное реле, 12 В; R1 — потенциометр 500 кОм; R2 — резистор 470 Ом, 0,25 btj Rз — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R4 — 3,9 кОм, 0,25 Вт; С1 — электролитический кон-, денсатор 10 мкФ, 35 В; Л1, Л2 — лампочка накаливания мощностью до 100 Вт,

Поскольку такой светокоммутатор управляет работой схе­мы, питание которой производится напряжением переменно­го тока 120 В, отпадает необходимость в использовании ба­тарей и может быть применен один из простых источников питания постоянного тока, описанный в гл. 2 (см., например, рис. 2.2). Такой светокоммутатор вместе с реле может пере­ключать 120-вольтные лампочки накаливания мощностью до 100 Вт.

Для радиолюбителей, не собиравших ранее схемы с на­пряжением питания 120 В, рекомендуется обратиться к бо­лее опытным товарищам с просьбой проверить сборку ре­лейной схемы, прежде чем включать лампочки в сеть.



 

3.3. Простейший низковольтный светосигнализатор

Если главным требованием радиолюбителя является про­стота, то едва ли можно найти более простой вариант, чем однокомпонентная схема, показанная на рис. 3.5. Светодиод, используемый здесь, имеет небольшую встроенную интег­ральную схему, благодаря которой при подключении к ис­точнику питания постоянного тока напряжением 3 — 5 В он начинает мигать. Частота его мигания зависит от величины напряжения (чем оно ниже, тем выше частота мигания) и находится в пределах 2 - 5 Гц.



Рис. 3.5. Простейший низковольт­ный светосигнализатор.

 Рис. 3.6. Простой светосигнализатор.

Д1 — светодиод типа FRL-4403 с красным свечением.

Существенным преимуществом такого светодиода являет­ся то, что в отличие от обычных светокоммутаторов для его работы не требуется времязадающих конденсатора и рези­стора. Что касается практического применения, то подобный мигающий светодиод можно подключать к выводам стаби­лизированного источника питания постоянного тока напря­жением 5 В (см., например, рис. 2.1). При этом светодиод будет служить сигнализатором включения данного источника.

В схеме на рис. 3.6 светодиод подключается через микро­переключатель к группе из трех последовательно соединен­ных батарей типа АА напряжением по 1,5 В. Такое устрой­ство с источником напряжения 4,5 В может уместиться в маленькой пластмассовой коробочке.

Практическое применение этого устройства целиком зави­сит от фантазии его создателя. Так, можно положить коро­бочку рядом с предметом, который необходимо найти в тем­ноте, что может пригодиться в походах. Устройство, пока­занное на рис. 3.6, может работать непрерывно в течение нескольких дней.

 

3.4. Маломощный светокоммутатор

Небольшой светокоммутатор, который может непрерывно работать без смены батарей в течение от 3 мес до 1 года, выполняется по схеме, приведенной на рис. 3.7.

В этом светокоммутаторе частота мигания светодиода со­ставляет примерно 2 Гц.


При использовании батарей типа АА он может проработать непрерывно в течение до 3 мес, а при применении батарей типов С и D время непрерывной работы увеличивается соответственно до 6 мес и 1 года. Практически длительность непрерывной работы зависит от качества и степени разряженности батарей. Изменение емко­сти конденсатора Ci позволяет регулировать частоту мига­ния светодиода: чем выше емкость, тем ниже частота.



Рис. 3.7. Маломощный светокоммутатор.

ИC1 — генератор-коммутатор типа LM3909; Д1 — любой светодиод; С1 — электролити­ческий конденсатор 100 мкФ, 35 В.

3.5. «Мигающие ящики»

«Мигающий ящик» представляет собой светокоммутатор с несколькими светодиодами, которые включаются в совер­шенно произвольной последовательности. «Мигающий ящик» может служить забавной игрушкой для малышей, а в кра­сивом пластмассовом или деревянном оформлении — для ук­рашения квартиры или клуба.

В данном разделе рассмотрены три конструкции подоб­ного светокоммутатора. Все они работают одинаково, и ра­диолюбитель должен сам решить, какой из них изготовить в окончательном виде.

В светокоммутаторе на рис. 3.8 можно использовать лю­бое количество светодиодов красного свечения, причем он является простейшим из трех. Его единственный недостаток состоит в том, что эти светодиоды выпускаются промышлен­ностью только с красным свечением.

Этот светокоммутатор работает от двух батарей напря­жением по 1,5 В, соединяемых последовательно (что даст суммарное напряжение 3 В), или от стабилизированного источника питания напряжением 5 В (например, см. рис. 2.1). Батарейный источник питания обеспечивает небольшие раз­меры светокоммутатора и более удобен в случае, если све­токоммутатор редко используется. Однако если радиолюбителю нужен «мигающий ящик», который будет работать круглые сутки, то лучше подойдет внешний источник пи­тания.



Рис. 3.8. Принципиальная схема «мигающего ящика».

Д1, Д2, Д3,…, Дn — светодиод типа FRL-4403.

Светокоммутатор, показанный на рис. 3.9, более сложен по сравнению с описанным выше, но обладает таким явным Преимуществом, как возможность выбора комбинаций из трех основных цветов свечения светодиодов — красного, зеленого и желтого.


Как и предыдущий «мигающий ящик», этот све­токоммутатор можно изготовить любых размеров.



Рис. 3.9. « Мигающий ящик» на базе интегральной схемы типа LM3909.

ИС1, ИС2 — генератор-коммутатор типа LM3909; Д, - любой светодиод: R1, R2 -резистор 1 кОм, 0.25 Вт; С, - электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 D.



Рис. 3.10. «Мигающий ящик» с 16 светодиодами.

Д1—Д16— любой светодиод со свечением красного, зеленого или желтого цвета; ИC1 — таймер типа 555; ИСг — шесть инверторов типа 7404; ИСз — 4-разрядный двоичный счетчик типа 7493; ИС4 — четыре D-триггера «защелка» типа 7475; ИСб — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; А - конденсатор 1 мкФ; Сз — конденсатор 100 дФ.

Однако при сборке светокоммутатора по схеме рис. 3.9 следует учесть ряд экономических соображений. Так, для получения каждого цвета свечения требуется использовать интегральную схему типа LM3909, светодиод, два резистора и один электролитический конденсатор, суммарная стоимость которых выше стоимости одного светодиода, требующегося в светокоммутаторе на рис. 3.8. Так что выбор остается за самим радиолюбителем: цвет или расходы?

Интегральная схема ИC1 может работать от одной бата­реи напряжением 9 В. Длительность работы зависит от ко­личества подключенных интегральных схем со светодиодами (на рис. 3.9 показаны лишь две интегральные схемы, но их количество может быть неограниченным). При использова­нии нестабилизированного источника питания напряжением !12 В (например, см. рис. 2.2) такой светокоммутатор может работать неограниченное время.

Наконец, «мигающий ящик» с 16 светодиодами, показан­ный на рис. 3.10, является наиболее сложным, так как в нем применяются пять различных типов интегральных схем. Он позволяет использовать 16 светодиодов с любым цветом све­чения. Кроме того, такой светокоммутатор является наибо­лее экономичным.

Рабочие характеристики «мигающего ящика» с 16 свето­диодами отличаются от рабочих характеристик первых двух рассмотренных светокоммутаторов, так как он действует на совершенно иных принципах.


Во-первых, в нем в каждый данный момент не могут включаться одновременно два све­тодиода Во-вторых, в различные моменты времени в свето­коммутаторе загораются определенные световые рисунки. Хотя они длятся недолго, но создают характерную для дан­ного светокоммутатора последовательность.

Ввиду использования в данном светокоммутаторе в ос­новном микросхем ТТЛ серии 7400 его питание должно производиться от стабилизированного источника напряже­нием 5 В Возможность изменять частоту мигания светодио­дов с помощью регулятора компенсирует некоторые недостат­ки светокоммутатора с 16 светодиодами,

3.6. Трехцветный светокоммутатор

Трехцветный светодиод ХС — 5491 является относительно новым светоизлучающим прибором и обладает уникальной способностью светиться либо красным, либо зеленым цветом в зависимости от полярности подаваемого на него напряже­ния Фактически он содержит два светодиода в одном кор--пусе, включенных встречно и имеющих каждый свой цвет свечения. Таким образом, подача напряжения одной поляр- ности вызывает включение одного светодиода, а смена полярности на обратную — включение второго светодиода.

Естественно, что отключение напряжения приводит к выклю­чению светодиодов.

Подача переменного напряжения на такой светодиод поз­воляет получать различные световые эффекты. При низкой частоте переменного напряжения кажется, что цвета свече­ния меняются с красного на зеленый и наоборот, однако с уве­личением частоты напряжения примерно до 10 Гц и более происходит смешивание цветов, что дает желтовато-коричне­вый или оранжевый цвет.



Рис. 3.11. Принципиальная схема трехцветного светокоммутатора.

Д1 — трехцветный светодиод типа ХС — 5491; ИС| — таймер типа 555; R1 — потен­циометр 1 МОм; R2 — резистор 47 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R4, Rs — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; C1 — конденсатор 0,1 мкФ.

Принципиальная схема, приведенная на рис. 3.11, позво­ляет использовать эти необычные цветовые характеристики светодиода ХС — 5491.


С помощью регулятора частоты из­меняется частота переключения, а цепочка в составе Д1 — R4 — R5 создает путь для переменного тока, протекающего через светодиод. При увеличении емкости конденсатора Ci до 0,47 мкФ частота мигания снижается.

Пока трехцветный светодиод не стал широко распростра­ненным прибором, это маленькое устройство является тех­нической новинкой.

 

3.7. Елочный светокоммутатор

С помощью светокоммутаторов можно создавать самые различные рисунки из мерцающих или мигающих светодио­дов. Например, 40 мигающих светодиодов можно располо­жить в виде новогодней елки, которая становится особенно красочной при разных цветах свечения,

По сравнению с другими описанными в книге устройст­вами такой светокоммутатор является довольно дорогим, так как используется большое количество светодиодов. Вместе с тем радиолюбитель может получить большое удовлетворение от своей выдумки, затраченных усилий и средств, сделав та­кой новогодний подарок, который будет служить многие годы.

Принципиальная схема елочного светокоммутатора при­ведена на рис. 3.12. Здесь даются полная схема стабили­зированного источника питания напряжением 5 В при токе 1 А, одна из четырех одинаковых групп светодиодов и схема управления этими четырьмя группами, обозначенными А, Б, В и Г. Каждая группа включает 10 светодиодов. На рис. 3.13 приведена рекомендуемая схема расположения светодиодов, дающая при их размещении на подходящем корпусе из де­рева или пластмассы рисунок в виде новогодней елки. Обо­значение светодиодов на рис. 3.13 соответствует обозначению тех же групп светодиодов на схеме рис. 3.12. Следует отме­тить, что все 10 светодиодов любой группы мигают одновре­менно, но каждая группа включается и выключается в раз­ное время. Это следует учитывать при выборе собственной схемы расположения светодиодов в пределах рисунка ново­годней елки.

Изготовление светокоммутатора следует начинать со сборки и проверки источника питания, который (см.


рис. 3.12) состоит из силового трансформатора Tp1, выпрямителя мос­тового типа и стабилизатора напряжения 5 В. Затем реко­мендуется изготовить одну из четырех секций схемы управ­ления, выполняемую, например, на ИC1-A, транзисторе Т1, конденсаторе С2 и нескольких резисторах. Далее изготов­ляется одна из групп светодиодов с ограничительными рези­сторами, которая включается между коллектором транзисто­ра Т1 и положительным выводом источника питания.

Следует учесть, что все анодные выводы светодиодов под­ключаются к положительному выводу источника питания, а все катодные выводы через ограничительные резисторы — к коллектору транзистора Т1.

Изготовление трех остальных секций следует начинать только после наладки и проверки изготовленной части све­токоммутатора. При желании частота мигания группы свето­диодов может быть изменена путем изменения номиналов резистора R1 или конденсатора С1. Остальные части свето­коммутатора выполняются по схеме, показанной на рис. 3.12,

 

3.8. Двунаправленный строчный светокоммутатор («бегущая дорожка»)

Можно собрать схему, в которой включение светодиодов обеспечивается в определенной последовательности. Такая коммутация может быть интересной и полезной при расположении еветодиодов в один ряд, где они включаются с одного или с другого конца.



Рис. 3.12. Принципиальная схема елочного светокоммутатора:

а) источник питания, б) схема управления, в) группа светодцодов (одна из четырех) MB1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 4 A; CH1 — стабилизатор напряжения 5 В при токе 1 А типа 7805; ИС1 — А, ИC2 — Б, ИС2 — А,ИС2 — Б — Двойной таймер типа 556;T1, Т2 — n-р-n—транзистор с коллекторным током 800 мА; Tpi — силовой трансформатор с выходным напряжением 12 В при токе 1 A; R} — Rg — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; Ct — электролитический конденсатор 100 мкФ, резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R9 — Ra — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; Ka — Rie — 35 В; С2 — С5 — электролитический конденсатор 1 мкФ, 35 В. Примечание. В группе еветодиодов используется 40 еветодиодов со свечением красного, зеленого и желтого цвета и 40 резисторов с сопротив­лением 150 Ом, 0,25 Вт.





Рис. 3.13. Рекомендуемая схема расположения еветодиодов в новогодней елке.

В светокоммутаторе, показанном на рис. 3.14, используют­ся 8 еветодиодов, включающихся по одному в каждый дан­ный момент. Частота включения может изменяться с по­мощью регулятора, а направление включения выбирается переключателем выбора направления. Последний имеет три положения (подобно переключателю сигналов поворота в ав­томобиле). Так, в положении 1 этого переключателя свето-диоды включаются последовательно от Д8 до Д1, а в положе­нии 3 — наоборот от Д1 до Д8. Переключение светодиодов происходит с одинаковой скоростью в обоих направлениях. В нейтральном положении переключателя (положение 2) переключение останавливается и ни один светодиод не го­рит.

Если приложить немного фантазии, то можно использо­вать такой светокоммутатор в различных устройствах на­пример в качестве указателя поворота для игрушечных авто­мобилей. Электропитание светокоммутатора осуществляется от батареи напряжением 6 В, четырех батарей напряже­нием 1,5 В или стабилизированного источника напряжением .5 В.



Рис. 3.14. Принципиальная схема двунаправленного строчного светокоммутатора.

Д1 — Д8 — светодиод с красным свечением; ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — двоичный счетчик типа 74191; ИСз — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; Я)-г потенциометр i МОм; R2 — резистор 100 кОм, 0,25; Л3 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R$ ~ резистор 150 Ом, Oj25 Вт, Cj — электролитический конденсатор 1 мкФ, 35 В,



Рис. 3.15. Рекомендуемая схема распо­ложения светодиодов для спиральных светокоммутаторов.

 

3.9. Спиральные светокоммутаторы

При использовании коммутации светодиодов в определен­ной последовательности предоставляются увлекательные воз­можности. Например, что можно сделать с 16 светодиодами, включаемыми последовательно и с любой скоростью? Эти светодиоды можно расположить в виде спирали, и при опре­деленной скорости переключения получается впечатление движущейся спирали, к которой иногда прибегают гипноти­зеры на сеансах гипноза.


Такой светокоммутатор создает тот же эффект, что и вра­щающийся диск с не­сколькими светодиодами, и даже если он и не ока­зывает гипнотизирующе­го действия, то, несомнен­но, привлекает внимание.

На рис. 3.15 показан вариант расположения 16 светодиодов по спирали. На первый взгляд обра­зуемая светодиодами фи­гура не похожа на спи­раль, однако если просле­дить последовательно гла­зами от светодиода Д1 до светодиода Д16, то можно убедиться, что это будет действительно спираль. Схема расположения, приведенная на рис. 3.15, пригодна для обоих спи­ральных светокоммутаторов, описанных в данном разделе. Радиолюбитель может использовать этот рисунок для трени­ровки в просверливании отверстий в любых пригодных мате­риалах для монтажа светодиодов.

Обе схемы управления светокоммутаторамй (рис. 3.16 и 3.17) имеют одинаковый принцип действия. Схема на рис. 3.16 гораздо проще и дешевле, но при ее использовании спираль вращается лишь в одном направлении — от свето­диода Д1 к светодиоду Д16. При расположении светодиодов по схеме, показанной на рис. 3.15, создается эффект свер­тывающейся спирали, которая как бы ведет за собой глаз наблюдающего.

Схема на рис. 3.17 позволяет выбирать прямое и обрат­ное вращение спирали. Установка переключателя выбора на­правления вращения в положение 1 обеспечивает раскручи­вание спирали, а в положение 3 — свертывание спирали. В положении 2 этого переключателя получается необычайный колебательный эффект, при котором кажется, что спи­раль периодически свертывается и развертывается. Подоб­ный эффект довольно трудно получить с помощью обычного механизма с диском, вращаемым электродвигателем.

В обеих схемах скорость вращения спирали выбирается с помощью регулятора скорости. Питание обеих схем произ­водится от четырех последовательно включенных батарей на­пряжением 1,5 В, а при желании обеспечить длительную или непрерывную работу светокоммутатора следует использовать стабилизированный источник питания напряжением 5 В при токе 1 А (см.


рис. 2.1). Светодиоды могут выбираться одина­ кового или различных цветов свечения (красного, зеленого или желтого).

Желаемый гипнотический эффект спирали можно полу­чить опытным путем, уменьшая или увеличивая скорость вра­щения с помощью регулятора, При слишком низкой скоро­сти кажется, что светодиоды мерцают последовательно друг за другом, а при слишком высокой скорости — что все све-тодиоды включаются одновременно. Изменение величины емкости конденсатора С1 в обеих схемах позволяет изменять диапазон регулирования скорости вращения спирали: при увеличении емкости светодиоды мигают менее часто, а при снижении емкости скорость вращения спирали возрастает.



Рис. 3.16. Простая схема спирального светокоммутатора.

Д1 — Д16 — светодиод с красным свечением; ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 7493; ИС3 — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; R1 — потен­циометр 1 МОм; R2 — резистор 220 кОм, 0,25 Вт; R3 — 10 кОм, 0,25 Вт; R4 — рези­стор 150 Ом, 0,25 Bт; C1 — электролитический конденсатор 1 мкФ, 50 В.



Рис. 3.17. Принципиальная схема двунаправленного спирального светокоммутатора.

Д1 — Д16 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 7493; ИСз — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; ИС4 — четыре двухвходовых вентиля «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» типа 7486; ИС6 — двойной J — К-триггер типа 7476; ri — потен­циометр 1 МОм; R2 — резистор 220 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; Rbl Rs — резистор 22 кОм. 0,25 Вт; Ci — электролитичеекий конденсатор 1 мкФ, 50 В,

3.10. Неконтактный коммутатор на 10 светодиодов

Обычно несколько источников света (ламп) включаются и выключаются с помощью группы выключателей. При этом последовательно с каждой лампой подключается выключа­тель, т. е., например, для управления 10 лампами требуется 10 выключателей.



Рис. 3.18. Принципиальная схема неконтактного светокоммутатора на 10 светодиодах.

ИС1 — схема управления точечными и сегментными индикаторами типа LM3914; Д1 — Д10 — любой светодиод; R1 — потенциометр 1 МОм; R? — резистор 1 кОм, 0,25 Вт.



В настоящее время, однако, имеется возможность вклю­чать любой из 10 источников света с помощью одного пере­менного резистора. В одном из крайних положений ползунка резистора все источники выключены, а при перемещении пол­зунка в другую сторону источники включаются последова­тельно один за другим. Таким образом, можно включать ка­кой-либо один источник с помощью всего одного элемента управления.

В устройстве, принципиальная схема которого показана на рис. 3.18, источники-светодиоды включаются один за дру­гим (от Д1 до Д10) при движении ползунка регулятора от отрицательного вывода источника питания в сторону его по­ложительного ВЫВОДА Естественно, что при смещении ползунка в обратную сторону светодиоды будут включаться и выключаться в обратном порядке.

Микросхема HCi на рис. 3.18 представляет собой схему управления точечными и сегментными индикаторами на све­тодиодах, причем здесь она работает в режиме управления точечным индикатором, обеспечивая последовательное вклю­чение светодиодов.

Соответствующая модификация схемы позволяет получать эффект «столбика термометра» (режим управления сегмент­ным индикатором), при котором в каждый момент вклю­чается несколько светодиодов. Скажем, можно отрегулиро­вать схему на включение светодиода Д6. При этом будут включаться все светодиоды с меньшими номерами, а при установке регулятора на светодиод Д8 — все светодиоды от Д1 до Д7. Для получения такого эффекта вывод 9 микро­схемы HCi подключается не к положительному, а к отрица­тельному выводу источника питания.

Очевидно, что к выводу 9 можно подключить переключа­тель, который позволит выбирать тот или иной режим рабо­ты, т. е. управление светодиодами. Постарайтесь сами осу­ществить правильное подключение этого переключателя. Для питания коммутатора можно использовать либо батарею на­пряжением 9 В, либо нестабилизированный источник питания напряжением 12 В, описанный в разд. 2.5.

 

3.11. Простой тестер для проверки светодиодов



При правильном использовании светодиоды будут рабо­тать длительное время. Однако любой радиолюбитель может допустить ошибки при сборке схем, которые могут иногда приводить к перегоранию светодиодов. В каждом таком слу­чае вам придется проверять исправность светодиода. Кроме того, некоторые светодиоды имеют нестандартную марки­ровку, затрудняющую правильное определение их анодных и катодных выводов. Такие светодиоды также следует прове­рять перед включением.

Обе эти задачи могут быть решены с помощью простой схемы проверки, приведенной на рис. 3.19. Эта схема может использоваться для проверки сгоревших светодиодов или для определения, какой вывод является анодом, а какой — ка­тодом.

Проверяемый светодиод подключается к схеме, как пока­зано на рисунке. Загорание светодиода свидетельствует о его годности. При этом, если устройство все же не работает после сборки, неисправность следует искать в другом месте.



Рис. 3.19. Принципиальная схема простого тестера.

Теперь предположим, что выбранный радиолюбителем светодиод не имеет маркировки выводов. Если при подклю-чении к схеме проверки он загорается, то его выводы можно определить по обозначению анодного и катодного выводов схемы проверки. Если светодиод не включается, то это оз­начает, что либо светодиод неисправен, либо радиолюбитель неправильно подключил выводы светодиода. В последнем случае следует переключить выводы светодиода, и если он исправен, то он загорится. Такой тестер весьма полезен, если радиолюбитель приобрел много светодиодов неизвестного качества и необходимо произвести их быструю сортировку на годные и негодные.

 

ТРЕХДЕКАДНЫЕ СЧЕТЧИКИ

ТРЕХДЕКАДНЫЕ СЧЕТЧИКИ

На практике однодекадные счетчики имеют довольно ог­раниченные возможности применения, поскольку счет только в пределах от 0 до 9 мало где можно использовать.

В данной главе рассматриваются несколько счетчиков, имеющих диапазон отсчета более чем одну декаду, в част­ности трехдекадные счетчики, которые позволяют вести от­счет от 0 до 999. Принцип их действия весьма схож с прин­ципом действия однодекадного счетчика, а счетные возмож­ности расширены на две декады.

Еще несколько лет назад было трудно рекомендовать на­чинающим радиолюбителям изготовление трехдекадных счет­ных схем, поскольку в то время для их реализации было необходимо использовать не менее пяти-шести микросхем. С появлением микросхем со средним уровнем интеграции и освоением новой технологии производства стало возможно собирать подобные счетчики всего на трех-четырех микро­схемах. В микросхемах, указанных в данной главе, содер­жится большое количество различных электронных схем, что позволяет изготовлять на их основе много интересных устройств.

Нельзя сказать, что рассмотренные здесь трехдекадные счетчики являются весьма простыми, поскольку они относят­ся к наиболее сложным устройствам, описанным в данной книге. Однако если тщательно соблюдать все правила сбор­ки и проверки, то радиолюбитель может изготовить устрой­ства, которые будут работать нормально.

Рекомендуется за один раз собирать только один каскад и до перехода к дальнейшей сборке производить его про­верку и наладку. Такая методика весьма полезна для сборки любых схем, поскольку гораздо легче выявить и устранить неисправность в одной простой схеме, чем в нескольких со­единенных схемах.

 

7.1. Трехзначный индикатор

Рассматриваемый в данном разделе трехзначный индика­тор может использоваться с любым счетчиком, описанным в данной главе. Сам по себе индикатор не представляет боль­шого практического интереса. Однако, учитывая данную выше рекомендацию о сборке и наладке отдельно каждого каскада, следует считать его полезным устройством, с по­мощью которого обеспечивается контроль состояния каждой декады счетчика.

Схема индикатора приведена на рис. 7 1, и для начинаю­щего радиолюбителя она может показаться достаточно сло­жной. Однако, как и для многих современных электронных схем, особенно цифровых, устройство, которое кажется очень сложным, в действительности представляет собой соединение однотипных простых узлов, повторяющихся много раз.

Нужно заметить, что данная схема может быть разде­лена примерно на три одинаковых каскада — по одному на каждый 7-сегментный индикатор. Если взять только один из индикаторов, транзистор в его анодной цепи и резистор в цепи базы транзистора, то схема окажется совсем не слож­ной.

При дальнейшем изучении схемы можно отметить, что одноименные сегменты всех трех индикаторов (три сегмен­та «6», три сегмента «с» и т. д.) соединены между собой. С технической точки зрения одинаковые сегменты каждого индикатора соединяются друг с другом параллельно, и един­ственным отличием одного индикатора от другого является использование транзисторов разного типа в анодных цепях.

Пусть радиолюбитель на минуту убедит себя, что в прин­ципе схема является не очень сложной. После этого следует изучить схему соединений и тогда монтажные работы пой­дут гораздо легче.

Номера выводов 7-сегментных индикаторов на рис. 7.1 не показаны. Это объясняется тем, что радиолюбитель может приобрести индикаторы с разной нумерацией выводов. Бук­венное обозначение «Анод» и сегментов является стандарт­ным, так что, используя обозначения выводов в паспорте индикатора, можно всегда определить действительную ну­мерацию выводов.

При подключении 7-сегментных индикаторов к макету и подсоединении сегментов следует соблюдать определенную методическую последовательность, ибо чем методичнее бу­дет вестись монтаж, тем меньше вероятность допустить ошиб­ку. Например, следует соединить сегмент «а» индикатора И1 с сегментом «а» индикатора И2 и с сегментом «а» индикатора И3. Завершает эту довольно простую операцию соединение сегмента «а» индиктора И3 с одним выводом резистора R10. То же самое следует проделать с монтажом остальных ше­сти сегментов.


По окончании монтажа следует зафиксиро­вать, какой резистор подпаивается к тому или иному сег­ менту индикаторов, так как это будет иметь важное значе­ние для правильной работы схемы. Поэтому радиолюбителю рекомендуется сделать маркировку резисторов буквенными обозначениями сегментов, показанными на рис, 7.U После подключения всех сегментов и резисторов следует вставить в макет три р-n-р—транзистора и подпаять их выводы.



Рис. 7.1. Принципиальная схема трехдекадного 7-сегментного индикатора.

И1 — И3 — 7-сегментный индикатор на светодиодах с общим анодом; Т1 — Т3 — маломощный р-n-р — транзистор; R1 — R3 — резистор 22 кОм, 0,25 Ви R4-R10 - резиетор 150 Ом, 0,25 Вт

Теперь настало время проверить, насколько тщательно выполнены монтажные работы. Для этого следует подклю­чить положительный вывод источника питания к эмиттерам транзисторов. Как показано на схеме, эмиттеры всех транзи­сторов соединены между собой, так что для подключения к источнику питания требуется только один провод. Для про­верки может использоваться любой источник напряжением 5 — 12 В. При этом чем выше напряжение, тем ярче будет светиться индикатор.

Для подключения к отрицательному выводу («земля») источника питания необходимы два отдельных провода или зажима, один из которых соединяется поочередно с одним из выводов индикатора, а другой — со входом одной из цепей резистор — сегмент.

При подключенном к эмиттерам транзисторов положи­тельном выводе источника питания соединение одного из за­земленных проводов с выводом Инд1 не дает никакого эф­фекта. Если после этого второй заземленный провод под­ключается к свободному выводу резистора R10, то при пра­вильно выполненном монтаже должен включиться верхний сегмент индикатора Иь Таким образом, заземленный про­вод, подключаемый к выводу Индь обеспечивает выбор од­ного из трех индикаторов, а второй заземленный провод — выбор сегмента этого индикатора.

Если ни один сегмент не зажигается, следует проверить включение источника питания и правильность установки его напряжения, для чего можно использовать обычный вольт­метр.


Если включается не верхний, а другой сегмент, то это говорит о том, что перепутаны некоторые проводники при соединении выводов сегментов. В этом случае следует за­земленным проводом попеременно прикасаться к выводам от различных сегментов, пока не будет найден вывод, обе­спечивающий включение верхнего сегмента.

Далее, при заземленном выводе Инд! следует последо­вательно заземлить выводы каждого сегмента, при этом каждый раз на индикаторе hi должен включаться соот­ветствующий сегмент, согласно обозначению, показанному на рис. 7.2. При этом следует помнить, что включаться бу­дут только отдельные сегменты, но не целые цифры.

Аналогичным образом производится проверка индикатора И2, но теперь заземленный провод подсоединяется к выводу Инд2. Затем так же проверяется индикатор Из. В процессе проверки следует сразу устранять все недостатки и неис­правности, поскольку неисправность не устранится сама со­бой, а снова отыскивать ее будет труднее.

Для окончательной проверки следует временно соеди­нить между собой все выводы «Инд» и подключить их к отрицательной клемме источника питания. Если теперь дру­гим заземленным проводом последовательно касаться выво­дов сегментов, то при этом соответствующие сегменты будут зажигаться сразу во всех трех индикаторах. Так, при за­землении вывода сегмента «а» во всех индикаторах зажи­гается верхний сегмент, при заземлении выводов сегмента «&» — правый верхний сегмент. Таким образом, ориенти­руясь по схеме на рис. 7.2, необходимо проверить все семь сегментов. После проверки следует отключить заземленные провода от выводов «Инд», после чего индикатор готов к применению в счетчиках.



Рис. 7.2. Стандартный рисунок 7-сегментного ин­дикатора на светодиодах.

7.2. Трехдекадный счетчик с уплотнением

Радиолюбитель, вероятно, заметил, что трехзначный ин­дикатор, показанный на рис. 7.1, нельзя использовать само­стоятельно. Он должен подключаться к другому устройству, которое вырабатывает сигналы логического нуля (заземле­ние), обеспечивающие воспроизведение цифр на 7-сегментных индикаторах.



Схема на рис. 7.3 вырабатывает счетные коды, необхо­димые для работы индикатора, и после сборки ее можно подключить к индикатору, как показано на рис. 7.3. Источ­ник, питания следует подсоединить лишь после окончания сборки всего устройства.



Рис. 7.3. Трехдекадный счетчик.

ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС14553; ИСз — преобразователь двоично-десятичного кода в 7-сегментный типа 4543 или МС14543; R1 — резистор 1 МОм, 0.25 Вт; R2 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; С1 — тан­таловый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С2 — конденсатор 0,01 мкФ.

При правильном выполнении всех соединений на инди­каторе будет происходить отсчет цифр с периодичностью ~ 1 с. При этом все цифры должны быть хорошо распозна­ваемы и похожи на изображения цифр от 0 до 9. Если одна или более цифр выглядят неправильно, это может означать, что радиолюбитель перепутал какие-то соединения (обозна­ченные от «а» до «g») между счетчиком и индикатором. Если одна и та же цифра воспроизводится на всех трех декадах, необходимо проверить правильность подсоединения конденсатора С2. Если цифры следуют не в порядке очеред­ности (например, 125 после 115), то это может быть связано с неправильным соединением выводов «Инд» между счетчи­ком и индикатором. Изображение неменяющихся цифр на всех трех декадах свидетельствует об отказе микросхемы синхронизатора ИC1 в счетчике. При этом следует также про­верить правильность соединения выводов установки нуля, включения и разрешения в ИС2.

В любом случае наиболее вероятными причинами всех этих неисправностей в счетчике являются ошибки в соеди­нениях. Если никаких неисправностей не возникло, то либо радиолюбителю очень повезло, либо он отличный техник-мон­тажник. Необходимо хорошо отладить эту схему, прежде чем пытаться изготовлять другие устройства, описанные в дан­ной главе.

Основная цель сборки и наладки схемы на рис. 7.3 — дать возможность радиолюбителю получить некоторые на­выки и уверенность в работе со схемой, которая несколько сложнее, чем большинство из описанных в книге устройств.


В процессе наладки схемы можно заметить некоторые не­достатки. Во-первых, схема не гарантирует начало отсчета с 000 после каждого включения источника питания. Факти­чески при этом могут устанавливаться различные начальные состояния счетчика, что может быть нежелательным для ра« диолюбителя.



Рис. 7.4. Усовершенствованный трехдекадный счетчик.

ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС1455 ; ИСз — преобразователь двоично-десятичного хода в 7-сег­ментный типа 4543 или МС14543; R1 — потенциометр 1 МОм; R1 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт, R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; C1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; d — конденсатор 0,01 мкФ; С3 — конденсатор 0,1 мкФ.

Во-вторых, схема производит отсчет с постоянной часто-той около 1 Гц. Было бы лучше, если бы в ней была предусмотрена возможность произвольного регулирования часто-ты, в том числе точной установки периода 1 с. Устранение этих трудностей несколько усложняет схему, но теперь ра­диолюбитель уже готов к этому.

Трехдекадный счетчик на рис. 7.4 является усовершен­ствованным вариантом схемы на рис. 7.3. В нем можно от­метить некоторое изменение соединения и включение допол­нительных радиодеталей. Усовершенствованный счетчик но схеме на рис. 7.4 можно собрать на базе счетчика на рис. 7.3, а не с самого начала. Для этого в счетчике, собранном по схеме на рис. 7.3, необходимо сделать следующие изменения:

 — отсоединить вывод 13 ИС2 от отрицательной клеммы ис­точника питания, установить новые элементы С3 и R4 и подсоединить к ним вывод 13, как показано на схеме. Эта небольшая модификация обеспечивает отсчет в счет­чике с нуля при каждом включении источника питания;

 — заменить резистор R1 потенциометром, подсоединить до­полнительный резистор R3 и увеличить емкость конденса­тора C1 с 1 до 10 мкФ. Такое изменение обеспечивает возможность регулирования частоты отсчета от 10 Гц до 0,1 Гц; - вмонтировать переключатель Кл1 между положительной клеммой источника питания и остальной схемой.



После выполнения всех этих изменений схема готова к проверке, При нахождении переключателя Кл1 в положении «Выкл/Сброс» к схеме подключается источник питания на­пряжением 9 В, но индикатор при этом включаться не дол­жен.

Далее переключатель переводится в положение «Вкл», при этом на индикаторе начинается трехзначный отсчет с нуля. Скорость отсчета может изменяться с помощью регу­лятора частоты. При каждой установке переключателя Кл1 в положение «Выкл/Сброс» и затем в положение «Вкл» от­счет будет начинаться с нуля и продолжаться до нового его выключения,

 

7.3. Трехдекадный счетчик событий

Описанные выше в данной главе счетчики можно доволь­но легко переделать в Трехдекадный счетчик событий, спо­собный считать до 999. Для этого нужно только изменить режим работы синхронизатора типа 555. Вместо того чтобы использовать любую произвольно выбираемую тактовую ча­стоту, можно сделать так, чтобы синхронизатор вырабаты­вал один импульс счета каждый раз, когда нажимается кноп­ка «Отсчет» (см. рис. 7.5). Эта схема при включении элек­тропитания начинает отсчет с нуля, т. е. счетчик устанавливается на нуль каждый раз, когда переключатель Кл1 пе-» реводится из положения «Сброс» в положение «Вкл».



Рис. 7.5. Трехдекадный счетчик событий.

ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС14553; ИС3 — преобразователь двоично-десятичного кода в 7-сег-м-ентный типа 4543 или МС14543; Д[ — маломощный выпрямительный диод; Ri — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R2, R3 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; Я4 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; Ci, С3, С4 — конденсатор 0,1 мкФ; С2 — конденсатор 0,01 мкФ; Кл2 — нормально разомкнутый кнопочный пере­ключатель.

После этого отсчет происходит при каждом нажатии на кнопку «Отсчет». Схема счетчика сконструирована таким об­разом, что для получения каждого следующего отсчета (из­менения выходного числа на единицу) необходимо отпустить и нажать кнопку. Иными словами, при удержании кнопки «Отсчет» в нажатом состоянии счет продолжаться не будет,



После того как схема будет собрана и готова к проверке, следует поставить переключатель К.Л1 в положение «Сброс» (т. е, «выключено»). При этом на трехзначном индикаторе, подключенном к схеме, ничего не воспроизводится. При пе­реводе переключателя в положение «Вкл» на индикаторе должны воспроизвестись три нуля, которые остаются, пока не будет нажата кнопка «Отсчет», после чего на индикаторе по­является цифра «1». Далее при каждом нажатии кнопки по­казания индикатора должны возрастать на единицу, Для установки счетчика на нуль и возобновления отсчета не­обходимо на 1 — 2 с поставить переключатель Кл1 в положе­ние «Сброс».

 

7.4. Простой цифровой секундомер

Для рассматриваемого здесь практического применения секундомером называется счетчик, который можно устано­вить на нуль и держать в нулевом положении отсчета в те­чение любого периода времени. По истечении этого периода счетчик начинает отсчет с постоянной частотой до момента, пока другим переключателем не будет остановлен отсчет. При этом на индикаторе будет воспроизводиться величина ис­текшего периода времени.



Рис. 7.6. Трехдекадный секундомер.

ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС14553; ИС3 — преобразователь двоично-десятичного кода в 7-сег-меытный типа 4543 или МС14543; R1 — потенциометр 1 МОм; ri — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; К3 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R4, Rs — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; С1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С2 — конденсатор 0,01 мкФ; С3 — конденсатор 0,1 мкФ

Такую работу секундомера довольно удовлетворительно выполняет схема на рис. 7.6. Этот счетчик не дает такой вы­сокой точности, как часы-секундомер, но его вполне можно использовать для контроля времени при различных процес­сах, не требующих высокой точности.

Внимательный читатель, должно быть, заметит, что эта схема весьма похожа на схему трехдекадного счетчика со сбросом при включении электропитания, который показан на рис. 7.4. Действительно, обе схемы имеют много общего.



Как и все счетчики, описанные в данной главе, этот счет­чик следует подключить к трехзначному индикатору, пог казанному на рис. 7.1. После сборки по схеме, показанной на рис. 7.6, необходимо переключатель Кл2 поставить в по­ложение «Вкл», а переключатель Кл] — в положение «Выкл». При этом на индикаторе ничего не воспроизводится. Далее надо поставить переключатель Кл] в положение «Вкл», что производится в начале измерения какого-либо временного интервала. При этом на индикаторе будет происходить отсчет с нуля с постоянной частотой. Частота отсчета может регулироваться до необходимой величины с помощью регу­лятора частоты, например с периодичностью 1 с для секун­дометрирования.

При переходе переключателя Кл2 в положение «Стой» от­счет должен немедленно прекратиться. Этот перевод пере­ключателя производится в момент окончания контролируе­мого процесса. При измерении другого временного интервала отсчет возобновляется.

Следует учесть, что такой секундомер использовать не­сколько сложнее, чем обычный. Было бы удобнее иметь три кнопки различного назначения: одну — для установки счет­чика на нуль, другую — для запуска отсчета и третью — для остановки отсчета. Для этого нужно ввести дополнительные схемы, что выходит за рамки данной книги.

Как было сказано выше, секундомер может считать до 999 с, если с помощью регулятора частоты в счетчике уста­новлена частота отсчета 1 Гц. Секундомер можно исполь­зовать также для отсчета с точностью до 0,1 с при установке регулятора на частоту отсчета 10 Гц. При этом счетчик опять же будет отсчитывать от 000 до 999, однако правая цифра теперь будет показывать время с дискретностью 0,1, т. е., иными словами, секундомер измеряет временные интервалы от 0 до 99,9 с.

Между прочим, если радиолюбитель хочет воспроизводить на индикаторе И1 точку, разделяющую единицы и десятые доли числа, необходимо его вывод индикации разделительной точки подключить к отрицательной клемме источника пита­ния («земля») через резистор с сопротивлением 150 Ом.Та­ким путем можно воспроизводить разделительную точку в любом месте получаемых трехзначных чисел.

 

УСИЛИТЕЛИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

 

УСИЛИТЕЛИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

В обычном представлении низкочастотный усилитрль представляет собой устройство, которое повышает напряже­ние, ток или мощность низкочастотных электрических сиг­налов. Существуют разные мнения относительно диапазона частот низкочастотных сигналов, однако для устройств, опи­санных в данной книге, выбран диапазон частот, воспринимае­мый человеком, т. е. от 5 Гц до 15 кГц.

Радиолюбитель может найти усилители низкой частоты (УНЧ), как части других устройств, описанных в разных гла­вах данной книги. То, что он узнает о низкочастотных схе­мах в этой главе, может помочь ему в дальнейшем при изу­чении, модификации и усовершенствовании других устройств.

 

8.1. Наиболее общая проблема, связанная с УНИ низкой частоты

Разработчики электронных устройств, начинающие ра­диолюбители, а вместе с ними и опытные специалисты по электронике часто сталкиваются с проблемой самовозбуж­дения усилителей низкой частоты (УНЧ).

Многие радиолюбители хорошо знают, что происходит при оборудовании какого-либо помещения акустической системой. После подключения всех микрофонов и громкоговорителей к электронному усилителю, включения его и поворота регуля­тора усиления раздается пронзительный звук, т. е. усилитель переходит в автоколебательный режим в результате возник­новения обратной связи.

Это явление характерно не только для акустических си­стем в больших аудиториях, но и может возникать в неболь­ших устройствах, собираемых радиолюбителем. Что ка­сается акустических систем, то в них самовозбуждение возни­кает в результате того, что звук частично попадает в микро­фон, усиливается и поступает с более высокой мощностью в громкоговоритель. Далее этот же звук снова попадает в микрофон, еще более усиливается и опять с еще большей мощностью направляется в громкоговоритель. Таким обра­зом сигнал многократно усиливается, что приводит к возник­новению пронзительных звуков,

Для исключения подобной обратной связи существуют два способа.
Один из них заключается в снижении коэффициента усиления УНЧ, что понижает звучание громкоговори­теля до уровня, не влияющего на работу микрофона. Другим способом является такое изменение взаимного положения микрофона и громкоговорителя, при котором звук из громко­говорителя не попадает в микрофон. В обоих случаях основ­пая идея заключается в том, чтобы прервать обратную связь, вызывающую самовозбуждение усилителя.

Аналогичная проблема может возникнуть у радиолюбите­ля при сборке небольших усилительных устройств. Если ми-крофон будет находиться слишком близко к громкоговорите­лю или если коэффициент усиления усилителя будет выбран слишком большим, то может возникнуть тот же пронзитель­ный звук.

Однако практически самовозбуждение усилителя возникает не только при подключении к нему микрофона или громкого­ворителя. Оно может также создаваться и самой проводкой усилителя. В этом случае принцип самовозбуждения тот же, но источник его уже другой.

Внутрисхемное самовозбуждение создает иногда высоко­тональные звуки, но часто они имеют характер стрекотания, и похожи на звуки, возникающие при работе двигателя мо­торной лодки, т. е. низкочастотные пульсации.

Одной из самых общих причин внутрисхемного самовоз­Суждения является низкая мощность источника питания. Ра« диолюбитель, должно быть, заметил, что портативные радио­приемники начинают издавать пронзительные звуки как раз перед полной разрядкой батарей.

Другой возможной причиной внутрисхемного самовозбуж­дения является использование слишком длинных проводни­ков. При этом колебания, создаваемые проводником, по ко­торому проходит низкочастотный сигнал, могут попадать че­рез воздушный зазор на более чувствительные элементы схемы. В результате возникает обратная связь, вызывающая автоколебания в усилителе.

Однако существуют случаи, когда приходится использо­вать в услителях длинные проводники, например для под­ключения к усилителю дистанционно-устанавливаемого микро­фона.


Если такой длинный проводник вызывает самовозбуж­дение, его надо заменить на экранированный провод. Именно поэтому в продаваемых акустических системах микрофонные провода имеют обычно металлическую экранировку.

Усилители, рассматриваемые в данной главе, сконструи­рованы таким образом, чтобы уменьшить возможность воз­никновения внутрисхемного самовозбуждения. Но даже с уче­том этого радиолюбитель может все же столкнуться о воз­буждением схем. В этом случае следует изменить взаимное расположение микрофона, и громкоговорителя. Если такая мера не помогает, необходимо насколько можно укоротить длинные проводники. И уж если это тоже не дает эффекта, то следует последовательно перебрать все проводники, пока не будет найден один или два проводника, перемещение ко­торых влияет на тон или громкость автоколебаний. Тогда устранение самовозбуждения достигается путем изменения длины или положения этих проводников.

 

8.2. Усилитель низкой частоты общего назначения

Для радиолюбителя, увлекающегося усилительными схе­мами, будет полезен маломощный УНЧ. Схема, показанная на рис. 8.1, может быть собрана в виде небольшого блока, а собственный источник питания напряжением 9 В обеспечи­вает его портативность.

Рис. 8.1. Усилитель низкой частоты общего назначения.

ИС1 — УНЧ типа LM386; Д1 — светодиод с красным свечением; R1 — резистор 330 Ом, 0.25 Вт; R2 — потенциометр 50 кОм; C1 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С2 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С% — электролитический конден­сатор 10 мкФ, 35 В.

Этот усилитель может заменить усилительные схемы, ис­пользуемые в других устройствах, которые описаны в данной книге. Наличие такого усилителя поможет сэкономить время и трудозатраты при сборке макета какого-либо звукового устройства. После полной отработки макета портативный усилитель можно заменить внутренней усилительной схемой.

Очевидно, что радиолюбитель должен сначала собрать макет усилителя и проверить его, прежде чем приступать к изготовлению окончательных вариантов платы и корпуса.


Дяя проверки усилителя необходимо к выводам «Вход» под­ключить микрофон, а к выводам «Низкочастотный выход» — громкоговоритель. Далее включается питание и регулятор усиления поворачивается по часовой стрелке. Если усилитель работает нормально, то при размещении микрофона перед громкоговорителем возникает пронзительный звук, так как при этом искусственно создается обратная связь.

Чем крупнее громкоговоритель, тем выше качество воспро­изведения звука. Если радиолюбитель использует небольшой громкоговоритель диаметром 50 мм, то звук его голоса будет искажаться. Поэтому при воспроизведении голосов и музыки следует воспользоваться более крупным громкоговорителем. Вместе с тем небольшой громкоговоритель вполне годится для средств охранной сигнализации и создания различных звуковых эффектов.

Следует заметить, что в усилителе имеется индикатор в виде светодиода, зажигание которого указывает на включе­ние электропитания. Без такого индикатора радиолюбитель может забыть о том, что усилитель включен, и в результате батареи могут полностью разрядиться.

 

8.3. Выходной усилитель для кассетных магнитофонов

В большинстве серийно выпускаемых кассетных магнито­фонов возникает ряд существенных проблем при попытке воспроизводить звук с более высокой, чем предусмотрено в нем, громкостью. В частности, при полном повороте регуля­тора громкости происходят сильные и неприятные на слух искажения звука. При этом голос говорящего или поющего звучит так, будто его рот набит ватой.

Один из способов исключения подобных явлений заклю­чается в подключении гнезда «Головной телефон» в магнито­фоне к внешнему усилителю, например уже описанному ранее (см. рис. 8.1). При этом регулятор громкости магнитофона выводится на уровень, не дающий искажений, а внешний усилитель обеспечивает дополнительное усиление звука. Ра­диолюбитель в этом случае может использовать более круп­ные громкоговорители для улучшения качества звучания.

Единственной проблемой при таком способе является под­бор штеккера, который подходил бы к гнезду головного те­лефона (наушникам) магнитофона.


Эту проблему можно ре­шить, пожертвовав головным телефоном, который придается комплекту магнитофона. У провода головного телефона отре­зается штеккер, оголяются два его проводника, которые под­соединяются к входным выводам внешнего усилителя, а штек­кер вводится в гнездо магнитофона.

Теперь радиолюбитель может слушать более громкое не­искаженное звучание своего небольшого кассетного магни­тофона. К тому же усилителю на рис. 8.1 могут параллельно подключаться два громкоговорителя с сопротивлением 8 Ом, которые можно размещать раздельно вдали от магнитофона.

Вместе с тем радиолюбитель столкнется с одним неприят­ным явлением, которое практически невозможно устранить, Поскольку бытовые магнитофоны обычно рассчитаны на от«

носительно невысокие уровни выходной мощности, их изго­товители не уделяют достаточно внимания устранению ши­пения, возникающего при протяжке магнитной ленты. По­этому радиолюбитель будет слышать чуть более громкое ши­пение при подключении внешнего усилителя. К сожалению, для устранения этого явления мало что можно сделать.



Рис. 8.2. Принципиальная схема стереофонического усилителя мощности.

ИС1, ИС2 — УНЧ типа LM386; Ri, R2 — потенциометр 500 кОм; ?„ С2 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С3, С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С6 — электрвлитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Гр1, Гр2 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Если у радиолюбителя есть кассетный стереомагнитофон, то его может заинтересовать изготовление двухканального стереофонического внешнего усилителя. Такая задача сводится к простому изготовлению двух одинаковых усилителей, как показано на рис. 8.2.



Рис. 8.3. Простой источник питания для усилителя низкой частоты.

MB1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 А; Тр1 — силовой трансформатор с выходным напряжением 6,3 В при токе 1,2 A; С1 — электролитический конденсатор 1000 мкФ, 35 В.

Так как стереофонический головной телефон (наушники) сравнительно дорого стоит, радиолюбитель, вероятно, не за­хочет им жертвовать ради того, чтобы получить нужный штеккер для ввода в гнездо наушников магнитофона.


Поэто­ му он должен найти подходящий штеккер и подпаять его самостоятельно,

При использовании двух УН4 вместо одного срок служ­бы батарей существенно сокращается. Так, 9-вольтная бата­рея будет работать всего несколько часов, ко, возможно, ра­диолюбитель будет пользоваться батареями только на про­гулке с магнитофоном. На рис. 8.3 показан простой источник питания, который всегда можно применить вместо батарей при наличии электросети.

 

8.4. Низковольтный усилитель с выходкой мощностью 4 Вт для акустических систем



Рис. 8.4. Принципиальная схема усилителя с выходной мощностью 4 Вт.

ИС1, ИС2 — УНЧ типа LM386; Rt — потенциометр 500 кОм; Мк. — высокоимпедансный микрофон; Гр — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом и мощностью более 3 Вт.

Если радиолюбитель хочет иметь портативный усилитель для акустической системы, то он должен изготовить его макет и посмотреть, подходит ли он ему. Этот усилитель имеет недо­статочную мощность для того, чтобы выбить стекла, но с его помощью можно отпугивать голубей в парке.

Как рекомендуется в спецификации к рис. 8.4, усилитель может питаться от батареи напряжением 9 В. Однако при использовании 6-вольтной батареи от карманного фонаря можно обеспечить более длительную работу. При включении усилителя дома вполне подходит источник питания, показан­ный на рис. 8.3.

 

8.5. Трехканальный низкочастотный микшер

Низкочастотный микшер представляет собой устройство, Которое суммирует два или более низкочастотных сигналов. Принцип действия микшера заключается в комбинировании низкочастотных сигналов таким образом, чтобы создать впе­чатление, что они вырабатываются одним источникам.

Описанный в данном разделе микшер имеет три входных канала и один выходной канал и может использоваться для суммирования до трех различных низкочастотных сигналов от разных устройств.

Одним из самых распространенных применений низкоча­стотных микшеров является суммирование выходных сигна­лов нескольких микрофонов, их усиление и воспроизведение в виде одного общего сигнала.


Например, при игре неболь­шого вокально- инструментального ансамбля или оркестра могут использоваться несколько микрофонов, устанавлива­емых в разных точках. При этом звукооператор производит контроль сигналов и их смешивание в нужных сочетаниях, создавая такие эффекты, как выделение отдельных инстру­ментов на фоне игры других инструментов. Как можно оп­ределить такие сочетания? Если посмотреть на схему трехка-нального микшера на рис. 8.5, то можно увидеть раздельные регуляторы усиления в каждом канале. Именно с их помо­щью подбираются различные нужные сочетания звучания му-зыкальных инструментов.



Рис. 8.5. Принципиальная схема простого трехканального микшера.

ИС, — УНЧ типа LM3900; R1-R3 — потенциометр 500 кОм; R4 — R6, R13 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R7 — R12, R14 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; C1 — С6 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С7 — конденсатор электролитический 10 мкФ, 35 В; С8 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В.

Однако радиолюбителю может не понадобиться смешива­ние звуков музыкальных инструментов. Тогда микшер мо­жет ему пригодиться для наложения нескольких интересных записей на магнитофонную ленту. Допустим, что один канал микшера подключается к электрофону, другой канал — к ми­крофону, а третий канал не используется и регулятор усиле­ния в нем выводится на нуль. После этого выход микшера соединяется с дополнительным входом магнитофона. Теперь можно на музыку, записываемую с грампластинки электро­фона, накладывать собственный речевой текст, скажем рас­сказ о записываемой мелодии, звуковое письмо друзьям с музыкальным оформлением или собственную радиопьесу. В последнем случае можно использовать третий канал для введения в запись различных звуковых эффектов. Можно также пометить начало второй записи в одном канале, посте­пенно приглушить первую запись с помощью плавного вы­вода регулятора усиления, а затем постепенно ввести вторую запись путем плавного увеличения усиления. Такие манипу­ляции дают бесконечные возможности для выполнения раз­личных записей.



Если у радиолюбителя имеются два магнитофона, то мик­шер позволяет производить смешивание и синтезирование низкочастотных сигналов. В результате возможно исполне­ние одним человеком дуэтов или мелодий на три и четыре голоса. При этом сначала мелодия записывается на один магнитофон, а затем она воспроизводится через один из каналов микшера при одновременном исполнении этой же мелодии через его второй канал, и таким образом получается дуэт. Исполнение на три голоса получается при одновремен­ном воспроизведении исполнения дуэтом в одном канале и проигрывании мелодии во втором канале.

Такие записи с наложением могут производиться много­кратно, При этом возможное количество накладываемых записей зависит лишь от качества магнитофонов, поскольку можно заметить, что каждая последующая запись получает­ся с несколько худшим качеством, чем предыдущая. В ко­нечном итоге нарастающие искажения могут привести к ис­чезновению самых первых записей, но все же такой процесс записи весьма увлекателен.

Выход микшера можно подключать к УНЧ (например, на рис. 8.1), к высококачественной акустической системе или к дополнительному входу магнитофона, а к трем его входным каналам могут подсоединяться источники с невысокой гром­костью звука, в том числе бытовая звуковоспроизводящая техника или микрофоны (предпочтительно с высоким импе­дансом). Для пользования микшером потребуется определен­ная тренировка и приобретение навыков путем эксперименти­рования. Поэтому не стоит слишком расстраиваться, если пер­вые попытки не дадут желаемых результатов.

 

8.6. Высокочувствительное устройство

Высокочувствительные устройства могут оказаться весьма забавными игрушками. Их можно использовать также в на­учных целях, например для записи на магнитофон обычно едва различимых звуков.

Устройство, показанное на рис. 8.6, представляет собой довольно высокочувствительный УНЧ. Обязательность ис­пользования в таком устройстве головного телефона (науш­ников) обусловлена двумя причинами.


Во-первых, они помо­ гают устранить внешние звуки, которые создают помехи прослушиванию звуков в усилителе. Во-вторых, применение наушников вместо обычного громкоговорителя исключает воз­можность возникновения акустической обратной связи, вли­яние которой описано в разд. 8.1. Этот усилитель настолько чувствителен, что малейшие звуки на его выходе могут вос­приниматься микрофоном и вызывать самовозбуждение.

Теперь о некоторых предупреждениях, которые необходи­мы в силу слишком высокой чувствительности усилителя. При мощности 1 Вт сигнал обратной связи, попадающий че­рез головной телефон непосредственно в уши, является нэ только неприятным, но и потенциально опасным. Поэтому сле­дует остерегаться, например, падения микрофона, но особен­но возникновения обратной связи.

Самый безопасный способ работы с таким усилителем — выключить головной телефон, пока производятся какие-либо подготовительные и регулировочные операции, в том числе включение и выключение питания, вращение регулятора гром­кости и перенос микрофона с места на место. При этих опера­циях для исключения возникновения обратной связи оба на­ушника следует прижать друг к другу. Надевать и снимать наушники следует быстро и одновременно.



Рис. 8.6. Усилитель низкой частоты.

ИC1— четырехканальный операционный усилитель типа LM3900; ИС2 — УНЧ LM386; R, — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R2 — резистор 1 МОм 0,25 Bт; R3 — 470 КОМ, 0,25 Вт; R4 — потенциометр 500 кОм; R5 — резистор 10 Ом. 0,25 Вт; С1, С2 — конденсатор 0,1 мкФ, 50 В; С3, Се — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С4, С6 — электролитический конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; Мк — кристаллический микрофон.



Рис. 8.7. Индикатор уровня громкости на светодиодах.

Д1—Д10 — любой стандартный еветодиод: ИC1 — схема управления точечным или сегментным индикатором типа LM3914; R1 — потенциометр 500 кОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; C1 — конденсатор 0,47 мкФ.

В качестве источника питания следует использовать 9-вольтную батарею, как показано на схеме, поскольку боль­шинство сетевых источников питания создает фон с частотой 100 Гц, который будет мешать при воспроизведении звуков.


Для выполнения записей на магнитофон выход усилителя включается через собственный штеккер в гнездо дополнитель­ного входа магнитофона.

Данный усилитель можно также использовать с направ­ленным микрофоном, с помощью которого улавливаются удаленные звуковые источники, например крики футболистов на футбольном поле. Для этого микрофон можно разместить в фокусе большого параболического или иного звукового отражателя или на входе мегафона. При этом способ при­менения особого значения не имеет, поскольку главным яв­ляется фокусирование звуковых колебаний в точку, где на­ходится микрофон. Такой хорошо сфокусированный направ­ленный микрофон может удивить радиолюбителя своей высокой избирательностью.

 

8.7. Индикатор уровня громкости на светодиодах

В звуковоспроизводящей аппаратуре высокого качества обычно имеется индикатор уровня громкости того или иного типа, который показывает амплитуду звукового сигнала при записи или воспроизведении.

Традиционно в качестве такого индикатора использовался стрелочный прибор, однако в последнее время его все чаще изготовляют на светодиодах. Такой индикатор не является измерительным прибором, поскольку не предусматривается возможность его калибровки с помощью стандартной изме­рительной аппаратуры. Но в целом он обеспечивает выпол­нение необходимой функции — показывает уровень громкости.

Макет устройства, выполненного по схеме на рис. 8.7, подключается к выводам громкоговорителя любого УНЧ. Для выбора необходимой амплитуды звукового сигнала исполь­зуется регулятор чувствительности, который устанавливается так, чтобы при самой высокой громкости светодиод Д10 едва зажигался. При этом светодиоды будут включаться в зави­симости от амплитуды звукового сигнала, причем чем выше амплитуда, тем больше включается светодиодов, вплоть до Дю. Можно также попробовать подключить вывод 9 ИС1 к отрица­тельной клемме источника питания. При этом характер работы индикатора несколько изменится, что вызовет интерес радио­любителя.

В любом случае он получит в свое распоряжение нечто вроде цифрового индикатора уровня громкости, который расширит возможности изготавливаемой акустической систе­мы. Индикатор может питаться от источника напряжения ,12 В, описанного, в гл. 2.

 

Время задержки

Положение переключателя Кл3	Время
А	1 с
В	10 с
С	30 с
D	1 мин
Е	5 мин
F	10 мин

5.5. Сенсорное реле времени

Электронные реле и времязадающие устройства могут включаться самыми различными способами. Все описанные выше устройства включаются путем перевода переключателя в положение «Вкл», тогда как реле времени, показанное на рис. 5.5, включается простым прикосновением к металличе­ской пластине.

Рис. 5.5. Сенсорное реле времени.

Д1 - светодиод с красным свечением; ИС1 - четырехканальный усилитель типа LM3900 ИС5-таймер типа 555; R1, R3-резистор 1 МОм. 0.25 Вт; R2 - резистор 220 кОм 025 Вт; R4-см. примечание; С1, С2 - конденсатор 0,1 мкФ; С3 - электро­литический конденсатор 1 мкФ, 50 В.

Примечание. Сопротивление резистора R4 составляет 150 Ом при напряжении пита-ния 5 — 7 В и 330 Ом при напряжении питания 7 — 9 В.

В момент прикосновения к пластине начинается отсчет установленного временного интервала. В случае кратковре­менного прикосновения этот интервал длится около 1 с. По истечении временного интервала можно возобновить отсчет повторным прикасанием к пластине. При этом нет необходи­мости в переводе схемы в исходное состояние.

Каким образом работает подобная сенсорная схема вклю­чения? Ее принцип действия основан на том, что тело чело­века представляет собой антенну, принимающую излучение от ближайших осветительных приборов и проводов электро­сети. Все, что вам необходимо сделать, — это сориентировать антенну (ваше тело) в пространстве таким образом, что­бы уровень сигнала был достаточен для переключения при­бора.

В схеме на рис. 5.5 необходимый уровень сигнала обеспе­чивается с помощью усилителя ИС1. Выходной сигнал этого усилителя имеет достаточную амплитуду для включения времязадающей микросхемы ИС2, которая работает так же, как и ранее рассмотренные устройства.

Номиналы R3 и С3, указанные на схеме, обеспечивают временной интервал около 1 с. Для увеличения этого интер­вала необходимо повысить емкость конденсатора С3.
Есте­ственно, что при снижении емкости этого конденсатора вре­менной интервал сокращается.

В течение выработанного временного интервала светодиод Д1 остается включенным. При желании вместо еветодиода с резистором R4 может быть включен зуммер (см. рис. 5.3) или реле (см. рис. 5.4), при этом необходимо лишь обеспе­чить для них соответствующее напряжение питания.

Единственным недостатком сенсорного реле времени яв­ляется возможность его случайного срабатывания от внешних электромагнитных помех. Некоторые бытовые электропри­боры, в частности электробритвы, могут создавать в помеще­нии значительные помехи, способные вызвать срабатывание такого реле времени. Это может происходить также от осве­тительных приборов, так что радиолюбителю не следует поль­зоваться реле, когда возможно возникновение подобного рода помех.

Получение максимальной пользы и удовлетворения от применения сенсорного реле времени зависит от фантазии радиолюбителя. Например, светодиод в реле может вклю­чаться от грозовых разрядов; так что, заменив сенсорную пластину отрезком провода длиной около 6 м, можно исполь­зовать реле для обнаружения грозы.

 

5.6. Реле времени с длительной задержкой

В описанных выше реле времени и времязадающих уст­ройствах используются времязадающие интегральные схе­мы — таймеры типов 555 и 556, которые гарантируют точ­ность, достигаемую в реальных условиях времени задержки не выше 5 %. Для большинства случаев конкретного приме­нения это является недостатком — для реле времени на 10 с вполне допустима точность ~G,5 с.

Однако при изготовлении реле с большим временем за­держки та.кая ошибка выливается в довольно значительную величину. К тому же следует учесть, что для получения дли­тельной задержки требуется использование конденсаторов большой емкости и резисторов с большим сопротивлением, В этом случае применение реле времени с таймером типа 555 обычным способом практически нецелесообразно.

Рис. 5.6. Реле времени с длительной задержкой.



Д1, Д2 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 14- разрядный двоичный счетчик типа 4020; ИС3 — двойной четырехвхо­довый логический вентиль И-НЕ типа 4012; ИС4 — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЁ типа 4011; Т1 — низкочастотный или пере­ключающий n-р-n — транзистор; R1 — потенциометр 1- МОм; R2, R3 — резистор 100 КОм, 0,25 Вт; R4, R6 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R5, R9 — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; R7 — резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт; Rs — резистор 47 кОм, 0,25 Вт; С1 — танталовый конденсатор 1 или 4,7 мкФ; КЛ], — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.

Схема на рис. 5.6 позволяет получать значительные вре­менные задержки без использования больших номиналов конденсаторов и резисторов. В ней снова применяется интегральная схема таймера типа 555, но она используется другим способом. Вместо непосредственного определения ве­личины времени задержки она вырабатывает последователь­ность импульсов. Микросхема цифрового счетчика ИС2 произ­водит подсчет этих импульсов, и, когда число импульсов достигает заданной величины, переключается микросхема ИС3-А и простейший триггер, построенный на микросхемах ИС4-А, ИС4-Б. После этого дальнейший отсчет времени за­держки прекращается.

При использовании номиналов радиодеталей, показанных на рис. 5.6, время задержки может регулироваться в преде­лах от 15 мин до 1 ч или от 1 до 4 ч. Для сокращения време­ни задержки используется конденсатор С1 емкостью 1 мкФ, а для увеличения его емкость повышается до 4,7 мкФ.

Включение задержки происходит при переводе переклю­чателя Кл2 в положение «Вкл» и нажатии кнопки «Сброс». При этом светодиод Д1 будет включаться-выключаться, что свидетельствует об идущем процессе отсчета времени задерж­ки. По истечении этого времени включается светодиод Д2.

Светодиод Д1 продолжает гореть и по истечении времени задержки. Для повторения задержки необходимо просто на­жать кнопку «Сброс», при этом светодиод Д2 погаснет.

Прямоугольником с надписью «Нагрузка» на схеме обо­значен любой маломощный прибор с подходящим напряже­нием питания, который может быть подключен вместо свето-диода Д2 и резистора Rэ.



 

Глава 6

 

СЧЕТЧИКИ

Счетные схемы являются одними из самых полезных и увлекательных устройств в современной электронике. При правильном проектировании они позволяют отсчитывать де­сятки миллионов событий в секунду, но в то же время их можно приспособить для счета событий, происходящих один или два раза в день.

В данной главе рассмотрено несколько счетчиков различ­ных видов. Разработку некоторых из них целесообразно вы­полнить в целях самообучения, тогда как другие можно приспособить для решения весьма полезных задач. Должно быть, радиолюбитель захочет бегло ознакомиться со всеми счетчиками, прежде чем решить, какие из них годятся только для повышения его собственной квалификации, а какие мо­гут иметь конкретные применения.

В любом случае следует попробовать изготовить такие устройства. Даже после изготовления самых разнообразных счетчиков по прошествии многих лет я продолжаю испыты­вать удовлетворение каждый раз, когда мне приходится. ис­пользовать один из давно изготовленных мною счетчиков.

 

6.1. Четырехразрядный двоичный счетчик

Электронные схемы и особенно цифровые электронные схемы лучше всего умеют считать в двоичной системе счисле­ния, в которой используются всего две цифры — 0 и 1. Элект­ронные схемы, в которых реализована двоичная система счисления, имеют два состояния «включено» — «выключено»,

В то время как люди предпочитают считать по стандарт­ной десятичной системе счисления, использующей 10 различ­ных цифр (символов), электронные схемы могут справиться с этим с большим трудом. Короче говоря, электронные схемы обычно имеют дело с двумя простейшими понятиями — «вклю­чено» — «выключено», которые обычно представляются циф­рами 1 и 0.

Схема, представленная на рис. 6.1, называется четырех­разрядным двоичным счетчиком и производит отсчет в двоич­ной системе счисления. На каждом из четырех выходов такой схемы устанавливаются нули и единицы, так что схема спо­собна формировать 16 различных комбинаций нулей и еди­ниц (см, табл.


на рис. 6.2),

Однако 16 комбинаций нулей и единиц, т. е. 4- разрядный двоичный отсчет, мало что означает для неспециалиста. По­этому люди учатся представлению двоичных комбинаций в виде десятичных чисел. В табл. на рис. 6.2 дается представле­ние работы в трех системах счисления — двоичной, шестнадца-теричной и десятичной.

Естественно, что схема считает в двоичной системе, а ра­диолюбитель может научиться представлять ее двоичные со­стояния в более знакомой ему десятичной форме. Например, когда все светодиоды выключены, можно принять отсчет за нуль. С другой стороны, когда все светодиоды включены, можно принять, что двоичному числу соответствует десятич­ное число 15. Тогда все остальные числа будут находиться между этими предельными значениями.



Рис. 6.1, Принципиальная схема 4-разрядного двоичного счетчика.

Д1 — Д4 — светодиод с красным свечением; ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 7493; ИС3 — шесть инверторов типа 7404; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор I кОм. 0,25 Вт; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт, R4 — R7 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С, — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Кл1 — однополюсный двухпозиционный переключатель.

Шестнадцатеричная система счисления предполагает дру­гую трактовку 4-разрядных двоичных чисел. Эта система счисления имеет 16 символов, в том числе знакомые десятич­ные цифры от 0 до 9 и буквенные знаки А, В, С, D, Е и F. Интересно отметить, что специалисты по вычислительной тех­нике предпочитают оперировать шестнадцатеричными числами вместо двоичных.



Рис. 6.2. Таблица отсчета в 4-разрядном двоичном счетчике.

Схема на рис. 6.1 выполнена таким образом, что она от­считывает 4-разрядные двоичные числа со скоростью, регу­лируемой от 10 отсчетов в секунду до — 1 отсчета за 10 с. Если радиолюбителю удается следить за счетом, идущим с частотой 10 Гц, то он обладает довольно хорошей коорди­нацией зрения и мышления. Так что следует установить та­кую частоту отсчета, которая позволяет радиолюбителю сле­дить за счетом.



Переключатель Кл1 позволяет в любой момент останавли­вать счетчик и устанавливать его в исходное состояние — нуль. При его переводе в положение «Нормальный отсчет» отсчет начинается с нуля. Как показано на схеме, напряжение питания должно быть достаточно стабильным — в пределах 5 — 6 В. При меньших значениях напряжения нормальная по­следовательность счета будет нарушаться, а при напряже­ниях более 6 В возникает опасность перегрева и выхода из строя интегральных схем.

 

6.2. Шестнадцатеричный счетчик

Четырехразрядный двоичный счетчик на рис. 6.1 выраба­тывает 16 различных комбинаций двоичных нулей и единиц. Как указывалось в разделе 6.1, эти 16 комбинаций могут быть представлены в виде 16-значной счетной таблицы, из­вестной под названием шестнадцатеричного счета.



Рис. б.З. Принципиальная схема шестнадцатсричного счетчика.

Д1 — Д10 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик 7493; ИС3 — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; ri — потенцио­метр 1 МОм; Я2 — резистор 1 кОм,0,25Вт; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

На рис. 6.3 подазана схема шестнадцатеричного счетчика, сравнение которой со схемой на рис. 6.1 позволяет выявить их существенное сходство. В обеих схемах используются практически одинаковые микросхемы HCi и ИС2 с соответ­ствующими резисторами и конденсаторами. На рис. 6.3 4-раз­рядный двоичный счетчик подключается к двоично-шестнад-цатеричному преобразователю, выполненному на микро­схеме ИСз.

Однако микросхему ИСз обычно не называют двоично-шестпадцатеричным преобразователем. Это название используется здесь лишь потому, что ИС3 выполняет аналогичные функции. Микросхему ИС3 чаще называют дешифратором из 4 в 16. Однако независимо от названия главным является то, что она обеспечивает шестнадцатеричный отсчет от 0 до F.

Как и в двоичном счетчике на рис. 6.1, здесь можно регу­лировать скорость отсчета с помощью потенциометра и про­изводить установку нуля в любой момент с помощью пере­ключателя Кль который ставится при этом в положение «Стоп/Сброс».



Обычно светодиоды в шестнадцатеричном счетчике рас­полагаются в виде прямой горизонтальной линии, начиная от «О» и вправо до «F». При высокой частоте отсчета такое рас­положение создает «бегущий» эффект — поочередное включе­ние светодиодов слева направо. Но при низких частотах можно наблюдать процесс отсчета в шестнадцатеричной си­стеме от 0 до F и обратно до 0.

 

6.3. Двоично-десятичные счетчики

Четырехразрядные двоичные счетчики вырабатывают ; 16 различных комбинаций из четырех нулей и единиц (рис. 6.1 и 6.2). Шестнадцатеричный счетчик преобразует вы­ходные комбинации 4-разрядного двоичного счетчи,ка в один из 16 знаков от 0 до F.



Рис. 6.4. Двоично-десятичный счетчик.

Д1 — Д4 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разряд­ный двоичный счетчик типа 7493; ИС3 — шесть инверторов типа 7404; Л,-потен­циометр 1 МОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3 - резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4 — R7 L резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С, - электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

Двоичная и шестнадцатеричная системы счисления удов­летворяют потребностям ЭВМ и специалистов по вычислитель­ной технике. Однако большинство людей привыкли больше к десятичной системе счисления, в которой вместо 16 исполь­зуется 10 числовых знаков. Учитывая это, двоичные счетчики часто переделываются таким образом, чтобы отсчитывать как раз 10 различных состояний, соответствующих десятичным числам от 0 до 9.

На рис. 6.4 показан пример такой модификации обычного 4-разрядного двоичного счетчика, в результате которой счет производится двоичными цифрами от 0 до 9. Модификация эта довольно проста и по сравнению со схемой на рис. 6.1 заключается в соединении выводов 2 и 3 ИС2 с выводами 9 и 11 этой же микросхемы вместо их подключения к переклю­чателю «Сброс».

В результате такой модификации счетчик -будет произво­дить отсчет от двоичного 0 (0000) до двоичной 9 (1001). Если радиолюбитель не знает, как осуществить перевод двоичных

знаков в десятичные, то можно воспользоваться таблицей на рис. 6.2.


Очевидно, что схема будет считать от 0 до 9, но не больше 9.

Сравнение 4-разрядного двоичного счетчика на рис. 6.1 с двоично-десятичным счетчиком позволяет выявить в послед­нем один небольшой недостаток: выводы сброса на нуль в микросхеме ИС2, используемые в двоичном счетчике для его сброса на нуль, выполняют здесь функции обеспечения счета от 0 до 9 Было бы неплохо иметь какой-либо элемент, обес­печивающий ручной сброс двоично-десятичного счетчика на нуль, однако в данной схеме такой возможности нет, Этот недостаток устранен в другом двоично-десятичном счетчике, показанном на рис. 6.5.



Рис. 6.5. Двоично-десятичный счетчик со сбросом на нуль вручную.

Д1 — Д4 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 7490; ИСз — шесть инверторов типа 7404; R1 — потенцио­метр 1 МОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4 — R7 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

Схема на рис. 6.5 весьма сходна со схемой на рис. 6.1, но ее принципиальным отличием является выполнение счета в двоично-десятичном коде вместо двоичного или шестнадца­теричного счета.

 

6.4. Два простых декадных счетчика

Двоично-десятичный счетчик производит счет в виде дво­ичных 0 и 1 Поскольку большинство людей не любит опери­ровать двоичными числами, иногда необходимо преобразо­вать двоичный отсчет в более понятную десятичную форму.

Две схемы рассматриваемые в данном разделе, произво­дят перевод двоично-десятичных кодов в определенную форму десятичного отсчета. Каждое двоичное число преобразуется в схемах в сигнал, обеспечивающий включение одного из 10 светодиодов Таким образом, при работе любой из этих схем можно наблюдать последовательное включение светодиодов, обозначающих числа от 0 до 9.

В счетчике на рис. 6.6 используется микросхема двоично-десятичного счетчика, обеспечивающего выработку двоичных знаков которые поступают в микросхему ИС3, Последняя производит включение одного из 10 светодиодов, обозначен­ных цифрами от 0 до 9.


По принципу работы эта схема сход­на с шестнадцатеричным счетчиком на рис. 6.3 и отличается тем что образует на выходе 10 обычных десятичных цифр, а не 16 знаков шестнадцатеричной системы счисления.

По всем внешним признакам схема на рис. 6.7 работает аналогично, последовательно включая 10 светодиодов. Одна­ко в этом счетчике как отсчет, так и декодирование произво­дится одной и той же микросхемой ИС3. Единственный недо­статок этой интегральной схемы состоит в том, что она не может вырабатывать достаточный ток для включения свето­диодов с номинальной яркостью свечения, в силу чего необ­ходимо введение усилительных схем. В то же время выпол­нение этой интегральной схемы на дополняющих МОП-транзисторах позволяет использовать источники питания напря­жением 5 — 12 В. Устройство на рис. 6.6 не имеет этого преимущества, поскольку в нем использованы транзисторно-транзисторные логические микросхемы, требующие напряже-ния питания в пределах 5 — 6 В.



Рис. 6.6. Декадный счетчик на транзисторно-транзисторных логических схемах.

Д1 — Д10 — светодиод с красным свечением; ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 7490- ИСз — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 150 Ом 6,25 Вт; C1 —  электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.



Рис. 6.7. Декадный счетчик на дополняющих МОП-транзисторах.

Д1 — Д10 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — декадный счетчик типа 4017; ИС3, ИС4 — шесть буферных инверторов типа 4049; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4, R5 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; Rs — ре­зистор 150 Ом, 0,25 Вт; C1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35В; Клг — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.

Еще одним преимуществом схемы на рис. 6.7 является на­личие в ней двух переключателей для ручного управления. Переключатель «Стоп/Пуск» позволяет останавливать про­цесс отсчета в любой момент.


При нахождении этого переключателя в положении «Стоп» на светодиодном индика­ торе можно видеть последний отсчитанный знак, с которого возобновляется отсчет при переводе переключателя в поло­жение «Пуск». Кнопка «Сброс» позволяет в любой момент произвести установку счетчика на нуль и при этом практи­чески без остановки процесса отсчета.

Остановка отсчета и установка нуля в этом случае произ­водятся за две операции. Во-первых, процесс отсчета оста­навливается при установке переключателя «Стоп/Пуск» в по­ложение «Стоп», после чего установка нуля происходит при нажатии Кнопки «Сброс». Возобновление работы счетчика происходит при отпускании кнопки «Сброс» и возврате пе­реключателя в положение «Пуск».

 

6.5. Декадные счетчики с цифровыми индикаторами

Хотя наблюдать 10 быстро и последовательно включаю­щихся и выключающихся светодиодов забавно, декадный счетчик с 10 различными светодиодами в значительной мере устарел. Для нашего времени более подходит отсчет на од­ном индикаторе с воспроизведением в виде настоящих араб­ских цифр.

Можно представить себе, как было трудно, если бы цифры во всех счетно-решающих устройствах, цифровых часах и современных электронных кассовых аппаратах отображались с помощью 10 мигающих светодиодов. Более удобно исполь­зовать 7-сегментный индикатор для каждой декады. В таких индикаторах, знакомых большинству читателей, используют­ся семь отрезков, подсвечиваемых светодиодами и располо­женных в форме цифры «8».

При подсвете (включении) всех семи сегментов воспроиз­водится цифра 8, а их включение в других комбинациях дает все цифры от 0 до 9.

Устройство, показанное на рис. 6.8, позволяет воспроизво­дить результаты отсчета, выполняемого двоично-десятичным счетчиком, в форме цифр, образуемых из семи сегментов. Как и в ранее описанных в данной главе счетчиках, здесь исполь­зуется микросхема таймера типа 555 для выработки такто­вых импульсов, {которые в двоично-десятичном счетчике обеспечивают отсчет от 0 до 9.


Однако счетчик ИС2 в этом уст­ройстве вырабатывает двоично- кодированную группу знаков, что потребовало введения еще одной микросхемы для пре­образования двоичных кодов в коды для: 7-сегментного индикатора. Эти функции выполняет ИС3 — преобразователь из двоично-десятичного в сегментный код.



Рис. 6.8. Цифровой счетчик с однозначным индикатором.

И1 — 7-сегментиый индикатор; ИС1 — таймер типа 555: ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 74190; ИС3 — преобразователь двоично-десятичного кода в ?-сегментный типа 7447; Ri — потенциометр 1 МОм; R$ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; Rt — Rio — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; d — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

Для нормальной работы в данном счетчике 7-сегментный индикатор должен иметь общий анод. Штырьковые выводы индикатора располагаются снизу, как и в стандартных микро­схемах. На рис. 6.8 выводы обозначены прописными буквами от «а» до «g»., поскольку иногда в каталогах под одним и тем же номером приводятся индикаторы с разной нумерацией выводов. Для правильного определения номеров выводов необходимо пользоваться паспортом, прилагаемым к индика­тору, при этом надо найти номера штырьков, соответствую­щих сегментам от «а» до «g». После правильного подключе­ния на индикаторе будут воспроизводиться цифры от 0 до 9, а при помощи регулятора частоты можно устанавливать час­тоту воспроизведения от 0,1 до 10 Гц. Непрерывное воспро­изведение одной цифры «8» обозначает обычно, что счетчик работает так быстро, что все цифры сливаются в одну,

 

6.6. Однодекадный цифровой счетчик событий

Счетчиком событий является любое счетное устройство, определяющее число каких-либо происходящих событий. На­пример, на шарикоподшипниковом заводе счетчик событий на сборочной линии подсчитывает количество готовых шарико­подшипников.

Все описанные выше счетчики работают автоматически от автогенератора. Таким образом, они производят подсчет чис­ла импульсов, вырабатываемых автогенератором.


Вместе с тем было бы интереснее каким-либо образом управлять процессом отсчета.

На рис. 6.9 приведена схема счетчика, который отсчиты­вает количество нажатий кнопочного переключателя. Отсчет, воспроизводимый на однознаковом 7-сегментном индикаторе, возрастает на единицу при каждом нажатии кнопочного пе­реключателя «Отсчет». Для установки счетчика обратно на нуль нажимается кнопочный переключатель «Сброс». Та­ким образом производится полное управление процессом отсчета.

Некоторые сведения о применении 7-сегментного индика­тора приведены в разделе 6.5. Следует обратить особое вни­мание на определение нумерации штырьковых выводов по паспортным данным индикатора и соответствие этой нумера­ции буквенным обозначениям от «а» до «g» на схеме,



Рис. 6.9. Однозначный счетчик событий.

И1 — 7-сегментный индикатор на светодиодах с общим анодом; Hd — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 74190; ИС3 — преобразователь двоично-десятичного кода типа 7447; Ri — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R2 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; Rs — Rn — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С,, С2 — конденсатор 0,1 мкФ, 50 В; Кл,, Кл2 — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.

 

6.7. Универсальный однодекадный счетчик

Счетчик, показанный на рис. 6.10, способен выполнять ряд функций, которые практически невозможно реализовать в простых счетчиках. Например, этот счетчик может считать в двух направлениях: прямо от 0 до 9 и в обратном порядке от 9 до 0. Направление отсчета определяется положением пе­реключателя «Прямо/Обратно».



Рис. 6.10. Универсальный однозначный счетчик.

И1 — 7-сегментный индикатор на светодиодах с общим анодом; HC1 — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 74190; ИСз — преобразователь двоично-десятичного в 7-сегментный код типа 7447; ИСд — четыре двухвходовых логических вентиля ИЛИ-НЕ типа 7402; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4 — Re, Ли — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R7 — R13, — рези­стор 150 Ом, 0,25 Вт; C1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35В; Кль Кл2 — нормально разомкнутый кнопочный переключатель; Кл3.


Кл4 — однопозиционный переключатель.

Работа этого счетчика может быть остановлена в любой момент отсчета путем перевода переключателя «Отсчет/Стоп» в положение «Стоп». Возврат этого переключателя в поло­жение «Отсчет» обеспечивает возобновление процесса отсчета с точки, где он был остановлен.

Наконец, этот универсальный счетчик может быть уста­новлен в состояние 0 или 9. Нажатие кнопки «Установка О» обеспечивает автоматическую установку 0 независимо от то­го, в какой точке отсчета находится счетчик, а нажатие кнопки «Установка 9» обеспечивает немедленный перевод отсчета на 9.

Возможность установки счетчика на 0 в любой момент является очень полезной при его использовании в режиме прямого отсчета, а установка 9 может пригодиться для об­ратного отсчета, начиная с 9.

Описанный счетчик работает самостоятельно, однако его можно переделать в счетчик событий, заменив радиокомпо­ненты ИС1, R1, R2, R3 и C1 на радиокомпоненты ИС1, Кл1, R1, R2, R3 и С2 схемы запуска, показанной на рис. 6.9,

 

6.8. Счетчик обратного отсчета («Пуск ракеты»)

Счетчики могут использоваться не только для воспроиз­ведения отсчитываемых чисел. Поскольку на отсчет чисел затрачивается определенное время, счетчик можно использо­вать в качестве времязадающего устройства. В частности, речь идет об использовании счетчика с обратных отсчетом от 9 до 0, который при достижении нуля включает реле, а вместе с ним и какой-либо процесс.



Рис. 6.11. Дополнительная схема к счетчику (рис. 6.10) для автоматиче­ского запуска модели ракеты.

T1 — маломощный n-р-n — транзистор; R15 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R16 — рези­стор 22 кОм, 0,25 Вт; P1 — двухпозиционное реле с напряжением обмотки 6 В (H.3. — контакт нормально замкнутый, Н. Р. — контакт нормально разомкнутый).

Принцип действия описанного здесь устройства заклю­чается в том, чтобы произвести отсчет от 9 с интервалами 1 с до 0 и осуществить запуск ракеты автоматически по зна­комой всем команде «9, 8, 7, 6, ,.,, О, Пуск!» Для выполне­ния этого необходимо сначала изготовить универсальный счетчик, показанный на рис. 6.10, а затем подключить к нему схему, приведенную на рис. 6.11.



Предупреждение! Перед применением в модели ракеты устройство, выполненное по схеме на рис. 6.11, должно быть тщательно проверено. При проверке воспламенитель заменяет­ся лампой накаливания с тем же напряжением питания, что и в пусковой батарее макета ракеты.

В устройстве на рис. 6.11 при проверке необходимо по­ставить переключатель Кл5 в положение «Безопасно» и под­ключить его к счетчику на рис. 6.10. При этом нужно иметь два отдельных источника питания: батарею напряжением 6 В для счетчика и пусковую батарею ракеты. Отметим, что транзистор Т1 в схеме на рис. 6.11 будет питаться от источ­ника питания счетчика, показанного на рис. 6.10.

По окончании подготовки к проверке переключатель Кл3 на рис. 6.10 следует поставить в положение «Стоп», а пере­ключатель Кл4 — в положение «Обратно». При нажатии кнопки «Установка 9» на индикаторе должна появиться цифра «9», но воспламенитель при этом должен быть обесто­чен. В противном случае необходимо снова проверить весь монтаж схемы.

При нормальной работе переключатель Кл3 переводится в положение «Отсчет», при этом должны соответствующим образом меняться цифры на индикаторе. В случае необходи­мости с помощью регулятора частоты следует установить период смены цифр, равный ~ 1 с. В процессе такой проверки и регулировки счетчик должен отсчитывать от 9 до 0 и за­тем обратно до 9 непрерывным повторением такого цикла. Каждый раз, когда счетчик доходит до 0, можно слышать и видеть замыкание контактов реле, что служит подтвержде­нием нормальной работы схемы.

При последующей операции проверки производится оста­новка счетчика путем перевода переключателя Кл3 в поло­жение, «Стоп» и затем перевод счетчика на 9 с помощью кнопки «Установка 9». Далее переключатель Клз переводит­ся в положение «Работа», при этом схема готова к имитации пуска. При замене электрозапала на небольшую лампу включение последней свидетельствует о возможности пуска ракеты.

Для имитации пуска необходимо перевести переключа­тель Кл3 в положение «Отсчет», после чего устройство долж­но срабатывать самостоятельно.При этом на индикаторе будет происходить обратный отсчет цифр и при появлении цифры «О» осуществится «пуск».

При работе с устройством на пусковой площадке необ­ходимо помнить, что переключатель «Безопасно/Работа» должен находиться в положении «Безопасно» до момента, пока счетчик не остановится на цифре «9». Перевод этого переключателя в положение «Работа» производится только перед включением автоматического обратного отсчета.

 

ЗАБАВЫ И ЭЛЕКТРОННЫЕ ИГРЫ

 

ЗАБАВЫ И ЭЛЕКТРОННЫЕ ИГРЫ

Существует целый ряд электронных игр — от простых до самых сложных и утонченных. Так, к самым простейшим мож­но отнести игру «крестики-нолики», а к сложным — автома­тизированные видеоигры с программированием. Промежу­точное положение между ними занимают множество других развлекательных электронных игр.

С учетом общих целей и назначения книги в данной главе описываются электронные игры, близкие к простейшим. Од­нако если освоить все описанные устройства, то можно на­учиться изготавливать более разнообразные и сложные игры, описанные в других изданиях.

Будем надеяться, что приобретенный после этого опыт даст радиолюбителю уверенность и навыки, необходимые для конструирования и изготовления собственных электронных игр.

 

11.1. Электронная игра «орел — решка»

Трудно себе представить более простую схему, чем та, ко­торая имитирует бросание монетки. Основное назначение такой схемы — вырабатывать в произвольном порядке два различных знака. Выигрывает при этом тот, кто угадывает знак, получаемый при нажатии кнопки.

После сборки схемы на рис. ИЛ и подсоединения источ­ника питания напряжением 5 — 6 В следует поставить пере­ключатель Кл! в положение «Вкл». При этом загорается один из светодиодов, причем не известно, какой из двух. Если вклю­чаются сразу оба светодиода или не включается ни один из них то следует проверить правильность сборки схемы.

Перед началом игры следует нажать кнопку «Бросай» и не отпускать ее, пока оба светодиода не будут светиться примерно с половинной яркостью. При отпускании кнопки включенным остается один из светодиодов, который будет светиться с полной яркостью, а второй светодиод погаснет.

Однако заранее нельзя сказать, какой светодиод останется включенным после отпускания кнопки, так как схема работа­ет произвольно Обозначив светодиоды «Орел» и «Решка», можно полностью имитировать игру с бросанием монетки.

Принцип работы схемы весьма прост. Три логических инвертора HCi-A, Hd-в и HCi-в образуют схему автогенератора, который имеет частоту порядка 12 МГц.
При каждом периоде колебаний этого автогенератора запускается триг­гер, вырабатывающий на выходе своих выводов 14 и 15 сиг­палы включения и выключения, которые подаются на свето­диоды.

Такой запуск триггера происходит лишь только при нажа­той кнопке «Бросай» и прекращается при отпускании этой кнопки. При частоте запуска 12 МГц совершенно невозмож­но произвести остановку в определенный момент, что обес­печивает практически произвольный характер ее работы.

Рис. 11.1. Электронная игра «орел — решка».

Кл2 — нормально замкнутый кнопочный переключатель; Д1 — светодиод с красным свечением; Д2— светодиод с зеленым свечением; ИС1 — шесть инверторов типа 7404; ИС2 — двойной J—К-триггер типа 7476; R1, R2 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; R3 — ре­зистор 22 кОм, 0,25 Вт.

Эту произвольность может легко проверить сам радио­любитель, для чего следует 100 раз нажать кнопку «Бросай», а после отпускания кнопки каждый раз записывать, что выхо­дит— «орел» или «решка». После 100 нажатий, наверное, получится примерно равное количество «орлов» и «решек», т. е. что-то около 50 для каждого. Если вдруг получится от­ношение 60 :40,не следует беспокоиться, поскольку аналогич­ное отношение может получиться и при бросании настоящей монетки.

 

11.2. Электронная игра в кости

Бросание одной игральной кости равноценно получению одной цифры из шести возможных. Другими словами, игрок имеет один шанс из шести получить какое-либо число.

Рассматриваемая схема представляет собой электронное подобие бросания одной кости с помощью кнопки «Бросок». Точки на гранях кости представляются с помощью семи све« тодиодов, Если расположить светодиоды, как показано на рис. 11.2, то получится тот же рисунок точек, что и на гранях настоящей игральной кости.

При включении схемы и нажатии кнопки «Бросок» все семь светодиодов будут еле светиться. Это означает, что ра­диолюбитель «бросает кость». При отпускании кнопки один или более светодиодов включаются на полную яркость, обра­зуя один из шести возможных рисунков точек.



 Если, например, в результате «бросания корти» получает­ ся одно очко, то загорается только один светодиод Г, при счете два очка — светодиоды Ж и В, а при счете шесть оч­ков — все светодиоды, кроме светодиода Г. При получении неправильных рисунков включения светодиодов следует про­верить монтаж схемы.

Принцип действия этой схемы практически тот же, что и в игре, описанной выше в данной главе. Генератор сигналов с частотой 12 МГц, выполненный на инверторах ИC1-A, ИC1-B и HC1-В, запускает счетчик ИС2. Последний при нажатой кнопке «Бросок» отсчитывает последовательность из шести различных чисел при нажатой кнопке «Бросок».

Двоичные числа на выходе счетчика преобразуются в обычные рисунки точек на гранях игральной кости с помощью ряда логических схем, включающих еще два инвертора, два логических вентиля типа «И-НЕ» и один логический вентиль типа «ИЛИ-НЕ». Такой декодер необходимо собрать из перечисленных логических схем, поскольку промышлен­ность не выпускает специальную микросхему для выполнения подобной специфичной задачи декодирования.



Рис. 11.2. Электронная игра в кости.

Д1—Д7 — светодиод с красным свечением; lid—шесть инверторов типа 7404; ИС2— 4-разрядный двоичный счетчик с предварительной установкой типа 74191; ИС3 — четыре двухвходовых логических вентиля ИЛИ-НЕ типа 7402; ИС4 — три трехвхо­довых логических вентиля И-НЕ типа 7410; Ri — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R2—R8 — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; Кл2 — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.

Для игры с двумя костями следует изготовить два уст­ройства по схеме на рис. 11.2. При этом для обоих устройств можно использовать один источник питания и один общий переключатель, а игра производится с помощью двух кнопок «Бросок» и двух отдельных индикаторов на светодиодах. Та­кое использование двух отдельных схем обеспечивает произ­вольное получение результатов на двух индикаторах.

 

11.3. Цифровая электронная игра в кости

Во всех современных электронных играх и другой элек­тронной аппаратуре, продаваемых в магазинах, используются цифровые 7-сегментные индикаторы, на которых довольно чет­ко воспроизводятся знакомые арабские цифры.





Рис. 11.3. Цифровая электронная игра в кости.

И1 — 7-сегментный индикатор на светодиодах с общим анодом; HCi — шесть инвер­торов типа 7404; ИС2 — 4- разрядный двоичный счетчик типа 74191; ИС3 — три трех-входовых логических вентиля И-НЕ типа 7410; ИС4 — преобразователь двоично-де­сятичного кода в 7-сегментный типа 7447; R1 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; Ri — Rs — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; Кл2 — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.

Хотя в кости с рисунками точек на гранях играют уже много веков, пожалуй, настало время перейти к применению в этой игре цифровых 7-сегментных индикаторов. В цифровой электронной игре в кости, описываемой в данном разделе, результат броска воспроизводится в виде цифр 1, 2, 3, 4, 5 или 6,

Схему, показанную на рис. 11.3, практически легче со­брать, чем игру в кости, описанную в разд. 11.2. Такая про­стота объясняется тем, что здесь используется выпускаемый промышленностью декодер, т. е. микросхема для преобразо­вания двоичных чисел в сигналы управления 7-сегментным индикатором.

После включения источника питания и нажатия кнопки «Бросок» большая часть сегментов индикатора будет еле светиться. При этом частота коммутации сегментов будет составлять примерно 12 МГц. Невозможно представить себе, чтобы настоящая кость переворачивалась с такой быстро­той.

В любом случае отсчет останавливается в момент отпу­скания кнопки и на индикаторе появляется одна из цифр от 1 до 6, которая показывает выигранные очки для очеред­ного игрока, «бросающего» игральную кость.

 

11.4. Электронная игра «Салки»

В играх типа «Салки» играющий что-то или кого-то до­гоняет. В наши дни такие игры находятся среди наиболее популярных. В данном разделе описывается игра, которую можно изготовить за два вечера и затем часами заниматься игрой — преследованием или уходить от преследования.

Игра «Салки» рассчитана на двух игроков, из которых один догоняющий, а другой убегающий. Чтобы понять смысл игры, обратимся к изображению пультов управления на рис. 11.4, а и б.



Пульт управления (рис. 11.4,а), предназначенный для догоняющего игрока, более сложен, чем второй пульт. В нем имеются общий для игры в целом переключатель «Вкл/Выкл», два регулятора вертикальной и горизонталь­ной скорости, три переключателя «Вверх/Вниз», «Назад/Впе­ред» и «Пуск/Стоп», а также восемь светодиодов.

Пульт управления (рис. 11.4,6), предназначенный для убегающего игрока, имеет некоторые из тех же органов управления, что и на пульте догоняющего игрока, в том числе два регулятора вертикальной и горизонтальной ско­рости и два переключателя «Вверх/Вниз» и «Назад/Впе­ред».

Чтобы оба игрока не мешали друг другу, в игру введены два пульта. Оба пульта управления соединены между собой плоским эластичным кабелем.



Рис. 11.4. Пульты управления для электронной игры «Салки».

В этой игре догоняющий, игрок является зачинщиком бега. В его задачу входит поймать второго игрока и «оса­лить» его прежде, чем тот успеет увернуться. Оба игрока могут «бегать» одновременно в двух разных направлениях и с разной скоростью. В любом случае регулятором верти­кальной скорости устанавливается скорость бега в вертикальном направлении, а переключателем «Вверх/Вниз» оп­ределяется направление движения. Аналогичным образом регулятором горизонтальной скорости устанавливается ско­рость бега в горизонтальном направлении, а переключате­лем «Назад/Вперед» определяется направление движения. Итак, игра начинается с того, что оба игрока «разбе­гаются» в разные стороны и с разной скоростью. Для до­гоняющего цель игры состоит в том, чтобы одновременно включить все восемь светодиодов. В процессе игры свето-диоды включаются и выключаются, показывая, таким об­разом, текущее положение догоняющего и убегающего, и все восемь светодиодов включаются тогда, когда оба иг­рока оказываются в одном месте.

В момент, когда догоняющему игроку удается одновре­менно включить все восемь светодиодов, он должен успеть перевести переключатель «Пуск/Стоп» в положение «Стоп», В этом случае «передвижение» обоих игроков остановится и можно будет действительно убедиться, что догоняющий «разлил» убегающего.



Игра возобновляется в момент перевода переключателя «Пуск/Стоп» в положение «Пуск».

Такая игра может оказаться увлекательной и динамич­ной, особенно если оба игрока приобрели некоторые навыки и опыт обращения с ней. При этом следует помнить, что одновременное включение всех светодиодов и перевод пере­ключателя «Пуск/Стоп» в положение «Стоп» входят в за­дачу догоняющего игрока. Если он не успевает перевести этот переключатель при зажигании одновременно всех све­тодиодов, то это означает, что он не «осалил», и «догнать» убегающего снова будет весьма трудно.

Для получения, максимального интереса можно играть на время, за которое удается «осалить» убегающего игрока. После этого играющие меняются пультами и выигрывает тот, кто затратил меньше времени на то, чтобы догнать.

Схема электронной игры «Салки» показана на рис. 11.5. Одна ее часть (рис. 11.5, а) находится в более сложном пульте управления догоняющего игрока и содержит источ­ник питания, цепи со светодиодами, а также, как было опи­сано выше, переключатель «Пуск/Стоп». Другая часть схе­мы (рис. 11.5,6) более проста и содержит цепи, необходи­мые для выбора скорости и направления движения.

Оба пульта можно просто и аккуратно соединить с по­мощью стандартного 16-жильного кабеля с разъемами на обоих концах. Контакты ответной части этих разъемов сходны по расположению с выводами 16-контактных микро­схем, т. е. для каждого пульта необходимо по одной 16-гнездной фишке.

Расходуемая мощность в этой электронной игре доволь­но высока, поэтому в спецификации рекомендовано исполь­зование четырех батарей типа С. Но даже при использо­вании такого источника питания не следует играть в нее слишком долго, во избежание разряда батарей. Целесооб­разно использовать в игре стабилизированный источник пи­тания напряжением 5 В, например показанный на рис. 2.1.

 

11.5. Три электронные игры на быстроту реакции



Рис. 11.5. Электронная игра «Салки».

Д1 — Д8 — светодиод с красным свечением; ИС1, ИС6 — двойной J — К-триггер типа 556; ИС2, ИС3, ИС7, ИС8 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 74191- ИС4 ИС5 — четыре логических вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ типа 7486, R1, R4, R17, R20 — потенциометр 1 МОм; R2, R5, R18, R21 — резистор 100 кОм 0,25 Вт; Р3 R6, R19, R22 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R7, R8, R23, R24 — 22 кОм, 0,25 Вт; R9 — R16 - рези£тор 150 Ом, 0,25 Вт; C1 — С4 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В.



В данном разделе представлены на выбор три электрон­ные игры, в основу Которых заложен один и тот же смысл — сравнить быстроту реакции двух игроков. Во всех трех устройствах используется одинаковый индикатор счета, показанный на рис. 11.6. Различие между играми заключается лишь в способе управления этим индикатором.



Рис. 11.5 (продолжение).



Рис. 11.6. Принципиальная схема индикатора счета.

ИC1 — двойной таймер типа 556; ИС2 — три трехвходовых логических вентиля И-НЕ типа 74LS10: ИС3 — ИС5 — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЕ типа 74LSOO; ИС6 — шесть инверторов типа 7401; Д1, Д2 — светодиод с красным свечением; R1, R2 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R3, R4, R7 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R5, R6 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R8 — R9 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С1 — С4 — конденсатор 0,01 мкФ; Дз, Дь — маломощный выпрямительный диод; Кл2-Кл4 — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.

Индикатор счета сам по себе не представляет особого интереса, и для получения какого-либо полезного устрой­ства вы должны добавить к нему одну из трех приведенных схем управления (рис. 11.7 — 11.9).

Чтобы представить себе, как работает индикатор счета, следует для начала отметить, что в нем используются две кнопки, обозначенные как «Попадание А» и «Попадание Б». В ходе игры игрок А стремится выиграть, нажав кнопку «Попадание А», а игрок Б — аналогичным образом, нажи­мая кнопку «Попадание Б».

Не нужно быть большим знатоком в электронной тех­нике, чтобы представить себе, что в индикаторе имеется большое количество логических схем. Это довольно сложное устройство.

Назначением всех этих логических схем является обес­печение честной игры со стороны участников. Например, часть логических схем способна выявить положение, при ко­тором один из игроков нажимает кнопку «Попадание» прежде, чем в действительности он успевает среагировать на какое-то событие. В любом случае, когда он слишком рано нажимает кнопку, устройство автоматически присваи­вает победу другому игроку.



Некоторые другие логические схемы обеспечивают раз­решение спорной ситуации, когда возникает вопрос о том, кто из игроков первым нажал кнопку. Устройство не остав­ляет абсолютно никаких сомнений в этом вопросе. В мо­мент, когда один из игроков нажимает свою кнопку, кнопка другого игрока просто блокируется.

А что происходит, если оба игрока нажимают свои кноп­ки «Попадание» одновременно? На это можно ответить, что схема способна определить разницу по времени нажатия до 100 не (т. е. до 0,0000001 с). Одновременность нажатия кнопок с такой астрономической точностью практически не­возможна.

Остальные логические схемы служат для выполнения сброса, т. е. перевода всех логических схем в исходное со­стояние, из которого они переходят в другие состояния в ходе игры.

Итак, в схеме имеются две кнопки «Попадание». После изучения вышеописанного нет ничего удивительного в том, что в схему вводятся также два светодиода, обозначенных как «Победа А» и «Победа Б». Тот, кто первым нажмет свою кнопку при условии, что он среагировал на событие вовремя, увидит включение своего светодиода «Победа». По­скольку весьма маловероятно, чтобы обе кнопки были на­жаты одновременно, так же маловероятно, чтобы сразу когда-либо включились оба светодиода.

При внимательном изучении схемы можно заметить в ней четыре линии, заканчивающиеся стрелками и обозначенные как «Пуск», «Еп», «Земля» и «Сброс». Эти выходы необ­ходимы для подключения схем одной из трех игр. При этом следует помнить, что индикатор счета не является самостоя­тельным устройством.

Вывод «Пуск» служит для сигнализации индикатору и игрокам о том, что пора нажать кнопку «Попадание». Этот сигнал вырабатывается схемой управления, которая выбрана радиолюбителем и подключена к индикатору, счета.



Рис. 11.7. Схема управления.

Дз — светодиод с красным свечением; ИС6-В — один из шести инверторов микросхемы типа 7404; R10 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R11 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт.

Сигнал «Сброс» ис« пользуется для перевода в исходное состояние от­дельных узлов схемы уп­равления.


Таким обра­зом, в момент нажатия кнопки «Сброс» этот сиг­ нал по соответствующей линии сброса поступает на схему управления.

Схема управления, по­казанная на рис. 11.7, яв­ляется простейшей из трех. Фактически она представляет собой хоро­шую схему проверки ин­дикатора счета. Именно для этой цели можно со­брать простую схему. Все ручные схемы управления в играх на быстроту реак­ции практически вырабатывают лишь сигнал «Пуск» для индикатора счета. Для этих схем необходимо иметь несколь­ко дополнительных радиодеталей. В частности, логический инвертор ИСе-в входит в состав 6-канального инвертора типа 7404, уже имеющегося в индикаторе счета.

После сборки схемы (рис. 11.7) ее подключают к инди­катору счета (рис. 11.6) через выводы «Еп», «Земля» и «Пуск». Далее переключатель «Готов/Пуск» переводится в положение «Готов», включается индикатор счета, в кото­ром нажимается кнопка «Сброс». При этом ни один из трех светодиодов не должен загореться.

При переводе переключателя «Готов/Пуск» в положение «Пуск» сразу должен включиться светодиод «Пуск». В ходе игры на быстроту реакции включение этого светодиода слу­жит сигналом для нажатия кнопки «Попадание».

При нажатии кнопки «Попадание А» происходит вклю­чение светодиода «Победа А», при последующем нажатии кнопки «Попадание Б» зажигание светодиода «Победа Б» не происходит.

Теперь для проверки цепей схемы для второго игрока (Б) следует перевести переключатель «Готов/Пуск» в по­ложение «Готов». При этом светодиод «Пуск» должен вклю­читься. Нажатием кнопки «Сброс» выключается светодиод «Победа А», после чего схема готова к возобновлению игры. При переводе переключателя «Готов/Пуск» в положение «Пуск» должен зажечься светодиод «Пуск», а при дальней­шем нажатии кнопки «Попадание Б» должен включиться светодиод «Победа Б». Далее вся схема переводится в ис­ходное состояние в описанном выше порядке.

Для окончательной проверки следует нажать кнопки «Попадание» при нахождении переключателя «Готов/Пуск» в положении «Готов».


При нажатии кнопки « Попадание А» должен включаться светодиод «Победа Б». Это происходит вследствие того, что игрок нажимает свою кнопку раньше, чем зажигается светодиод «Пуск». Для выключения свето­диода «Победа Б» следует нажать кнопку «Сброс», затем нажимается кнопка «Попадание Б» и включается светодиод «Победа А».

Такую схему можно использовать в качестве игры на быстроту реакции втроем. В этом случае два игрода рабо­тают с кнопками «Попадание», а третий игрок — с переклю­чателем «Готов/Пуск».

Подобная игра весьма забавна, поскольку игроки, рабо­тающие с кнопками «Попадание», будут внимательно сле­дить за пальцем третьего участника на переключателе «Го­тов/Пуск». В момент, когда он переводит переключатель, включается светодиод «Пуск», и тогда оба других игрока увидят, кто первый смог нажать свою кнопку «Попадание». Такая схема действует без обмана, всегда кто-то один выигрывает, а другой проигрывает. Третий игрок, рабо­тающий с переключателем «Готов/Пуск», может подшутить над двумя другими, например, сделав вид, будто он пере­водит переключатель в положение «Пуск». Игрок, попав­ший на эту уловку, нажмет свою кнопку «Попадание» и тогда победа достается другому игроку. Играющие полу­чат массу удовольствия, при условии что ни один из игроков не является слишком вспыльчивым.

Схема управления на рис. 11.8 исключает из игры третьего участника. В ней задержка по времени между сбросом и выработкой сигнала «Пуск» определяется авто­матически.

Естественно, что такая схема управления является более сложной, чем работающая с ручным управлением (рис. 11.7). В ней имеются несколько дополнительных микросхем и дру­гих радиодеталей, которые выполняют функции третьего иг­рока.



Рис. 11.8. Схема управления для автоматической игры на быстроту реакции.

Дз — светодиод с красщым свечением; ИСе — инвертор из микросхемы типа 7404; ИС7 — таймер типа 555; ИС8, ИС9 — двоичный счетчик типа 74LS191; R10 — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R11 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; Св — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Cs — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В.,



Для подключения этой схемы управления к индикатору счета (рис. 11.6) используются выводы «Еп», «Земля», «Сброс» и «Пуск». В данной схеме применяются логические инверторы ИСб-в, ИС6-г, ИС6-д и ИС6-Е, уже имеющиеся в индикаторе счета, а другие радиодетали вводятся при монтаже.

После этого при нажатии кнопки «Сброс» в индикаторе счета включается схема произвольного времени задержки. Через некоторое время в пределах 1 — 16 с после отпускания кнопки «Сброс» эта контрольная схема включит светодиод «Пуск». Как только этот светодиод загорится, для обоих игро­ков наступает момент, когда они могут нажать свои кнопки «Попадание». Первый, нажавший кнопку «Попадание», и станет победителем, что покажет соответствующий светодиод «Победа».

Однако, если один из игроков проявит нетерпение и нажмет свою кнопку «Попадание» слишком рано, т. е. преж­де, чем загорится светодиод «Пуск», победа присуждается его противнику, о чем свидетельствует включение соответ­ствующего светодиода «Победа».

Как и прежде, схема переводится в исходное состояние и игра возобновляется после нажатия и отпускания кнопки «Сброс» в индикаторе счета.

Если радиолюбитель действительно хочет заняться иг­рами на быстроту реакции, то ему следует попробовать соб­рать схему управления игры «Салки», приведенную на рис. 11.9. Это совсем непростая схема, особенно если учесть, что она должна работать вместе со схемой на рис. 11.6. Од­нако если радиолюбителю удастся ее собрать и добиться нормальной работы, то можно с уверенностью сказать, что он уже больше не новичок в деле изготовления устройств на интегральных схемах.



Рис. 11.9. Принципиальная схема управления для электронной игры «Салки» (используется совместно со схемой на рис. 11.6).

Дз — Д18 — светодиод с красным свечением; ИС7 — двойной таймер типа 556; ИСв, ИС9 — двоичный счетчик типа 74LS93; ИС10, ИС11 — четыре ло­гических вентиля ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ типа 74LS86; ИС12 — 4-разрядная схема сравнения типа 74LS85; ИС13, ИС14 — двойной дешифратор из 2 в 4 типа 74155; R10, R11 — потенциометр 1 МОм; R12, R13 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; Rt4, R15 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; С5, С6 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; R16, R17 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт.



Прежде чем более подробно рассмотреть принцип работы этой схемы управления, важно усвоить, для чего служит эта схема. Для начала рассмотрим предлагаемую лицевую па­нель игры на рис. 11.10. Заметим, что панель для игры «Сал­ки» содержит два параллельных ряда светодиодов, по восемь светодиодов в каждом. Здесь есть также две шкалы, обозна­ченные как «Скорость А» и «Скорость Б». Эти 16 светодиодов и два переключателя, осуществляющих управление, относятся к схеме управления для игры «Салки», показанной на рис. 11.9. Остальные светодиоды и переключатели входят в индикатор счета.

При включении питания переключателем Кл1 и нажатии кнопки «Сброс» на индикаторах игроков А и Б включается по одному светодиоду. Более того, в обоих рядах световые сигналы как бы бегают вперед и назад. С помощью регуля­тора «Скорость А» можно изменить скорость «бега» световых сигналов на индикаторе игрока А. Аналогичные возможности на индикаторе игрока Б обеспечивает регулятор «Ско­рость Б».

Итак, имеются два световых сигнала, по одному в каждом из двух основных индикаторов на светодиодах, бегающих вперед и назад со скоростью, регулируемой двумя переклю­чателями. Идея игры заключается в том, чтобы, используя эти переключатели, добиться точного совпадения включенных один над другим светодиодов обоих игроков. В этот момент оба игрока нажимают свои кнопки «Попадание». Первый, успевший сделать это, выигрывает. После этого игра возоб­новляется при нажатии кнопки «Сброс».



Рис. 11.10. Вариант лицевой панели электронной игры «Салки».

Если один из игроков нажимает кнопку «Попадание» раньше, чем совпадают оба ряда включенных светодиодов, выигрывает его противник. Если ни один из игроков не нажал свою кнопку «Попадание» при совпадении включенных свето­диодов, то игра продолжается без перерыва.

Игру можно сделать довольно сложной и запутанной, ис­пользуя возможности введения ловушек и увертывания от них при помощи регуляторов скорости. В нее можно часами увле­ченно играть.Несомненно, это довольно трудное устройство для начинающих радиолюбителей может служить показате­лем оценки уровня их способностей.

 

ЗВУКОСИГНАЛИЗАТОРЫ

 

ЗВУКОСИГНАЛИЗАТОРЫ И УСТРОЙСТВА

ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Если провести опрос среди начинающих радиолюбите­лей, то можно, вероятно, установить, что половина из них предпочитает светокоммутирующее устройство (см., например гл 3) а другая половина увлекается различными зву­ковыми устройствами (которые рассматриваются в данной главе).

Свистки и зуммеры, описываемые в этой главе, можно от­нести к звуковым сигнализаторам. Их особенность состоит в том что в большинстве случаев они издают довольно не­приятные на слух звуки. Звуковые генераторы, которые вы­рабатывают более сложные и иногда более приятные звуки, рассматриваются в последующих главах, где описываются звуковые синтезаторы и музыкальные устройства.

Прочитав данную главу, радиолюбитель заметит, что все описанные здесь устройства могут быть подразделены при­мерно на две различные группы: в устройствах одной группы вырабатываются звуковые сигналы определенной формы, а в устройствах другой обеспечивается усиление звуковых сигналов.

К первой группе относятся сигнал-генераторы, обычно вы­рабатывающие сигналы прямоугольной формы, которые включают и выключают подачу сигнала. Схемы получения сигналов прямоугольной формы отличаются простотой и эффективностью работы.

Ко второй группе усиливающих устроиств обычно отно­сится низкочастотный усилитель, выполненный в виде интег­ральной схемы. На вход такого усилительного устройства подаются низкочастотные сигналы прямоугольной формы, а его выход подключается к громкоговорителю.

Громкоговоритель является наиболее громоздким и доро­гостоящим компонентом устройства. Во всех рассмотренных здесь устройствах используется обычный громкоговоритель с постоянным магнитом, имеющий сопротивление 8 Ом. При экспериментировании радиолюбитель может использовать громкоговоритель любых размеров, но, как показывает прак­тика небольшой и недорогой громкоговоритель диаметром 50 мм не создает столько шумов, сколько дают более круп­ные громкоговорители.

Очевидно что звучание небольшого громкоговорителя подходит для тех случаев, когда радиолюбитель хочет изготовить устройство небольших размеров, однако можно, полу­чить массу удовольствия, подключив небольшое устройство к крупной акустической системе с громкоговорителями, име­ющими сопротивление 8 Ом. Должно быть, вызовет удивле­ние, какой мощный звук способны создавать некоторые из описываемых ниже устройств.

И уж если радиолюбитель совсем безрассуден, он может подключить любое из устройств, рассмотренных в данной главе, к выпускаемому промышленностью усилителю низкой частоты (УНЧ), для чего выходные концы устройства под­соединяются к штеккеру, включаемому в гнездо дополнитель­ного или низкоомного микрофонного входа в этом усилителе. При этом следует уменьшить громкость, иначе издаваемые звуки не выдержит никто из окружающих и в первую оче­редь сам радиолюбитель.

 

4.1. Простой генератор регулируемого тона

Устройство на рис. 4.1 представляет собой почти самый простой тональный генератор. Для его питания могут исполь­зоваться одна батарея напряжением 9 В, четыре последовательно соединенные батареи напряжением 1,5 В или любой источник питания напряжением в пределах от 5 до 12 В.



Рис. 4.1. Принципиальная схема простого генератора регулируемого тона.

ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — УНЧ типа LM386; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; С1, С2 — конденсатор 0,1 мкФ; Сз — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С4 — электролитиче­ский конденсатор 10 мкФ, 35 В; Tp1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

При использовании номиналов компонентов, указанных на принципиальной схеме, частоту тона можно регулировать от 1 до 600 Гц, а при необходимости получения более высоких частот следует снизить емкость конденсатора C1 с 0,1 мкФ, скажем, до 0,047 мкФ. Для снижения частоты и получения весьма низких частот типа пульсаций можно увеличить ем­кость конденсатора С1 до 0,22 мкФ.



 

4.2. Усовершенствованный генератор регулируемого тона

Введение третьей интегральной микросхемы в схему то­нального генератора на рис. 4.1 существенно повышает мощ­ ность выходного низкочастотного сигнала. Эта микросхема (ИС2) представляет собой триггер типа J—К (рис. 4.2). На его вход от микросхемы ИC1 поступают колебания трапецие­видной формы, которые преобразуются почти в идеальные прямоугольные колебания, обеспечивающие максимальную мощность коммутируемых сигналов.



Рис. 4.2. Принципиальная схема усовершенствованного тонального генера­тора.

MC1 — таймер типа 555; ИС2 — двойной J—К-триггер типа 4027; ИС3 — УНЧ типа LM386; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; С1 — конденсатор 0,047 мкФ; С, — конденсатор ОД мкФ; С3 — элек­тролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Гр1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Триггер, используемый в таком включении, всегда пони­жает частоту колебаний в два раза. Поэтому для получения тональных сигналов тех же частот, что и в более простом ге­нераторе на рис. 4.1, необходимо вдвое повысить рабочую частоту ИC1 (таймера типа 555). С этой целью величина ем­кости конденсатора С1 на рис. 4.2 снижается почти вдвое по сравнению с величиной конденсатора на рис, 4.1,

Однако радиолюбитель, естественно, может изменять ем­кость конденсатора С1 на рис. 4.2 для получения других частот тонального сигнала. Если у радиолюбителя есть дома собака, то он может поиграть с ней, включив в генератор конденсатор емкостью 470 пФ. В этом случае при использо­вании высококачественного громкоговорителя получаются сигналы с весьма высокой тональностью, которые возбужда­юще действуют на собак. Такой сигнализатор может служить как электронное устройство для вызова собаки.

Существует также гипотеза о том, что генератор высокого тона создает помехи ультразвуковому аппарату ориентиро­вания у летучих мышей.


Можно попытаться с помощью та­ кого генератора поймать летучую мышь. Меняя частоту тона, можно добиться, чтобы летучая мышь потеряла ориентацию. Однако в освещенном пространстве летучие мыши хорошо видят. Поэтому в целях достижения максимального эффекта такой эксперимент следует проводить в полной темноте. А это делает надежды на успех сомнительными, особенно если сам радиолюбитель побаивается летучих мышей.

Некоторые утверждают, что высокотональные звуки от­пугивают тараканов. А также если в доме завелись клопы, то можно попробовать бороться с ними с помощью тональ­ного генератора. В этом случае, чтобы обеспечить длитель­ную непрерывную работу генератора, следует использовать не батарейный, а сетевой источник питания,

 

4.3. Пульсирующий тональный генератор

Следующим в ряду существующих тональных генераторов стоит генератор, вырабатывающий пульсирующий тональный сигнал. Схема такого генератора включает два почти одина­ковых генератора, один из которых вырабатывает низкочас­тотный тональный сигнал, а другой производит включение и выключение этого сигнала с гораздо более низкой часто­той.

При использовании радиодеталей с номиналами, указан­ными на рис. 4.3, частота основного тонального сигнала будет находиться в пределах примерно от 100 Гц до 1 кГц и изме­няться регулятором тона. Коммутация тонального сигнала производится микросхемой HC1 — A, которая дает пульсации с частотой от 0,7 до 1,5 Гц, изменяемой с помощью регуля­тора пульсаций.

Диапазон частот основного тонального сигнала можно из­менить с помощью конденсатора С2 — чем меньше его ем­кость, тем выше частота и наоборот. Тот же эффект дает из­менение величины емкости C1, однако все же рекомендуетея включать этот конденсатор емкостью не более указанной на схеме.



Рис. 4.3. Генератор тональных пульсаций.

ИC1 — двойной таймер типа 556; ИС2 — двойной J — К-триггер типа 4027; ИС3 — УНЧ типа LM386; R1, R2 — потенциометр 1 МОм; R3 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R5 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; Re — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; C1 — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С2 — конденсатор 0,01 мкФ; С3 — конденсатор 0,1 мкФ; С4 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С5 — электролитиче­ский конденсатор 10 мкФ, 35 В; Tp1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.



Генератор может работать от любого источника питания напряжением 5 — 12 В, а конструктивно его можно оформить в виде небольшого блока при использовании, например, бата­реи напряжением 9 В.

Для превращения этого генератора в сигнализатор, кото­рый срабатывает и издает прерывистый сигнал при наклоне, необходимо последовательно с источником питания подклю­чить ртутный переключатель, как показано на рис. 4.4. В этом случае схема отключается от питания, если ртутный пере­ключатель находится в вертикальном положении. При накло­не в любую сторону переключатель замыкается, включается сигнализатор и начинает издавать пульсирующий тональный сигнал. Его работа снова прекращается при установке пе­реключателя в вертикальное положение.



Рис. 4.4. Схема, обеспечивающая срабатывание при наклоне тональных ге­нераторов, приведенных на рис. 4.1, 4.2, 4.3 и 4.5.

4.4. «Воющая сирена»

Пульсирующий тональный генератор можно переделать для получения завывающих звуков, издаваемых непрерывно через громкоговоритель, но с периодически меняющейся ча­стотой. При соответствующей установке регуляторов в схеме на рис. 4.5 можно получить звуки, похожие на сирены авто­мобилей различных аварийных служб.

Регулятор тона в этой схеме позволяет изменять диапазон частот, излучаемых громкоговорителем, тогда как регулятор частоты пульсаций — периодичность качания частоты тональ­ного сигнала. К этому генератору можно подключить ртутный переключатель по схеме, показанной на рис. 4.4.

 

4.5. Два варианта «воющей сирены»

При замене постоянного резистора R7 в схеме на рис. 4.5 потенциометром 10 кОм (рис. 4.6) можно регулировать глу­бину «завываний». Так, в одном из крайних положений тако­го регулятора частота тонального сигнала почти не меняется, а в другом она изменяется значительно, напоминая пульсирующий тональный сигнал. Более забавный эффект получается при установке регулятора в среднее положение — звук на­чинает как бы вибрировать. Таким образом, в генераторе име­ются уже три регулятора, которые позволяют радиолюби­телю создавать самые различные звуковые эффекты.





Рис. 4.5. Принципиальная схема «воющей сирены».

ИС1 — двойной таймер типа 556; ИС2 — двойной J — К-триггер типа 4027; ИС3 — УНЧ типа LM386; R1, R2 — потенциометр 1 МОм; Яз — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; Rt — резистор 100 кОм, 0.25 Вт; К5 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R6, R7 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; С, — электролитический конденсатор 1 мкФ, 35 В; С2 — конденсатор 0,01 мкФ; Сз — конденсатор 0,1 мкФ; С4, Сц — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Cs = электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Tpi — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Еще легче переделать схему на рис. 4.5 в двухтональный генератор, выпаяв конденсатор С6. В результате генератор начинает вырабатывать не завывающий звук, а два различ­ных тональных сигнала. Как и до изменения в схеме, диапа­зон частот будет изменяться регулятором тона. Регулятор пульсаций устанавливает периодичность изменения двух тональных сигналов. При соответствующей установке этих двух регуляторов можно получить характерный сигнал сирены автомобилей аварийной службы.



Рис. 4.6. Принцип подключения регулятора глубины «завываний» вместо резистора R7 на рис. 4.5.

Резистор R7 (рис. 4.5) имеет величину сопротивления 2,2 кОм или может быть заменен потенциометром (рис. 4.6), позволяющим регулировать разность частот двух тональных сигналов в громкоговорителе. В случае если радиолюбитель хочет получить оба эффекта (изменение глубины и двухтональ­ный звук), между положительной обкладкой конденсатора С6, точкой соединения резистора R7 и точкой соединения с вы­водом 11 микросхемы HCi-Б следует включить однополюс­ный переключатель, который позволяет отключать и подклкн чать конденсатор С6.

 

4.6. Некоторые схемы включения сигнализации

Некоторые из генераторов, описанных выше в данной гла­ве, можно ве-сьма просто использовать в схемах включения сигнализации. Единственной трудностью является то, что описанные выше тональные генераторы различных типов рас­ходуют определенную мощность, а изготовить надо сигнали­затор с батарейным питанием, в котором генератор должен практически быть обесточен до момента его действительного включения.



Ртутный переключатель (рис. 4.4) не расходует никакой мощности, пока он не сработает. Тем не менее у него есть один недостаток, препятствующий его применению в сигнали­заторах — переключатель тотчас выключается при занятии вертикального положения. Практически же необходима схе­ма, которая не расходует мощности в дежурном режиме и не включается от простого перехода ее элементов в исходное со­стояние.

Рассмотрим сигнализатор, подключенный к закрытой две­ри. Целью такой сигнализации является включение звуково-го сигнала при каждом открывании двери. Однако если сиг­нализатор сконструирован таким образом, что он выключается при закрывании двери (т. е. работает по тому же принципу, что и внутренняя лампочка в холодильнике), то такой сигна­лизатор имеет небольшую практическую ценность. Гораздо лучше иметь сигнализатор, который не выключается после за­крывания двери.



Рис. 4.7. Схема сигнализации с ртутным переключателем.

Д1 — кремниевый выпрямительный диод на напряжение 200 В при токе 6 А; Кл1 — нормально замкнутый кнопочный переключатель; Кл2 — ртутный переключатель; R1 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С1 — конденсатор 0,1 мкФ.

Итак, нужна схема-«защелка», т. е. схема, которая может быть включена, но не может быть выключена и при этом не расходует мощность батарейного источника питания в вы­ключенном состоянии.

В данном разделе рассмотрены схемы сигнализации трех основных типов. Любая из этих схем может подключаться к тональным генераторам, показанным на рис. 4.1 — 4.5.

Схема, показанная на рис. 4.7, является видоизмененным вариантом сигнализатора, срабатывающего при наклоне и описанного применительно к генератору на рис. 4.4. Этот усовершенствованный вариант исключает сигнализацию при переводе генератора в вертикальное положение. Генератор продолжает вырабатывать звуковой сигнал до тех пор, пока не будет нажата кнопка «Сброс» или не разрядится батарея питания.

Для перевода схемы на рис. 4.7 в дежурный режим ее необходимо установить в положение, в котором ртутный пе­реключатель выключен, т.


е. в вертикальное положение. От­ клонение от него вызывает включение тонального генератора, к которому подсоединяется схема сигнализации. Единствен­ным способом выключения генератора является перевод схе-kbi в вертикальное положение и нажатие кнопки «Сброс».

На рис. 4.8 показана схема сигнализации, которая вклю­чается при попадании светового потока на фототранзистор TI, Как и описанная выше схема с ртутным переключате­лем, эта схема не выключается при пропадании светового потока. Звуковой сигнал длится до тех пор, пока переключа­тель Кл1 не будет переведен в положение «Выкл».



Рис. 4.8. Светочувствительная схема сигнализации.

Д1 — кремниевый выпрямительный диод на напряжение 200 В при токе 6 A; Tt — фототранзистор типа FPT-100; R1 — потенциометр 50 кОм; R2 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С1 — конденсатор 0,1 мкФ.

Для первоначальной настройки светочувствительной схе­мы сигнализации необходимо поставить переключатель сброса в положение «Выкл» и включить освещение в комнате. Далее следует переключатель сброса поставить в положение «Вкл», и схема перейдет в дежурный режим. При этом регу­лятор чувствительности позволит установить пороговый уро­вень срабатывания схемы.



Рис. 4.9. Схема сигнализации, срабатывающая при разрыве цепи,

Д1 — кремниевый выпрямительный диод на напряжение 200 В при токе 6 А; 7, — маломощный переключающий р-n-р — транзистор; R1 — резистор 1 МОм, 0,25 BT; C1 — конденсатор 0,1 мкФ.

Одним из самых популярных средств охранной сигнали­зации является сигнализатор, который срабатывает при обрыве отрезка токопроводящего материала. В схеме, предла­гаемой на рис. 4.9, в качестве токопроводящего материала используется тонкий проводок или отрезок металлической токопроводящей ленты.

Основной принцип действия схемы сигнализации на рис. 4.9 заключается в том, что она срабатывает и включает звуковой сигнал в момент, когда происходит обрыв провод­ника между точками А и Б. До тех пор пока между этими точками протекает электрический ток, схема сработать не может даже тогда, когда переключатель сброса находится в положении «Вкл».



Эту схему можно проверить, подсоединив ее в точках А и Б к одной из рассмотренных схем сигнализации с помощью зажимов типа «крокодил». При подготовке схемы следует проверить наличие хорошей электропроводности между точ­ками А и Б и затем поставить переключатель сброса в поло­жение «Вкл». В результате схема сигнализации будет переве­дена в дежурный режим. Срабатывание схемы должно про­исходить лишь при разрыве перемычки между точками А и Б. После этого даже установка перемычки между точками А и Б не должна вызывать выключения сигнализации. По­следнее произойдет лишь после перевода переключателя сбро­са в положение «Выкл» или, естественно, после полной раз­рядки батареи.

Основным назначением разрывного проводника между точками А и Б является обеспечение нормального пути про­текания тока в дежурном режиме. При разрыве проводника (ногой проходящего человека, при открывании двери и т. п.) включается сигнализация.

Токопроводящая лента обычно используется для обнару­жения факта разбивания оконного стекла. Лента обычно на­клеивается по краю стекла и подсоединяется через обычные провода к схеме сигнализации. Для схемы на рис. 4.9 реко­мендуются клеммы с фиксирующими винтами, обеспечиваю­щие надежное подсоединение обоих концов токопроводящей ленты и проводов, подключаемых к точкам А и Б.

Немного воображения и экспериментирования позволит радиолюбителю придумать различные схемы сигнализации, имеющие практическую пользу. Например, можно вместо ртутного переключателя на рис. 4.7 поставить нормально замкнутый магнитный переключатель. В этом случае сиг­нализация включается при удалении магнита из магнитного переключателя. При использовании нормально разомкнутого магнитного переключателя сигнализация срабатывает при создании внешнего магнитного поля.

Подобных вариантов может быть до 50, так что радио­любитель имеет возможность стать изобретателем, для чего надо подумать, провести несколько проб и выбрать наиболее удачный вариант,

ЗВУКОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И СИНТЕЗАТОРЫ

ЗВУКОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И СИНТЕЗАТОРЫ

Просматривая некоторые популярные журналы по вычис­лительной технике, можно отметить, что программисты не лишены чувства юмора. В некоторых из этих журналов со­держится столько же смешного, сколько и серьезного.

Конечно, юмор в современной электронике не ограничи­вается только областью вычислительной техники. Как можно судить по некоторым устройствам, описанным в данной гла­ве, радиолюбители тоже по-своему проявляют свое остро­умие. Тем не менее для звуковых генераторов и синтезаторов можно найти вполне серьезное применение. Однако если у радиолюбителя есть чувство юмора, то он будет вполне до­волен возможностями использования этих устройств для шу­ток и забав.

Отставим пока шутки в сторону и обратимся к некоторым определениям, а именно к различию между звуковыми гене­раторами и звуковыми синтезаторами. Звуковой синтезатор с точки зрения схемного решения представляет собой устрой­ство, способное имитировать различные звуки, которые изда­ются обычно неэлектронными средствами. Например, синте­затор может копировать пение канарейки.

Звуковые синтезаторы, рассмотренные в данной главе, до­вольно простые. Вместе с тем они могут быть весьма слож­ными и дорогостоящими элементами электронной аппаратуры,

Существует и другая группа электронных синтезаторов, которые радиолюбитель найдет в данной главе. В таких синтезаторах используется определенный вид операций для выполнения действий, которые обычно реализуются совсем другими электронными схемами. Примером этого является устройство, в котором применяются цифровые методы синтеза синусоидальных колебаний, вырабатываемых обычно совсем иными схемами. В результате удается относительно простым способом сделать то, что обычно считается весьма сложной операцией. Например, не так легко получить сверхнизко­частотные синусоидальные колебания, достаточно точно вос­производящие форму синусоиды. Однако такие колебания сравнительно несложно синтезировать с помощью современ­ных цифровых устройств.

Звуковой генератор представляет собой устройство, которое вырабатывает свои собственные, совершенно неповторимые звуки. Практически невозможно воспроизвести эти звуки как ким-либо другим способом. По мере изготовления таких устройств радиолюбитель сможет убедиться в их способности вырабатывать сверхъестественные и необычные звуки, кото­рые он еще нигде и никогда не слышал и, возможно, никогда бы даже не услышал,

 

9.1. Имитатор звука

Возможно, радиолюбитель захочет получить экзотические звуки. Для этого подходит устройство, схема которого пока­зана на рис. 9.1. Повышение и понижение тона в пределах всего диапазона производится с помощью регулятора тона R5- В то же время в тон звука можно вводить вибрации, что и создает характерное необычное звучание. Частота вибра­ций меняется регулятором R1 в пределах от затяжного завы­вания до быстрого изменения тона. Регулятор амплитуды вибраций R4 работает совместно с регулятором частоты виб­раций Ri и позволяет изменять глубину звучания путем изме­нения амплитуды вибраций.

Первоначально необходимо изготовить макет имитатора и немного потренироваться. Имитатор дает много вариаций, и поэтому необходимо получить некоторые навыки с тем, чтобы создавать нужные звуковые эффекты. После отладки имитатор можно изготовить в небольшой коробочке, мини­мальные размеры которой ограничиваются лишь выбранным громкоговорителем,

 

9.2. «Забавный» звуковой генератор

Звуки, издаваемые генератором (см. рис. 9.2), трудно опи­сать словами. Пожалуй, единственным подходящим описани­ем является звукоподражание «диидл-диидл». Высота тона такого звука изменяется в широких пределах регулятором тона Rз- При этом одновременно с тоном изменяется частота звука.

И это еще не все. Регулятор вибраций R2 позволяет вво­дить в воспроизводимый звук вибрации, создающие эффект записанного выше словами звукоподражания. Один из радио­любителей, изготовивший такой звуковой генератор, подме­тил, что регулятор тона позволяет добиться звукового эффек­та, характерного для взлета и посадки «летающей тарелки».





Рис. 9.1. Принципиальная схема имитатора звука.

ИС1 — двойной таймер типа 556; ИС8 — двойной J — К-триггер типа 4027; ИС3 — УНЧ типа LM386; Rt, Rs — потенциометр I МОм; R2 — рези­стор 100 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 10 кОм, 0.25 Вт; Ri, Rg — потенциометр 500 кОм; Re — резистор 6,8 кОм, 0,25 Вт; R7, R9 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; С1, С4 — танТаловый конденсатор 1 мкФ, 35 В; Ci, Св — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Сз — конденсатор 0,01 мкФ} С6 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Гр] — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Дополнительные забавные возможности в генераторе по­лучаются после некоторых изменений в монтаже. Как видно из рис. 9.2, в принципиальной схеме имеются четыре вывода, обозначенные буквами Л, В, С и D, подсоединенные к опре­деленным выводам микросхемы ИС2. Однако совсем не обязательно соблюдать именно такой порядок подключения. На­пример, вывод А вместо четвертого вывода ИС2 может при­соединиться к выводу 13. Аналогичным образом могут про­извольно подключаться выводы В, С и D, но при этом следует использовать только выходные выводы ИС2 и обязательно подсоединить все выводы Л, В, С и D. Кроме того, перед из­менением в монтаже этих выводов генератор следует выклю­чить, поскольку их отсоединение при включенном питании отрицательно сказывается на работе вентилей типа «И-НЕ» в интегральной схеме ИС3, выполненной на дополняющих МОП-транзисторах.



Рис. 9.2. Принципиальная схема «забавного» звукового генератора.

ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 14-разрядный двоичный счетчик типа 4020; ИС?, — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЕ типа 4011; ИС4 — УНЧ типа LM386; R1 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R2 — потенциометр 500 кОм; R3 — потенциометр 1 МОм; R4 — резистор 510 Ом, 0,25 Вт; R5 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; С1, С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С2 — конденсатор 4,7 пФ; С3 — конденсатор 0,1 мкФ; Гp1 — громкоговоритель е сопротивлением 8 Ом.

Если радиолюбитель хочет разыграть небольшой спек­такль, то следует отсоединить громкоговоритель и подключить генератор к какому-либо усилителю с низким входным им­педансом и с выходной мощностью более 20 Вт.


Генератор включается и имитирует посадку «летающей тарелки». Эф­фект такой «посадки» могут усиливать пара проблесковых маячков и соответствующая костюмная бутафория.

Радиолюбитель может также использовать такой звуковой генератор в средствах охранной сигнализации.

 

9.3. Звуковые эффекты «Воздушный бой»

После того как радиолюбитель освоил технику имитации взлета и посадки «летающих тарелок», т. е. изготовил зву­ковой генератор по схеме на рис. 9.2, он может приступать к созданию устройства, имитирующего звуки боя в воздухе. На этот раз рассматриваемое устройство точно соответствует своему названию, и создаваемые им звуковые эффекты мож­но услышать только после его изготовления, наладки, про­верки и нажатия кнопки «Вкл». Регулятор R2 на рис. 9.3 не имеет названия, поскольку он просто изменяет характер зву­чания, которое трудно описать словами. Поэтому радиолю-. бителю предоставляется самому придумать для него подходя­щее название.

Теперь допустим, что радиолюбитель изготовил такой ге­нератор, но спустя некоторое время интерес к нему убавился и ему захотелось найти какое-то другое применение. Можно, например, изготовить трехканальный микшер, описанный в разд. 8.5. Затем собрать звуковой генератор по схеме на рис. 9.2, отсоединить громкоговорители в обоих генераторах (рис. 9.2 и 9.3) и подключить их к каналам 1 и 2 микшера. В результате радиолюбитель получит возможность одновре­менной игры со звуками полета «летающих тарелок» и «лу­чевых пушек», что позволит полностью имитировать все звуки боя в воздухе. А если включить на входе третьего канала микрофон, а микшер соединить с магнитофоном, то можно составить и записать полный репортаж.



Рис. 9.3. Генератор звуковых эффектов «Воздушный бой».

ИС1 — преобразователь «частота — напряжение» типа 9400С; ИС2 — УНЧ типа LM386; R] — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; Rг — потенциометр 500 кОм-Яз — резистор 47 КОм, 0,25 Вт; Я4, Re — резистор 10 кОм, 0,26 ВТ; R5 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; С, — конденсатор 0,22 мкФ; С2 — конденса­тор 0,01 мкФ; Сч — конденсатор 100 пФ; С4 — конденсатор 0,001 мкФ; С5 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Св — конденсатор 0,1 мкФ; С? — Электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Tpi — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 ОМ; Клз — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.



9.4. Комбинированный звуковой генератор

На рис. 9. 4 показана принципиальная схема устройства типа синтезатора, представляющего собой комбинированный звуковой генератор, который в зависимости от положения ре­гуляторов вырабатывает два различных звуковых сигнала.

Так, одна комбинация положений регуляторов обеспечи­вает имитацию проигрывания гаммы на кларнете, при этом направление проигрывания (от «до» до «си» или наоборот) выбирается переключателем выбора направления Кл1. Дру­гая комбинация положений регуляторов обеспечивает ими­тацию пения канарейки или, может быть, длиннохвостого попугая. Впрочем, радиолюбитель решит сам, на пение какой птицы наиболее похожи воспроизводимые звуки. После не­большой практики он сможет научиться подражать более сложному пению различных птиц.

Фактически устройство работает одинаково, независимо от положений регуляторов. Различия в создаваемых звуках можно скорее объяснить особенностями слухового восприя­тия человека. В генераторе предусмотрена возможность вы­работки до 16 различных тональных сигналов в прямом и обратном порядках (что определяется положением переклю­чателя Кл1). Диапазон тональных сигналов выбирается ре­гулятором выбора диапазона R12, который позволяет воспро­изводить все 16 тональных сигналов либо в пределах менее одной октавы, либо в пределах нескольких октав.

Регулятор темпа Ri обеспечивает выбор темпа воспроиз­ведения. Именно от него зависит характер имитации музы­кального инструмента или щебетания птиц. Так, при низком темпе воспроизведения звук похож на игру на кларнете, а с увеличением темпа звук становится похожим на пение птиц. Регулятор высоты тона обеспечивает общую регулировку вы­соты тона — от высокой до весьма низкой. При этом регуля­тор громкости позволяет устанавливать приемлемый уровень громкости, не мешающий окружающим. Главное при этом — научиться пользоваться регуляторами для получения большо­го многообразия и сложных комбинаций различных звуков.



 

9.5. Генератор произвольных тональных сигналов

Генератор произвольных тональных сигналов, показан­ный на рис. 9.5, является относительно сложным устройст­вом. Но если радиолюбитель аккуратно его соберет, то по­лучит о награду новое, более увлекательное развлечение. Это устройство работает на тех же принципах, что и описан­ный выше комбинированный звуковой генератор на рис. 9.4, -однако здесь 16 тональных звуков воспроизводятся в совер­шенно произвольном порядке, В результате получается бесконечная последовательность звуков, которые могут либо быть просто набором звуков, либо представлять собой из« вестные несложные мелодии.



Рис. 9.4. Комбинированный звуковой генератор.

ИC1 — двойной таймер типа 556; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 74191; ИС3 — УНЧ типа LM386; R1, Д,3 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 47 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R4 — R7 — резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт; Я8 — Яц — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; «i2, R6 — потенциометр 500 кОм; R14 — резистор 6,8 кОм, 0,25 Вт; R15 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; С, — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С2 — конденсатор 0,01 мкФ; С3 — конденсатор 0,1 мкФ; С„ — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С5 — электролитический конденсатор Ш мкФ, 35 В; Гр1 — громкоговоритель на постоянном магните е сопротивлением 8 Ом.



Рис. 9.5. Генератор произвольных тональных сигналов.

ИC1 — шесть инверторов типа 7404; ИС2 — двойной таймер типа 556; ИСз, ИС4 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 74191; ИC5 — двойной J — К-триггер типа 7476; ИС6 — УНЧ типа LM386; R1 — потенциометр 500 кОм; R2, R6 — резистор 4,7 кОм. 0,25 Вт; R3 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R4 — потенциометр 1 МОм; R5 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; С1 — конденсатор 0,047 мкФ; С2 — электролитический конденсатор 1 мкФ, 35 В; С3 — конденсатор 47 пФ; С4 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; C5 — конденсатор 0,1 мкФ; C6 — электролитический конденса­тор 10 мкФ, 35 В; Гp1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.



Весьма часто в генераторе получается какой-либо неза­ мысловатый мотив, который многократно повторяется. В другие моменты он просто вырабатывает набор звуков без всякой закономерности. Возможно, именно такая произволь­ность работы генератора придает ему особую привлекатель­ность.

Регулятор диапазона позволяет радиолюбителю выбирать диапазон воспроизводимых тональных сигналов, а регулятор темпа - темп вырабатываемых звуков. Кроме этих регуля­торов других органов управления в схеме не имеется.

Первоначально необходимо собрать макет генератора и поработать с ним. Если он устраивает радиолюбителя, его можно изготовить в корпусе. Через стабилизированный ис­точник питания напряжением 5 В (рис. 2.1) генератор можно включать прямо в сеть и работать круглосуточно,

9.6. Низкочастотный синтезатор с цифровым управлением

Как было сказано в начале данной главы, некоторые электронные синтезаторы не предназначаются для имитации звуков неэлектронных музыкальных инструментов или жи­вотных. Синтезаторы такого рода воспроизводят работу ка­кого-либо другого электронного устройства.

Описываемая в данном разделе схема работает подобно низкочастотному тональному генератору, вырабатывающему 16 различных звуковых сигналов. Достоинства этой схемы заключаются в том, что она позволяет получать 16 различных тональных сигналов при использовании всего одного источ­ника звуковой частоты. Кроме того, в ней используется циф­ровое управление, сходное в определенной мере с современ­ными цифровыми переключателями каналов, которые приме­няются в радиоприемниках с частотной модуляцией и радио­любительской приемной аппаратуре.



Рис. 9.6. Низкочастотный генератор с цифровым управлением.

ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 74191; ИС3 — двойной J — К-триггер типа 7476; ИС4 — УНЧ типа LM386; R1 — потенциометр 2 МОм; R2 — резиетор 15 кОм, 0,25 Вт; Я3 — резистор 1,8 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; С{ — конденсатор 0,005 мкФ; С2 — конденсатор 0,1 мкФ; С3 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Гp1 — громкогово­ритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

В схеме на рис. 9.6 используются четыре переключателя А, В, С и D. Наличие в каждом из них двух возможных по­ложений позволяет набирать до 16 различных комбинаций «Вкл» и «Выкл», которые определяют вырабатываемую син­тезатором частоту тонального сигнала.

Таблица 9.1. Перечень кодовых комбинаций и соответствующих им частот на выходе синтезатора