Автор: Шелестов И.П.
Теги: электротехника радиоаппаратура (радиоэлектронная аппаратура) электроника радиоэлектроника
ISBN: 5-98003-087-5
Год: 2003
Текст
ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПО
ОТ ВЕДУЩИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ
&
ВСЕГДА НА СКЛАДЕ В ПРОМЫШЛЕННЫХ КОЛИЧЕСТВАХ
Продукция«едущих
мировых производителей
(/‘’’Мяияи
ANALOG DEVICES мировой лидер
в oOn.u in p,i ip.iOnirH и производства
ИН ич р, IHI.I ||,| х MHh pl и XI 'М для .(налоговой
Mfc>3fc«4$to -I
4 .S •“
iS/ff
Операционные усилии ли
АЦП и ЦАП
Источники опорного Hui(ряжения
и супервизоры
Регуляторы напряжения
Интерфейсные микросхемы
Аналоговые ключи и мулыиплексоры
Акселерометры
Датчики температуры
г Пассивные
и электромеханические
компоненты гарантированного
качества производства Тайвань
’ Широчайший ассортимент
компонентов заводов
России и ближнего зарубежья
Паяльное и измерительное
оборудование
owttjii
Бесплатный каталог
и CD Платана высылаются
по заявкам предприятий
ПЛАТАН
(ООН) Z3 75-999 (многоканальный)
luitUBfeuM »ф»« Мчокии, ул Ияинл Франко, Д.40, стр.2, (095)73-75-999, почта: 121351, Москва, а/я100, e-mail: platan@aha.ru
ы Мй«1а Моокая, ул.Гиляровского, 39, (095)284 46-28, prospectmira@platan.ru Москва, ул.Земляной вал, 34
JiSfll II ЙЧ ^1, К<обЬйуи#р1йЬ»н.Г11 ОДыс uCWki lietv Кронверкский просп., 73, (812)232-83-06, 232-59-87, platan@mail.wplus.net
W= и Ншмнг уп Чн1>*ииот!кяи, 2, (044)499-02-17, chlp@immsp.kiev.ua (3832)16-33-66
1|Н HI Н? < имщ.и (Й4М2|аВ-Я6-09 (8352)64-05-61 (3822)41-55-70 (3472)32-33-42 (0732)597-557
- И «Истыми».: (Э412)4Э-72-91(мц| (0722)32-00-82 (3812)24-69-03
и ыи1а,-1инв» Ч*т и. Дйи, (095)949-52-51 Москва, ул.Беговая, 2 ул.Гиляровского, 39 ул.Ивана Франко, д.40, стр.2
& 0 ЗвМЛВнбЙ Btn, 14 - 0 tlerapttypi, Кронверкский проел,, 73 Ярославль, пр.Ленина, 8а
Шелестов Игорь Петрович
Радиолюбителям: полезные схемы
Быстрая защита РА, электроника в быту,
домашняя автоматика,
все об аналоговых таймерах
и многое другое...
СОЛОН-Пресс
Москва
2003
УДК621.31
ББК 32.844
Ш42
Шелестов И. П.
Ш42 Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 5 /Шелестов И. П. —
М.: СОЛОН-Пресс, 2003. — 240 с.: ил.
(SBN 5-98003-087-5
Это издание продолжает известную многим серию. Приведены
практические схемы, которые можно легко собрать в домашних
условиях. Подробно описан принцип работы и дана вся необходи-
мая информация для изготовления. Большинство устройств выпол-
нены на доступных элементах и просты в настройке. Все они могут
принести немало пользы.
В книгу также включен обзор по техническим характеристикам и
особенностям применения популярных среди радиолюбителей и
радиоинженеров аналоговых таймеров из серии 555. Материалы
рассчитаны на широкий круг читателей, знакомых с основами элек-
тро- и радиотехники и радиолюбителей, занимающихся самостоя-
тельным конструированием электронных устройств.
Книги издательства «СОЛОН-Пресс» можно заказать наложенным плате-
жом по фиксированной цене. Оформить заказ можно одним из двух способов:
1) выслать открытку или письмо по адресу: 123242, Москва, а/я 20;
2) передать заказ по. электронной почте по адресу: magazin@solon-r.ru.
При оформлении заказа следует правильно и полностью указать адрес, по
которому должны быть высланы книги, а также фамилию, имя и отчество получа-
теля. Желательно указать дополнительно свой телефон и адрес электронной поч-
ты.
Через Интернет Вы можете в любое время получить свежий каталог издатель-
шва «СОЛОН-Пресс». Для этого надо послать пустое письмо на робот-автоответ-
чик по адресу:
katalog@solon-r.ru.
Получать информацию о новых книгах нашего издательства Вы сможете,
подписавшись на рассылку новостей по электронной почте. Для этого пошлите
письмо по адресу:
news@solon-r.ru
В юле письма должно быть написано слово SUBSCRIBE.
ISBN 5 90003-087-5
© Макет и обложка СОЛОН-Пресс, 2003
© Шелестов И. П.
Содержание
* Предисловие...........................................7
f 1. Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
1.1. Виды помех и принцип работы защиты............10
1.2. Используемая элементная база..................14
Разрядники.................................... 15
Варисторы.......................................18
Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL.....................24
Электронные модули .............................36
1.3. Защита низковольтных цепей постоянного тока...37
1.4. Защита для устройств, питающихся от сети 220 В.40
1.5. Защита портов компьютера......................44
1.6. Защита компьютерной сети .....................44
1.7. Защита телефонного модема.....................47
1.8. Узел аварийной защиты низковольтной радиоаппаратуры 49
1.9. Универсальный сетевой фильтр с защитой
от перенапряжений..................................52
1.10. Как правильно сделать заземление радиоаппаратуры . 63
2. Домашняя автоматика
2.1. Многоканальный акустический автомат...........66
2.2. Автоматическое отключение радиоаппаратуры ....70
2.3. Сигнализатор разряда малогабаритных аккумуляторов . 73
2.4. Сигнализаторы состояния автомобильного аккумулятора 77
2.5. Сигнализаторы наличия напряжения..............79
2.6. Имитаторы работы охранного устройства
для автомобиля.....................................81
2.7. Охранное устройство для квартиры..............84
3
Содержание
3. Электроника в быту
3.1. Простой музыкальный звонок для квартиры ......87
3.2. Музыкальный звонок с секретом ................89
3.3. Управляемый одной кнопкой кодовый замок.......92
3.4. Кодовый замок с четырьмя кнопками.............95
3.5. Коммутатор для часов на микросхеме К145ИК1901 .... 95
3.6. Приставка к телефону для рассеянных...........98
3.7. Приставка для удержания телефонной линии.....101
3.8. Улучшение качества работы телефонного модема .... 103
4. Особенности применения аналоговых
интегральных таймеров...............................108
4.1. Внутренняя структура микросхем...............118
4.2. Технические характеристики...................122
4.3. Режимы работы и расчет основных параметров...128
4.3.1. Ждущий мультивибратор ..................131
4.3.2. Генераторы прямоугольных импульсов......136
4.3.3. Генераторы пилообразного напряжения.....144
4.3.4. Генератор треугольного напряжения.......144
4.3.5. Управляемые напряжением генераторы......147
4.3.6. Буферный согласующий элемент ...........150
4.3.7. RS-триггер..............................153
4.4. Виды подключаемой нагрузки и общие рекомендации . 154
4.5. Программы для расчета временных параметров...161
5. Практические схемы на таймерах
5.1. Генераторы сигналов ....................... 165
5.1.1. Получение мощного звукового сигнала.....166
5.1.2. Двухтональный звуковой генератор........166
5.1.3. Генераторы прерывистого тонального сигнала . . 168
5.1.4. Звуковая сирена.........................171
5.1.5. Генератор сигнала с понижающейся частотой . . . 172
5.1.6. Генератор двуполярного сигнала .........173
5.1.7. Генератор с кварцевой стабилизацией частоты . . 174
!> 1.8. Генератор сверхнизких частот.........175
1
Содержание
5.2. Устройства для проверки узлов
и деталей радиоаппаратуры.............................176
5.2.1. Измерительный генератор прямоугольных
импульсов.........................................176
5.2.2. Генератор калиброванных по амплитуде импульсов . 177
5.2.3. Простые генераторы сигналов пилообразной
и треугольной формы...............................178
5.2.4. Индикатор пропадания импульсов..............179
5.2.5. Индикатор интервалов между
последовательностями импульсов....................180
5.2.6. Простой звуковой пробник....................181
5.2.7. Приставка для проверки конденсаторов........182
5.2.8. Тестер для проверки транзисторов............183
5.3. Применение таймеров в источниках питания..........184
5.3.1. Сигнализаторы отсутствия напряжения ........184
5.3.2. Инверторы полярности напряжения.............186
5.3.3. Повышающие напряжение преобразователи.......188
5.3.4. Преобразователь для маломощной
люминесцентной лампы..............................190
5.3.5. Высоковольтный стабилизированный
источник питания .................................191
5.3.6. Импульсный стабилизатор напряжения..........192
5.3.7. Блок защиты радиоаппаратуры
от повышенного напряжения питания.................193
5.3.8. Автоматическое зарядное устройство .........194
5.4. Применение таймеров в системах автоматики.........196
5.4.1. Сигнализатор уровня воды....................196
5.4.2. Световые датчики и сигнализаторы............199
5.4.3. Простые термостабилизаторы..................202
5.4.4. Сигнализатор мощного высокочастотного поля .... 205
5.4.5. Сенсорный датчик ...........................206
5.4.6. Переключатель с фиксацией состояния ........208
5.4.7. Автоматическое выключение нагрузки..........209
5.4.8. Периодическое включение сетевой нагрузки....212
5.4.9. Задержка прохождения импульсов..............213
5
Содержание
5.4.10. Формирователи задержанных
управляющих сигналов...........................214
5.4.11. Формирователь одиночного импульса
при включении...................................216
5.4.12. Одновибратор с возможностью перезапуска . . . 216
5.4.13. Формирователь синхронизированных
с сетью импульсов ..............................219
5.4.14. Датчик сигнала телефонного вызова......220
5.4.15. Делитель частоты.......................221
5.5. Схемы для автолюбителей ......................222
5.5.1. Простой тахометр........................222
5.5.2. Отключение освещения в салоне автомобиля
с задержкой ...................................223
5.5.3. Регуляторы частоты работы стеклоочистителя . . 224
5.5.4. Продление ресурса световых ламп ........226
5.5.5. Автомат для управления освещением гаража . . . 227
5.5.6. Простая противоугонная система..........228
5.6. Выполненные на основе таймера узлы............229
5.6.1. Имитаторы звуковых эффектов.............229
5.6.2. Преобразователь напряжение-ширина импульсов . 230
5.6.3. Микромощный радиопередатчик.............232
5.6.4. Электронная рулетка.....................233
5.6.5. ГенераГор отрицательных ионов...........234
5.6.6. Генератор в качестве металлоискателя ...235
Литература...........................................237
Предисловие
Эта книга продолжает уже известную многим серию [Л1-Л4]
для увлекающихся техническим творчеством радиолюбителей. При
подготовке материалов были учтены предложения и замечания чи-
тателей, которые направлены на то, чтобы облегчить изготовление
конструкций в условиях дефицита в некоторых регионах нашей не-
объятной страны современных радиодеталей. Тем не менее, пол-
ностью отказываться от публикации устройств, выполненных с ис-
пользованием импортной комплектации, думаю, было бы неоправ-
данно. Книг, которые публикуют устаревшие конструкции, сейчас
выходит довольно много, но, судя по их тиражам, спрос на такую
литературу небольшой.
Современная радиоэлектроника бурно развивается и кроме
совершенствования уже давно известных компонентов появляют-
ся новые. С некоторыми из них, используемых для защиты радио-
аппаратуры, вы познакомитесь в первом разделе — сегодня уже
невозможно создать надежное устройство без применения сап-
рессоров.
Раздел 1 полностью посвящен способам выполнения быстро-
действующей защиты радиоаппаратуры от перенапряжений. Знать
об этом полезно и необходимо не только разработчикам радиоап-
паратуры, но и радиолюбителям, так каке такими узлами вы навер-
няка столкнетесь при ремонте радиоаппаратуры. К тому же в ра-
диотехнических журналах встречаются описания конструкций, за-
явленных как автоматы защиты от перенапряжений, но фактически
ими не являющиеся из-за низкого быстродействия.
Целью данного раздела является не только познакомить чита-
телей с основами теории и методами выполнения быстродействую-
щей защиты радиоаппаратуры от высоковольтных импульсных по-
мех, но и научить, как самому ее можно создать для устройств раз-
ного назначения. Для этого в разделе обобщен опыт разработчиков
таких устройств и приведены типовые схемы защитных узлов.
Сегодня мало кому нужно объяснять необходимость примене-
ния сетевых фильтров, но чтобы не платить больших денег за про-
мышленные изделия сомнительного качества, сетевой фильтр уни-
7
Предисловие
вербального применения вполне можно изготовить самостоятель-
но. Это по силам каждому и с вариантом такой конструкции вы тоже
познакомитесь.
Раздел 2 книги посвящен домашним автоматическим устрой-
ствам, которые будут надежными помощниками в быту. Электрони-
ка может охранять квартиру или же следить за различными процес-
сами и вовремя вас предупреждать о возникших отклонениях.
В этот раздел, а также в следующий вошли материалы, подготов-
ленные Малышевым Сергеем Юрьевичем. Думаю, что многие уже
знакомы с его некоторыми публикациями в журнале «Радиолюби-
тель», но работы, вошедшие в эту книгу, публикуются впервые. Все
они отличаются простотой изготовления, так как там использованы
только самые легко доступные радиокомпоненты.
В разделе 3 приводится описание полезных в быту конструк-
ций самого разного назначения, которые позволяют сделать более
удобной и приятной нашу жизнь. От различных музыкальных звон-
ков и кодовых замков до приставок к радиоаппаратуре. При прави-
льной сборке и исправных деталях у вас не должно возникнуть
проблем с их работой.
В разделе 4 рассказывается об особенностях работы попу-
лярных среди радиоинженеров и радиолюбителей аналоговых ин-
тегральных таймеров из 555 серии (это число не следует путать с
названием отечественной серии логических микросхем). Они име-
ют отечественные аналоги, самым известным из которых является
микросхема КР1006ВИ1 [Л22, Л23].
Приступая к написанию обзора по применению хорошо изве-
стных аналоговых таймеров, автор опирался на собственный прак-
тический опыт их использования и был уверен, что знает об этих
микросхемах все. Но по мере целенаправленного изучения обшир-
ной литературы, посвященной этой теме, понял, что это не совсем
так. Данная микросхема достойна того, чтобы ей посвятить отдель-
ную книгу — за рубежом они есть, например [Л5-Л7]. В техничес-
кой литературе, изданной на русском языке, информация по дан-
ным микросхемам разбросана по разным журналам и книгам, из
названий которых никогда не догадаешься, что там может быть
именно то, что нужно. И когда надо найти конкретную схему или
технические данные, сделать это довольно сложно — требует мно-
го времени. Немало информации по этим микросхемам можно най-
। и и в Интернет.
8
Предисловие
Существуют и специально разработанные программы для
компьютера, ускоряющие расчет времязадающих элементов для ти-
пового включения таймера. С некоторыми из них вы также сможете
познакомиться. Но чтобы справиться с расчетом любой схемы, в том
i числе и отличающейся от типовой, необходимо понимать происхо-
дящие процессы, которые здесь подробно и описываются.
г В данном разделе приведено только самое важное из того, что
может потребоваться не только начинающему радиолюбителю,
г студенту, но и инженеру-разработчику радиоаппаратуры. Сюда же
I включены и справочные данные по многим аналогичным микросхе-
j мам из данного класса. Все это поможет вам грамотно их исполь-
>' зовать в своих конструкциях.
Раздел 5 продолжает рассказ об аналоговых таймерах. В нем
вы найдете обзор выполненных на этих микросхемах практических
конструкций. Приведено большое количество простых схем в виде
отдельных узлов или же уже законченных устройств. Их вы легко
сможете собрать и использовать для своих целей, изменив, при не-
обходимости, времязадающие элементы для получения нужного
режима работы.
Несмотря на то, что эти микросхемы предназначены в основ-
: ном для формирования стабильных временных интервалов, выпол-
(• нения генераторов импульсов, широтно-импульсных модуляторов,
фазовых модуляторов и ключевых исполнительных устройств —
этим не ограничиваются возможности. Приведенная информация
показывает многообразие схемотехнических решений, при помощи
которых можно значительно расширить область применения данно-
го вида микросхемы в промышленной и бытовой радиоаппаратуре.
Надеюсь, что вся приведенная здесь информация будет вам
не только интересна, но и полезна. В случае обнаружения неточно-
стей или ошибок, просьба сообщить по адресу редакции (исправим
при переиздании):
для обычных писем: 123242, Москва, а/я 20
или по электронной почте: Solon-avtor@coba.ru
(везде с пометкой “Для Шелестова И. П. ”).
Автор
9
л | Быстродействующая защита
—!~J в радиоаппаратуре
В качестве причины выхода радиоаппаратуры из строя в
80...90% случаев являются импульсные скачки напряжения в сети.
А так как устранить причину появления таких выбросов невозмож-
но, приходится принимать меры по индивидуальной защите каждо-
го радиотехнического устройства. Целью данного раздела являет-
ся не только познакомить читателей с теорией и основными мето-
дами выполнения активной быстродействующей защиты от
высоковольтных импульсных помех (перенапряжений), но и нау-
чить, как можно, используя современную элементную базу, самому
сделать такое устройство для разных применений.
1.1. Виды помех и принцип
работы защиты
Высоковольтные выбросы напряжения нередкое явление в лю-
бой проводной линии. Причем речь идет не только о бытовой пита-
ющей сети. Это бывает и в телефонных проводах, кабельной или
компьютерной информационной линии. По данным зарубежных ис-
следований, проводимых производителями радиоаппаратуры, в
питающей сети бывают импульсные выбросы напряжения амплиту-
дой до 6000 В не менее 12 раз в месяц, в то же время при самых не-
благоприятных условиях это напряжение может достигать 20 кВ и
более (в США ежегодный ущерб от выхода из строя оборудования
при импульсных перегрузках составляет около 10 миллиардов дол-
ларов). В наших сетях, согласно приводимым данным исследова-
ний [21], ситуация обстоит не лучше. Причиной таких перегрузок
могут быть природные явления (удар молнии), технические неисп-
равности промышленного оборудования, переходные процессы,
возникающие при переключении мощной нагрузки, имеющей ем-
костный или индуктивный характер, и многие другие. Более редкой
причиной появления повышенного напряжения является короткое
замыкание низковольтной цепи на высоковольтную, например в
результате обрыва проводов.
К)
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
[ По приведенным данным в [Л8], молния является наиболее
Мощным и опасным источником перенапряжений со следующими
Параметрами:
о амплитуда импульса тока 2...200 кА;
1 о скорость нарастания фронта 2...200 кА/мкс.
* И несмотря на то что обычно сила тока разряда молнии не пре-
|Вышает 80 кА — это все равно очень много. Поэтому при прокладке
сетей за пределами зданий (сами здания имеют грозозащиту) обя-
|зательно используют защитные устройства (в соответствии с тре-
[бованиями нормативной документации, например [Л9]), но эффек-
I тивность их работы во многом зависит от того,, насколько близко
I расположены узлы защиты от источника помехи, например места
I удара молнии. Грозовые разряды содержат миллионы вольт и где
Г это напряжение попадет в провода, заранее предсказать невоз-
‘ можно, так как обычно линии имеют большую протяженность, к то-
му же их количество постоянно увеличивается. Установить везде
Элементы защиты (или громоотводы) просто невозможно. Это при-
водит к ежегодному увеличению потерь от перенапряжений, вызы-
, вающих повреждение оборудования или сбои в его работе.
Не меньшую опасность могут представлять коммутационные
|Помехи, которые возникают при коротких замыканиях, обрывах или
^резком изменении сопротивления нагрузки, вызванном другими
^Причинами (переключением). Например, при подаче напряжения на
I Вход трансформатора мощностью 800 кВт в проводах возникает
s Коммутационный импульс длительностью порядка 0,5 мкс и ампли-
тудой до 4 кВ, который далее распространяется к потребителям.
К этой же группе можно отнести и помехи от электрифицированного
транспорта. Коммутационные помехи возникают при включении лю-
бой нагрузки, например люминесцентной лампы или кондиционера.
Как правило, обычное электротехническое оборудование уже
рассчитано на воздействие небольших1 кратковременных перегрузок
по напряжению (длительностью до 10'6...10'9 с) и, благодаря своей
инерционности (ток не успевает возрасти), их вполне выдерживает.
В случае более длительных перенапряжений — срабатывают токовые
автоматические выключатели или плавкие предохранители.
Источником большого напряжения (несколько киловольт), по-
ступающего на вход прибора, может стать и сам человек из-за
статических зарядов, накопленных на теле от электризующейся 1
1 Многие устройства испытываются на напряжение пробоя изоляции 1,5...5 кВ.
Раздел I
одежды. Думаю, что каждый сталкивался в жизни с такими разря-
дами (в виде легких уколов) при касании рукой токопроводящей
поверхности1.
Для повреждения перехода база-эмиттер у биполярного тран-
зистора обычно бывает достаточно небольшого напряжения (10 В),
а для полевых более 20 В. Всего же накопленный заряд у человека,
при самых неблагоприятных условиях, может достигать значений
более 10... 15 кВ. Если не принять специальных мер защиты, боль-
шинство микроэлектронных изделий выходят из строя при воздей-
ствии кратковременного высоковольтного импульса. Минимальная
энергия, которой достаточно, чтобы вызвать повреждение полу-
проводниковых элементов, составляет 10-2...10~7 Дж. Энергию на-
копленного на теле человека статического заряда (точнее, на элек-
тризующейся одежде, а тело является просто проводником) можно
рассчитать по формуле:
W=0,5- С-IP,
где С — емкость человека, обычно она составляет около 150 пФ;
U — накопленное на емкости напряжение.
Во время грозы импульс напряжения (тока) имеет форму, по-
казанную на рис. 1.1 (с такими же параметрами используют импу-
льсы для проведения испытаний элементов защиты и описания их
характеристик).
Энергия (в джоулях), которую несет импульс помехи, опреде-
ляется через его площадь на графике напряжения, т. е. ее точно
можно рассчитать через интеграл на интервале от начала {to) до
окончания действия импульса {ti):
W^U(t)-t(t)-dt.
ю
Именно эту энергию в виде тепла должен рассеять элемент за-
щиты без всяких повреждений для себя. Для указания энергетиче-
ских возможностей защиты довольно часто используют джоули
(Дж), что более удобно, чем мощность. Такое значение более точно
характеризует возможность работы с импульсными сигналами про-
1 При использовании одежды, содержащей синтетические волокна, во время
движения происходит ее электризация и накопление зарядов. Экспериментальные
данные, приведенные в [Л20] показывают, что, воспользовавшись расческой, мы за-
ряжаемся до потенциала 10ОО В, а просто сняв свитер с ворсом - до 3...5 кВ.
12
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Рис. 1.1. Вид стандартной формы импульса (уменьшение тока
происходит по экспоненте), используемого при испытаниях
для отношения длительности фронта к его ширине на уровне 0,5:
te/tM = 8/20 мкс
извольной формы, и нам важно, чтобы максимальная энергия по-
мехи не превышала допустимую для элемента защиты.
Если же изучать проблему борьбы с помехами более подроб-
но, то следует знать, что, конечно же, существуют и другие формы
Помех, но здесь мы их рассматривать не будем, так как они несут
меньшую энергию и менее опасны для радиоаппаратуры с точки
зрения ее повреждения.
Все электронные устройства требуют принятия специальных
мер защиты для ограничения до безопасной величины любых пере-
напряжений, возникающих в цепи питания или на входах (выходах).
Причем, кроме возможности рассеять мощность помехи, одним из
важных параметров является время срабатывания защиты — от не-
го зависит эффективность схемы. Электромеханические защитные
устройства из-за своего низкого быстродействия для защиты от
импульсных помех неэффективны — время срабатывания токовых
автоматов обычно бывает более 10 мс, а для мощных пускателей
превышает 0,2 с.
Принцип работы всех устройств быстродействующей за-
щиты заключается в закорачивании цепи прохождения сигна-
ла помехи и рассеивании имеющейся у нее энергии на защит-
ном элементе, для чего он подключается параллельно соответст-
вующей цепи.
13
Раздел 1
Следует отметить, что дорогая радиоаппаратура уже имеет
внутри элементы защиты от перенапряжений (первыми их начали
использовать военные), но часто возможности таких узлов по рассе-
иванию мощности помехи бывают ограниченными. Поэтому бывает
целесообразно использовать еще и многоступенчатую внешнюю за-
щиту. В бытовую же радиоаппаратуру, с целью снижения ее стоимо-
сти, узлы быстродействующей защиты обычно не устанавливаются,
а все идет на уровне применения однокаскадных LC или RC-филь-
тров, которые могут только чуть уменьшить амплитуду выброса.
Как уже было сказано выше, выполнение защитных устройств
актуально не только для отечественных, но и зарубежных сетей.
Там существуют довольно жесткие нормы по быстродействию раз-
ных видов защиты, а с января 1996 года Европейским комитетом по
стандартизации (CENELEC) введены стандарты, запрещающие
продажу некоторых видов аппаратуры на рынке ЕС без встроенных
элементов, обеспечивающих защиту от перенапряжений.
Много фирм у нас в стране и за рубежом занимается выпуском
от отдельных радиодеталей для этих целей до уже готовых модулей
или защитных узлов, выполненных в виде законченной конструк-
ции. Кроме отечественных производителей (Прогресс, Интеркросс
и др.), ряд крупных зарубежных фирм (Genera) Semiconductor, S+M
Epcos, SGS-Thomson, Harris, Motorola, Remtech, Krone, General Inst-
ruments (Gl) и многие другие) занимается выпуском широкого пе-
речня защитных компонентов. Спрос на такую продукцию довольно
большой. Ведь сегодня создать надежное электронное устройство
без их применения просто невозможно. Поэтому мы сначала более
подробно познакомимся с современной элементной базой, приме-
няемой для этих целей.
1.2. Используемая элементная база
В качестве основных компонентов в устройствах быстродейст-
вующей активной защиты радиоаппаратуры применяют следующие:
1) разрядники: воздушные и газонаполненные (газоразрядники);
2) варисторы;
3) диоды TRANSIL, TRISIL и TVS (сапрессоры);
4) специальные электронные модули протекторов (protector).
Выбор конкретного типа зависит от быстродействия защищае-
мого оборудования и допустимой мощности перегрузки, а также
необходимой полосы пропускания линии (уменьшение вносимой
14
I Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
I емкости элементами защиты особенно важно для высокочастотных
! кабелей, а также в цифровых каналах передачи информации).
I Разрядники
Открытые воздушные разрядники в радиоаппаратуре приме-
няются все реже, так как у них параметры сильно зависят от состоя-
ния окружающей среды (температуры, атмосферного давления и
J влажности воздуха между электродами), что снижает надежность
I такого узла.
| Работа газоразрядника (часто называемого просто “разряд-
!’ ник”), так же как и воздушного разрядника, основана на принципе
I ионизации газа, находящегося между электродами и появления ду-
(i гового разряда, когда напряжение увеличится выше фиксирован-
f ной пороговой величины. При этом за короткое время (примерно
1...2 мс) сопротивление в цепи разрядника падает с
100...10000 МОм до единиц мОм, и идущий по проводам линии им-
пульс будет закорочен. Кратковременный ток разрядника может
составлять значительную величину (10...100 кА), а пока он замыка-
ет цепь, остаточное напряжение между электродами у разных ти-
пов составляет от 25 до 150 В.
Наиболее наглядно действие газоразрядника, применяемого
для защиты радиоаппаратуры, показывает диаграмма, приведен-
ная на рис. 1.2. Она поясняет работу разрядника на переменном
напряжении при появлении импульсной помехи. Максимальное на-
пряжение (Umax), при котором разрядник откроется, зависит от
скорости нарастания напряжения (dU/dt) помехи. На участке t, - t2
разрядник открыт.
Рис. 1.2. Форма напряжения на газоразряднике при его срабатывании
15
Раздел 1
При работе на постоянном напряжении мощные разрядники
могут иметь инерционность возврата в закрытое состояние после
срабатывания до 30 с
Для описания характеристик разрядников часто используют
следующие параметры (обозначения даны применяемые в зару-
бежных источниках):
Up— статическое напряжение пробоя;
dU/dt — скорость нарастания напряжения через определен-
ный промежуток времени (динамическое напряжение пробоя);
1рр — максимальное значение импульсного (пикового) тока;
Ur — максимальное прямое напряжение, измеренное при но-
минальном значении тока в состоянии “открыто” ;
Со — емкость, измеренная в закрытом состоянии.
Среди отечественных производителей миниатюрные защит-
ные разрядники в металлокерамическом исполнении (двух- и
трехвыводные) выпускает фирма “Интеркросс”, рис. 1.3 [ЛЮ]
(каждая серия разрядников имеет базовую конструкцию двух мо-
дификаций: с выводами и без выводов). Трехвыводные предназ-
начены для работы в цепях с заземлением. Их параметры приве-
дены в табл. 1.1. Для всех них максимальный ток разрядников (1РР)
при импульсе с формой волны 8/20 мкс (см. рис. 1.1) составляет
10 кА.
Рис. 1.3. Внешний вид разрядников
Разрядники фирмы “Интеркросс” предназначены для защиты
от опасных перенапряжений квазиэлектронных, электронных и
цифровых АТС, кинескопов, полупроводниковых элементов, компь-
ютеров, аудио- и видеоаппаратуры, телефонных аппаратов, а также
для замены устаревших типов разрядников. Они имеют сопротив-
ление в закрытом состоянии не менее 1010 Ом, межэлектродная
емкость не более 2 пФ.
16
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Таблица 1.1. Основные параметры газоразрядников фирмы
“Интеркросс”
Тип серии Статиче- ское напря- жение про- боя (Up), В Динамическое напряжение про- боя при dU/dt = 1 кВ/мкс, не более, кВ Напряжение погасания (Uf) при токе 0,1 А не более,В
двухэлек- тродные трехэлект- родные
Р-105 Р-118 80 0,7 50
I Р-106 Р-119 100 0,7 50
Р-107 Р-120 160 0,7 70
Р-108 Р-121 230 0,7 150
Р-109 Р-122 250 0,7 150
Р-110 Р-123 350 0,8 150
Р-111 Р-124 600 1,2 150
Р-111А 1000 1,8 150
В фирмах, торгующих радиодеталями, обязательно есть в про-
даже аналогичные импортные разрядники, например, производи-
мые фирмой S+M Epcos, Remtech и др.
Все типы газоразрядников отличаются высокой механической
прочностью и устойчивостью к воздействиям климатических фак-
торов, а также стойкостью к перегрузкам. Выпускаются также 3-по-
люсные разрядники со встроенной термозащитой, что увеличивает
срок службы и уменьшает габариты узла защиты (например, ЗАО
“ПКТ”тип ПКТ001 252 230, 230В, [Л 11]).
Общими недостатками разрядников являются:
о высокое минимальное напряжение возникновения разряда;
о значительное время срабатывания (1...2 мс — задержка объяс-
няется тем, что процесс ионизации газа внутри баллона проис-
ходит лавинообразно и требует времени);
о защищаемая цепь шунтируется и после прохождения импульса
(инерционность выключения у некоторых типов может быть до
0,5 с);
о при изготовлении получается большой допуск на напряжение
пробоя;
о большое значение остаточного напряжения в цепи, что не позво-
ляет их использовать для защиты низковольтных электронных
компонентов;
о малый срок службы и низкая надежность;
о относительно высокая стоимость.
17
1
Раздел 1
Варисторы
Varistors (название образовано от двух слов Variable Resis-
tors — изменяющиеся сопротивления) — это полупроводниковые
(металлооксидные или оксидноцинковые) резисторы, обладающие
свойством резко уменьшать свое сопротивление с 1000 МОм до
десятков Ом при увеличении на них напряжения выше пороговой
величины. В этом случае сопротивление становится тем меньше,
чем больше действует напряжение. Типичная вольт-амперная ха-
рактеристика варистора имеет резко выраженную нелинейную
симметричную форму (рис. 1.4), т. е. он может работать и на пере-
менном напряжении.
Рис. 1.4. Вольт-амперная характеристика варистора
Варисторы подсоединяют параллельно нагрузке, и при броске
входного напряжения основной ток помехи протекает через них, а
не через аппаратуру.
Таким образом, варисторы рассеивают энергию помехи в виде
тепла. Так же, как и газоразрядник, варистор является элементом
многократного действия, но значительно быстрее восстанавливает
свое высокое сопротивление после снятия напряжения.
Достоинством варисторов, по сравнению с газрядниками, яв-
ляются:
О большее быстродействие;
о безынерционное отслеживание перепадов напряжений;
18
7 Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
|о выпускаются на более широкий диапазон рабочих напряжений
I (от 12 до 1800 В);
I о длительный срок эксплуатации;
io имеют более низкую стоимость.
<1 Они широко применяются в промышленном оборудовании и
^приборах бытового назначения:
I а) для защиты полупроводниковых приборов: тиристоров, си-
мисторов, транзисторов, диодов, стабилитронов;
б) для электростатической защиты входов радиоаппаратуры;
( в) для защиты от электромагнитных всплесков в мощных ин-
| дуктивных элементах;
; г) как элемент искрогашения в электромоторах и переключа-
! телях.
© © Г ГТ)
ад
it
|Рис. 1.5. Внешний вид варисторов
I Типовое значение времени срабатывания варисторов при воз-
действии перенапряжения составляет не более 25 нс, но для защи-
ты некоторых видов оборудования его может оказаться недоста-
точно (для электростатической защиты необходимо не более 1 нс).
# Поэтому совершенствование технологии изготовления варисторов
во всем мире направлено на повышение их быстродействия. Так,
ф например, фирме “S+M Epcos”, благодаря применению при изго-
f товлении варисторов многослойной структуры S1OV-CN и их SMD-
। исполнения (безвыводная конструкция для поверхностного монта-
* жа), удается добиться времени срабатывания менее 0,5 нс (при
расположении таких элементов на печатной плате для получения
указанного быстродействия уже необходимо минимизировать ин-
дуктивности внешних соединительных проводников). В дисковой
, конструкции варисторов за счет индуктивности выводов время сра-
, батывания увеличивается до нескольких наносекунд.
Малое время срабатывания, высокая надежность, отличные пи-
ковые электрические характеристики в широком диапазоне рабочей
! температуры при малых размерах ставят многослойные варисторы
к 19
Раздел 1
на первое место при выборе элементов защиты от статических заря-
дов. Например, в области производства сотовых телефонов много-
слойные варисторы можно считать уже стандартом в защите от ста-
тического электричества. CN-варисторы могут надежно защищать
от статических разрядов: клавиатуры, разъемы для подключения
факса и модема, соединители зарядных устройств, входы интегра-
льных аналоговых микросхем, выводы микропроцессоров.
Основными параметрами, которые используют при описании
характеристик варисторов, являются:
Un — классификационное напряжение, обычно измеряемое
при токе 1 мА, — это условный параметр, который указывается при
маркировке элементов;
Um-----максимально допустимое действующее переменное
напряжение (среднеквадратичное);
Um= — максимально допустимое постоянное напряжение;
Р — номинальная средняя рассеиваемая мощность, это та, ко-
торую варистор может рассеивать в течение всего срока службы
при сохранении параметров в установленных пределах;
W — максимальная допустимая поглощаемая энергия в джоу-
лях (Дж), при воздействии одиночного импульса. От этой величины
зависит, как долго может действовать перегрузка (с максимальной
мощностью Pm) без опасности повредить варистор, т. е.:
Г = —•
Рт
1рр — максимальный импульсный ток, для которого время на-
растания/длительность импульса: 8/20 мкс;
Со — емкость, измеренная в закрытом состоянии, при работе
ее значение зависит от приложенного напряжения, и когда вари-
стор пропускает через себя большой ток, она падает до нуля.
Для применения рабочее напряжение у варисторов выбирает-
ся исходя из допустимой энергии рассеяния и максимально допус-
тимой амплитуды напряжения. Напряжение ограничения примерно
равно квалификационному напряжению (Un) варистора. Для ориен-
тировочных расчетов рекомендуется, чтобы на переменном напря-
жении оно не превышало Ubx < 0,6Un, а на постоянном —
Ubx < 0,85Un.
Для сети с действующим напряжением 220 В (50 Гц) обычно
устанавливают варисторы с классификационным напряжением не
20
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
ниже 380...430 В. Для варистора с классификационным напряжени-
ем 430 В при импульсе тока 100 А напряжение будет ограничено на
j уровне около 600 В.
( В России крупнейшим производителем варисторов (СН2-1,
| ВР-1, СН2-2) является завод «Прогресс» (г. Ухта). Параметры неко-
торых из них приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2. Основные параметры варисторов отечественного
производства
Тип варистора Un, В Um~, В Um=, В W, Дж
ВР-1-1 10 6 8 0,18
ВР-1-1 15 9 12 0,26
ВР-1-1 22 14 18 0,56
ВР-1-1 27 17 22 0,64
ВР-1-1 33 20 26 0,71
СН2-1а СН2-16 СН2-1в 180 115 150 37,8 18,0 4,5
СН2-1а СН2-16 СН2-1В 200 130 170 42,0 20 5,0
СН2-2А, СН2-1а, СН2-16 390 250 320 125 81,9 40
СН2-2А, СН2-1а, СН2-16 430 275 350 138 90,3 43
Примечание. Емкость для отечественных варисторов не указывается.
Из всего разнообразия выпускаемых за рубежом варисторов
параметры одного из типов, имеющих дисковую конструкцию, при-
ведены в табл. 1.3 (другие типы имеют близкие параметры). Они вы-
пускаются на рабочие напряжения от 4 до 1500 В с небольшим ша-
гом, но в продаже вы вряд ли найдете все номиналы из ряда (в случае
необходимости можно заказать их изготовление на любое напряже-
ние для поставки больших партий), но обычно можно использовать
ближайшие номиналы из ряда в сторону увеличения напряжения.
21
Раздел 1
Таблица 1.3. Основные параметры дисковых варисторов серии TVR
Тип варистора Un, В Um~, В Um=, В W, Дж Со, пФ
TVR05 180 18 11 14 0,4 1600
TVR 07 180 18 11 14 0,9 3800
TVR 10 180 18 11 14 2,1 9000
TVR 14180 18 11 14 4,0 22000
TVR 20 180 18 11 14 11,0 44000
TVR 05 270 27 17 22 0,6 1260
TVR 07 270 27 17 22 1,4 2400
TVR 10 270 27 17 22 3,0 4800
TVR 14 270 27 17 22 6,0 12000
TVR 20 270 27 17 22 18,0 26000
TVR 05 391 390 250 320 12 85
TVR 07 391 390 250 320 25 160
TVR10391 390 250 320 60 270
TVR14391 390 250 320 100 500
TVR 20 391 390 250 320 180 1000
TVR05 431 430 275 350 13 80
TVR 07 431 430 275 350 28 150
TVR10 431 430 275 350 65 250
TVR 14 431 430 ' 275 350 115 450
TVR20 431 430 275 350 190 900
Для повышения рассеиваемой мощности варисторы можно
включать последовательно (или параллельно, если подбирать их по
идентичным параметрам). Размеры варисторов зависят от мощно-
сти, но так как такие элементы работают при импульсной перегруз-
ке, чаще указывают рассеиваемую энергию в джоулях:
VH Umax ' Imax ' tu >
которая связана с мощностью соотношением:
22
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
' Для выбора варистора с необходимой энергией рассеивания
| Дря защиты нагрузок, потребляющих мощность более 1...2 кВт, в
практических расчетах можно руководствоваться приведенной в
[21] формулой:
2л-/-п’
где W — максимальная мгновенная энергия в джоулях;
Р — номинальная мощность нагрузки, приходящаяся на одну
фазу, Вт;
а — коэффициент нелинейности варистора;
f — частота переменного напряжения, Гц;
т| — КПД защищаемой нагрузки.
Максимально допустимое значение рассеиваемой энергии у
примененного варистора должно превышать эту величину.
Так как перегрев варистора приводит к его повреждению, вы-
пускаются такие элементы и с уникальными свойствами, например,
имеющие температурную защиту — размыкающий механический
. контакт в защищаемой цепи, что значительно повышает надеж-
ность работы узла.
Сравнение основных характеристик варисторов разных типов
можно найти в Интернет [Л 12]. Суть его заключается в том, что оте-
чественные производители выпускают компоненты по техническим
параметрам не хуже, чем это делают за рубежом (правда, приобре-
сти их радиолюбителю намного сложней — в продаже чаще можно
встретить импортные).
В качестве основного недостатка варистора можно отметить
его большую собственную емкость, которая вносится в цепь.
В зависимости от конструкции, типа и номинального напряжения
эта емкость может составлять от 80 до 30000 пФ. Впрочем, для
некоторых применений большая емкость может быть и достоинст-
вом, например в фильтре, совмещающем в себе функцию ограни-
чения напряжения (для таких применений можно заказать изго-
товление варисторов с повышенной емкостью). Вторым недостат-
ком является меньшая максимальная допустимая рассеиваемая
мощность по сравнению с разрядниками (для увеличения мощно-
сти рассеивания изготовители увеличивают размеры корпуса ва-
ристора).
23
Раздел 1
Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL
В последние годы за рубежом для защиты дорогостоящего
оборудования все чаще применяют быстродействующие TRANSIL-,
TRISIL- и TVS-диоды (встречаются и другие названия этих элемен-
тов). Несмотря на разные названия, это один класс приборов —
сапрессоров, имеющих небольшое различие в характеристиках и,
соответственно, областях применения. Эти элементы были специ-
ально разработаны для подавления перенапряжения, возникающе-
го при переходных процессах, и, в отличие от варисторов, у таких
диодов время срабатывания составляет несколько пикосекунд, а
вносимая в схему емкость чуть меньше или соизмерима с имею-
щейся у варисторов. Так же как имеется разнообразие названий
аналогичных элементов, за рубежом у сапрессоров можно встре-
тить разные условные графические обозначения на электрических
принципиальных схемах (примеры обозначений даны на графиках с
характеристиками).
Основной областью применения сапрессоров является защи-
та от перенапряжений электронного оборудования автомобилей,
цепей телекоммуникации и передачи данных, защита мощных
транзисторов, тиристоров и устройств, питающихся от сети. К их
достоинствам можно отнести:
о самое высокое быстродействие, по сравнению со всеми
другими элементами защиты;
о наличие низких уровней напряжения ограничения;
о широкий диапазон рабочих напряжений;
о высокая долговечность и надежность;
о малые габариты.
К сожалению, отечественная промышленность пока не выпус-
кает аналогов таких элементов. Рассмотрим более подробно эти
компоненты, такая информация нам пригодится в дальнейшем.
TRANSIL-диоды (в наименовании используется часть, проис-
ходящая от английского слова Transient — переходный) изготавли-
ваются как в однонаправленном, так и в двунаправленном исполне-
ниях.
Рабочая характеристика однонаправленных диодов (рис. 1.6)
очень похожа на имеющуюся у стабилитрона (у них, как и у стаби-
литронов, используется обратный участок вольт-амперной харак-
теристики). Принцип работы у него такой же, только быстродейст-
вие намного выше. А для того чтобы исключить повреждение эле-
24
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Рис. 1.6. Вольт-амперная характеристика защитного TRANSIL-диода
мента слишком большим током, разработчики рекомендуют в цепи
последовательно с ним устанавливать резистор величиной
1 ...10 Ом (если других ограничений для тока нет). Величина этого
резистора определяется из условия
_ Umax
Ipp ’
где Umax — максимально возможная амплитуда импульса на входе;
Ipp— максимальный допустимый ток диода.
Однонаправленное исполнение сапрессоров применяют для
подавления перенапряжений только одной полярности, поэтому
приборы данного вида должны включаться в цепь с учетом полярно-
сти.
Двунаправленные диоды TRANSIL предназначены для подав-
ления перенапряжений обеих полярностей, характеристика такого
диода показана на рис. 1.7. Если двунаправленный TRANSIL-диод
приобрести не удается, то он может быть получен (составлен) из
двух однонаправленных, путем их встречного последовательного
включения.
Свойства TRANSIL диодов описываются следующими пара-
метрами (в скобках указаны иногда встречающиеся обозначения,
применяемые разными производителями):
25
Раздел 1
Рис. 1.7. Вольт-амперная характеристика симметричного
TRANSIL-диода
Urm (Uwm) — максимальное постоянное рабочее напряжение,
при котором диод закрыт;
UBr — напряжение пробоя, при котором происходит резкое
увеличение протекающего тока, причем скорость роста тока пре-
вышает скорость увеличения напряжения (обычно указывается для
температуры 25 °C);
Uc (Ucl) — максимальное напряжение фиксации для максима-
льной амплитуды импульса пикового тока !РР;
1рр (1ррм) — максимальный допустимый импульсный ток в рабо-
чем режиме (пиковый ток);
Irm (Id) — ток утечки при фиксированном напряжении закрыто-
го состояния URM;
UF — напряжение в прямом направлении, аналогично обычным
диодам оно составляет 0,7 В (параметр для однополярных диодов);
Рррм — максимально допустимая пиковая мощность, рассеи-
ваемая прибором, при заданных: форме и длительности импульса
при температуре окружающей среды не более 25 °C;
С — емкость, измеренная в закрытом состоянии, при работе
ее значение немного уменьшается и зависит от приложенного на-
пряжения.
Много фирм выпускает большое разнообразие защитных дио-
дов, рассчитанных на различные напряжения, при этом использу-
26
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
| ется небольшой шаг номинальных значений. В качестве примера в
< табл. 1.4 включены основные параметры некоторых типов приме-
няемых диодов (весь перечень номиналов и более полную инфор-
мацию можно получить в фирмах, торгующих этими деталями, или
в Интернете на сайте производителя).
Таблица 1.4. Параметры TRANSIL-диодов фирмы SGS-Thomson
Тип диода Краткое описание Мощность Рррм, Вт Urm при Irm> В UcL при 1рр, в Тип корпуса
SMLVT3V3 обычный 600 3,3 7,3 SMB
SM5908 обычный 1500 5 7,6 SMC
SM6T15A обычный 600 12,8 21,2 SMB
SM6T15CA симметричный 600 12,8 21,2 SMB
SM6T18A обычный 600 15,3 25,2 SMB
SM6T18CA симметричный 600 15,3 25,2 SMB
SM15T27A обычный 1500 23,1 37,5 SMC
SM15T33A обычный 1500 28,2 45,7 SMC
SM15T33CA симметричный 1500 28.2 45,7 SMC
Следующей большой группой сапрессоров являеются TVS-ди-
оды. В названии используются начальные буквы от слов Transient
Voltage Suppression (фирма General Semiconductor эти диоды назы-
вает еще TransZorb). За рубежом TVS-диоды впервые были разра-
ботаны в 1968 году фирмой GSI (General Semiconductor Industries)
специально для защиты устройств связи от грозовых разрядов.
В дальнейшем этой фирмой были созданы TVS-диоды с рабочим
напряжением от 6,8 до 200 В и допустимой импульсной мощностью
до 1,5 кВт, предназначенные для защиты различного оборудования
и радиоаппаратуры [Л 13]. Большинство диодов, выпускаемых под
этой торговой маркой, аналогичны по параметрам TRANSIL-дио-
дам, но большая часть из них предназначена для применения в низ-
ковольтной радиоаппаратуре.
Для описания характеристик TVS-диодов используют те же па-
раметры, что и для TRANSIL — вольт-амперную характеристику они
имеют такую же и работают аналогично. Время срабатывания у не-
симметричных TVS-диодов менее 1 нс, а у симметричных чуть
больше. Это позволяет использовать их для защиты различных ра-
27
Раздел 1
диочастотных цепей, в состав которых входят чувствительные к пе-
реходным процессам полупроводниковые приборы и интегральные
микросхемы.
В качестве примера в табл. 1.5 - 1.8 приведены параметры не-
которых TVS-диодов разных фирм (наиболее часто используемых).
Последние буквы в обозначении указывают на особенности:
А — точность допуска по рабочему напряжению не хуже 5% (ес-
ли она не стоит, то эти параметры могут находиться в допуске 10%);
С — сдвоенный диод, имеющий симметричную вольт-ампер-
ную характеристику.
Сами диоды могут обладать довольно значительной емко-
стью (см. рис. 1.8), которая зависит от рабочего напряжения. Для
ее уменьшения, кроме обычных TVS-диодов, выпускаются и специ-
альные серии, например у фирмы General Semiconductor это:
LCE — на напряжение защиты от 6,5 до 28 В (Рррм = 1500 Вт);
SAC — на напряжение защиты от 5 до 50 В (Рррм = 500 Вт).
Они отличаются тем, что внутри корпуса в цепи имеется по-
следовательно включенный дополнительный диод, рис. 1.9. Это по-
зволяет уменьшить емкость, вносимую в цепь защиты, за счет того,
что емкость дополнительного диода (Сд) обычно не более 7 пФ и
при емкости защитного диода (С), доходящей до 1500 пФ, общая
емкость для последовательной цепи в этом случае получается:
Сл-С
СЛ + С
7-1500
7 + 1500
= 697 пФ.
Аналогично дополнительный (быстродействующий) диод мож-
но установить и в цепь обычного TVS-диода — в этом случае удаст-
ся снизить вносимую в линию емкость до значений менее 30 пФ.
Кроме одиночных сапрессоров, выпускается много различных
микросборок, где в одном корпусе находится несколько однотипных
элементов, соединенных наиболее удобным для монтажа способом.
Диоды, выпускаемые под торговой маркой TRISIL, разработа-
ны фирмой SGS-Thqmson в 1983 г. Они предназначены главным об-
разом для защиты от перенапряжений электронного оборудования
в области телекоммуникаций.
Диоды TRISIL выпускаются только в двунаправленном испол-
нении и подключаются параллельно защищаемой цепи. Вольт-ам-
перная характеристика TRISIL-диодов напоминает характеристику
симметричного динистора, рис. 1.10 (условное обозначение дио-
дов показано на графике).
28
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Таблица 1.5. Защитные TVS-диоды фирмы SGS-Thomson
(Рррм = 1500 Вт, корпус DO-201)
| Тип Напряжение пробоя Ubr, В Тест, ток пробоя 1т, мА Постоянное обратное напряжение Uwm> В Макс. имп. ток ограничения 1рр, А Макс, напряжение ограничения при Ipp, Uc> В
1 1 f одинарный сдвоенный Макс. Мин.
1.5КЕ6.8 1.5КЕ6.8С 6,12 7,48 10 5,5 139 10,8
1.5КЕ6.8А 1.5КЕ6.8СА 6,45 7,14 10 5,8 143 10,5
‘1 1.5КЕ12 1.5КЕ12С 10,8 13,2 1 9,72 87 17,3
1.5КЕ12А 1.5КЕ12СА 11,4 12,6 1 10,2 90 16,7
1.5КЕ16 1.5КЕ16С 14,4 17,6 1 12,9 64 23,5
1.5КЕ16А 1.5КЕ16СА 15,2 16,8 1 13,6 67 22,5
1.5КЕ20 1.5КЕ20С 18,0 22,0 1 16,2 51,5 29,1
1.5КЕ20А 1.5КЕ20СА 19,0 21,0 1 17,1 54,0 27,7
1.5КЕ22 1.5КЕ22С 19,8 24,2 1 17,8 47 31,9
1.5КЕ22А 1.5КЕ22СА 20,9 23,1 1 18,8 49 30,6
1.5КЕ24 1.5КЕ24С 21,6 26,4 1 19,4 43 34,7
1.5КЕ24А 1.5КЕ24СА 22,8 25,2 1 20,5 45 33,2
1.5КЕ200 1.5КЕ200С 180 220 1 162 5,2 287
1.5КЕ200А 1.5КЕ200СА 190 210 1 171 5,5 274
1.5КЕ220 1.5КЕ220С 198 242 1 175 4,3 344
1.5КЕ220А 1.5КЕ220СА 209 231 1 185 4,6 328
1.5КЕ250 1.5КЕ250С 225 275 1 202 5,0 360
1.5КЕ250А 1.5КЕ250СА 237 263 1 214 5,0 344
1.5КЕ400 1.5КЕ400С 360 440 1 324 4,0 574
1.5КЕ400А 1.5КЕ400СА 380 420 1 342 4,0 548
1.5КЕ440А 1.5КЕ440СА 418 462 1 376 2,5 602
29
Раздел I
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Таблица 1.6. Защитные TVS-диоды фирмы General Semiconductor
(Рррм = 400 Вт, корпус DO-204)
Тип одинар- ный Напряжение пробоя Ubr, В Тест, ток пробоя 1т, мА Постоянное обратное напряжение Uwm, В Макс. имп. ток ограничения Ipp, А Макс, напряже- ние ограничения при Ipp, Uc, В
Макс. Мин.
Р4КЕ6.8 6,12 7,48 10 5,5 37,0 10,8
Р4КЕ6.8А 6,45 7,14 10 5,8 38,1 10,5
Р4КЕ12 10,8 13,2 1 9,72 23,1 17,3
Р4КЕ12А 11,4 12,6 1 10,2 24,0 16,7
Р4КЕ16 14,4 17,6 1 12,9 17,0 23,5
Р4КЕ16А 15,2 16,8 1 13,6 17,8 22,5
Р4КЕ20 18,0 22,0 1 16,2 13,7 29,1
Р4КЕ20А 19,0 21,0 1 17,1 14,4 27,7
Р4КЕ22 19,8 24,2 1 17,8 12,5 31,9
Р4КЕ22А 20,9 23,1 1 18,8 13,1 30,6
Р4КЕ24 21,6 26,4 1 19,4 11,5 34,7
Р4КЕ24А 22,8 25,2 1 20,5 12 33,2
Р4КЕ200 180 220 1 162 1,4 287
Р4КЕ200А 190 210 1 171 1,5 274
Р4КЕ220 198 242 1 175 1,2 344
Р4КЕ220А 209 231 1 185 1,2 328
Р4КЕ250 225 275 1 202 1,1 360
Р4КЕ250А 237 263 1 214 1,2 344
Р4КЕ400 360 440 1 324 0,7 574
Р4КЕ400А 380 420 1 342 0,73 548
Р4КЕ440 369 484 1 356 0,63 631
Р4КЕ440А 418 462 1 376 0,66 602
Р4КЕ540 486 594 1 437 0,52 772
Р4КЕ540А 513 567 1 459 0,54 740
Таблица 1.7. Защитные TVS-диоды фирмы Vishay Lite-On
(Рррм = 600 Вт, корпус DO-204 — аналогичные производит фирма
General Semiconductor)
Тип Напряжение пробоя Ubr, В Тест, ток пробоя 1т, мА Постоянное обратное напряжение Uwm, В Макс. имп. ток ограничения Ipp, А Макс, напряжение ограничения при lpp> Uci В
одинарный сдвоенный Макс. Мин.
Р6КЕ6.8 Р6КЕ6.8С 6,12 7,48 10 5,5 56 10,8
Р6КЕ6.8А Р6КЕ6.8СА 6,45 7,14 10 5,8 57 10,5
Р6КЕ12 Р6КЕ12С 10,8 13,2 1 9,72 35,0 17,3
Р6КЕ12А Р6КЕ12СА 11,4 12,6 1 10,2 36,0 16,7
Р6КЕ16 Р6КЕ16С 14,4 17,6 1 12,9 26,0 23,5
Р6КЕ16А Р6КЕ16СА 15,2 16,8 1 13,6 27,0 22,5
Р6КЕ20 Р6КЕ20С 18,0 22,0 1 16,2 21,0 29,1
t Р6КЕ20А Р6КЕ20СА 19,0 21,0 1 17,1 22,0 27,7
$ % Р6КЕ22 Р6КЕ22С 19,8 24,2 1 17,8 19,0 31,9
Р6КЕ22А Р6КЕ22СА 20,9 23,1 1 18,8 20,0 30,6
Р6КЕ24 Р6КЕ24С 21,6 26,4 1 19,4 17,0 34,7
'I Р6КЕ24А Р6КЕ24СА 22,8 25,2 1 20,5 18,0 33,2
Р6КЕ200 Р6КЕ200С 180 220 1 162 2,1 287
Р6КЕ200А Р6КЕ200СА 190 210 1 171 2,2 274
Р6КЕ220 Р6КЕ220С 198 242 1 175 1,75 344
Р6КЕ220А Р6КЕ220СА 209 231 1 185 1,83 328
Р6КЕ250 Р6КЕ250С 225 275 1 202 1,67 360
Р6КЕ250А Р6КЕ250СА 237 263 1 214 1,75 344
Р6КЕ400 Р6КЕ400С 360 440 1 324 1,05 574
Р6КЕ400А Р6КЕ400СА 380 420 1 342 1,10 548
30
31
Раздел 1
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Таблица 1.8. Защитные TVS-диоды производимые фирмой General
Semiconductor (Рррм = 1500 Вт, корпус DO-201)
Тип Напряжение пробоя VBr, В Тест, ток пробоя 1т, мА Постоянное обратное напряжение Uwm, В Макс. имп. ток ограничения 1рр, А Макс, напряже- ние ограничения при Ipp, Uc, В
одинарный сдвоенный Макс. Мин.
1.5КА6.8 1.5КА6.8С 6,12 7,48 10 5,5 139 10,8
1.5КА6.8А 1.5КА6.8СА 6,45 7,14 10 5,8 143 10,5
1.5КА12 1.5КА12С 10,8 13,2 1 9,72 86,7 17,3
1.5КА12А 1.5КА12СА 11,4 12,6 1 10,2 89,8 16,7
1.5КА16 1.5КА16С 14,4 17,6 1 12,9 63,8 23,5
1.5КА16А 1.5КА16СА 15,2 16,8 1 13,6 66,7 22,5
1.5КА20 1.5КА20С 18,0 22,0 1 16,2 51,5 29,1
1.5КА20А 1.5КА20СА 19,0 21,0 1 17,1 54,2 27,7
1.5КА22 1.5КА22С 19,8 24,2 1 17,8 47 31,9
1.5КА22А 1.5КА22СА 20,9 23,1 1 18,8 49 30,6
1.5КА24 1.5КА24С 21,6 26,4 1 19,4 43,2 34,7
1.5КА24А 1.5КА24СА 22,8 25,2 1 20,5 45,2 33,2
1.5КА43 1.5КА43С 38,7 47,3 1 34,8 24,2 61,9
1.5КА43А 1.5КА43СА 40,9 45,2 1 36,8 25,3 59,3
В рабочем состоянии через диод протекает незначительный
ток — он не должен никак влиять на цепь защиты. При превышении
напряжения порогового значения (UBr) сопротивление диода скач-
кообразно изменяется и происходит ограничение напряжения. Ра-
бота на этом участке вольт-амперной характеристики (UBr — UB0)
сходна с работой двунаправленного диода TRANSIL. При дальней-
шем незначительном увеличении напряжения происходит резкое
снижение сопротивления до десятков Ом, что практически закора-
чивает цепь.
Для описания характеристик TRISIL-диодов используют пара-
метры:
Urm (Uwm) — максимальное постоянное рабочее напряжение,
при котором ток, проходящий через диод, не вызывает его повреж-
дений (для данного напряжения указывается соответствующий ток в
цепи IrM);
32
Рис. 1.8. Зависимость емкости от рабочего напряжения UBR
для диодов серии 1.5КЕ6.8 — 1.5КЕ440СА
Рис. 1.9. Вольт-амперная характеристика TVS-диодов фирмы
General Semiconductor из серий LCE и SAC
Ubr — напряжение, при котором происходит резкое увеличе-
- ние проходящего тока, причем скорость изменения тока выше, чем
^скорость нарастания напряжения;
i 33
Раздел 1
Рис. 1.10. Вольт-амперная характеристика TRISIL-диода
Ubo — напряжение “опрокидывания”, в этой точке происходит
резкое уменьшение внутреннего сопротивления до нескольких Ом
(обычно для данного напряжения указывается и ток — lBo)I
1н — при падении тока ниже данного значения происходит об-
ратное увеличение внутреннего сопротивления диода TRISIL;
Ipp (Ippm) — предельное значение тока для определенной формы
импульса, спадающего по экспоненте (обычно 1ФДИ = 10/1 000 мкс);
Рррм — максимально допустимая импульсная мощность, рас-
сеиваемая прибором, при заданных: форме, скважности, длитель-
ности импульса и температуре окружающей среды;
С — емкость, измеренная в закрытом состоянии, при фикси-
рованном значении приложенного напряжения.
В качестве примера, в табл. 1.9 приведены параметры для неко-
торых типов TRISIL-диодов, выпускаемых в корпусах для поверхно-
стного монтажа. Более полную информацию можно найти в [Л 14].
В заключение, в качестве недостатков TRANSIL-, TRISIL- и TVS-
диодов можно отметить:
о низкое значение допустимого номинального импульсного
тока;
о узкий диапазон допустимых рабочих температур;
о меньшую стойкость к перегрузкам, чем у разрядников и ва-
ристоров;
о относительно высокую стоимость.
34
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Таблица 1.9. Параметры TRISIL-диодов фирмы SGS-Thomson
Тип Диода Ubr. В 1рр, А бво max при 1во> В С при напряжении 1 В, пФ Тип корпуса
SMP100LC-120 120 100 160 80 SMB
SMP100LC-140 140 100 185 30 SMB
SMP100LC-200 200 100 265 30 SMB
SMP100LC-230 230 100 320 70 SMB
SMP30-220 220 30 293 30 SMA
SMP30-240 240 30 320 30 SMA
SMP30-270 270 30 360 30 SMA
SMP50-100 100 50 133 40 SMA
SMP50-120 120 50 ' 160 40 SMA
SMP50-130 130 50 173 35 SMA
SMP50-180 180 50 240 35 SMA
SMP50-200 200 50 267 30 SMA
SMP50-220 220 50 293 30 SMA
SMP50-240 240 50 320 30 SMA
Вид конструктивного исполнения всех типов защитных диодов
зависит от области применения, допустимой мощности рассеяния
и может быть в корпусах для поверхностного монтажа или же с вы-
водами как у обычных диодов, рис. 1.11.
Примечание.
TRANSIL- и TVS-диоды часто путают с кремниевыми стабилитронами, так как
обозначение их на схемах похожее, да и принцип работы аналогичен, но такие дио-
ды были специально разработаны для защиты от мощных импульсов перенапряже-
ния, в то время как кремниевые стабилитроны не рассчитаны на работу при значи-
тельных импульсных перегрузках. К тому же при выборе защитного диода рекомен-
дуется, чтобы у него напряжение Urm (Uwm ) было на 10 - 20% выше, чем уровень
максимальной амплитуды в линии, т. е. в нормальном режиме он не должен входить в
режим стабилизации и пропускать через себя больших токов (в идеале — никак не
^проявлять свое присутствие до момента появления помехи). Если же мощность, вы-
шделяемая на сапрессоре, будет ограничена допустимой величиной (например, при
впиковой мощности Рррм = 1500 Вт — средняя мощность для постоянного тока у диода
^составляет всего Р = 5 Вт), то диоды могут работать и как обычные стабилитроны на
^постоянном токе, но стоить такой узел будет значительно дороже, чем обычный ста-
Кбилитрон, т. е. экономически это не целесообразно.
35
Раздел 1
1,5КЕ
5,2мм
4,8мм
25мм
MIN
I Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Г“°
'Мер, фирма Maxim для защиты USB-портов и USB-хабов выпускает
Микросхемы MAX893L, МАХ1693 и МАХ1694, которые являются бы-
стродействующими (1 мкс) ограничителями напряжения и тока.
В данном разделе этот довольно большой класс компонентов мы
рассматривать не будем из-за их относительно высокой стоимости
'И ограниченных областей применения.
9,5мм
7,2мм
‘MW»»
25,4мм
MIN
1,07мм
0,96мм
Рис. 1.11. Внешний вид и габариты корпусов TRANSIL-диодов
для поверхностного и обычного монтажа
Необходимо также знать и то обстоятельство, что нельзя использовать защит-
ные диоды в качестве быстродействующих выпрямительных элементов, поскольку
они имеют большой 'остаточный заряд и, соответственно, длительное время
восстановления.
Электронные модули
Для замены не очень надежных мощных газоразрядников вы-
пускаются твердотельные защитные устройства, рассчитанные на
большие токи. Такие элементы отличаются более высоким быстро-
действием и надежностью, чем это могут обеспечить разрядники
(последнее — во многих случаях является главным). Обычно защит-
ные электронные модули выполняются на TVS-тиристоре со схе-
мой, управляющей порогом срабатывания, или же на основе других
специальных элементов, имеющих аналогичный принцип работы.
В последнее время все больше появляется разработок раз-
личных защитных модулей и для низковольтных цепей. Так, напри-
36
1.3. Защита низковольтных цепей
постоянного тока
Так как перенапряжение, вызванное ударом молнии, имеет ти-
пичное время нарастания не менее 10 мкс и продолжительность
Приблизительно 1 мс, для эффективной защиты радиоаппаратуры,
Читаемой от линии постоянного тока, используемые элементы
Должны не только выдерживать прямое попадание молнии (рассе-
ять ее энергию), но и при этом быть достаточно быстродействую-
щими. К сожалению, ни один из описанных ранее защитных компо-
нентов самостоятельно не может обеспечить этих условий, по-
этому приходится использовать их комбинированное включение.
Чтобы лучше понять возможности разных способов защиты,
рассмотрим типовые характеристики однокаскадных защитных мо-
дулей промышленного изготовления, выполненных на разных эле-
ментах. Параметры таких узлов приведены в табл. 1.10.
Таблица 1.10. Характеристики однокаскадных модулей
защитных устройств
Технические параметры Применяемые элементы
Г аэоразрядники Варисторы Сапрессоры
Скорость сраба- тывания, не более 1...2 мс <25 нс <1 нс
f Вносимая емкость в цепь защиты 1...5пФ 500... 1000 пФ 500...700 пФ
Средняя рассеи- ваемая мощность более 10 Вт 1...2 Вт 6,5 Вт
Максимальный ток импульса 10...100 кА 1...10 кА 100А
Наиболее часто применяют одно- идвухступенчатыеузлы. Ком-
бинированное использование разных типов элементов позволяет
компенсировать недостатки одних достоинствами других. Напри-
37
Раздел 1
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
мер, когда защитные диоды не могут рассеять большую мощность
помехи, в первом каскаде используются варисторы или разрядники.
Для цепей питания наиболее эффективную защиту могут обес-
печить трехступенчатые схемы. Процесс работы такой цепи нагляд-
но демонстрируют диаграммы изменения напряжения в контроль-
ных точках, приведенные на рис. 1.12.
1 Как уже было сказано ранее, при коммутации реактивных эле-
ментов тоже возникают выбросы напряжения (рис. 1.13). Если па-
раметры индуктивной цепи известны, выбрать варистор или сап-
рессор на необходимую мощность поможет простой расчет, учиты-
вающий накопленную дросселем энергию в джоулях (Дж):
Рис. 1.12. Диаграммы напряжения,
поясняющие работу элементов защиты
SA1
24В
-о -------
~I RU1
Аг
Рис. 1.13. Выполнение быстродействующей защиты элементов
при коммутации
где L — индуктивность катушки, Гн;
i — ток в цепи катушки, А.
Если в качестве коммутатора используется механический пе-
реключатель, то он обычно в защите не нуждается, но применение
.сапрессоров позволяет снизить уровень высокочастотных помех и
'Электромагнитных наводок, которые возникают в цепях при пере-
ходных процессах в момент переключения. Электронный же ключ
(полевой или биполярный транзистор) легко может повредить им-
пульс э.д.с. противоположной полярности, который возникает на
Индуктивности (не зря параллельно обмотке реле обычно ставят
демпфирующий диод, включенный обратной полярностью).
В наиболее тяжелых условиях работает электронный ключ в
Импульсных источниках питания, поэтому там рекомендуется уста-
навливать сапрессоры на максимальную мощность импульса
Рррм =1500 Вт. Варианты включения защитных элементов для элект-
ронного коммутатора в импульсных источниках питания показаны
на рис. 1.14 (более подробно о выборе сапрессоров для защиты
силовых коммутаторов рассказано в книге [Л 15]).
Рис. 1.14. Применение сапрессоров в импульсных
источниках питания
38
39
Раздел 1
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Кроме диодов, ограничивающих импульсный выброс напряже-
ния в индуктивности, иногда устанавливают TVS-диоды между за-
твором и истоком полевого транзистора. Это позволяет его защи-
тить от переходных процессов на входе, которые происходят из-за
разряда, накопленного в затворе (рабочее напряжение сапрессо-
ра должно превышать подаваемое управляющее, а мощности
обычно достаточно Рррм = 400 Вт, [Л 16]).
1.4. Защита для устройств, питающихся
от сети 220 В
Предельное напряжение, которое могут выдерживать стаби-
лизированные импульсные блоки питания, которыми оснащено
большинство бытовой импортной радиоаппаратуры, составляет
272 В (это действующее значение по техдокументации фирм-изго-
товителей). Но в сети иногда наблюдаются скачки и помехи с более
высоким уровнем, что может привести к повреждениям.
Чтобы защитить оборудование от перенапряжений, надо учи-
тывать, что в питающей сети могут действовать следующие виды
импульсных помех:
о повышенное напряжение между линейными проводами;
о повышенное напряжение между заземлением и одним из
линейных проводов.
Указанные помехи могут присутствовать и одновременно, по-
этому необходимо, чтобы защитный блок и подключенные к нему
устройства имели хорошее заземление, иначе удастся обеспечить
защиту только от повышенного напряжения между линейными про-
водами.
Для сетевых защитных устройств характерно применение всех
рассмотренных выше компонентов, при этом схемы могут быть од-
но-, двух- и трехступенчатые. Фрагменты наиболее распростра-
ненных схем защиты приведены на рис. 1.15 и 1.16.
В однокаскадном узле защиты обычно используется трехпо-
люсный разрядник или варисторы (рис. 1.15). Если на любом про-
воднике превышено заданное напряжение пробоя — обе “половин-
ки” трехполюсного разрядника срабатывают и выброс напряжения
разряжается на землю. Это позволяет получить защиту и от син-
фазной помехи (она бывает гораздо мощнее дифференциальной
наводки).
40
Рис. 1.15. Узел однокаскадной защиты от перенапряжений,
выполненный на: а — разрядниках; б — варисторах
VD1 1.5КЕ440СА
VD1 1.5КЕ440СА
VD2, VD3 1.5КЕ200СА
RU1 - RU3 на 430В
Рис. 1.16. Варианты схем двухкаскадной защиты от перенапряжений
; В двухступенчатых схемах обычно устанавливают варисторы и
диоды одновременно, рис. 1.16. Так как варисторы способны по-
глощать большую импульсную мощность, чем диоды, они исполь-
зуются в качестве первичной защиты, но дополняются более быст-
родействующими элементами — сапрессорами.
Для электронного оборудования наибольшую опасность пред-
ставляет не ток, а напряжение в цепи, поэтому в настоящее время
все более широко используют TRANSIL-диоды. Для защиты
устройств в сети 220 В обычно применяют двунаправленные дио-
ды, допускающие работу на переменном токе, например,
1.5КЕ440СА или Р6Е440СА (последние буквы — СА часто использу-
ются в обозначениях и других типов элементов для указания на
Симметричную структуру и допуск по напряжению ограничения).
Если сдвоенные не удастся приобрести, то можно взять два одно-
41
А
Раздел 1
направленных диода и соединить их последовательно одинаковы-
ми полярностями.
Рабочее напряжение у защитных диодов выбирается с учетом
максимальной амплитуды напряжения в линии. Так, например, по
отечественному стандарту считается нормальным, если действую-
щее напряжение (U) сети имеет отклонение от номинала 220 В -15
или +10%, т. е. может быть и 242 В, при этом его амплитуда соста-
вит:
Um = 1,41- [7 = 341,2 В.
С учетом возможного технологического разброса напряжения
ограничения, имеющегося у защитных диодов, по рекомендациям
разработчиков этих элементов, рабочее напряжение VBR выбирает-
ся с запасом на 10 - 20%, т. е. должно быть не менее чем 400 В.
На входе цепи защиты обязательно устанавливаются токовые
предохранители — при кратковременной перегрузке предохрани-
тель сработать не успеет (у него время разрыва цепи составляет не
менее 0,05...0,1 с), но защита потоку нужна, чтобы ограничить вре-
мя работы остальных защитных элементов и исключить выделение
на них большой мощности при продолжительном воздействии пе-
регрузки.
Самую надежную защиту радиоаппаратуры способны обеспе-
чить трехкаскадные схемы, два типовых варианта которых приведе-
ны на рис. 1.17.
Трехкаскадную защиту ставят в тех случаях, когда вероятно
прямое попадание разряда молнии в воздушную линию питания.
При этом в самом худшем случае из строя может выйти только блок
защиты, но радиоаппаратура сохранится.
Мы рассмотрели построение универсальных схем сетевой за-
щиты, но в некоторых ситуациях можно обойтись более простыми
узлами, например, когда требуется защитить схему с трансформа-
торным питанием. Для этого случая варианты подключения сапрес-
соров показаны на рис. 1.18.
При установке элементов защиты следует знать, что в случае
шуток отечественных энергетиков, когда в питающей сети вместо
220 продолжительное время действует 380 В, такие элементы вый-
дут из строя (они не могут долго рассеивать большую мощность),
но при этом все же сохранят от повреждения радиоаппаратуру.
42
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
1м
¥.
а)
VD1 1.5КЕ440СА
R или L R или L
б)
VD1 -VD3 1.5КЕ440СА
R или L
RU1 - RU3 на 4306
R или L
R или L
R или L
Рис. 1.17. Трехкаскадная схема защиты от перенапряжений
по сети 220 В
Рис. 1.18. Вариант подключения защитных диодов к трансформатору:
а — в первичной цепи; б, в — во вторичной цепи
43
Раздел 1
1.5. Защита портов компьютера
В современных компьютерах большинство внешних портов
выполняются на самой системной плате. Они наиболее чувстви-
тельны к повышенному напряжению, источником которого может
стать любое другое подключенное к ним оборудование. Так как
порты наиболее часто выходят из строя, все фирмы, продающие
компьютеры, оговаривают в гарантийном талоне, что на такие по-
вреждения гарантия бесплатного ремонта не распространяется.
В случае повреждения портов могут возникнуть проблемы и с
работой всего компьютера (потребуется устанавливать новую сис-
темную плату, что довольно дорого). Проще заранее позаботиться
о защите цепей линии от перенапряжений.
Для защиты внешних портов (СОМ и LPT) промышленностью
выпускаются специальные узлы, обычно сделанные в виде адапте-
ров. Например, защитный адаптер от электрических перенапряже-
ний для последовательного порта RS-232 выполняется в виде рас-
сечки, включаемой в разрыв линии.
На рис. 1.19 приведены два самых простых варианта таких схем
(для 9-контактного разъема DB9 эти же цепи имеют номера: TD — 3;
RD — 2; GND — 5). Резисторы R1, R2 предотвращают повреждение
ограничителей напряжения большим током при перегрузке.
В некоторых случаях, когда используются и другие шины разъ-
ема, там тоже нужно установить элементы защиты, аналогично, как
это показано на рисунках, а так как в линии появляются двухполяр-
ные импульсы с амплитудой ±12 В, защитные элементы должны
иметь симметричную характеристику и срабатывать при напряже-
нии не менее 20 В.
1.6. Защита компьютерной сети
При прокладке компьютерной сети за пределами зданий
основным источником повышенного напряжения, приводящего к
повреждениям, являются атмосферные явления, поэтому необхо-
димо принимать меры по защите подключенного оборудования от
перенапряжений, возникающих в результате грозы. Это вынужден-
ные дополнительные затраты, но иначе денег уйдет гораздо боль-
ше на ремонт или замену оборудования.
При построении устройств защиты низкоскоростных интер-
фейсов обычно применяются варисторы, когда вносимая ими ем-
44
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
DB25P ->
см
со
см
W
ф
2
XI
>- DB25S
К
а)
Рис. 1.19. Варианты выполнения защиты для порта
компьютера RS-232: а) на варисторах; б) на TRISIL диодах
45
Раздел 1
кость не влияет на передаваемую информацию. Для скоростных
интерфейсов и коаксиальных линий более целесообразно исполь-
зовать полупроводниковые ограничители (TVS-диоды), имеющие
незначительные собственные емкости, к тому же они быстрее реа-
гируют на помеху.
Существует несколько типовых схем включения сапрессоров.
Часто одиночные TVS-диоды включают в диагональ моста, как это
показано на рис. 1.20, а. Для этих целей обычно устанавливают сап-
рессоры на максимальную мощность импульса РРрМ = 400...600 Вт
(выпускаются и готовые узлы с аналогичным соединением, но вы-
полненные монолитно, например ADB18PS фирмы SGS-Thomson).
В случае применения защитных элементов со встроенным ди-
одом, схема их включения показана на рис. 1.20, б. Для защиты ли-
нии с заземлением можно использовать схему, приведенную на
рис. 1.21 (такие узлы устанавливаются на обоих концах линии и мо-
VD1, VD2 1N4007
VD3 1.5КЕ27 VD1, VD2 - LCE28A
а) б)
Рис. 1.20. Варианты выполнения быстродействующей защиты
информационной линии с двухполярным сигналом:
а — мост для работы обычного TVS-диода;
б — включение элементов защиты из серии LCE и SAC
фирмы General Semiconductor
I \ Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
{Гут работать на частотах до 100 МГц). При прямом попадании мол-
ении этот узел выйдет из строя, но при этом сохранит работоспо-
собность радиоаппаратуры (замена или ремонт узла защиты не
^Требует высокой квалификации и выполняется довольно быстро).
1.7. Защита телефонного модема
Сразу отмечу, что все приведенные ниже схемы могут исполь-
зоваться и для защиты телефона, но в статье будет упоминаться
только компьютерный модем, как устройство более дорогое и
брльше всего нуждающееся в такой защите (правда, современный
телефон с автоматическим определителем номера, автоответчи-
ком и рядом других дополнительных функций может стоить не де-
шевле модема).
При изготовлении защитного устройства мы будем исходить
из параметров обычных бытовых телефонных линий, имеющихся на
территории России. В них используется постоянное напряжение
60 В (существуют еще офисные линии, где рабочее напряжение
значительно ниже — 24 В, а за рубежом распространены 48- и 36-
вольтовые линии). Следует также учитывать, что сигнал вызова,
приходящий с АТС, — это переменное напряжение частотой 25 Гц и
амплитудой до 160 В. Оно накладывается на постоянную составля-
ющую напряжения в линии и суммарное может иметь амплитуду
200...220 В (по этой причине многие защитные устройства, разра-
ботанные для зарубежных линий, на наших использовать нельзя).
Простейшая схема защитного устройства показана на
рис. 1.22. Она состоит из варисторов RU1...RU3 и резисторов R1,
R2 — они ограничивают ток через варисторы, предохраняя таким
образом их повреждение от перегрузки. А для того чтобы из-за не-
идентичности напряжения сра-
Рис. 1.21. Подключение защиты на TVS-диодах
для линии с заземлением
46
Рис. 1.22. Схема для защиты
телефонного модема
от перенапряжений в линии
батывания у варисторов при
помехе не получить в линии
мощную дифференциальную
помеху — используют комби-
нированное включение, как это
показано (рис. 1.22). В этом
случае сначала срабатывают
варисторы RU2-RU3 и закора-
чивают проводники линии, а
затем срабатывает RU1 и за-
47
Раздел 1
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
мыкает цепь на землю. В такой схеме иногда ставят на входе пре-
дохранители, которые нужны только для аварийных ситуаций, т. р.
когда в линии продолжительное время действует повышенное на-
пряжение или же используют в качестве резисторов R1-R2 — пози-
сторы. Небольшое активное сопротивление в цепи прохождения
сигнала никак не сказывается на качестве связи.
Наибольший интерес представляют двухступенчатые схемы,
показанные на рис. 1.23. В варианте на рис. 1.23, а большая часть
энергии помехи будет рассеяна газоразрядником. Второй ступе-
нью защиты является варистор RU1 работающий совместно с огра-
ничивающими ток в цепи резисторами R1 и R2. В двухступенчатых
схемах часто устанавливают варисторы и диоды одновременно, как
это показано на рис. 1.23, б. В этом случае варистор используется в
качестве первичной защиты. Недостаточно быстрые варисторы, но
способные поглощать большую мощность, дополняются более бы-
стродействующими полупроводниковыми ограничителями. Не-
смотря на то, что стоить такой узел будет дороже, эти затраты оку-
пятся за счет повышения надежности защиты.
Рис. 1.24. Вариант схемы промышленного трехступенчатого
защитного устройства
позволяет получить высокое быстродействие защиты при большом
динамическом диапазоне по мощности возможной помехи.
При сборке конструкции постоянные резисторы можно испо-
льзовать любого типа. При выборе варисторов, разрядников и
сапрессоров надо ориентироваться на указанные на схеме напря-
жения срабатывания, тут большой простор для возможных за-
мен, см. соответствующие таблицы из раздела 1.2.
I Монтаж элементов схемы лучше выполнять на печатной плате
► с широкими проводниками. Конструктивно все узлы защиты поме-
| щаются в экранированном корпусе. Металлический корпус, кроме
1 защиты от излучения высокочастотных помех, также может облег-
чить отвод рассеиваемой энергии помехи от элементов.
а) б)
Рис. 1.23. Двухступенчатая схема защиты телефонного модема
от перенапряжений
В дорогих защитных устройствах промышленного изготовле-
ния (стоимостью до $100) иногда используют трехуровневую защи-
ту, например, как это показано на рис. 1.24. Первый уровень обес-
печивает газоразрядник (FV1), второй — варисторы RU1...RU3 со-
вместно с резисторами (R1, R3), ограничивающими ток в цепи. Так
как варисторы имеют технологический разброс по напряжению
ограничения, резистор R3 позволяет настроить у них уровень сра-
батывания симметрично относительно заземления. Дальнейшее
ограничение напряжения происходит на быстродействующих ста-
билитронах (TRANSIL-диодах). Такое комбинированное решение
1.8. Узел аварийной защиты низковольтной
радиоаппаратуры
г
Во многих устройствах имеются плавкие предохранители, рас-
считанные на максимальный допустимый ток, потребляемый ра-
диоаппаратурой. Перегорают они в том случае, когда ток в цепи
превышает номинальный в 1,5...1,6 раз в течение определенного
времени, необходимого на нагрев плавкой перемычки. У разных ти-
пов предохранителей время срабатывания (разрыва цепи) разное,
। но все они довольно инерционны, и в случае перегрузки некоторые
элементы схемы могут успеть выйти из строя значительно раньше.
Предохранитель в этом случае защищает устройство только от воз-
48
49
Раздел 1
горания конструкции, что, конечно, тоже необходимо, но не от по-
вреждения.
Приведенные схемы работают с участием плавкого предохра-
нителя, но позволяют более эффективно защитить радиоаппарату-
ру за счет ускорения его срабатывания. Это достигается путем при-
нудительного увеличения тока через предохранитель (закорачива-
нии цепи после него при помощи электронного ключа) при
перегрузке. Такие схемы могут защитить питаемое устройство и от
воздействия кратковременных высоковольтных выбросов напря-
жения, которые могут появиться, например, в бортовой сети авто-
мобиля при неисправностях электрооборудования.
Электрическая схема приставки (рис. 1.25) подключается в
разрыв цепи питания устройства и в нормальном состоянии не ока-
зывает никакого влияния на работу. Защита срабатывает только
при повышении напряжения на входе или неправильной полярно-
сти подключения.
Рис. 1.25. Схема аварийной защиты радиоаппаратуры
от питания повышенным напряжением
В нормальном состоянии тиристор VS1 закрыт и откроется
только в случае увеличения входного напряжения выше, чем порог,
установленный резистором R4 (для удобства настройки его лучше
использовать многооборотный). Пороговым элементом является
транзистор VT1. За счет большого коэффициента усиления транзи-
стора увеличение напряжения питания всего на 0,4 В приводит к
его открыванию и подаче управляющего напряжения на тиристор.
Транзистор подойдет любой, соответствующей проводимости, но
он должен иметь коэффициент усиления не менее 400 (применение
транзистора позволяет устанавливать любой порог срабатывания
защиты довольно точно).
50
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
При открывании тиристора источник питания закорачивается
через предохранитель FU1, что приводит к его быстрому перегора-
нию, а если напряжение подключено обратной полярностью, откро-
ется диод VD1 и также сгорит предохранитель.
Индикатором аварийного отключения нагрузки является све-
чение лампы HL1 (подойдет любая на ток не менее 60 мА и соответ-
ствующее напряжение).
Более простая схема защитного устройства показана на
рис. 1.26. Работает она аналогично, но только в этом случае порог
срабатывания тиристора полностью зависит от параметров исполь-
зуемого стабилитрона VD2. Стабилитрон открывается в случае пре-
вышения действующего на нагрузке напряжения значения 1)ст. Учи-
тывая, что технологический разброс 1)ст у большинства стабилитро-
нов (за исключением прецизионных) может быть довольно большим,
это не во всех случаях допустимо. В такой схеме не имеется возмож-
ности плавно регулировать уровень срабатывания защиты.
Рис. 1.26. Второй вариант схемы защиты
Третий вариант (рис. 1.27) предназначен для защиты электри-
ческой схемы в случае повреждения интегрального стабилизатора
DA1. При этом напряжение контролируется на выходе стабилизато-
ра и порог срабатывания защиты определяется напряжением ста-
билизации стабилитрона VD2.
Для выполнения более быстродействующей защиты элементов
электронной схемы от воздействия кратковременных высоковоль-
тных выбросов напряжения, которые возникают при коммутацион-
ных процессах, можно воспользоваться варисторами или защитны-
ми диодами (TRANSIL, TRISILnnnTVS), как это показано на рис. 1.13.
Для автомобильной электроники выпускаются даже специаль-
ные типы сапрессоров, которые способны рассеивать импульсы
51
VD1 КД213А
Рис. 1.27. Вариант подключения аварийной защиты
в стабилизаторе напряжения
мощностью до 6000 Вт (например, при пуске двигателя в автомоби-
ле кратковременный выброс напряжения может достигать 300 В).
1.9. Универсальный сетевой фильтр
с защитой от перенапряжений
Широкое распространение в быту различных мощных электри-
ческих и электронных устройств с большим потреблением энергии
способствует появлению в питающей сети высокочастотных и им-
пульсных помех. Существует немало и внешних источников, напри-
мер, основная энергия молнии находится в спектре частот до
100 кГц. Чтобы защитить аппаратуру от проникновения этих помех
по питающей сети, необходимо подключить ее через соответству-
ющий фильтр.
В настоящее время получили распространение в быту различ-
ные сетевые фильтры типа: Pilot, Vektor, SVEN и другие, которые
препятствуют прохождению помех и защищают от выбросов пита-
ющего напряжения (последнее выполняют не все модели). Необхо-
димость применения фильтра вызвана тем, что в современной ра-
диоаппаратуре довольно часто используются импульсные источни-
ки питания (они есть в любом телевизоре, видеомагнитофоне,
компьютере и многих других устройствах), которые не только сами
являются источником сетевых помех, но и значительно быстрее ре-
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
агируют на внешнюю кратковременную перегрузку, чем выполнен-
ные на низкочастотном сетевом трансформаторе.
Чтобы знать, на что следует ориентироваться при самостояте-
льном изготовлении такого устройства, рассмотрим технические
параметры промышленных образцов сетевых фильтров-ограничи-
телей напряжения, которые имеются в продаже (табл. 1.12).
Таблица 1.12. Параметры промышленных сетевых фильтров
Модель Pilot GL Pilot PRO SVEN Silver SVEN Gold SVEN Platinum SVEN Plati- num Pro
Номинальное входное и выходное напряжение, В 220 220 220 220 220 220
Рабочая частота, Гц 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60
Общая мощность подклю- чаемых устройств, Вт 2200 2200 2200 2200 2200 2200
Ток Срабатывания тепло- вой защиты, А 10 10 10 10 10 10
Максимальное ослабле- ние помех, дБ на частотах:
0,1 МГц 30 30 ★ * * *
1 МГц 40 40 40 40 40 60
10 МГц 30 20 40 40 40 60
Ток помехи, выдерживае- мый ограничителем, А 5000 8000 2500 5000 5000 7500
Максимальная поглощае- мая энергия, Дж 150 300 3x125 3x125 3x125 3x200
Уровень ограничения на- пряжения при токе помех 100 А, В 650 600 700 650 650 600
Количество розеток 5 5 5 5 5 5
Выключатели розеток нет нет нет нет есть есть
Защита модемной линии нет нет нет есть нет есть
Габаритные размеры, мм 385х 75x75 460х 70x70 355х 55x55 355х 55x55 340х 90x55 340х 90x55
Вес, кг . 0,7 1.1 0,6 0,6 0,9 1.1
Длина соединительного шнура, м 1.8 2 3 3 3 5
* Параметр не указан.
53
Раздел 1
Хорошие фильтры промышленного изготовления выполняют-
ся в виде удлинителя, имеющего много розеток с общим выключа-
телем (еще удобнее, когда дополнительно каждая розетка имеет
свой выключатель, как это сделано в моделях SVEN Platinum и SVEN
Platinum Pro. Такие изделия довольно дорогие, а дешевые (импорт-
ные) имитаторы, продающиеся под видом фильтров, не смогут ни
от чего защитить.
Электрический фильтр обычно состоит из конде! icaiopOB и ка-
тушек индуктивности, соединенных по специальной схеме. Пара-
метры фильтра подбираются так, чтобы он ограничивал полосу час-
тот, поступающих на вход питаемого устройства, не создавая при
этом никаких препятствий для прохождения основной частоты
(50 Гц). Если на сетевое напряжение накладываются высокочастот-
ные помехи, задача фильтра их существенно ослабни..
В хорошем сетевом фильтре бывает предусмотрена еще и за-
щита от перенапряжений. Только в этом случае при возникновении
в питающей сети опасного импульса его энергия не дойдет до по-
требителя энергии. Как сделать грамотно последнее, мы уже рас-
смотрели в разделе 1.4.
Автора не удовлетворило качество широко известных промыш-
ленных фильтров, выпускаемых под торговой маркой PILOT. После
проверки ослабления проходящего сигнала на частоте 10 кГц в фи-
льтре Pilot GL выяснилось, что его практически нет. Все стало по-
нятным после вскрытия корпуса — там оказался однокаскадный
фильтр, собранный по типовой схеме (рис. 1.29, а — катушки содер-
жат всего по 10 витков на кольцевом магнитопроводе), и три диско-
вых варистора на рабочее напряжение 430 В. Все это размещено на
печатной плате без экрана, т. е. такое изделие может еще являться
и излучателем помех (в чем не сложно убедиться, положив рядом
сигнальный кабель от принтера, когда он печатает). Это лишний раз
говорит, что реклама способна творить чудеса — так получается
значительно дешевле, чем выпускать качественные товары. А судя
по тем справочным данным, что приводятся и для других фильтров
из указанных в табл. 1.12, есть подозрение что они ничем не лучше
“Пилота" в части выполнения своей основной задачи.
Кроме законченных конструкций, отечественная промышлен-
ность производит модули двухкаскадных сетевых фильтров, напри-
мер, из серии Д19 (рис. 1.28), но они рассчитаны на небольшие то-
ки (2-5 А), так как предназначены для установки внутри радиоаппа-
ратуры и позволяют бороться с помехами в самом их источнике.
54
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
Рис. 1.28. Вид конструкции промышленного модуля двухкаскадного
сетевого фильтра из серии Д16
Для бытовой электроники обычно большего тока и не требуется —
если вам удастся раздобыть такой фильтр, то остается его вставить
в корпус с розетками и подключить, добавив элементы защиты от
перенапряжений. Показанный на рисунке модуль фильтра имеет
габариты 110x65x25 мм (для типа Д19-4 на ток 2 А общая индуктив-
ность дросселей в каждой цепи — 6,2 мГн, конденсаторы между
каждой линией и заземлением 0,1 мкФ, входные емкости по
1 мкФ). При этом данный фильтр обеспечивает ослабление сигна-
ла уже на частоте 10 кГц — в 5,3 раза (14,5 дБ).
; Можно встретить в продаже аналогичного назначения импорт-
ные узлы, например, из серий FIL, FEN, рис. 1.29 (пунктиром на схе-
Серия FEH Серия FIL
С1-С4 0.015..Д1МК
Рис. 1.29. Внешний вид и схема встраиваемых в радиоаппаратуру
сетевых фильтров
55
Раздел 1
ме нарисованы элементы, которые могут устанавливаться в неко-
торых моделях из серии), но такие фильтры однокаскадные, а как
показывает практика, это явно недостаточно. Выпускаются также и
другие серии фильтров, в том числе и двухкаскадные, с большим
перечнем которых можно познакомиться в Интернете [Л 18].
Чтобы не платить больших денег за промышленные изделия
сомнительного качества, хороший сетевой фильтр универсального
применения вполне можно изготовить и самостоятельно. Это вам
по силам — схемотехника таких узлов давно не является секретом.
Рассмотрим сначала схему фильтра, приведенную на
рис. 1.30. Для большей эффективности он сделан двухкаскадным и
от классического отличается только тем, что катушки дросселей
L1 - L2 и L3 - L4 выполнены на магнитопроводе и благодаря маг-
нитной связи между обмотками обеспечивают более эффективное
подавление низкочастотной, наведенной одновременно на обоих
проводах линии (синфазной) помехи. Для этого надо соблюдать
фазировку подключения выводов, как это показано на схеме, а так-
же обеспечить симметричность намотки катушек — в этом случае
подмагничивания магнитопровода сердечника не будет. Катушки
L1 - L2 и конденсаторы С1 - С2 обеспечивают подавление самых
высокочастотных помех, a L3 - L4 и остальные конденсаторы - час-
тот ниже 200 кГц.
Рис. 1.30. Схема двухкаскадного сетевого фильтра
для самостоятельного изготовления
Обмотки L1 и L2 содержат по 12 витков и намотаны нихромо-
вым проводом (00,8...0,9 мм) на кольцевом ферритовом сердечни-
ке М2000НМ типоразмера КЗ 1x19x7,5 с небольшим шагом (для
56
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
уменьшения межвитковой емкости). Обмотки располагаются раз-
дельно на противоположных частях сердечника, с зазором между
выводами обмоток (2...4 мм). Благодаря использованию нихрома
(его нужно два отрезка длиной по =450 мм) эти катушки будут явля-
ться одновременно и ограничивающими ток резисторами (с сопро-
тивлением около 0,8 Ом), что потребуется в дальнейшем, если мы
будем вводить в схему элементы защиты от импульсных помех. Их
индуктивность получается примерно 0,16 мГн. До намотки катушек
острые ребра магнитопровода надо закруглить наждачной бумагой
или напильником, после чего сердечник обматывается фторопла-
стовой лентой в два слоя.
Обмотки катушек L3 и L4 имеют индуктивность по 0,7 мГн — в
этом желательно убедиться по прибору и добиться их симметрич-
ности, т. е. одинаковых значений индуктивности. В качестве сер-
дечника подойдет любое железо от сетевого трансформатора, но
получить минимальные габариты конструкции удастся только при
использовании кольцевого магнитопровода из феррита марки
М1000...М4000НМ (К40х25х7,5 — 2 штуки) или, что еще лучше, аль-
сиферового сплава МП 140 типоразмера КП36х25х7,5 (2 части).
Так, например, для сердечника марки МП140, чтобы получить ука-
занную индуктивность, потребуется намотать каждую обмотку по
70 витков проводом ПЭВ диаметром 0,85 мм (намотка виток к вит-
ку). Но так как вся обмотка не поместится в одном слое, ее остаток
доматывается после изоляции первого слоя (на противоположных
сторонах катушек оставить свободным зазор между обмотками
2...3 мм). Внешний вид намотки и расположение обмоток для Т2 по-
казано на рис. 1.31. В качестве изоляционного материала лучше
взять узкую (5 мм) фторопластовую ленту.
Сами катушки фиксируются на плате длинным винтом, как это
показано на рис. 1.31,6.
При монтаже катушек на плату надо под Т1 подложить асбе-
стовую или слюдяную прокладку — в этом случае при перегрузке
нагрев обмотки не повредит плату. А так как нихром плохо паяет-
ся, выводы катушек L1 и L2 крепятся к печатной плате винтами
М2,5x6.
Для того чтобы обеспечить эффективную работу фильтра и на
высоких частотах, при изготовлении в первом каскаде все конден-
саторы необходимо применять высокочастотные из серий, допуска-
ющих работу на переменном токе при напряжении не менее 500 В,
например К15-5-1,6 кВ (номиналы допустимо использовать и боль-
57
Раздел 1
Рис. 1.31. Конструкция и вид намотки катушек на
магнитопроводе МП 140
шие, чем это указано на схеме, если габариты деталей позволяют их
разместить на приведенной ниже печатной плате). Так как такие
конденсаторы не выпускаются на большие номиналы, приходится
увеличивать индуктивность катушек и использовать дополнительно
низкочастотные конденсаторы С5-С7 — они позволяют эффектив-
но подавлять низкочастотные помехи бытового и промышленного
происхождения, проникающие из сети. В качестве конденсаторов
С5-С7 из отечественных можно использовать К73-16В, К73-15,
К73-11, К42У-2 на 630 В или аналогичные.
Казалось бы, что для лучшей фильтрации надо значительно
увеличивать емкость входных конденсаторов, но при этом увеличи-
вается и реактивная составляющая мощности в цепи, что плохо. По
этой причине обычно входную емкость не используют больше
1 мкФ, но и такие конденсаторы конструктивно не удобны из-за
своих больших габаритов.
Если кого-то заинтересует полный инженерный расчет сетево-
го фильтра, то его можно найти в книге [Л 19]. Здесь же будет при-
ведена только минимально необходимая информация, которая мо-
жет сейчас пригодиться.
Диаметр провода для намотки катушек L3-L4 зависит от мак-
симального тока (суммы токов) всех потребителей, который вы хо-
тите получить на выходе фильтра следующим образом:
58
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
где d — диаметр провода, мм;
I— максимальный действующий ток в цепи, А;
j — допустимая максимальная плотность тока, А/мм2 (в данном
случае ее можно принять любую из интервала 6... 10 А/мм2).
При максимальной плотности тока 8 А/мм2 диаметр провода
для тока 10 А составит 1,26 мм (Рнагр = 2,2 кВт — такая мощность
вряд ли когда потребуется); для 8 А — 1,13 мм (Рнагр = 1,76 кВт);
для 4,54 А — 0,85 мм (Рнагр = 1 кВт).
Так как удобнее иметь два фильтра по 1 кВт, чем один на
2,2 кВт, мы остановимся на меньшей мощности (1 кВт) и выбираем
для намотки провод диаметром 0,85 мм.
Конструктивное выполнение фильтра тоже имеет большое
значение. Надо исключить проникновение помехи со входа на вы-
ход через паразитные емкости монтажа и электромагнитную связь,
для чего необходимо .обеспечить экранирование каскадов, выде-
ленных на схеме пунктиром.
Для индикации наличия напряжения на контактах выходных ро-
зеток служит светодиод HL1 (подойдет любой из серии КИПД).
В качестве соединительного кабеля можно использовать гибкий
многожильный провод, имеющий 3 жилы с сечением каждой не ме-
, нее 0,75 мм2.
Теперь о том, как сделать ограничитель напряжения. В преды-
дущей статье уже была рассмотрена элементная база и типовые схе-
мы, обеспечивающие быстродействующую защиту радиоаппарату-
• ры от импульсных помех. Остаетсядобавитькнашемуфильтруещеи
защитные элементы. Мы сделаем это так, как показано на рис. 1.32.
Варисторы RU1-RU2 могут быть применены любого типа (с рас-
сеиваемой энергией 60... 150 Дж), но имеющие дисковую конструк-
цию корпуса, что удобно для монтажа, например TVR14431 (115 Дж,
: 430 В), S14К420 (90 Дж, 420 В) и другие. В этом случае печатная пла-
та изменений не потребует, так как на ней уже было предусмотрено
место для установки защитны* варисторов и диодов. Диоды VD2,
VD3 (1.5КЕ440А или Р4КЕ440А) могут быть заменены одним сдвоен-
ным, типа 1.5КЕ440СА. Работа варистора и защитных диодов по-
дробно описана ранее, поэтому здесь повторяться не буду.
Монтаж элементов выполняется на печатной плате из одно-
стороннего стеклотекстолита толщиной 1,5...2,5 мм, рис. 1.33. Для
к 59
Раздел 1
Рис. 1.32. Фильтр с ограничителем уровня выходного напряжения
60
Рис. 1.33. Топология печатной платы и расположение элементов
61
Раздел 1
увеличения плотности монтажа диоды VD2, VD3 находятся под кон-
денсатором С6. Конденсатор С5 можно составить из двух располо-
женных по высоте. А для удобства подключения внешних цепей на
плате могут быть установлены контактные винтовые зажимы.
Внешний вид собранной платы показан на рис. 1.34. Для обес-
печения хорошей высокочастотной фильтрации элементы схемы
надо располагать в двух экранированных секциях (экран можно
сделать из тонкой медной фольги) и в качестве корпуса использо-
вать коробку подходящих размеров.
Рис. 1.34. Внешний вид собранной платы фильтра (без экрана)
Внешний вид пластмассового корпуса, где это может все раз-
меститься, показан на рис. 1.35, его размеры 200x110x45 мм. Вы-
ходные розетки (XS1-XS4) использованы разных типов — это зави-
сит от конкретных подключаемых устройств (не все имеют вилку с
заземлением и ставить везде розетки с заземлением нет необхо-
димости, к тому же они занимают больше места). Установка допол-
нительных выключателей SA2-SA4, кроме общего (SA1), позволяет
Рис. 1.35. Внешний вид законченной конструкции корпуса
универсального фильтра
62
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
из четырех розеток три независимо отключать (вспомогательные
устройства, например модем, сканер, звуковой усилитель и др.),
что бывает удобно.
При выбросе напряжения в сети амплитудой более чем 440 В
сначала срабатывают защитные диоды, а потом варисторы, огра-
ничивая напряжение. Если в подключенной аппаратуре произошло
короткое замыкание, предохранители (FU1, FU2) отключают на-
грузку от сети. Срабатывание плавкого предохранителя может
произойти и в том случае, если энергия импульса перенапряже-
ния значительно больше энергии, рассеиваемой варисторами (от
чего они разрушаются, защищая подключенную аппаратуру).
Обычно в промышленных сетевых защитных устройствах устанав-
ливают не только плавкие предохранители, но и токовые выключа-
тели (чаще оба вида одновременно). Если у вас в квартире на се-
тевом вводе уже стоит такого вида защита, то в приставке их мож-
но не ставить.
Технические параметры у такого фильтра следующие:
о входное и выходное напряжение частотой 50 Гц до 240 В;
о допустимая мощность нагрузки не более 1000 Вт;
о максимальный ток нагрузки 4,54 А;
о ослабление высокочастотных помех на частоте:
10 кГц — 2,2 раза (вносимое затухание — 6,8 дБ);
50 кГц — 86,2 раза (38,7 дБ).
На частотах 100 кГц и выше затухание не измерялось, но и так
очевидно, что оно будет значительно больше, чем у массовых про-
мышленных аналогов.
1.10. Как правильно сделать заземление
радиоаппаратуры
S Не только компьютеры, но и многие бытовые электро- и радио-
технические устройства необходимо заземлять. Это требование
; электробезопасности при эксплуатации большинства мощных по-
требителей электроэнергии, имеющих металлический корпус. За-
земление необходимо и в целях обеспечения эффективной защиты
РА от перенапряжений и подавления помех. Но только в современ-
ных квартирах при строительстве сразу делают электропроводку с
Заземляющей цепью. Во многих старых домах заземления нет, да и
та проводка, что есть, не рассчитана на большие токи. Перегрузка
63
с.
А
Раздел 1
проводов может не только привести к поражению электрическим
током, но и вызвать пожар (много пожаров связано с нарушением
изоляции проводов из-за их перегрева от перегрузки). Поэтому при
очередном ремонте все, кто хоть немного понимает в электротех-
нике, стараются установить дополнительные розетки и провести к
ним более мощные провода (или полностью заменить проводку).
Удобнее для этих целей использовать медный трехпроводный ка-
бель, с сечением жил не менее 2,5 мм2, имеющий двойную изоля-
цию, например, подойдет провод марки ПУНП — 3x2,5 (допустимый
длительно действующий ток для такого сечения составляет 25 А).
Проводка ведется непосредственно от входного токораспре-
делительного электрощита со счетчиком электроэнергии. И если с
подключением двух основных силовых проводов все понятно, то с
третьим возникает вопрос: “Где взять заземление?” В многоэтаж-
ном жилом доме заземление вы не найдете и придется воспользо-
ваться занулением, что допустимо для устройств, питающихся на-
пряжением менее 1000 В (как раз наш случай).
Для выполнения зануления потребуется в распределительном
щитке найти удобную металлическую контактную поверхность (за-
чистить ее от краски наждачной бумагой или напильником) и при
помощи винта присоединить 3-й провод, который и будет являться
заземлением.
Еще одно требование электробезопасности — два силовых
провода должны идти через сдвоенный автомат токовой защиты
(А1), как это показано на рис. 1.36, б.
Что такое защитное зануление и чем оно отличается от зазем-
ления? Занулением у электриков принято называть преднамерен-
ное соединение металлических частей электрооборудования, кото-
рые могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус, с
глухозаземленной нейтралью трансформатора — в сетях трехфаз-
ного тока, а также с глухозаземленным выводом источника — в се-
тях однофазного тока. Т. е. если это определение перевести с тех-
нического на привычный язык, то значит оно следующее; нулевой
провод, который есть у вас в квартире, уже имеет соединение с
землей, но оно сделано где-то далеко — на центральном распреде-
лительном щите. Такой провод называют нулевым рабочим про-
водником (N), потому что питание бытовых приборов включается
между фазой и нулевым рабочим проводом и по нему протекает
ток. В результате подключения, показанного на рис. 1.36, б, мы по-
лучаем еще и нулевой защитный проводник (РЕ), соединяемый с
64
Быстродействующая защита в радиоаппаратуре
а)
б)
Рис. 1.36. Подключение цепей:
а — так было сделано; б — так надо подключить
выводом заземления в трехконтактных розетках квартиры. Все то-
кораспределительные щитки в доме имеют между собой сварное
соединение металлической шиной, которая где-то соединяется с
нулем и заземлением.
Несколько пояснений о том, почему нельзя в переносных
устройствах нулевой рабочий провод использовать для заземления
(правда, в стационарных светильниках это иногда делают для эко-
номии проводов). При обрыве нулевого провода, являющегося од-
новременно рабочим и защитным, корпус устройства оказывается
под фазным напряжением относительно земли, что опасно. По этой
же причине ни в коем случае нельзя в качестве заземления исполь-
зовать трубы отопления или газоснабжения. Это не только беспо-
лезно, но и может привести к тому, что трубы окажутся под высоким
напряжением, что само по себе опасно для жизни.
65
Домашняя автоматика
Существует немало полезных устройств, которые в состоянии
нам помочь в быту. Например, автомат может сам выключить ра-
диоаппаратуру, свет в помещении или же циклически, раз в сутки,
на заданный интервал включать любую нагрузку, например лампу.
Электроника может охранять квартиру или же следить за различны-
ми процессами и вовремя нас предупреждать о возникшей нештат-
ной ситуации.
2.1. Многоканальный акустический
автомат
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
На рис. 2.1 приведена схема семиканального акустического
автомата, способного управлять разными нагрузками. В зависимо-
сти от произведенных акустических сигналов от 1 до 7 (щелчков или
хлопков) можно независимо включать или отключать нагрузки в лю-
бой последовательности. От ранее опубликованных схем зта отли-
чается большим числом каналов и экономичностью работы.
В качестве акустического датчика (ВМ1) служит любой малога-
баритный микрофон, порог чувствительности которого устанавли-
вается резистором R2. На транзисторах VT1-VT3 и диодах VD1, VD2
выполнен низкочастотный усилитель с амплитудным детектором.
При создании звуковых щелчков на выходе логического элемента
DD1.1 появляются импульс, который через диод VD3 быстро заря-
жает конденсатор С8. При этом на выводе 10 элемента DD1.3 поя-
вится лог. “0”, что разрешает работу счетчика DD2. Счетчик DD2
производит переключение выходов по срезу импульса на входе 1.
Эти сигналы в виде двоичного трехразрядного кода поступают на
дешифратор DD3. Но дешифратор откроется не сразу, а с задерж-
кой, определяемой элементами СЮ, R11. Эта задержка необходи-
ма для четкого подсчета числа импульсов и независимого управле-
ния выходами дешифратора DD3.
66
Домашняя автоматика
Как только на выводе DD1/10 появится лог. “О”, конденсатор
СЮ начинает разряжаться через резистор R12, и через некоторое
время на выходе DD1.4 появится лог. “1”, которая инвертируется
транзистором УТБ в лог. “О”, поступающий на управление дешиф-
ратором (DD3 работает при лог. “О” на выводе 6). При этом через
резистор R11 начинается заряд конденсатора С9, и как только под-
счет импульсов завершится, транзистор VT4 разрядит конденсатор
С8 и схема переходит в режим ожидания. Время, в течение которо-
го на соответствующем выходе дешифратора будет действовать
лог. “1”, зависит от параметров цепи C9-R11.
С выходов дешифратора сигнал лог. “1” поступает на один из
триггеров DD4...DD7 (рис. 2.2). На схеме показаны только два кана-
ла, так как остальные аналогичны. Триггеры включены в счетном
режиме и при каждом очередном появлении импульсов на входе
переключают состояние выхода.
В силовой части можно использовать оптронную пару АОУЮЗ,
высоковольтные транзисторы КТ940 и симисторный ключ VS1 типа
ТС112, ТС122, КУ208Г. При свечении светодиода в оптопаре U1 —
напряжение поступает на базу VT8, который, открываясь, закорачи-
вает диагональ моста, подавая тем самым управляющее напряже-
ние на симистор. В такой схеме допустимая мощность нагрузки бу-
дет ограничена только возможностями применяемого тиристора.
Светодиод HL2 сигнализирует о включении нагрузки.
Питание всего устройства осуществляется через понижающий
напряжение трансформатор, на выходе которого должно быть при-
мерно 14... 16 В. Подойдет любой малогабаритный с допустимым
током нагрузки 0,15...0,2 А. Для стабилизации напряжения исполь-
зуется микросхема 142ЕН8Б или КР142ЕН8Б.
Настройка автомата заключается в установке чувствительно-
s'сти усилителя. Для увеличения чувствительности следует удалить
' R2 и С1, а СЗ подключить непосредственно к микрофону. Цифровая
। часть проверяется на соответствие логики работы.
О деталях. Вместо указанной на схеме оптопары можно при-
менять АОУ115 или другие с подходящим коммутируемым напря-
жением. В качестве триггеров (DD4...DD7) можно использовать
-К561ТМ2, но лучше все же К561ТМ1. При монтаже триггеры
удобнее собирать на отдельной плате и их проверку производить
путем подачи через резистор 1 кОм напряжения от плюса питания
на вход “С” — триггеры должны при этом переключаться.
67
Раздел 2
Рис. 2.1. Схема семиканального акустического автомата
К выв. 7
DD1
68
Домашняя автоматика
Рис. 2.2. Силовая часть автомата для управления нагрузкой
HL1.HL2 АЛ307БМ
69
Раздел 2
2.2. Автоматическое отключение
радиоаппаратуры
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
Схема предназначена для автоматического отключения усили-
теля, магнитофона или музыкального центра от сети или иного ис-
точника питания. В отличие от ранее опубликованных в литературе
конструкций, данная имеет малое энергопотребление и большое
входное сопротивление, что расширяет область ее применения.
Схема получилась довольно простая, содержит минимум деталей
(все они легко доступны) и надежна в работе. Этим автоматом
автор оснастил свой “Маяк-249”, который с ним без замечаний ра-
ботает уже около трех лет.
Устройство состоит из аналоговой (рис. 2.3) и цифровой
(рис. 2.4) частей, включающих следующие узлы: усилитель звуко-
вого сигнала (VT1, VT2) с индикатором нормальной работы авто-
мата (HL1), двух каскадов, обеспечивающих задержки отключения
(разные по времени — при включении до появления звукового
сигнала и после появления и отсутствия сигнала), коммутатора на
реле К1 и К2. Имеется также узел задержки включения акустиче-
ской системы.
Задержки выполнены за счет цепей с конденсаторами С4...С6.
Первый узел задержки (D1.2) работает непосредственно при вклю-
чении питания до появления звукового сигнала (задержка рассчи-
тана примерно на 5...7 мин). Второй узел задержки (D1.1) работает
после появления сигнала, третий на элементе на D1.4 дает задерж-
ку на включение акустической системы на время переходных про-
цессов, проходящих в усилителе (это исключает довольно громкий
хлопок в динамике) при включении и после отключения.
Автомат подключается непосредственно к линейному выходу
усилителя, который обычно используется для соединения с внеш-
ними усилителями звукового сигнала — там уровень не зависит от
регулировки громкости. Входной усилитель собран на полевом
транзисторе, за счет чего получено большое входное сопротивле-
ние. Необходимое для работы автомата усиление обеспечивает
второй транзистор (VT2). Регулировка чувствительности выполня-
ется резистором R3. Далее идет узел индикации (HL1) и ключевой
каскад (VT3) для заряда конденсатора С4.
70
Домашняя автоматика
К линейному
выходу магнитофона
Рис. 2.3. Входной усилитель с узлом индикации
Рис. 2.4. Узлы задержки и силовая часть
71
Раздел 2
Работает устройство так: при подаче питания, например, на
магнитофон, к которому подключен автомат, начинается заряд кон-
денсатора С5. В это время у элементов D1.2 на выходе будет
лог. “1” (логика работы данной микросхемы такова, что на выходе
будет “0”, только когда на любом из входов присутствует лог. “1”).
Сработает реле К1 и замкнет цепь питания устройства — автомат
готов к работе.
Пока через резистор R9 заряжается С5 и нет звукового сиг-
нала, идет первое время задержки, которое по желанию можно
увеличивать или уменьшать при настройке. Как только напряже-
ние на конденсаторе С5 достигнет порогового уровня, на выходе
D1.2 появится “О”, D1.1 — “1”, D1.3 — “0” и реле К1 отключит
устройство.
При поступлении звукового сигнала транзистор VT3 в такт с
музыкой открывается и быстро заряжает конденсатор С4, который
будет поддерживать на входе элемента D1/8 лог. “1” (на выходе
D1/3 тоже будет лог. “1”, т. е. реле К1 останется во включенном со-
стоянии). Если звуковой сигнал исчезнет, VT3 закроется и С4 нач-
нет разряжаться через R8. Примерно через 10... 15 минут С4 разря-
дится до уровня, при котором на выходе D1.1 появится лог. “1", а на
D1.3 лог. “0” — реле К1 отключится, как и в первом случае.
На элементе D1.4 собран узел задержки включения акустиче-
ских систем при общем включении. Логика работы у него такая же,
как и у D1.2, только задано меньше время заряда конденсатора
С6- 10...15с.
Второй вариант схемы узла задержки показан на рис. 2.5. На
выходе элемента D1.3 формируется короткий импульс лог. “1” для
заряда конденсатора С4 при отсутствии звукового сигнала на выхо-
де в момент включения звукового усилителя.
Данный вариант удобен при использовании пульта дистанци-
онного управления магнитофоном на ИК-лучах. На выходе D1.4 по-
является лог. “1”, и срабатывает реле при истечении времени вы-
держки. Если такое не нужно, элемент D1.4 удаляют и соединяют
точки 4 перемычкой. В этом случае логика работы аналогична пер-
вому варианту.
О деталях особых замечаний нет. Реле К1, К2 можно исполь-
зовать КУЦ-1 или любое малогабаритное импортного производст-
ва с достаточной допустимой мощностью коммутирования на кон-
тактах.
72
Домашняя автоматика
Рис. 2.5. Второй вариант узла задержки отключения
Для монтажа всех элементов схемы по варианту 1, кроме реле,
может использоваться печатная плата, приведенная на рис. 2.6.
Отмеченные на схеме звездочкой и*и детали подбираются при
настройке. Два узла задержки удобны тем, что первый настраива-
ется примерно на 5 минут (достаточное для установки кассеты), а
второй узел минут на 10...15, уже рассчитанный непосредственно
для работы, перезаписи и т. д.
Настройка заключается в проверке правильности сборки и ра-
ботоспособности устройства. При подаче питания реле К1 должно
сразу срабатывать, а К2 через 10...20 секунд. А по истечении
5... 10 мин отключится К1 (силовое реле). Если этого не происходит,
монтаж выполнен с ошибками или неисправны детали. Затем пода-
ем на вход звуковой сигнал, например от магнитофона. Подклю-ча-
ться к линейному выходу или к предварительному каскаду усилите-
ля магнитофона желательно экранированным проводом.
При отсутствии звукового сигнала резистором R3 добиваемся
свечения светодиода HL1, а потом, медленно поворачивая регуля-
тор R3, устанавливаем грань между отсутствием свечения и мо-
ментом засветки. Светодиод не должен светиться при отсутствии
f сигнала, а при его наличии зажигается в такт с музыкой (при этом
реле К1 включено). Затем останавливаем кассету и через
10... 15 мин автомат выключает магнитофон. На этом настройку
можно считать законченной.
73
Раздел 2
2.3. Сигнализатор разряда
малогабаритных аккумуляторов
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
На рис. 2.7 приведена схема индикатора разряда малогаба-
ритных элементов питания типа 7Д-0.115, кроны или других анало-
гичных с напряжением 9 В. Устройство изготовлено в виде пробни-
ка-приставки и потребляет при работе ток 10 мА. Дело в том, что
при слишком малом токе потребления быстро определить емкость
батареи довольно трудно. Зачастую даже разряженная батарея но-
минал напряжения держит, но когда даем хотя бы десятую часть
положенной нагрузки, напряжение падает. Контроль напряжения
на батарее под нагрузкой и обеспечивает данное устройство, изго-
74
Домашняя автоматика
Рис. 2.7. Схема индикатора разряда аккумулятора
товленное в виде рогатины с цвумя иголками для удобства подклю-
чения при проверке элементов питания пультов ДУ, приемников и
других устройств. Что позволяет не вынимая источник питания,
производить их проверку на месте.
Схема довольно простая, она состоит из стабилизатора (VD2)
напряжения питания микросхемы, генератора импульсов на эле-
ментах D1.1-D1.2, работающего с частотой примерно 1 Гц (что за-
висит от С1 и R5), и ключевых элементов D1.3, D1.4.
При подключении к батарее, например 7Д-0.115, заработает
генератор импульсов и если напряжение в норме, логические эле-
менты D1.3, D1.4 разрешают прохождение сигналов с обоих плеч
генератора на светодиоды: HL1 и HL2 будут перемигиваться (све-
риться поочередно). Если входное напряжение станет ниже нормы
(порога) — элемент D1.4 не будет открываться и не пропустит сиг-
нал с генератора, в этом случае будет мигать только один светоди-
од зеленого свечения (HL1), сигнализируя разряд батареи. При
; слишком большом разряде, когда напряжение ниже напряжения
стабилизации — генерация сбивается, то есть светодиоды горят
или одновременно или вразброс, или вообще не будут светиться.
' При использовании малогабаритных деталей устройство зани-
жает треть спичечного коробка. Вариант топологии печатной платы
для сборки индикатора приведен на рис. 2.8. Она содержит одну
объемную перемычку.
75
Раздел 2
Рис. 2.8. Топология печатной платы и расположение
элементов индикатора
Индикатор не боится переполюсовки из-за наличия диода
VD1, что, несомненно, удобно. Светодиоды подойдут любые мало-
габаритные (диаметром 3...5 мм) с красным и зеленым цветом
свечения. Подстроечный резистор R3 лучше использовать много-
оборотный.
Налаживание сводится к установке напряжения срабатывания
для какого-то определенного источника питания. Например, для кро-
ны напряжение 6 В — это нижний предел, при котором пульты ДУ ма-
лоэффективно работают или же вовсе не работают. Для аккумулятора
7Д-0.115 или подобного ему это напряжение будет примерно
7,2...7,5 В.
Для настройки подключаем пробник к регулируемому источни-
ку питания и выставляем на блоке питания нужный нижний предел,
контролируемый схемой, а затем регулятором R1 добиваемся сра-
батывания элемента D1.4 и, соответственно, свечения красного
светодиода.
76
11
1
Домашняя автоматика
2.4. Сигнализаторы состояния
автомобильного аккумулятора
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
[ Любой автолюбитель знает о необходимости следить за со-
стоянием заряда аккумуляторной батареи, для чего требуется кон-
тролировать на нем напряжение. На рис. 2.9 приведена схема сиг-
нализатора, который будет сам постоянно следить за напряжением
I на аккумуляторе и вовремя вас оповестит об опасных отклонениях.
Индикация предусмотрена световая и звуковая. Звуковая ин-
[ дикация дает возможность водителю не отвлекаться от дороги. На
К переднюю панель выводится и световой индикатор, которым мо-
| жет являться всего один двухцветный светодиод (с двумя вывода-
I ми, например, типа КИПД23А-К) или два любых светодиода с раз-
I ным цветом свечения, включенные как это показано на схеме. Это
I позволяет показывать три состояния:
I о заряд аккумулятора в норме (HL1 непрерывно светится зе-
Г леным цветом);
| о разряд выше нормы (мигающее зеленое свечение и работа-
I ет звуковой сигнализатор);
I о перезаряд, т. е. повышенное напряжение (светодиод HL2
I мигает красным цветом и работает звуковой сигнализатор).
I Сигнализатор настроен на напряжение находящееся в интер-
I вале 11,5... 13,6 В, нижний предел 10,8 В и верхний предел 14 В. Это
I означает нормальные эксплуатационные режимы батареи. Если
Г происходит разряд батареи и уменьшение напряжения ниже уста-
| новленного нижнего предела, сигнализатор начинает мигать зеле-
[ ным и раздается прерывистый звуковой сигнал с частотой 1000 Гц
I (прерывистый звук меньше раздражает). Если вдруг произошла по-
I ломка регулятора напряжения автомобиля и напряжение стало вы-
I ше верхнего допустимого предела — светодиод замигает красным
I цветом вместе с работой звукового сигнала.
I Схема собрана на 3-х КМОП микросхемах и поэтому довольно
I мало потребляет энергии в ждущем режиме (не более 0,01 А). К до-
| стоинствам этого сигнализатора можно добавить и дешевизну по
I сравнению с промышленными аналогами.
I Как видно из схемы, устройство питается пониженным напря-
। жением 5,6 В, стабилизируемым на VD1 (КС156). ЭлементО1.1 и R4
к отвечают за верхний, a D1.2 и R2 — за нижний уровень порога. Если
Ж 77
Раздел 2
------------------------------------------------------------------------------q
К аккумулятору
Рис. 2.9. Схема сигнализатора состояния заряда аккумуляторной
батареи автомобиля
напряжение находится в диапазоне 12... 13,5 В — на выходе элемен-
tobDI.1, D 1.2 присутствует лог. “1”, которые создают на управляю-
щих входах мультиплексора D3 код из двух лог. “ 1 ”, что соответству-
ет включению зеленого сигнала. Перестановкой аналоговых входов
D3 можно менять полярность потенциалов на выходах, что дает воз-
можность применять практически любой двухцветный светодиод.
78
Домашняя автоматика
В схеме на элементах D2.1-D2.2 собран генератор, который
вместе с D2.3 и D2.4 обеспечивает прерывистое включение как зву-
кового генератора D1.3-D1.4, так и управление мультиплексором
(D3) в случае, если напряжение выйдет за пределы установленных
порогов. Как только напряжение уйдет вверх или вниз — на выходе
элемента D1.1 или D 1.2 соответственно появится лог. “О”, что и раз-
решает элементам D2.3 или D2.4 пропускать импульсы с частотой
примерно 1 Гц на звуковой генератор D1.3-D1.4 и на управление D3.
К деталям особых требований нет, лишь бы они были малога-
баритными, a R2 и R4 желательно использовать многооборотные
СПЗ-39НА (закрытого типа), но подойдут и обыкновенные подстро-
ечные.
Налаживание сводится к установке заданных пределов, для
чего подается напряжение от регулируемого блока питания. Уста-
навливаем 11 В и добиваемся регулятором R2 срабатывания эле-
мента D1.2. Затем устанавливаем 14 В и регулятором R4 — сраба-
тывания элемента D1.1. В обоих случаях должен замигать светоди-
од и зазвучать пьезоизлучатель BQ1.
После настройки сигнализатор подключают после замка зажига-
ния в любом месте бортовой сети. На входе сигнализатора желатель-
но установить помехозащитный фильтр — он на схеме не показан.
2.5. Сигнализаторы наличия напряжения
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
Данные устройства удобны в тех случаях, когда надо контроли-
ровать подачу или пропадание напряжения. Вашему вниманию
предложены две схемы.
На рис. 2.10 показан низковольтный сигнализатор. Его можно
использовать в устройствах автоматики или в каких-то жизненно
важных приборах, при этом питать от контролируемой цепи с на-
пряжением от 5 до 15 В.
Работает схема так. Если подать на нее напряжение, раздаст-
ся звук на время заряда конденсатора С1. А теперь, если отключит-
ся питание схемы, сигнализатор опять зазвучит в течение времени
разряда конденсатора С2. То есть устройство подает звуковые сиг-
налы при подаче на него питания и при выключении.
Схема состоит из времязадающей цепочки R1-C1 с логиче-
ским элементом D1.1 и звукового генератора на D1.2-D1.4. При по-
79
Раздел 2
Рис. 2.10. Схема сигнализатора отключения напряжения
80
Домашняя автоматика
даче напряжения на схему оно поступает сразу на один вход микро-
схемы (D1/9) и лог. “1” будет присутствовать на выходе этого эле-
мента до тех пор, пока на втором входе конденсатор С1 не
зарядится долог. “1” (при этом HaD1/10 появится лог. “О”). Генера-
тор будет работать, пока на входе D1/5 присутствует лог; “1” (при
указанном на схеме номинале С1 это примерно 2...3 с).
При пропадании питания на входе D1/9 появится лог. “О”, а на
выводе 8 будет сохраняться потенциальный лог. “1 ”, который через
элемент D1.1 запустит звуковой генератор на время, пока конден-
сатор С2 будет поддерживать питание.
На рис. 2.11 показана схема сетевого сигнализатора, которым
можно контролировать силовую цепь, например, после электрон-
ного предохранителя. Логика работы та же, что и низковольтного,
только использован стабилизатор (VD2), ограничивающий макси-
мальный уровень напряжения, подаваемого на схему, и введен све-
товой индикатор наличия напряжения (HL1).
К используемым элементам особых требований не предъявля-
ется. Звуковой сигнализатор подойдет любой малогабаритный
(ЗП25, ЗП18 и др.), светодиод лучше использовать из серии КИПД.
2.6. Имитаторы работы охранного
устройства для автомобиля
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
Данное устройство является самым простым и дешевым сред-
ством, которое способно ввести в заблуждение потенциального
угонщика автомобиля или просто хулигана, миганием светодиода
имитируя работу блока охраны. В литературе опубликовано много
подобных схем, но у всех них есть один недостаток: сразу при вклю-
чении светодиод начинает мигать, что заметно при наблюдении за
автомобилем. В реальном охранном устройстве светодиод обычно
включается с задержкой на время, необходимое, чтобы владелец
успел покинуть автомобиль.
При помощи простого времязадающего узла можно выполнить
такую же задержку к генератору световых импульсов, как это пока-
зано на рис. 2.12. Работает он так — при подаче питания на схему
светодиод HL1 будет светиться непрерывно в течение 30 с (задает-
ся элементами R1-C1), а по истечении этого времени запускается
генератор (D1.1-D1.3) и начнет мигать светодиод с частотой около
81
Раздел 2
VD1
КД522
Рис. 2.12. Схема имитатора работы охранного устройства
на микросхеме К561ЛЕ5
1 Гц, что будет имитировать включение охранного устройства. За-
держки в 30 с вполне достаточно, чтобы выйти из машины и ее за-
крыть.
На рис. 2.13 показана схема имитатора с таким же принципом
действия, но она выполнена на логическом элементе другого типа.
VD1
КД522
Рис. 2.13. Схема имитатора работы охранного устройства
на микросхеме К561ЛА7
Для управления свечением двухцветных светодиодов (или
двумя светодиодами) можно воспользоваться схемой на рис. 2.14.
Все схемы практически не требуют настройки.
82
Домашняя автоматика
Рис. 2.14. Вариант имитатора работы охранного устройства
с двухцветным светодиодом
Примечание.
Аналогичную схему имитатора можно выполнить и проще, ес-
ли приобрести любой мигающий светодиод (L-36, L-56, L-456B и
др.) и включить его по схеме, приведенной на рис. 2.15. Транзи-
стор VT1 обеспечивает подачу питания на светодиод с задержкой,
определяемой элементами R1-C1. Единственный недостаток у
этого варианта — получается более высокая стоимость устройства.
Рис. 2.15. Упрощенная схема имитатора
83
Раздел 2
2.7. Охранное устройство для квартиры
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
Во многих простейших схемах охраны есть существенный не-
достаток — они отключаются внутри охраняемого помещения в те-
чение некоторого интервала задержки. Это значит, что при проник-
новении в квартиру у злоумышленника есть некоторое время на от-
ключение звукового сигнализатора. В предложенном варианте
отключение производится снаружи.
Схема блока охраны состоит из двух частей: основного узла,
обеспечивающего нужные временные задержки (рис. 2.16), и ис-
точника питания (рис. 2.17). Работает устройство так. При включе-
нии тумблера SA1 (основной включатель, который не обязательно
прятать, — он может располагаться в любом удобном месте) пода-
ется питание на схему и происходит задержка (=1 мин) на включе-
ние режима “Охрана” (выполняют элементы С1, D1.1 — этот режим
отображается непрерывным свечением светодиода HL1 и преду-
преждающим звуковым сигналом BQ1 частотой около 1000 Гц).
В течение этого времени хозяин может спокойно выйти и закрыть
за собой дверь.
На входной двери установлен выносной датчик SB1 с нормаль-
но замкнутыми контактами, например, кнопка или геркон с магни-
том (их может быть несколько в разных местах). По истечении вре-
мени задержки, если дверь закрыта, охранное устройство перехо-
дит в режим ОХРАНА, сигнализируя об этом миганием светодиода
и отключением звука. Теперь при любом проникновении в квартиру
сразу включится мощный звуковой сигнал (D3, VT5, VT6,
ВА1), см. рис. 2.17. В этом случае отключить сигнал тумблером SA1
не удастся, так как контакты К1.1 и К1.2 реле его блокируют.
Для штатного отключения сигнализации может служить кодо-
вое устройство, например, приведенное на рис. 3.5, которое уста-
навливается около входной двери снаружи. При правильном набо-
ре кода устройство переходит в режим задержки на срабатывание
режима ОХРАНА (аналогично, как и при первоначальном включе-
нии, так как конденсатор С1 разряжается транзистором VT1, управ-
ляющий сигнал на который подается с кодового устройства). Диод
VD2 положительным потенциалом обнуляет счетчики кодового
устройства после правильного набора кода. Пока устройство снова
не перешло в режим ОХРАНА, его можно отключить тумблером SA1.
84
Домашняя автоматика
Выносной
датчик +12В
85
Раздел 2
Рис. 2.17. Источник питания и звуковой сигнализатор к блоку охраны
На элементах С4, D2.1 -D2.2 собрано реле времени для работы
сигнализации. Необходимо это для того, чтобы даже при кратко-
временном срабатывании датчика сирена работала длительное
время (пока не разрядится конденсатор С4), т. е. и после закрыва-
ния двери. При указанных на схеме номиналах времязадающей це-
пи этот интервал составит около 10 мин.
Для того чтобы схема не зависела от наличия сетевого напря-
жения, лучше установить резервный источник питания GB1, состо-
ящий из батареек серии 373 или аккумулятора.
86
Электроника в быту
3.1. Простой музыкальный звонок
для квартиры
Малышев С. Ю.
г. Мариуполь
Гораздо приятней, когда в качестве вызова, оповещающего о
приходе гостей, раздается любимая мелодия, а не простой звонок.
Изготовить музыкальный звонок, заменив им свой старый, доволь-
но просто, если воспользоваться микросхемами из серии УМС8,
специально для этого предназначенными (рис. 3.1). Как известно,
эта микросхема изготовлена по КМОП-технологии и ее энергопот-
ребление в режиме ожидания крайне мало и им можно пренебречь.
Это дает возможность отказаться от сетевого питания звонка и
обойтись только двумя пальчиковыми батарейками (3 В), что значи-
тельно упростит конструкцию. Опыт эксплуатации такого звонка
показал, что обычных батареек хватает для работы больше года.
К тому же это более безопасно.
Данная схема музыкального звонка является усовершенство-
ванным вариантом аналогичного устройства, описанного в ЛЗ,
стр. 44. Кроме изменения способа питания с сетевого на автоном-
ное модернизация была сделана и в пусковом узле. Чтобы про-
длить звучание мелодии около вывода DD1/13 установлен конден-
сатор С1 емкостью 0,068...0,1 мкФ и резистор R1. Резистор служит
для подавления помех, а конденсатор как раз и будет “продолжать”
звучание. Причем при подключении, как это показано (рис. 3.1),
мелодия будет звучать коротко — примерно 3 аккорда при нажатии
кнопки SB1 менее одной секунды. Если время нажатия кнопки бо-
лее одной секунды, мелодия будет звучать полностью и при этом не
обязательно держать кнопку в замкнутом состоянии.
Нужную мелодию (из имеющихся в микросхеме) можно вы-
брать при помощи кнопки SB3 — благодаря автономному питанию
схема запоминает выбор (автоматически они меняться не будут).
Нужный тембр звучания мелодии настраивается конденсатором СЗ.
При подключении цепей управления микросхемой, как это по-
казано на рис. 3.2, мелодия будет звучать полностью даже при лю-
бом кратковременном нажатии выносной кнопки “Пуск” (SB1).
87
Раздел 3
Рис. 3.1. Схема музыкального квартирного звонка
>+зв
'Выбор мелодии"
SB2 DD1
_______6
SB1
’Пуск"
С1 .
220mk±z
6В
IR1
;1М
VD1 13
VD2
К коллектору
VT1
VD1.VD2 КД522
Рис. 3.2. Второй вариант пускового узла
Кнопка SB2 дублирует основную кнопку вызова и служит для про-
верки работы звонка. Полное звучание выбранной мелодии осуще-
ствляет присутствие потенциала лог. “1” на выводе DD1/13, кото-
рый поступает через диод VD1.
Несколько слов о применяемых деталях. Трансформатор Т1 —
выходной от любого миниатюрного транзисторного радиоприемни-
ка. Транзистор VT1 можно заменить аналогичным, например, КТ312,
КТ3102, КТ3117 и др. Остальные детали подойдут любого типа.
88
Электроника в быту
3.2. Музыкальный звонок с секретом
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
На создание этого звонка меня натолкнула беседа с одним то-
варищем, когда мы договаривались о встрече. Суть заключалась в
том, что звонить в дверь надо было несколько раз. Такая ситуация,
думаю знакома многим, например, когда надо ограничить круг по-
сетителей. Избирательный вызов необходим и в ночное время или
когда в квартире кто-то отдыхает, чтобы дозвониться смог только
нужный вам человек (знающий код), пришедший по важному делу.
Такое устройство пригодится и жителям первых этажей, где детиш-
ки развлекаются путем лишних звонков в дверь. Еще мне знакома
ситуация в домах с металлической входной дверью в подъезде.
Звонковую кнопку выводят редко, и в ожидании перед ней можно
провести достаточно много времени.
Все эти проблемы можно решить при помощи довольно про-
стой схемы музыкального звонка, которая показана на рис. 3.3.
Секрет устройства заключается в том, что звуковой сигнал вклю-
чится только при определенном числе нажатий на кнопку вызова
(SB1). Число необходимых нажатий может быть установлено от 1 до
9, путем соответствующего поворота галетного переключателя
SA1. Это значит, что если переключатель SA1 установлен в положе-
ние 3 — мелодия зазвучит только после трех нажатий на звонковую
кнопку. При однократном нажатии мелодии не будет и через неко-
торое время устройство опять вернется в режим ожидания.
Устройство собрано на двух микросхемах 561 серии, обладаю-
щих малым потреблением, что позволило осуществлять питание
непосредственно от сети по бестрансформаторному варианту. При
правильном подключении нуля и фазы выносную кнопку (SB 1) мож-
но удалить на достаточно большое расстояние от основной платы.
На элементах DD1.1-DD1.2-C3 собрана интегрирующая цепь
для подавления дребезга контактов кнопки SB1 при ее нажатии.
Элементы R1-R2-C2 служат для подавления высокочастотных по-
мех, которые могут проникнуть на вход микросхемы по проводам от
кнопки и восприниматься схемой как срабатывание SB1.
В исходном состоянии на выводе DD1/3 будет лог. “1”, что за-
прещает работу счетчика. При нажатии на кнопку на входе элемен-
та DD1.3 появляется лог. “1” (конденсатор С4 быстро зарядится),
соответственно на выходе 3 будет нуль. За счет цепи задержки С4-
R6 на входе R счетчика будет поддерживаться нуль некоторое вре-
Раздел 3
Рис. 3.3. Схема музыкального звонка с секретом
90
Электроника в быту
мя и после отпускания кнопки. При очередном нажатии кнопки про-
исходит переключение состояний на выходах счетчика DD2 (появ-
ление лог. “1”). Как только на выходе DD2, который подключен к пе-
реключателю SA1, появится лог. “1" — это напряжение через диод
VD5 зарядит конденсатор С8, что обеспечивает разрешение рабо-
ты микросхемы DD3. Одновременно (через диод VD4) напряжение
поступает на вход DD2/13, что запрещает переключение счетчика
дальше.
При отсутствии дальнейших импульсов от кнопки вызова кон-
денсатор С4 разрядится примерно через 10... 15 с. При этом на вы-
ходе DD1/3 появится лог. “1” и счетчик сбросится, т. е. вернется в
исходное состояние. Цепь из элементов C8-R8 можно не устанав-
ливать, но в этом случае потребуется более точно подобрать эле-
менты C4-R6 для того, чтобы до конца звучал отрывок мелодии
(диод VD5 служит для исключения разряда С8 через выход микро-
схемы DD2).
Сам музыкальный синтезатор уже рассматривался ранее и ни-
чем практически не отличается, за исключением того, что питание
его осуществляется через стабилизатор DA1 типа КР1170ЕНЗ на-
пряжением 3 В. Но, как известно, УМС надежней работает при
2...2,5 В. Для понижения питающего напряжения до этого уровня и
служит диод VD7.
Еще на что следует обратить особое внимание, это выбор дина-
мической головки. При использовании более мощной, чем это ука-
зано на схеме, мощности источника питания может не хватить для
нормальной работы устройства. Вопрос с выбором динамика легко
решить путем ввода в схему дополнительного автономного источ-
ника (GB1) на 3 В, подключаемого через диод VD9. В качестве него
можно взять две последовательно включенные батарейки по 1,5 В
(типоразмера 316, АА). В этом случае динамик подойдет любой.
К деталям особых требований нет, но конденсаторы С1 и С5
лучше использовать с как можно большим рабочим напряжением
для повышения надежности всего звонка в целом. Галетный пере-
ключатель можно использовать любой, с необходимым числом по-
ложений.
Настройка схемы заключается в следующем. Прежде всего,
нужно убедиться в правильности монтажа, после чего подключаем
питание. Напряжение на конденсаторе 08 должно соответствовать
выбранному стабилитрону VD2 — это 9 В, а на конденсаторе С7 —
3 В. Затем удаляем диоды VD4, VD5, включаем схему в сеть и при
91
Гтдел 3
нажимании кнопки SB1 проверяем переключение сигналов
(ног. "1”) на выходе счетчика DD2. Теперь можно проверить работу
микросхемы DD3, для чего кратковременно замыкаем +С8 и +С7 —
должна звучать мелодия. При нормальной работе этих узлов воз-
вращаем на место диоды VD4 и VD5. На этом настройку можно счи-
ппьзаконченной.
3.3. Управляемый одной кнопкой
кодовый замок
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
Большинство кодовых замков имеют многокнопочную клавиа-
। уру. Это значит, что кнопочную панель надо выносить за дверь и
соединять ее с основным блоком, что не всегда удобно. К тому же и
секретность замка со временем уменьшается ввиду того, что кноп-
ки, которыми часто пользуются, пачкаются. Да и сама клавиатура
привлекает внимание посторонних. Вот мне и пришла в голову
мысль как можно максимально засекретить сам кодовый замок —
используя для управления им всего одну кнопку.
Кроме управления электромагнитным открыванием дверей та-
кое устройство удобно использовать для отключения домашней
сигнализации. Найдется ему немало и других применений.
Данный вариант кодового замка имеет три десятичных числа в
коде (от 1 до 9), которые легко можно менять, используя галетные
переключатели (SA1, SA2, SA3). Количество чисел может быть лег-
ко увеличено добавлением дополнительных счетчиков.
На электрической схеме показано установленное кодовое чис-
ло 658. Первое число набирается нажатием кнопки (SB1) шесть
раз. Через небольшой интервал задержки набирается второе чис-
ло, и еще через интервал — третье. При совпадении третьего числа
через несколько секунд сработает реле К1, которое своими контак-
1ами отключает цепь сигнализации (или включает электромагнит
замка).
В данном кодовом замке применены десятичные счетчики ти-
па К561ИЕ8, в которых при правильном количестве импульсов на
входе выполняется запрет дальнейшего счета. Наличие двух вхо-
дов у этих счетчиков позволяет легко это реализовать. Входы счет-
чиков предназначены:
Электроника в быту
СН — для счета по фронту импульса, когда на входе СР присут-
ствует лог. “О” (если на выводе 13 есть лог. “ 1” — счетчик переходит
в режим ожидания);
СР — для счета по срезу импульса, когда на входе СН присут-
ствует лог. “ 1 ” (если на выводе 14 есть лог. “О” — счетчик переходит
в режим ожидания).
Когда первоначально подано питание на схему, конденсатор С1
начинает заряжаться и примерно через 30 с на выходе элемента
DD1.2 появится лог. “Г, которая обнуляет все счетчики. Теперь
устройство готово к приему первой последовательности импульсов.
Работает схема следующим образом. На элементе DD1.1 и
конденсаторе С2 собран узел подавления дребезга контактов кноп-
ки, который может возникнуть в момент ее переключения. При на-
жатии на кнопку SB1 конденсатор С1 разряжается через диод VD1 и
резистор R1 (на входах DD1/1 и DD1/5 появится лог. “0”), что даст
возможность работать счетчикам. Одновременно на входе счетчи-
ков появляется первый импульс и при каждом нажатии на кнопку
счетчик DD2 будет переключать лог. “1 ” на выходах. Если число на-
жатий совпало с установленным кодом (в данном случае это 6), на
выводе 5 появится лог. “1”. В этом случае начинает заряжаться кон-
денсатор С4. Цепь из элементов R6-C4 служит для усложнения на-
бора кода, т. е. является защитой от случайного угадывания числа.
Через время примерно 10 с на выходе DD1/10 появится лог. “1”, ко-
торый запрещает дальнейший счет DD2 и разрешает работу счет-
чика DD3. Теперь набираем число 5. При правильном наборе на вы-
воде 1 (DD3) появляется лог. “1”, который через 10 с (время зави-
сит от цепи R8-C5) запретит дальнейший счет счетчика DD3.
Теперь можно набирать последнее число, в этом случае на выводе
9 (DD4) появится сигнал лог. “1”. Через время, выбранное цепью
R10-C6 (это несколько секунд), откроется транзистор VT2 и срабо-
тает реле К1, которое своими контактами управляет включением
внешнего устройства. Свечение светодиода HL1 говорит о прави-
льном наборе кода и срабатывании реле.
После прекращения нажатий кнопки конденсатор С1 зарядит-
ся через 30 с и на выходе DD1/4 появится лог. “1”, которая обнулит
все счетчики. То же самое произойдет при неправильном наборе
кода. Так, например, если вы случайно совершили ошибку в набо-
ре, надо выждать примерно минуту и повторить набор кода.
Настройка заключается в подборе времязадающих цепей для
интервалов в наборе кода (на схеме эти элементы отмечены звез-
93
Раздел 3
К выв.
DD4/8
Рис. 3.4. Схема кодового замка, управляемого одной кнопкой
94
Электроника в быту
дочкой Светодиод HL1 подойдет любой, имеющийся в наличии
(желательно с красным цветом свечения).
3.4. Кодовый замок
с четырьмя кнопками
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
Этот замок является упрощенным вариантом замка на одной
кнопке, описанного ранее. Вариант, имеющий четыре кнопки, не-
сколько удобней в эксплуатации, так как позволяет быстрее на-
брать код. Код может состоять из 3 десятичных чисел от 0 до 9, рас-
положенных в определенной последовательности.
Электрическая схема устройства показана на рис. 3.5. Ее
принцип работы основан на использовании двух входов у счетчика
типа 561ИЕ8. Один из входов (вывод 14) является управляющим,
г. е. разрешает работу счетчика при наличии на нем лог. “1 ”.
Кнопки SB1, SB2 и SB3 используются непосредственно для
набора чисел кода соответствующим числом нажатий, а кнопка
SB4 для обнуления при ошибочном наборе. Логические элементы
D1.1-D1.3 устраняют дребезг импульса от контактов кнопок при
переключении. При правильном наборе всех трех групп кода реле
К1 срабатывает не сразу, а через время, заданное цепочкой R8-C6
(примерно 20 с), что обеспечивает дополнительную секретность.
Налаживание заключается в подборе элементов времязадаю-
щего узла R8, С6. Время задержки на срабатывание реле К1 можно
увеличить до 1 мин, если установить конденсатор С6 номиналом
500 мкФ.
3.5. Коммутатор для часов
на микросхеме К145ИК1901
Малышев С. Ю. г. Мариуполь
Лет 10-15 назад промышленностью выпускался электронный
конструктор под названием “Старт 7178”, предназначенный для са-
мостоятельной сборки часов. В этот набор входил полный комплект
радиодеталей для изготовления часов на микросхеме К145ИК1901,
включая печатную плату. В составе набора не было будильника, од-
95
Раздеi <
Рис. 3.5. Схема кодового замка с четырьмя кнопками
96
Электроника в быту
нако его можно было легко подключить самостоятельно, так как в
микросхеме имеется два выхода будильника, которые можно про-
граммировать на разное время срабатывания.
Вариант приставки к данной микросхеме показан на рис. 3.6. Он
обеспечивает удобство пользования будильников и, в отличие от ра-
нее опубликованных схем, в данном варианте имеется возможность
сенсорно управлять включением/выключением, а также есть инди-
кация работы каждого будильника. В качестве источника звука мож-
но подключить любой мелодичный музыкальный звуко-производи-
гель, например микросхему УМС-08). Управление включением му-
зыки производится контактами реле К1 (на схеме они не показаны).
Пит
-9B^
К выв.
28
Пит.
k +9В
Е2
Рис. 3.6. Коммутатор для часов, собранных на микросхеме
К145ИК1901
97
'< 'л 3
В схеме используется сенсорное включение будильников че-
। (риггеры на микросхеме К561ТМ1, которые своими прямыми
. । . дами разрешают или запрещают прохождение сигналов с вы-
- ! (В 28 и 27 микросхемы К145ИК1901. При появлении лог. “О” на
I M оде D1.1 или D1.2 на выходе D1.3 появится лог. “1”, который че-
। । VT1 выключит реле К1. Единственное, на что нужно особо обра-
iiiii. внимание при изготовлении, — питание у логических микро-
м перевернуто, то есть вывод 14, как и плюс питания, находится
и । >бщей линии, а само питание осуществляется отрицательным
...ряжением (это необходимо для совместимости сигналов).
Особых требований к деталям нет. Используемое реле К1 по-
и идет любое малогабаритное, например РЭС10. В качестве
|| являющих сенсоров Е1, Е2 могут служить две близко располо-
। । тые контактные пластинки или обычные кнопки.
3.6. Приставка к телефону
для рассеянных
Думаю, что многие обладатели стационарных телефонов стал-
11 шались с ситуацией, когда после разговора была плохо положена
। убка. В этом случае дозвониться к вам уже никто не сможет, так
. в линия останется занятой. Вероятность такой ситуации увеличи-
г.к.тся, если к линии параллельно подключено несколько телефо-
нии (не все аппараты имеют хорошую конструкцию для фиксации
। рубки). Чтобы такое исключить, можно воспользоваться описан-
ной ниже приставкой к телефону, которая включается в разрыв ли-
। ми между ТА и линией. Принцип работы у нее заключается в огра-
ничении времени, в течение которого телефонная линия может
()ыть занята, после чего, если не была положена трубка — отключа-
ет ТА, а вместо него подключается имеющееся в приставке вызыв-
ное устройство (ВУ). Если у вас к линии подключено несколько ТА,
ю вызывное устройство внутри приставки можно не устанавли-
вать — в этом случае при вызове звонить будут все другие ТА.
Схема приставки (рис. 3.7) состоит из автогенератора со счет-
чиками на микросхеме DD1 и RS-триггера на DD2.1 (второй триггер
DD2.2 является просто повторителем сигнала). Сигналы с выходов
12 и 13 (DD2) управляют полевыми ключами на транзисторах VT2,
VT3 и в зависимости от состояний выходов будет включен либо
основной ТА, либо дополнительное ВУ.
98
Электроника в быту
Рис. 3.7. Схема приставки к телефону
VD1, VD2 КД521А
R6 ЮОк
99
Раздел 3
Транзистор VT1 является датчиком снятой трубки на ТА — он
будет открыт, когда через резистор R1 протекает ток. В этом слу-
чае на входах 9 и 5 DD1 присутствует лог. "О” — счетчики работают
и через интервал времени, зависящий от номинала конденсатора
СЗ, на выходе DD1/10 появится лог. "1". Она переключит триггер
DD2.1 (а значит и DD2.2), и на его выходе появится лог. "1", которая
через диод VD2 поступает на автогенератор микросхемы DD1, бло-
кируя его работу. В этом состоянии схема зафиксируется до мо-
мента, пока не будет нажата кнопка SB1.
В нормальном состоянии работу приставки вы не заметите,
так как ключ VT2 будет постоянно открыт до момента переключения
выходного триггера (интервал составляет примерно 18 мин).
Схема потребляет микроток и может питаться от аккумулятора
7Д-0.125Д или же непосредственно от ТЛ, если воспользоваться
схемой стабилизатор тока, рис. 3.8, а. Вызывное устройство по-
дойдет любое из применяемых в схемах телефонных аппаратов,
например простейший вариант ВУ, в котором звукоизлучателем яв-
ляется трехвыводной пьезоэлемент, показан на рис. 3.8, б.
Рис. 3.8. Вариант питания приставки (а)
и схема вызывного устройства (б)
Для монтажа элементов можно воспользоваться односторон-
ней печатной платой, показанной на рис. 3.9. На ней потребуется
установить одну объемную перемычку, отмеченную пунктиром. Для
удобства внешних подключений на плате предусмотрена установка
контактных зажимов.
100
Электроника в быту
Рис. 3.9. Топология печатной платы и расположение элементов
-ТЛ ВУ ТА
Особых требований к радиодеталям нет — подойдут малога-
баритные любого типа. При правильном монтаже устройство в на-
стройке не нуждается.
3.7. Приставка для удержания
телефонной линии
Сегодня у многих в квартире имеется несколько телефонных
аппаратов (ТА), установленных в разных комнатах. Но иногда быва-
ет удобнее разговаривать не с того, где была снята трубка, а надо
перейти к любому другому. Если на вашем аппарате нет кнопки, вы-
полняющей режим “Hold”, то простая приставка, схема которой по-
казана на рис. 3.10, сможет его обеспечить. Ее основное назначе-
удерживать линию занятой (в течение фиксированного ин-
тервала времени), когда вы положите трубку на первом ТА и
Переходите ко второму. В отличие от опубликованных ранее других
схем аналогичного назначения [ЛЗ, стр. 109 и Л49], эта отличается
простотой (содержит меньше элементов) и при правильной сборке
не потребует настройки.
101
Раздел 3
Схема питается непосредственно от телефонной линии и в ре-
жиме ожидания не потребляет энергии. К телефонной линии она мо-
жет быть подключена в любом месте, при этом полярность значения
не имеет. Конструктивно все может быть выполнено в виде отдель-
ного узла или же плата с элементами вставлена в корпус самого ТА
(малые размеры позволяют разместить ее в любом аппарате).
а) б)
Рис. 3.10. Схема приставки к телефону (а)
и вариант замены моста VD1 (б)
Вариант топологии печатной платы для установки элементов
приведен на рис. 3.11.
Теперь несколько слов о работе схемы. Для включения при-
ставки кнопка SB1 должна быть нажата до того, как будет положена
трубка на ТА. При этом происходит быстрый заряд конденсатора
С1 — транзисторный ключ VT1 откроется. Проходящий в цепи тран-
зистора ток имитирует снятую трубку. Когда кнопка разомкнута,
разряд С1 идет более медленно, так как у резистора R2 большой
номинал. Как только напряжение на конденсаторе снизится ниже
порога открывания транзистора, который составляет около 2 В, он
закроется (время включенного состояния зависит от номиналов С1
и R2 и для указанных на схеме составляет 15 с).
Схема не критична к точности номиналов резисторов и позво-
ляет при сборке ставить ближайшие значения из ряда. Приставку
можно упростить, установив вместо моста VD1 всего один диод
(рис. 3.10, б), но в этом случае при подключении к линии надо со-
блюдать полярность.
Предварительную проверку работы схемы можно выполнить,
питая ее от любого источника напряжения 5...6 В. При нажатии кноп-
102
Электроника в быту
Рис. 3.11. Топология печатной платы
ки SB1 светодиод HL1 должен светиться примерно в течение 15 с.
Окончательная проверка выполняется уже на телефонной линии.
3.8. Улучшение качества работы
телефонного модема
Качество большинства телефонных линий мало кого удовлет-
воряет. Имеется немало претензий и к работе самих АТС, а внедре-
ние современного оборудования для замены устаревшего идет до-
вольно медленно. АТС бывают разной системы (старые аналоговые
нескольких видов и современные цифровые). На цифровых обычно
не стоит проблема со скоростью и качеством работы модема, но их
пока не очень много (даже в Москве услугами цифровых АТС могут
пользоваться пока только 20% абонентов).
В большинстве случаев постоянные шумы и импульсные поме-
хи нередкое явление и если при разговоре с абонентом еще можно
что-то понять или в крайнем случае — переспросить, то при под-
ключении к сети Интернет модем вынужден автоматически снижать
скорость обмена информации, а иногда, при обнаруженных ошиб-
ках, принимать ее повторно. Тут поговорка: “время — деньги” явля-
ется очень актуальной.
103
Раздел 3
Рассмотрим, что можно сделать для улучшения качества связи
без больших материальных затрат, в случае если вам не повезло с
телефонной линией. Для начала будем исходить из того, что в са-
мой квартире телефонные провода проложены грамотно, т. е. не
идут рядом (имеется в виду параллельно) с радиотрансляционной
или сетевой проводкой, а также в телефонных розетках нет никаких
посторонних элементов типа параллельных конденсаторов или по-
следовательно включенных резисторов (это не относится к схемам,
опубликованным в книгах этой серии [Л1-Л4], — эти устройства на
качество связи не влияют).
В многоэтажных домах внешняя разводка от нас не зависит.
Чтобы уменьшить уровень высокочастотных помех и наводок, мож-
но воспользоваться ВЧ-фильтром. Задача его заключается в огра-
ничении полосы пропускания телефонной линии в области высоких
частот. Большинство двухпроводных телефонных линий у нас в
стране имеют ширину полосы пропускания 3 кГц (в Европе и США
аналогично). Нормальная телефонная линия должна передавать
частоты от 400 Гц до 3,4 кГц — этого вполне достаточно для узнава-
емости голоса абонента. Частотная характеристика ограничена те-
лефонным оборудованием, установленным на телефонной стан-
ции, так как обычно провод от АТС до вашего дома может обеспе-
чить и более широкую полосу сигнала.
Но перед тем как собирать и устанавливать фильтр, можно по-
пробовать настроить параметры самого модема. Делается это
обычно при помощи так называемых АТ-команд. Они записываются
в виде командной строки, автоматически передаваемой модему
каждый раз при обращении к нему. В Windows 98 для ввода команд
управления потребуется открыть папку <Панель управления> и по-
следовательно перейти к закладкам: <Модемы> <Свойства>
<Подкпючение> <Дополнительно>, при этом откроется экран, по-
казанный на рис. 3.12. Графа ССтрока инициализации> заполнена
для модема IDC2814BXL/VR, фирмы INPRO. Что можно писать для
вашего типа модема, необходимо посмотреть в “Руководстве поль-
зователя” — там обязательно приведен перечень поддерживаемых
управляющих команд (к сожалению, дешевые модели модемов по-
нимают не все АТ-команды, а значит и возможности его настройки
будут ограничены).
Для улучшения качества связи можно провести эксперименты
с настройками:
о уровень выходного сигнала модема;
о чувствительность усилителя модема.
104
Электроника в быту
Рис. 3.12. Пример заполнения графы, задающей параметры
работы модема
Как показывает практический опыт, причиной соединения мо-
дема на низкой скорости и даже периодических разрывов связи
может служить не только низкий уровень выходного сигнала, но и
слишком высокий (для указанного модема параметр S91=11 уме-
ньшает уровень выходного сигнала на 2 дБ по сравнению с установ-
кой по умолчанию 9 дБ). Более подробно о других настройках мо-
дема для улучшения его работы можно прочитать в книге [Л51 ] или
же других, специально посвященных модемам. Мы же теперь опять
вернемся к рассмотрению фильтра.
Наличие качественного фильтра может помочь избавиться от
влияния сильных высокочастотных помех и наводок, появляющих-
ся на пути сигнала от АТС до квартиры абонента. Причиной помех
могут быть разные источники, например, радиотрансляционная
линия (если ваша радиотрансляционная линия рассчитана на пе-
редачу трех станции, то там две дополнительные программы пе-
редаются путем амплитудной модуляции более высоких частот 78
и 120 кГц). Существует много вариантов выполнения таких филь-
тров, но после проведения практических экспериментов с разны-
ми типами пришлось остановиться на своем варианте, показан-
ном на рис. 3.13.
105
Раздел 3
VD1.VD2 КД 106А
Рис. 3.13. Схема фильтра для модема
Он состоит из LC-фильтра и диодов (из-за диодов при подклю-
чении к линии надо соблюдать указанную на схеме полярность). Ди-
оды исключают разряд конденсатора фильтра через линию, а также
проникновение шумов и высокочастотных наводок. С параметрами
элементов, указанными на схеме, фильтр имеет коэффициент пере-
дачи 1 до частоты 3 кГц, а на частоте 8,5 кГц обеспечивается завал
0,7 (-ЗдБ), который увеличивается и дальше. Для удобства эксплуа-
тации предусмотрена возможность отключения фильтра двухпози-
ционным выключателем — это может выполняться в ночное время,
когда телефонные линии не перегружены и помех мало.
Опыт практического использования фильтра показывает, что
он позволяет модему соединяться на скорости 24000 бит/с и устой-
чиво работать даже при наличии на линии помех (выше скорость
АТС у автора не дает даже при самых благоприятных обстоятельст-
вах, поэтому на большей скорости работа не проверялась).
Для изготовления фильтра конденсатор С1 надо использовать на
рабочее напряжение не менее 250 В, например типа К73-17В (можно
его составить из двух включенных параллельно 0,047 и 0,022 мкФ).
Переключатель SA1 подойдет любой малогабаритный, имеющий две
группы переключающих контактов. Катушки трансформатора Т1 со-
держат по 40 витков (намотанных в один слой виток к витку) проводом
ПЭВ диаметром 0,35 мм на ферритовом кольце М2000НМ типораз-
мера К20х12x6 мм (до намотки в магнитопроводе острые грани надо
закруглить и обернуть его лакотканью или другим изолирующим ма-
териалом). Индуктивность каждой обмотки получается около 1,9 мГн.
Расположение катушек и направление намотки показано на рис. 3.14
(между концами обмоток оставить зазор не менее 1 мм).
Теперь несколько слов о конструкции. Для размещения деталей
довольно удобно использовать стандартный корпус с двумя телефон-
ными гнездами евростандарта, в этом случае вид устройства полу-
106
Электроника в быту
Рис. 3.14. Вид намотки и расположение выводов
трансформатора Т1
чится таким, как это показано на рис. 3.15. Часть элементов закрепле-
но на контактных винтах.
Так как схема соединений довольно простая, топология платы
для установки переключателя и трансформатора Т1 не приводит-
ся — ее размеры зависят от выбранного вами корпуса.
Рис. 3.15. Вид монтажа и корпуса конструкции
Для лучшей работы фильтра может потребоваться изменение
величины
конденсатора С1.
Какую величину С1 лучше поставить
конкретной линии — удастся понять только после прове-
практических экспериментов.
Это объясняется тем,
что ра-
ботать фильтру приходится от источника с комплексным сопротив-
лением, т. е. имеющего индуктивную и емкостную составляющие,
причем у всех абонентов эти значения будут разными.
107
। Особенности применения
41 аналоговых
интегральных таймеров
Первые микросхемы интегральных таймеров появились в 1971
году и были представлены фирмой Signetics Corporation как SE555
и NE555 (у них отличие заключалось только в допустимом рабочем
температурном диапазоне — первая могла работать при -55...
+125 °C, а вторая 0...70 °C). Они были специально предназначены
для получения точных временных интервалов или высокостабиль-
ных периодических колебаний. Это были самые первые широкодо-
ступные микросхемы, которые благодаря своей универсальности
позволили собирать многие времязадающие узлы радиоаппарату-
ры с применением минимального числа внешних элементов. Мик-
росхемы обладали такими достоинствами, как стабильность рабо-
ты в широком диапазоне питающих напряжений, достаточно мощ-
ный выход и дешевизна, при этом выход легко согласуется с
любыми аналоговыми и большинством цифровых микросхем (ТТЛ,
МОП, КМОП). Внутренняя структура оказалась настолько удачной,
что за прошедшие более чем 30 лет эти микросхемы все еще очень
популярны и используются во многих устройствах.
В настоящее время аналоговые таймеры и их модификации
производят многие фирмы во всем мире, см. табл. 4.1. Несмотря на
все внутренние усовершенствования и разные технологии изготов-
ления, по номерам выводов и их назначению все эти микросхемы
полностью совместимы (что фактически стало стандартом). Отличие
может заключаться только в маркировке и конструктивном исполне-
нии корпуса (пластик, керамика, металл), а также диапазоне рабо-
чих температур. Это вызвано повышенными требованиями у воен-
ных к работе специальных изделий в более жестких климатических
условиях.
Выпускается несколько различных типов таймеров 555 серии.
От обычного самого распространенного LM555 (производимого
фирмой National) до микромощных XR555 (Ехаг) и TLC555, TLC551
(Texas Instruments), вариантов, изготовленных по CMOS-техноло-
гии (иногда в отечественной литературе используют второе назва-
ние этой технологии — КМОП). Микромощные микросхемы тайме-
108
Особенности применения аналоговых таймеров
ров могут работать в более широком диапазоне питающих напря-
жений (например, для TLC551 он составляет 1... 15 В) и с лучшими
частотными характеристиками.
Таблица 4.1. Перечень выпускаемых аналоговых интегральных
таймеров
Тип микросхемы Фирма-производитель Особенности микросхемы, технология изготовления
ALD555 Advanced Linear Devices Быстродействующий таймер с по- ниженным потреблением, CMOS
ALD1502 Advanced Linear Devices Быстродействующий таймер с по- ниженным потреблением, CMOS
AN1555 Matsushita Таймер, аналогичный Nf 555
В555 RTF Таймер широкого применения, BIPOLAR
СА555, С RCA, Intersil Таймер широкого применения, BIPOLAR
ECG955M ECG Philips Таймер широкого применения, BIPOLAR
FT555 FORTECH Таймер широкого применения, BIPOLAR
GLC555 LG Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
HA555 Harris Таймер широкого применения, BIPOLAR
НА17555 Hitachi Прецизионный таймер, BIPOLAR
НС555 Harris Таймер широкого применения, BIPOLAR
ICM555 Maxim Таймер широкого применения, BIPOLAR
ICM7555 Maxim, Intersil Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
ICL7555 Harris Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
КА555 Fairhild Таймер широкого применения, BIPOLAR
KIA555P SAMSUNG Таймер, аналогичный NE555N
LB8555D,М SANYO Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
LC555 Lithic Systems Таймер широкого применения, BIPOLAR
109
Раздел 4
Продолжение табл. 4.1.
Тип микросхемы Фирма-производитель Особенности микросхемы, технология изготовления
LM555 National, NSC Таймер широкого применения, BIPOLAR
LM555C National, NSC Таймер широкого применения, BIPOLAR
LM1455 National Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
LMC555 National, NSC Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
М51848Р MITSUBISHI Таймер широкого применения, BIPOLAR
МС1455 Motorola Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
МС1555 Motorola Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
NE555 Texas Instruments, SGS-Thomson, Fairchild, Intersil, Philips, STM, ON Semiconductor Универсальный таймер широкого применения, BIPOLAR
NE555N-CMOS CMOS-вариант таймера NE555
NJM555 New Jpan Radio Таймер широкого применения, BIPOLAR
NTE955M, S, MS NTE Sylvania Таймер широкого применения, BIPOLAR
RC555 Raytheon Таймер широкого применения, BIPOLAR
RM555 Raytheon Таймер широкого применения, BIPOLAR
SA555 Texas Instruments, SGS-Thomson Высокоточный таймер, BIPOLAR
SK3564 RCA Высокоточный таймер, BIPOLAR
SLC555N,D Micro Electronics, System Logic Таймер широкого применения, BIPOLAR
SE555 Texas Instruments, Intersil Высокоточный таймер, BIPOLAR
SN52555 Texas Instruments Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
SN72555 Texas Instruments Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
110
Особенности применения аналоговых таймеров
Окончание табл. 4.1.
Тип микросхемы Фирма-производитель Особенности микросхемы, технология изготовления
TA7555F, Р TOSHIBA Таймер, аналогичный NE555D, N
TS555 STM, SGS-Thomson Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
TS3V555 SGS-Thomson Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
TLC555 Texas Instruments Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
TLC551.Y Texas Instruments Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
UA555 BURN BROWN ' Таймер широкого применения, BIPOLAR
UPC1555C NEC Таймер, аналогичный NE555N
UPD555C, G2 NEC Таймер, аналогичный TS555CN, CD
XR555 Exar Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
XR-L555 Exar Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
P.PD1555 NEC Таймер широкого применения, BIPOLAR
P.PD5555 NEC Таймер с пониженным потребле- нием, CMOS
В разных конструкциях довольно часто используют микросхе-
му ICM7555 (Intersil) — это версия универсального таймера, выпол-
ненного по КМОП-технологии, — он также имеет полную совмести-
мость со всеми выше указанными микросхемами, хотя внутренняя
структура из-за различий процесса изготовления полностью отли-
чается от традиционных таймеров. Но это позволяет получить на-
много более высокие входные сопротивления, чем у используемых
стандартных биполярных транзисторов.
У микромощных микросхем снижаются ограничения на значе-
ния номиналов применяемых внешних элементов, а благодаря ма-
лому потреблению их целесообразно применять в устройствах, пи-
тающихся от автономных источников.
Кроме одиночных 555-таймеров выпускаются также сдвоен-
ные из серии 556 (два одинаковых таймера в одном корпусе) и
111
Раздел 4
счетверенные таймеры, см. табл. 4.2. Сдвоенные микросхемы име-
ют корпус с 14 выводами (DIP14 или SO14), в котором общими сде-
ланы цепи питания. Назначение выводов показано на рис. 4.2, бив
табл. 4.4. Других отличий от одиночных таймеров эти микросхемы
не имеют и работают так же. Поэтому мы более подробно рассмот-
рим классический вариант микросхемы.
Таблица 4.2. Объединенные в одном корпусе таймеры
Тип микросхемы Фирма-производитель Особенности микросхемы! технология изготовления
ALD2502 Advanced Linear Devices Два быстродействующих тай- мера с пониженным потребле- нием, CMOS
ALD4501 Advanced Linear Devices Четыре быстродействующих таймера с пониженным потреб- лением, CMOS
AS556CN АО “Альфа” (г. Рига) Два универсальных таймера, BIPOLAR
В556 RTF Два универсальных таймера, BIPOLAR
ECG978 ECG Philips Два универсальных таймера, BIPOLAR
FT558 FORTECH Четыре таймера, аналогичных NE558
GLC556N, D LG Таймер с пониженным потреб- лением, CMOS
ICM7556 Intersil Два таймера с пониженным по- треблением, CMOS
ILC556N, D INTEGRAL* Таймер с пониженным потреб- лением, CMOS (N — DIP14, D — SOP14)
IN556N, D INTEGRAL* Два универсальных таймера, BIPOLAR (N — DIP14, D — SOP14)
КА556 Fairhild Два универсальных таймера, BIPOLAR
КА558 Fairhild, SAMSUNG Четыре таймера, аналогичных NE558
KS556 SAMSUNG Два универсальных таймера, CMOS
KIA556P SAMSUNG Двв таймера, аналогичных NE556N
112
Особенности применения аналоговых таймеров
Окончание табл. 4.2.
Тип микросхемы Фирма-производитель Особенности микросхемы, технология изготовления
LM556C NSC, National Два универсальных таймера, BIPOLAR
LM556 NSC Два универсальных таймера, BIPOLAR
М51847Р MITSUBISHI Два универсальных таймера, BIPOLAR
МС3453 Motorola Два универсальных таймера, BIPOLAR
МС3456 Motorola, ON Semiconductor Два универсальных таймера, CMOS
NE556 SGS-Thomson, Philips, Texas Instruments Два универсальных таймера, BIPOLAR
NE556A, N Signetics Два универсальных таймера, BIPOLAR
NE558 Philips Четыре универсальных тайме- ра, BIPOLAR
NTE978 NTE Sylvania Два универсальных таймера, BIPOLAR
SA556 Texas Instruments Два высокоточных таймера, BIPOLAR
SE556 Texas Instruments Два высокоточных таймера, BIPOLAR
SK3689 RCA Два высокоточных таймера, BIPOLAR
SLC556N, D Micro Electronics, System Logic Два универсальных таймера, BIPOLAR (N — DIP8, D — SOP8)
TS556 SGS-Thomson Два таймера с пониженным энергопотреблением, CMOS
TS3V556 SGS-Thomson Два таймера с пониженным энергопотреблением, CMOS
TLC556 Texas Instruments Два таймера с пониженным по- треблением, LINCMOS
UA556 BURN BROWN Два универсальных таймера, BIPOLAR
UPD556C, G2 NEC Таймер, аналогичный TS556CN, CD
J1PD5556 NEC Два таймер с пониженным по- треблением, CMOS
* НПО “Интеграл” (г. Минск).
ИЗ
Раздел 4
У нас в стране получили распространение аналогичные микро-
схемы, являющиеся полными аналогами выше указанных тайме-
ров, см. табл. 4.3 (ВИ в обозначении микросхемы расшифровыва-
ется как “времязадающая схема”).
Таблица 4.3. Микросхемы аналоговых таймеров, выпускаемые
в России и ближайших странах
Тип микросхемы Прототип Назначение и особенности Технология изготовления Тип корпуса (аналог)
КР1441ВИ1 ICL7555 Таймер с пони- женным энерго- потреблением CMOS 2101.8-1 (PDIP8)
КР1006ВИ1 LM555C NE555CN Универсальный таймер широко- го применения BIPOLAR 2101.8-1 (PDIP8)
КР1006ВИ1А LM555 Высокоточный таймер BIPOLAR 2101.8-1 (PDIP8)
КФ1006ВИ1 LM555 Высокоточный таймер BIPOLAR 4309.8-A (SOS)
Р1006ВИ1 SE555F Высокоточный таймер в корпу- се с 14 выв. BIPOLAR 201.14-10.01 (CerDlP14)
М1006ВИ1 SE555F Высокоточный таймер в корпу- се с 14 выв. BIPOLAR 201.14-10.1 (CerDlP14)
КР1087ВИ1 NE558 ' Счетверенный таймер BIPOLAR 238.16-1
КР1087ВИ2 NE555N Таймер BIPOLAR 2101.8-A
ЭКФ1087ВИ2 NE555 Таймер BIPOLAR 4303Ю.8- A
КР1087ВИЗ NE556C Два таймера BIPOLAR 201.14-1
ЭКФ1087ВИЗ NE556 ДЬа таймера BIPOLAR 4306.14-A
AS555CN NE555CN Универсальный таймер широко- го применения BIPOLAR 2101.8-1 (PDIP8)
AS7555IPA ICL7555 Таймер с пони- женным энерго- потреблением CMOS 2101.8-1 (PDIP8)
114
Особенности применения аналоговых таймеров
Окончание табл. 4.3
Тип микросхемы Прототип Назначение и особенности Технология изготовления Тип корпуса (аналог)
IN555N NE555N Универсальный таймер BIPOLAR 2101.8-А (PDIP8)
IN555D NE555D Универсальный таймер BIPOLAR 4303Ю.8-А (SOP8)
ILC555N, D GLC555 Таймер микромощный CMOS DIPS, SO8
ILC556N, D GLC556 Два таймера микромощных CMOS DIP14
Современные микромощные микросхемы, выполненные по
, КМОП-технологии, производят:
КР1441ВИ1 — АО “Микрон” (г. Зеленоград);
ILC555N, D — НПО “Интеграл” (г. Минск);
s ILC556N, D — НПО “Интеграл” (г. Минск);
AS7555IPA — АО “Альфа” (г. Рига).
Наиболее часто используемым вариантом корпуса для микро-
I схем является 8-контактный пластиковый, с двухрядным располо-
[ жением выводов, называемый PlasticDIP — сокращенно PDIP8 (или
। просто DIP8) и Plastic MICROPACKAGE — SOP8 (SO8), см. рис. 4.1.
Обычно тип корпуса указывается последней буквой (или двумя бук-
I вами) в обозначении микросхемы. Например, для микросхем
I NE555, SA555, SE555 последняя буква N — соответствует корпусу
f DIPS; D — SOP8.
| Назначение выводов в корпусе показано на рис. 4.2, а. Не иск-
' лючено, что вам удастся встретить и круглые металлические корпу-
I са, рис. 4.1, г (назначение выводов у них такое же, как и у планар-
[ ных микросхем, что, при некоторой сноровке, позволяет ихустано-
[ вить на печатную плату с контактными площадками под корпус
J DIP8).
; Все отечественные микросхемы имеют аналогичные корпуса
( (DIP8 и SO8), правда, исключением являются таймеры М1006ВИ1 и
L Р1006ВИ1, рассчитанные на эксплуатацию в более широком диапа-
I зоне температур (соответственно -60...+125 °C и -60...+100 °C) —
I они выполнены в 14-выводном корпусе и имеет измененную нуме-
| рацию цепей [Л25].
115
Раздел 4
а)
Рис. 4.1. Виды корпусов и расположение выводов
116
Особенности применения аналоговых таймеров
NE/SA/SE555/SE555C, КР1006ВИ1
Корпуса D, N, FE
(Общий) GND [ ] Vcc (+ Питание)
(Запуск) TRIG [ 2 7 ] DISCH (Разряд)
(Выход) OUT [ 3 6 ] THRES (Порог)
(Сброс) RESET[ 4 5 1 CONT (Управляющее напряжение)
а)
NE/SA/SE555/SE555C Корпус F NE/SA/SE556 Корпуса D, N,J,F
GND[ 1 3 Vcc 1 DISCH [ 1 ] Vcc
NC£ 2 13 J NC 1 THRES[ 2 13 ] 2 DISCH
TRIG С 3 12 J DISCH 1 cont[ 3 12 J 2 THRES
OUT£ 4 11 J NC 1 RESET[ 4 11 ZJ 2 CONT
NC[ 5 10 3 THRES 1 out[ 5 10 ] 2 RESET
RESET [ 6 9 J NC 1 TRIG [ 6 9 ] 2 OUT
NC£ 7 8 3 CONT 6) NE558 gnd[ Kopny 7 6 ] 2 TRIG B) XLD4501 :a DE, PE, SE
Корпуса D, N 1 GND£ 1 4">'l6 J 4 OUT 1THREG[2 15 J 4 THRES 2 TRIG C 3 14 J 4 TRIG RESET £ 1 1 DSC £ 2 1 TRIG £ 3 2DSC£ 4 4'-' 20 3 Vcc 19 J 1 OUT 18 3 1 THRES 17 32 OUT
CONT[ 4 13 3 RESET 2 TRIG £ 5 16 32 THRES
VccE 5 12 J GND 3 DSC £ 6 15 3 3 OUT
2 TRIG Г 6 11 J 3TRIG 3TRIG£ 7 14 3 3 THRES
2 THRES £ 7 10 3 3 THRES 4DSC£ 8 13 34 OUT
2OUT£ 6 9 3 3OUT 4 TRIG £ 9 GND£ 10 12 34 THRES 11 3 CONT
Д)
г)
Рис. 4.2. Назначение выводов в корпусах микросхем одинарных
(а, б), сдвоенных (в) и счетверенных таймеров (г, д).
Обозначение NC говорит о том, что данный вывод не используется
Единых правил условного графического обозначения данной
микросхемы на электрической принципиальной схеме не сущест-
вует и в радиотехнической литературе встречается большое раз-
нообразие видов. Наиболее соответствующим отечественным
ГОСТам является вариант, показанный на рис. 4.3. Тем не менее,
в данной книге будет применяться упрощенный вид, без указания
117
Раздел 4
Входы <
Рис. 4.3. Обозначение микросхемы аналогового таймера
на электрической принципиальной схеме
функционального назначения выводов (их назначение легко мож-
но запомнить, что наверняка пригодится вам в дальнейшем).
Следует отметить, что в настоящее время существуют и дру-
гие типы микросхем аналоговых таймеров, например LM122,
LM322, LM3905, XR2240, ICM7242, M51849FP (MITSUBISHI) и по-
добные. Они нередко бывают выполнены на основе классической
структуры, но содержат в корпусе дополнительные узлы: источники
прецизионного напряжения, цифровые счетчики и ряд других. На-
пример, таймеры LM122, LM322, LM3905 допускают работу при бо-
лее высоком питающем напряжении (4,5...40 В). Такие микросхемы
разрабатывались для специфичных применений и не обладают та-
кой универсальностью, как классический вариант. Даже вариант
микросхем, объединяющий в одном корпусе по 4 обычных таймера
(NE558 и др.), имеют ограниченные возможности по применению
из-за внутреннего объединения некоторых управляющих це-
пей, см. табл. 4.4. Поэтому мы их рассматривать пока не будем —
зная, как работает классический таймер, вы легко самостоятельно
разберетесь со всеми его модификациями.
4.1. Внутренняя структура микросхем
Чтобы понять работу аналоговых таймеров, достаточно позна-
комиться более подробно с одним из них. В качестве примера на
рис. 4.4 представлена принципиальная электрическая схема тай-
мера LM555. Внутри микросхемы находится более 20 транзисто-
ров, 15 резисторов и 2 диода (в зависимости от изготовителя эти
числа могут незначительно отличаться).
118
Особенности применения аналоговых таймеров
Рис. 4.4. Принципиальная электрическая схема микросхемы LM555
Если вы разбираетесь в схемотехнике, то легко узнаете мно-
гие из типовых узлов и догадаетесь об их назначении. Как работает
каждый каскад, описывается в соответствующей литературе, по-
священной построению схем [Л26, Л27], и в данной книге на это мы
отвлекаться не будем.
6
Reset
Discharge
Рис. 4.5. Упрощенная схема микросхемы таймера из серии
pPD5555, изготовленного по КМОП-технологии
119
Раздел 4
Для микросхем, изготовленных по КМОП-технологии, внутрен-
няя структура может выглядеть по-другому, см. рис. 4.5, но Принцип
работы остается тот же. На упрощенной схеме знаком из двух пере-
секающихся кружков обозначены источники (стабилизаторы) тока.
Рис. 4.6. Функциональная схема таймера с подключенной внешней
времязадающей цепью
Для понимания работы любой микросхемы достаточно упро-
щенной блок-схемы, приведенной на рис. 4.6 (к ней уже подключе-
ны внешние элементы для работы в режиме одновибратора). На
рисунке внутри микросхемы роказаны основные функциональные
узлы:
о два операционных усилителя, работающих в качестве компара-
торов (1 и 2);
о RS-триггер (Т);
о выходной усилитель для повышения нагрузочной способности
(3):
о ключевой транзистор, имеющий открытый коллектор (V14), его
иногда называют разрядным.
120
Особенности применения аналоговых таймеров
Назначение всех выводов микросхемы следующее (в скобках
указаны встречающиеся обозначения):
1 — (GND, -Vcc) — общий провод, который обычно соединя-
ется с цепью отрицательного питающего напряжения.
2 — (TRIG, Trigger, ST) — вход компаратора, который исполь-
зуется для управления переключением выходного напряжения (ес-
ли на него подавать импульсы, то для надежного переключения вы-
хода их длительность должна быть больше 1 мкс). Пороговым на-
пряжением для переключения триггера является уровень 0,667 от
Un. Ток в этой цепи должен быть не меньше 500 нА, что определяет
верхний предел используемого внешнего сопротивления. Для ав-
тогенератора, работающего при Un = 5 В, это сопротивление не бо-
лее 3 МОм, но оно может быть больше для более высокого напря-
жения питания.
3 — (OUT, Output) — выход, предназначен для подключения
нагрузки с током до 200 мА. Выходные транзисторы V21 и V22
рис. 4.4) включены по схеме Дарлингтона и обеспечивают напряже-
ние на выходе приблизительно на 10% меньше, чем уровень пита-
ния (+Un). Транзистор V24 имеет низкое напряжение насыщения
(0,25 В), которое позволяет соединять микросхему непосредствен-
но со входами ТТЛ или КМОП логики, с хорошим запасом помехо-
устойчивости.
4 — (RST, Reset) — сброс, этот вывод используется для воз-
вращения выхода (3) к нулевому состоянию. Пороговый уровень
напряжения сброса < 0,7 В (ток не менее 0,1 мА). Этот уровень не
зависит от величины Un. Вход сброса обладает приоритетом и
устанавливает на выходе низкое напряжение независимо от состо-
яния любых других входов. Ширина импульсов сброса должна быть
не меньше 0,5 нс. Когда этот вход не используется, чтобы избежать
возможности ложного срабатывания (сброса от помех), рекомен-
дуется его соединять к +Un.
5 — (CONT, Control Voltage, CN) — контрольное напряжение,
этот вывод позволяет получить прямой доступ к точке делителя с
уровнем 2/3 напряжения питания, являющейся опорной для работы
верхнего компаратора. Использование данного вывода позволяет
менять этот уровень для получения модификаций схемы. В случае,
если вывод управляющего напряжения не используется, для защи-
ты от помех рекомендуется к нему подключать конденсатор емко-
стью не менее 0,01 мкФ, соединенный с общим проводом.
121
Раздел 4
6 — (THRES, Threshold, SR) — вход компаратора, который ис-
пользуется для переключения выхода в нулевое состояние. Это
происходит, когда напряжение на входе превысит уровень 2/3 от
Un (нормальное пороговое напряжение вывода 5). Минимальный
ток, который должен течь через этот вход от внешней цепи, обычно
составляет около 100... 120 нА (определяет верхний предел общего
сопротивления, которое можно установить между выводом 6 и +Un,
так при Un - 5 В это сопротивление может быть не более 16 МОм).
7 — (DISCH, Discharge) — вывод коллектора транзистора
(Vl4), эмиттер которого подключен к общему проводу. Состояние
этого транзистора идентично с состоянием выхода 3, т. е. он открыт
(имеет низкое сопротивление) когда на выходе ноль (напряжение
насыщения обычно ниже 100 мВ), и заперт (высокое сопротивле-
ние — ток утечки не более 20 нА), когда на выходе присутствует на-
пряжение. Обычно он служит для разряда внешнего времязадающе-
го конденсатора. В некоторых применениях микросхемы этот вывод
коллектора может использоваться и как вспомогательный выход с
повышенной нагрузочной способностью (на ток до 100 мА).
8 — (+VCc, +Un) — питание, на этот вывод подается положите-
льное напряжение питания. Чувствительность формируемого ин-
тервала времени к изменению питающего напряжения довольно
низкая, обычно не более 0,1% на вольт.
Для таймеров, объединенных в одном корпусе, используют 16-
и 20-выводные корпуса, назначения выводов для них приведены в
табл. 4.4.
4.2. Технические характеристики
Для удобства сравнения основные технические параметры са-
мых распространенных аналоговых таймеров сведены в табл. 4.5 и
4.6. В табл. 4.6 включены справочные данные на микросхемы, изго-
товленные по современной КМОП-технологии.
Обозначения в таблице применены следующие:'
о Un — диапазон допустимых питающих напряжений;
о 1потр — ток потребления микросхемой;
о UBxTRIG — напряжение запуска по входу TRIG при Un = 5 В (в скоб-
ках указаны значения для Un = 15 В);
о lBxTRIG — ток запуска по входу TRIG;
о URESer — напряжение сброса по входу RESET;
о lRESET — ток сброса по входу RESET;
о ивых0 — выходное напряжение низкого уровня при Un = 15 В;
122
Особенности применения аналоговых тайме/><>н
Таблица 4.4. Назначение выводов у микросхем разных серий
ALD4501 (20-выводный корпус) тайм. 4 о т— О) СО Т" 04 т— со Г • см
тайм. L3 о г- ю Т" Г" со (.XI
тайм. о ю £ ч— V" СО 'Т (Ч
тайм. I 1 о со о ч— Г" со т— 04
558 (16-выводный корпус) тайм. 4 04 14 со со Т- тГ ю ш и.
' таим. L 3 04 £ о со '=t о о г 9 71 Ft
। „ таим. L2 _ 04 со 00 со ’'t г- г-
тайм. L ’ 04 со т- со •'Г OJ 04
556 (14-выаодный корпус) тайм. l2_ Г4- со о о -г- т— 04 СО
тайм. I_L_ г- со ю со 04 --
555 (8-вывод- ный) т- 04 со ю СО г- 00
Назначение вывода Общий провод Вход компаратора Выход Сброс Контрольное на- пряжение Вход компаратора Вывод коллектора Питание (+Vcc)
123
Таблица 4.5. Параметры обычных аналоговых таймеров
Тип Un, В InCTpl мА UbxTRIG, в bxTRIG, нА Ureset, В reset, мА UbmxOi В Ubux1, В J Г Frp, МГц Траб» •с
ECG955M 4,5...16 3...15 0,67Un 400... 1000 0,4...1 0,1 2,5 12,5 200 0,5 0...+70
НА17555, PS 4,5...18 3...15 0,67Un ‘ 500 0,2...1 0,1 2,5 12,75 200 0,5 -20...+75
IN555N, D 4,5...18 6...15 2,2 (5,6) -2...+0,5 0,4...1 -0,4...0,0005 2,3 12,0 200 0,3 -10...+70
КА555 4,5...16 3...15 2,2 (5,6) 2000 0,4...1 0,1...0,4 0,75 12,5 200 0,5 0...+70
KA555I 4.5...16 3...15 2,2 (5,6) 2000 0,4...1 0,1...0,4 0,75 12,5 200 0,5 -40...+85
LM555 4,5...18 2...12 1,9 (5) 500 0.4...1 0,1...0,4 2,5 12,5 200 0,5 -55...+125
LM555C 4,5...18 3...15 1,67(5) 900 0.4...1 0,1...0,4 2,5 12,5 200 0,5 0...+70
M51848L, Р 4...18 3...10 0,67Un 500...3000 1...2 0,0002 2,0 13,3 200 0,1 -20...+75
МС1455 4,5...18 3...15 1,67 (5) 500 0,4...1 0,1 2,5 13,3 200 0,5 0...+70
МС1455В 4,5...18 3...15 1,67(5) 500 0,4...1 0,1 2,5 13,3 200 0,5 -40...+125
NE555 4,5...18 2...15 2,2 (5,6) 2000 0.4...1 0,4...1,5 2,5 12,5 200 0,5 0...+70
NE555I 4,5...18 2...15 2,2 (5,6) 2000 0,4...1 0,4...1,5 2,5 12,5 200 0,5 -40...+85
SA555 4,5...18 2...15 2,2 (5,бУ 2000 0.4...1 0,4...1,5' 2,5 12,5 200 0,5 -40...+85
SE555, С 4,5...18 2...12 1,9 (5,2) 900 0,4...1 0,4...1,5 2,5 12,5 200 0,5 -55...+125
SLC555N, D 4,5...18 6...15 2,2 (5,6) -2...+0,5 0.4...1 -0,4...0,0005 2,3 12,0 200 0.3 -10...+70
КР1006ВИ1 4,5...16 2...15 2,3 (5,8) 2000 0,7...1,5 1,5 2,5 12,5 200 0,5 -45...+70
КР1006ВИ1А 4,5...16 2...15 2,3 (5,8) 2000 0.7...1.5 1,5 2,5 12,5 200 0,5 -45...+70
КФ1006ВИ1 4,5...16 2...15 2,3 (5,8) 2000 0,7...1,5 1,5 2,5 12,5 200 0,5 -45...+70
М1006ВИ1 5...15 2...14 2,3 (5,8) 2000 0,7...1,5 1,5 2,2 12,5 200 0,5 -60...+125
Тип Un, В 1потр» мА UbxTRIG, В bxTRIG, нА Ureset, В reset, мА UbmxOi В ивых1> В Цых> мА ^rpi МГц Траб> ’С
Особенности применения аналоговых таймеров
Раздел 4
Таблица 4.6. Параметры микромощных аналоговых таймеров
\о ш О О. • О + 6 -55...+125 II о о -55...+125 || -20...+85 || О + о -25...+85 || -55...+125 || I -65...+150 || О о | -40...+85 || I -55...+125 || I -40...+125 || о + о -40...+85 -55...+125 0...+70 I -55...+125 || о о
аг lb S см СМ см СМ -- — -- -- СО см CJ СМ см" см СМ СМ СО ю о 10 о
5 < J 2 о о о о о о о о о о о о о о ч— о о о о о о О о о о о о о о о о о о о о о о о о
х м 3 СО а D * см СМ см СМ * со со СО со СО со СО СО * СО- см ч— см ч— см 10 ч— ю см’ ч— 10 см’
о X «А з и а D о о 4. о’ 0 о’ -- -- ч— см со о со о’ « со о « со о’ СО- СО- СО- ч— СО о’ со о 10 со о’
Ireset. мА со О см о со О см о со О см о’ со О см о см О О ч— см О см О см О ч— см О см о ч— см о см О см о ч— со о 10 о о ю со о 10 со о 10 о о
Ureset. В и’ VI VI ч— о ч— о ч— о’ ч— о’ ч— о’ ч— о" см * см * см см см СО о" со СО о’ см СО о’ со ч— СО о" о о
IbxTRIG) нА о о о’ о о о’ о о о о о о’ о о о о’ о о о о о о’ о о о о’ о о Б о ю о ю ч— ю ю о о" о о ю о о ю
UbxTRIG) в СУ) со со’ СУ) со со’ СУ) со со СУ) о СО э СО СО о" э со о э со о э со о 10 О со о см’ со о см со о см’ 5э о см’ 10 10 О тг !£> СУ) 10 СО тг LQ 10 L0 О тГ Й со Р О тг см" 10 э со со о" э со со о’
8 < J 2 со о о со о" о" со о о со о о’ СО- O’ СО о о’ СО о о о’ СО о о о СО о о о О 10 О О см о’ о о см о’ о о см о" о о’ см о о о со о" со СО о’ СУ) о со СО о" СО СО о" ю о 10 о со о id о’ 10 о СУ) о’
_=и см см см см см см см см со см со см со см со ч— см 10 10 со ч— см со см со ч— см со ч— см" 10 см 10 СО 10 СМ ю ч— 10 см 10 о со’
Е S < D_ 10 10 10 3< < (Л < Q 10 10 10 3 < а см о 10 3< < (Л < Q см о 10 Q —1 < < 02 10 10 10 (Л < о 10 ю 10 S о L0 10 10 S О 10 10 10 S О 10 10 10 О S —1 о 10 10 ю (Л 1- L0 10 10 (Л 1- S 10 10 10 £ < L0 10 10 £ £ о 10 10 10 3 1- L0 10 10 3 1- 10 Ю 10 3 1- 10 ю 3 1- 10 10 10 —1 £Г X D_ О 10 ю £Г X
126
Особенности применения аналоговых таймеров
Примечание к таблице 4.6:
* - параметр нормируется производителем при питающем напряжении 12 В;
• * - параметр нормируется производителем при питающем напряжении 5 В;
* ** - параметр нормируется производителем при питающем напряжении 18 В.
а) б)
в)
Рис. 4.7. Зависимость потребляемого тока
от питающего напряжения: а, б — для классических микросхем;
в — для изготовленных по КМОП-технологии
О 11вых, — выходное напряжение высокого уровня при Un = 15 В;
о 1вых — максимально допустимый выходной ток (в импульсе), в ста-
тическом режиме он обычно не должен превышать половины от
этого значения;
О Frp — максимальная (граничная) рабочая частота;
р — диапазон рабочих температур микросхемы.
127
Раздел 4
На рис. 4.7 показана типичная зависимость величины потреб-
ляемого тока от питающего напряжения для микросхем, изготов-
ленных по разной технологии.
Обычные таймеры обеспечивают точность формируемого ин-
тервала не хуже 3...4%, а прецизионные (высокоточные) до 1%.
Более полную информацию по параметрам конкретной микро-
схемы, зная ее изготовителя (см. приведенные выше таблицы),
можно найти в Интернет на серверах фирм-производителей (там
имеется возможность переписать файлы с полным техническим
описанием в популярном PDF-формате).
4.3. Режимы работы и расчет
основных параметров
Микросхемы аналоговых таймеров из 555-й серии популярны
благодаря своей универсальности. Они могут работать в одном из
пяти режимов:
1) ждущий мультивибратор (такую схему называют еще одно-
вибратором);
2) мультивибратор (генератор импульсов, причем импульсы
могут иметь прямоугольную, треугольную и другие формы);
3) управляемый напряжением автогенератор;
4) как буферный элемент с двумя устойчивыми состояниями
на выходе, т..е. компаратор, обладающий гистерезисом при
переключении;
5) RS-триггер.
Наибольшее применение в радиоаппаратуре находят одно-
вибраторы и мультивибраторы. В одновибраторе схема находится
в устойчивом состоянии и выходной импульс формируется, только
когда приходит запускающий сигнал, а в обычном мультивибрато-
ре формируется непрерывная последовательность импульсов.
Чтобы получить импульсы нужной длительности, используют внеш-
ний времязадающий конденсатор и резистор. Меняя скорость за-
ряда этого конденсатора, можно изменять в широких пределах и
длительность сформированного на выходе импульса или частоты
сигнала.
Рассмотрим процесс заряда конденсатора более подробно.
Основной RC-зарядный контур показан на рис. 4.8, а. Предполо-
жим, что конденсатор С первоначально не имеет заряда. Когда
128
Особенности применения аналоговых таймеров
коммутатор S1 переключится на источник +Un —конденсатор начи-
нает заряжаться через резистор R до уровня напряжения питания.
График роста напряжения (Uc) на конденсаторе С показан на
рис. 4.8, б. Из него видно, что увеличение напряжения происходит
по экспоненте. Зная значения R и С, можно точно определить на-
пряжение Uc в любой момент времени (t) из формулы:
Uc = Un (1 - е^),
где Т = RC — временная константа, называемая постоянной време-
ни (она задает интервал, в течение которого конденсатор зарядит-
ся до напряжения 63,7% от Un, т. е. е*1 = 0,37). Иногда это выраже-
ние записывают еще в таком виде: Uc = Un (1 — exp<~t/T)).
Относительно времени формулу можно преобразовать к виду:
t = -InO - Uc/Uri) Т.
Полностью конденсатор С зарядится до уровня питающего
напряжения за интервал времени 5Т. Но нас интересует, сколько
времени пройдет до момента, когда напряжение на С достигнет
значения 2/3 от Un, так как его превышение приводит к срабаты-
ванию верхнего компаратора (рис. 4.6). В результате математиче-
ских преобразований из этой формулы можно определить момент
времени (Т1), когда напряжение на конденсаторе от нуля дорас-
тет до значения 66,6% от Un (0,66Un — порог верхнего компара-
тора):
Т1 = - In (1 - 2/3) С-RMp • С-RMp = 1,1- CR3ap.
В одновибраторе для практических расчетов длительности
формируемого на выходе импульса используют как раз это соотно-
шение.
В реальной схеме конденсатор не может зарядиться выше
уровня 0,6677?z, так как в этот момент срабатывает компаратор и от-
крывается транзистор V14 (см. рис. 4.6), в результате чего С быст-
ро разряжается (участок 1 на графике рис. 4.8, б).
Уменьшение напряжения на конденсаторе от Un до нуля при
разряде происходит по закону:
Uc = Un е<
129
Раздел 4
или, что то же самое, но по-другому записанное, Uc = Un- exp(-t/T),
откуда, в результате математических преобразований, учитываю-
щих уровень нижнего порога компаратора (0,3311п), получаем:
Т2---In (1/3) • С • Rw = 1,1 • С • Rpasp .
Так как сопротивление коммутатора довольно мало, его не
учитывают и при расчете времени используют реальное сопротив-
ление, установленное в цепи разряда конденсатора (Rpa3p).
Язар S1
Рис. 4.8. Графики, поясняющие процесс заряда и разряда
(участок 1) конденсатора
130
: Особенности применения аналоговых таймеров
В практической схеме, работающей в режиме генераторп, ни-
.пряжение на конденсаторе не доходит до нуля, а меняется н ин-
тервале от 2/3 до 1/3 Un, так как в эти моменты срабатываю! гю-
ответствующие компараторы и происходит переключение рожи
(Мов заряд/разряд (рис. 4.8, в). Естественно, в таком случае и
интервал тоже уменьшится:
Т1 = 0,693 С • ,
Т2 = 0,693 С- Rpa3p.
Теперь рассмотрим более подробно работу микросхемы в
разных режимах, так как это позволит лучше понять все ворочаю-
щиеся варианты применения таймеров.
4.3.1. Ждущий мультивибратор
Для того чтобы выполнить ждущий мультивибратор, досiaiоч-
но подключить конденсатор С1 и резистор R2, как это показано на
рис. 4.9 (С2 и СЗ установлены для защиты от воздействия случай-
ных помех и наводок).
В исходном состоянии на выходе микросхемы будет всегда
присутствовать напряжение, близкое к “0", так как в начальный мо-
мент (при подаче питания) на входе нижнего компаратора уровень
напряжения больше 1/3 от Un. В этом устойчивом состоянии схема
может находиться бесконечно долго.
При появлении запускающего импульса (по отрицательному
фронту на входе 2) срабатывает нижний компаратор и внутренний
триггер микросхемы переключится, что приведет к закрыванию
транзистора V14 (см. рис. 4.6), и конденсатор С1 начнет заряжать-
ся через резистор R2. В это время на выходе микросхемы будет
действовать высокий уровень напряжения. Как только напряжение
на С1 достигнет 2/3 от Un — верхний компаратор срабатывает и об-
нуляет триггер, который включает V14, чтобы разрядить С1. Это
приводит к завершению импульса на выходе, и схема вернется в
исходное состояние.
При таком включении микросхемы всякий раз, когда запуска-
ющий импульс подается на вход (2), на выходе (3) формируется
одиночный импульс. В зависимости от значений сопротивления
внешней цепи и используемой емкости длительность выходного
Импульса может быть получена от одной миллисекунды до сотен
[секунд. Для получения импульсов длительностью менее чем 1 мс
Г
131
Раздел 4
Рис. 4.9. Схема запуска одновибратора по отрицательному
фронту входного импульса
можно использовать аналогичные высокочастотные микросхемы,
например, для ICM7555 длительность может быть до 0,91 мкс.
В этой схеме длительность одиночного выходного импульса
равна:
T=1,1R2C1.
Чтобы получить расчетное значение временного интервала
сразу в нужной размерности, при выборе величин можно руковод-
ствоваться табл. 4.7.
Значения R2 и С1 могут изменяться в широких пределах, и тео-
ретически не существует ограничений на их выбор, но на практике
132
Особенности применения аналоговых таймеров
,они все же есть. С точки зрения экономичности работы устананни
вать R2 меньше 10 кОм нецелесообразно. Практический минимум
[для С1 приблизительно 95 пФ — при более низких значениях пири
[зитные емкости станут оказывать существенное влияние на к»ч
Юность формируемого интервала. Воспользовавшись этими зпачн
:ниями, можно рассчитать минимальную длительность импулы а ня
[выходе — она составит 1 мкс, что получается.в 100 раз меньше, чпм
рекомендуемый минимум (1 мс), но это позволяет иметь большой
;запас в выборе значений R и С (обычно удобнее бывает сначала ны=
[брать конденсатор из стандартного ряда, имеющий малые i и>ари=
ты, а после рассчитать резистор).
Таблица 4.7. Выбор удобной размерности величин для расчике
временных интервалов
Интервал, Т Емкость, С Сопротивлении, II
С Ф Ом 1
с мкФ МОм
мс мкФ кОм
мс нФ МОм
мкс нФ кОм
1 мкс пФ МОм J
Верхний предел для R2 находится приблизительно около
15 МОм, но он должен быть выбран меньше, если необходимо по-
лучить у формируемого импульса точность длительности но хуж»,
чем указано в паспорте для микросхемы. Верхний предел! сопро-
тивления связан со значением входного тока через выводы микро-
схемы (утечка). Например, при пороговом токе утечки 120 нА это
(начение получается 14 МОм (когда рабочее напряжении !> В). Но
ак как при формировании больших временных интервалон обычно
^пользуются полярные оксидные конденсаторы с большими но-
миналами, в этом случае их утечку также следует учитывать, гак как
на может быть соизмерима с входной у микросхемы. Иначе, при
больших значениях
R,
может получиться ситуация,
когда в нроцес-
заряда
напряжение на
конденсаторе С не сможет дорасти до по-
югового значения (2/3 Un). В этом случае выходное напряжение не
юреключится. Поэтому на практике значение номинала R выбира-
ет с запасом так, чтобы этого не могло случиться даже при макси-
тальном технологическом разбросе применяемых деталей. К тому
133
Раздел 4
же для получения импульсов большой длительности лучше исполь-
зовать специальные оксидные конденсаторы с низкой утечкой, на-
пример, танталовые или импортные из серии NPO.
Для выбора номиналов времязадающих элементов разработчики
микросхемы рекомендуют пользоваться графиком, приведенным на
Рис. 4.10. Графики для выбора номиналов времязадающей цепи
в зависимости от необходимой длительности импульса (Т)
При некоторых применениях микросхемы бывает необходимо
выполнять запуск таймера положительным импульсом. В этом слу-
чае можно воспользоваться выводом 5 (см. рис. 4.11) для подачи
Рис. 4.11. Схема запуска одновибратора по положительному
фронту входного импульса
134
Особенности применения аналоговых maiiMiiptM
С т R
MF 10- сФ 10с- кС 1000- )м
8 800
6 5 600
4 3 1с 400 300
2 200
1- ЮОмс 100-
80
60
0,22 0,1- Z Юме 5мс. ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 1мс : z • Z 47г ✓ ✓ zZ 30 20 10- 8
6
4
0,03 ЮОмкс 3
0,02 2
0,01- 10мкс- 1-
С
мкФ
Ют
8 ;
6
5
4
3
2
1
0,22
0,1
0,03
0,02
0,01
F
Гц
0,1 т
0,2 -
0,4 -
1-:
2 -
4 -
10-:
20 -
30 -
40 -
100 =
40СГ
1000- =
10000-:
30000 -
100000-Е
Н
кОм
юоо
800
600
400
300
700
100
80
60
40
30
70
id"
8
6
4
3
2
1 -
Рис. 4.12. Номограмма для
определения длительности
импульсов в одновибраторе:
при времязадающем конден-
саторе С = 0,1 мкФ и резисто-
ре R = 47 кОм длительность
импульсов получается 5 мс
Рис. 4.13. Номограмма для
определения частоты импуль-
сов в классическом автогенера-
торе (рис. 4.15): при времяза-
дающем конденсаторе
С = 0,22 мкФ и резисторах
R1 = R2 = 10 кОм частота
импульсов получается 400 Гц
135
Раздел 4
на него управляющего сигнала. У разработчиков микросхемы этот
вывод первоначально и предназначался в качестве входа для поло-
жительного пускового импульса. Так как пусковой импульс кончает-
ся к моменту, когда времязщхающий конденсатор зарядится до
уровня порогового напряжения верхнего компаратора, то он не
оказывает влияния на управляющее напряжение.
Чувствительность схемы при подаче пускового импульса на
вход 5 определяется разностью напряжений между выводами 5 и 2,
а регулировку чувствительности можно выполнить при помощи де-
лителя напряжения R1-R2, подключенного к выводу 2, как показано
на рисунке (шунтирующий конденсатор С1 установлен, чтобы обес-
печить защиту схемы от паразитных импульсных помех и наводок).
Если управляющий импульс может быть длительным, то в этом
случае устанавливается дифференцирующая цепь, которая делает
короткий импульс из широкого (в схеме на рис. 4.11 такая цепь обра-
зована конденсатором СЗ и внутренними резисторами микросхемы).
Для быстрого определения длительности формируемого од-
новибратором импульса можно воспользоваться номограммой,
приведенной на рис. 4.12.
4.3.2. Генераторы прямоугольных импульсов
Применение интегрального таймера позволяет довольно про-
сто выполнить генератор импульсов, обеспечивающий стабиль-
ность частоты не хуже 1%. Для работы микросхемы в режиме авто-
генератора выводы 6 и 2 соединяются между собой и подключают-
ся к конденсатору, как это показано на рис. 4.14, а. В этом случае
процесс заряд-разряд времязадающего конденсатора С1 будет
проходить циклически и на выходе мы увидим импульсы с формой
меандр (Т1 = Т2 = 0,693 • R1 С1). У них период (время одного полно-
го цикла) Т= Т1 + Т2, а частота:
F = 1 =_______1_______= 0,722
Т1 + Т2 0$)3(R1+ R1)C1 ~ R1C1
Вариант схемы, приведенной на рис. 4.14, б, обеспечивает ме-
андр на выходе только при сохранении соотношения между рези-
сторами R1 и R2 такими как это указано на схеме.
При любых других номиналах интервалы определяются по
формулам:
136
Особенности применения аналоговых таймеров
а)
Рис. 4.14. Простейшие генераторы импульсов
с формой меандр (Т1 = Т2)
Т1 = 0,693 • R1 С1,
Т2 = [R1 R2/(R1 + Я2)] С1 ln[(R2 - 2 Я/)/(2 R2 - R1)].
На практике нередко бывает необходимо иметь импульсы, от-
личающиеся от меандра, что позволяет получить схема, приведен-
ная на рис. 4.15. В ней заряд конденсатора С1 идет через два рези-
стора R1 и R2, а разряд только через один R2, так как он соединен с
внутренним транзистором микросхемы (вывод 7).
Происходящие процессы поясняет приведенная диаграмма.
При подаче на схему питания на выходе (3) появляется напряже-
ние и через резисторы R1—R2 начинается заряд конденсатора
С1, и как только оно достигает 2/3 уровня питающего напряже-
ния, верхний компаратор вызовет обнуление триггера. Это при-
водит к появлению на выходе (3) микросхемы нулевого уровня.
137
Раздел 4
В установившемся режиме интервал, в течение которого на вы-
ходе действует высокий уровень напряжения, определяется со-
отношением
Т1 = 0,693 С1 • (R1 + R2),
но пёрвый импульс, появляющийся в момент включения схемы, бу-
дет чуть шире, что видно на графике.
Когда внутренний транзистор микросхемы (V14) открыт, конден-
сатор С1 разряжается через резистор R2 (получается, что R2 соединя-
ется через V14 с обидим проводом). В результате этого формируется
второй интервал Т2 = 0,693 • R2- С1. Как только напряжение на конден-
саторе достигает уровня 1/3 Un — срабатывает нижний компаратор.
Это заставляет триггер переключиться, и на выходе (3) снова появится
напряжение. Транзистор V14 выключится, и конденсатор С1 снова на-
чинает заряжаться.
Цикл заряд-разряд конденсатора будет периодически повторять-
ся, поскольку компараторы заставляют внутренний триггер переклю-
чаться. В результате этого на выходе получается непрерывная после-
довательность прямоугольных импульсов, с периодом
Т = Т1 + Т2 и частотой F = 1/Т.
Частота автогенератора зависит от значений элементов R1, R2
и С1, и ее можно рассчитать по формуле:
F =1 1,44
0,693- (R1+2R2)C1 (R1 + 2R2)C1
При расчетах для получения размерности частоты F в герцах
(Гц) значения величин R1 и R2 берутся в омах (Ом), а С в фарадах
(Ф). Чтобы получить расчетное значение частоты сразу в нужной
размерности, можно руководствоваться табл. 4.8. Для быстрого
определения частоты можно также воспользоваться диаграммой,
приведенной на рис. 4.13.
Для периодического сигнала отношение интервала, когда на
выходе присутствует напряжение к полному периоду, называется
скважностью или рабочим циклом “duty cycle”. Скважность рассчи-
тывается так: D = Т1/Т (величина безразмерная или же указывается
в процентах (%), для чего умножается на 100). Интервалы времени
для включенного и выключенного состояния выхода зависят от зна-
чений номиналов R1 и R2. Для схемы, показанной на рис. 4.15,
скважность связана с резисторами следующим образом:
138
Особенности применения аналоговых таймеров
D=(R1+ R2)/(R1 + 2-R2).
Таблица 4.8. Выбор удобной размерности величин
для расчета частоты
Частота, F Емкость, С Сопротивление,R
Гц Ф Ом
Гц мкФ МОм
кГц мкФ кОм
кГц нФ МОм
б)
Рис. 4.15. Схема генератора (а) и диаграммы (б), поясняющие работу
Как уже говорилось ранее, бесконечно увеличивать номиналы
резисторов нельзя, — есть ограничение на минимальный входной
Ток компараторов. Так, при питании схемы от источника напряже-
I 139
Раздел 4
нием 15 В максимальное общее активное сопротивление для рези-
сторов (R1 + R2) обычно не превышает 20 МОм.
При выборе номиналов времязадающих элементов разработ-
чики микросхемы рекомендуют руководствоваться графиками,
приведенными на рис. 4.16.
При значениях R2 в 100 и более раз больше R1 — на выходе ге-
нератора мы получим импульсы, близкие по форме к меандру, но не-
редко бывает необходимо иметь их очень короткими. Этого можно
добиться, разделив цепи заряда и разряда времязадающего кон-
денсатора, как показано в схемах на рис. 4.17 и 4.18. Схемы позволя-
ют получить у импульсов скважность как меньше 50%, так и больше.
а)
LM, NE555 и др.
С1, мкФ
б)
Рис. 4.16. Графики для выбора номиналов времязадающей цепи:
а — для обычных таймеров;
б — для таймеров, изготовленных по CMOS-технологии
140
Рис. 4.17. Схемы мультивибраторов с раздельными цепями
заряда и разряда конденсатора
а) б)
Рис. 4.18. Схема генератора с регулируемой скважностью импульсов
141
Раздел 4
Установленный в цепи заряда конденсатора диод VD1
(рис. 4.17, а) обеспечивает разряд С1 только через R1 (в расчетах
временных интервалов падением напряжения 0,6 В на открытом ди-
оде можно пренебречь), а разряд — через R2. При использовании в
данном генераторе быстродействующей микросхемы ICL7555 и
элементов с номиналами: R1 =6,8 кОм; R2 = 1,5 МОм; С1 = 100 пФ —
на выходе мы получим короткие импульсы длительностью 1 мкс, сле-
дующие с частотой 10 кГц [Л26, стр. 305].
Вариант схемы, показанный на рис. 4.17, б, работает анало-
гично и имеет те же самые расчетные соотношения.
Если времязадающие резисторы сделать переменными, то па-
раметры импульсов и частоту можно менять в широких пределах
(рис. 4.18, а), а вариант подключения на рис. 4.18, б позволяет из-
менять ширину импульсов у генератора при неизменной частоте.
Частота в этом случае определяется по формуле:
р _ 0,722
" (R1+ 0,5-R2)C1’
а диапазон регулировки скважности зависит от соотношения рези-
сторов R1, R2. Схема включения таймера, показанная на рис. 4.19,
также обеспечивает регулировку ширины импульсов при неизмен-
ной частоте.
Повысить стабильность частоты генератора можно введением
в схему дополнительного транзистора и диодов в цепи времязада-
ющего конденсатора, рис. 4.20.
При помощи переменного резистора R1 частота может быть
изменена в широком диапазоне, но при этом скважность у импуль-
сов будет поддерживаться 0,5 (меандр). Это получается за счет то-
го, что в начальный момент транзистор VT1 находится в насыщении
за счет резистора R2 и зарядный ток проходит через переход эмит-
тер-коллектор и резистор R1. Когда на выводе 7 появляется нуле-
вое напряжение — транзистор будет закрыт и разряд конденсатора
происходит через R1 и диод VD1. Значения резистора R1 и конден-
сатора С1 выбираются в зависимости от необходимой частоты.
Применяемый транзистор должен иметь высокий коэффициент
усиления, чтобы R2 мог иметь большой номинал при его насыще-
нии (КТ3102Е и другие). Диоды подойдут любые импульсные, на-
пример КД521, КД522.
142
Особенности применения аналоговых таймеров
VD1
КД521А
М W2
L АКД521А
►+Un
—►Мвых
|F= 1,4 Гц |
>ОП
Рис. 4.19. Схема генератора с регулируемой скважностью
импульсов при неизменной частоте
Рис. 4.20. Генератор с повышенной стабильностью частоты
Для всех генераторов, собранных на классических микросхемах
из серии 555, максимальная частота генерируемых импульсов обыч-
но не превышает 200...500 кГц, но современные аналоги, например,
из серии 7555 позволяют работать с частотой 1,1 МГц, a TLC555 —
2,1 МГц. При этом надо учитывать, что все микросхемы могут рабо-
тать и на более высоких частотах, чем это рекомендовано произво-
дителями, если для вас не нужны гарантии по стабильности частоты
и не важно, какие будут завалы фронтов у выходных импульсов. На-
дежность работы такой схемы, конечно, тоже снижается.
143
Раздел 4
4.3.3. Генераторы пилообразного напряжения
Чтобы напряжение на времязадающем конденсаторе из экс-
поненциального превратить в линейно возрастающее, необходимо
его заряд выполнять через стабилизатор тока.
Вариант схемы, в которой роль стабилизатора тока выполняет
биполярный транзистор (VT1), показан на рис. 4.21 (для того чтобы
ток заряда не зависел от питающего напряжения, вместо R1 лучше
установить стабилитрон). Выходной сигнал можно снимать прямо с
конденсатора С1, если поставить линейный согласующий элемент
(DA1), имеющий большое входное сопротивление, например, как
это показано на рисунке. Микросхема DA1 только повторяет форму
напряжения на конденсаторе, усиливая его на своем выходе по то-
ку. Период у импульсов определяется из формулы:
Т = 0,67 Un-R3- (R1 + R2) C1/(R1 Un - 0,6 • (R1 + R2)).
Стабилизатор тока можно выполнить на полевом транзисторе
(ток стабилизации устанавливается резистором в широком диапа-
зоне), как это показано на рис. 4.22. При этом уменьшается число
используемых деталей.
Еще один вариант схемы для получения пилообразного напря-
жения приведен на рис. 4.23 [Л28, стр. 141]. В ней заряд тоже про-
исходит по линейному закону. Этот генератор характеризуется вы-
сокой стабильностью временного интервала. Период следования
импульсов можно определить из соотношения: Т = 0,33 • R1 С1.
4.3.4. Генератор треугольного напряжения
Генератор импульсов с треугольной формой можно получить,
если использовать стабилизатор тока не только в цепи заряда вре-
мязадающего конденсатора, но и при его разряде. Простейший ва-
риант такой схемы показан на рис. 4.24. В ней стабилизатор тока
включен в плечо выпрямительного моста, который позволяет через
сам стабилизатор пропускать однонаправленный ток независимо
от того, в какую сторону протекает ток на входе цепи. Микросхема
DA1 повторяет на своем выходе напряжение конденсатора, усили-
вая его по току, что устраняет влияние нагрузки на процесс заряда.
Много вариантов генераторов, выполненных с использовани-
ем стабилизации тока в цепи заряда, вы сможете найти в литерату-
ре, например [Л28, Л29].
144
Особенности применения аналоговых таймеров
а)
б)
Рис. 4.21. Генератор напряжения пилообразной формы со стабили-
зацией зарядного тока на биполярном транзисторе (а)
и поясняющие работу диаграммы (б)
145
Раздел 4
+15В
а)
Рис. 4.22. Варианты выполнения стабилизаторов тока для генератора
R1 = R4 Т. R1-C1
R2 = R3 3
Рис. 4.23. Схема генератора напряжения пилообразной формы
со стабилизацией зарядного тока на операционном усилителе
146
Особенности применения аналоговых таймеров
б)
а)
Рис. 4.24. Схема генератора напряжения треугольной формы
4.3.5. Управляемые напряжением генераторы
Как известно, одним из достоинств интегральных таймеров яв-
ляется стабильность частоты, которая очень мало зависит от окру-
жающей температуры и величины питающего напряжения. Но мы
можем специально ввести в схему возможность управления часто-
той при фиксированном значении времязадающего конденсатора.
Частоту генератора можно менять следующими способами:
1) изменяя напряжение переключения компараторов (порога
срабатывания);
2) изменяя напряжение, подаваемое на времязадающую цепь;
3) изменяя сопротивление в цепи заряда времязадающего
конденсатора.
147
Раздел 4
В технической документации на микросхемы приведены два
варианта включения, позволяющие получить на выходе модулиро-
ванные импульсы, рис. 4.25 и 4.26 (диаграммы напряжения в конт-
рольных точках поясняют работу). Здесь используется как раз пер-
+5...15В
Рис. 4.25. Схема широтно-импульсной модуляции сигнала,
синхронизированного от внешнего источника (а),
и поясняющая работу диаграмма (б)
148
Особенности применения аналоговых таймеров
Рис. 4.26. Схема для получения частотной модуляции выходных
импульсов (а) и диаграмма, поясняющая работу (б)
вый способ, т. е. меняется порог срабатывания компаратора путем
подачи модулирующего сигнала на вывод 5. При этом, в зависимо-
сти от схемы включения можно сделать широтно-импульсную или
частотную модуляцию.
Второй вариант управления частотой применен в простом
преобразователе напряжение-частота, показанном на рис. 4.27
[ЛЗО]. Таймер DD1 включен по стандартной схеме мультивибрато-
149
Раздел 4
Рис. 4.27. Линейный преобразователь напряжение-частота
ра с той лишь разницей, что времязадающий резистор заменен ге-
нератором тока на операционном усилителе DA1. Это позволило
получить нелинейность преобразования напряжение-частота, не
превышающую 3% (для высокой линейности преобразования от-
клонение сопротивлений резисторов R1-R3 и R5 от номинала не
должно превышать 0,5%). При указанных на схеме значениях эле-
ментов изменение входного напряжения от 0 до 5 В вызывает ли-
нейное увеличение частоты на выходе устройства от 0 до 21 кГц
(коэффициент преобразования — 4,2 кГц/В).
Следует отметить, что для преобразования напряжения в ча-
стоту выпускается немало специальных микросхем, которые
обеспечивают более высокую линейность, точность, а также рабо-
ту в широком диапазоне входных напряжений [Л27, стр. 307], но
они значительно дороже. Для многих целей точности преобразо-
вателя, собранного на аналоговом таймере, бывает вполне доста-
точно.
4.3.6. Буферный согласующий элемент
В случаях, когда требуется передавать сигналы между удален-
ными узлами, микросхемы таймеров могут применяться как мощ-
ный буферный элемент, имеющий два устойчивых состояния на вы-
150
Особенности применения аналоговых таймеров
Ёходе. Благодаря наличию компараторов он не только повторяет
Сигнал на входе, но и обладает гистерезисом при переключении.
Гистерезис позволяет бороться с шумами, дребезгом напряжения
и другими помехами, а достаточно мощный выход микросхемы да-
ет возможность подключить к ней исполнительное устройство не-
посредственно или через контакты электромагнитного реле. Гисте-
|резис при переключении выхода необходим и при медленно изме-
‘няющемся входном сигнале, что позволяет использовать данную
(Микросхему в устройствах автоматики и сигнализации.
I; В качестве примера рассмотрим практическую схему, пока-
занную на рис. 4.28. Для того чтобы микросхема таймера работала
как компаратор, необходимо, чтобы двойной размах амплитуды
4
8
а)
R1®
100к И
С1 0,1мк 11-
O-4I—
100к И
DA1
LM555
3
> ивых1
►ивыхг
С2 J_ СЗ J*
0.01MK-I- Юмк “Г
>оп
Рис. 4.28. Формирователь прямоугольных импульсов
из входного сигнала
6
2
5
151
Раздел 4
входного напряжения превышал уровень 0,33 от Un (см. рис. 4.28,
б. Если на вход подается синусоидальный сигнал — на выходе бу-
дут прямоугольные импульсы с формой меандр (пока номиналы
R1 = R2). При этом выходные импульсы имеют сдвиг по фазе отно-
сительно входного сигнала, величина которого зависит от частоты.
В случае необходимости может использоваться и второй выход
микросхемы — открытый коллектор внутреннего транзистора (вы-
вод?).
Еще один вариант включения микросхемы показан на
рис. 4.29. Не всегда требуется от устройства высокое быстродей-
ствие, особенно если оно ограничено последующими электромеха-
ническими узлами (например реле). В данном случае микросхема
используется в качестве магистрального согласующего элемента,
способного бороться с помехами, так как на ее входе включен ин-
тегратор из цепи R1-C1. Для эффективной работы такого каскада
входную емкость С1 надо брать как можно большей, лишь бы она не
ограничивала быстродействия системы в целом. Такой каскад об-
ладает большим входным сопротивлением и не требует магистра-
льного усилителя на “передающем” конце линии. Основной выход
таймера (3) может непосредственно подключаться ко входу цифро-
вых микросхем (при питании таймера тем же напряжением, что и
логические микросхемы). Дополнительный выход (7) тоже иногда
бывает полезен.
Un(+5B)
Рис. 4.29. Вариант стробируемого входного формирователя
Низкий уровень напряжения на выходе схемы может принуди-
тельно удерживаться при низком уровне стробирующего сигнала,
поступающего на вывод 4, что обеспечивает электронное управле-
ние работой микросхемы.
152
Особенности применения аналоговых таймеров
4.3.7. RS-триггер
Триггер — это элемент, который может находиться в двух
устойчивых состояниях. Познакомившись с функциональной схе-
мой таймера (рис. 4.6), вы уже видели, что она содержит внутри RS-
триггер, переключением которого можно управлять при помощи
трех входов. Причем вход Е (вывод 4) является приоритетным и мо-
жет использоваться для обнуления и запрета работы триггера. Эк-
вивалентное представление микросхемы при таком ее использова-
нии показано на рис. 4.30. Таблица истинности поясняет процессы.
Рис. 4.30. Схема включения микросхемы таймера при ее работе
в качестве RS-триггера
Рис. 4.31. Вариант управления переключением триггера
Резистор, показанный на схеме пунктиром, при коротких про-
водах от кнопки может не устанавливаться. Управляющие сигналы
На входы триггера могут подаваться и непосредственно с выходов
153
Раздел 4
логических элементов — в этом случае показанные на схеме доба-
вочные резисторы устанавливать не нужно.
Возможно также управлять переключением триггера при по-
мощи входа 5, если на выводы 6 и 2 подать уровень напряжения
0,5Un, рис. 4.31. После кратковременного замыкания любой из кно-
пок на выходе 3 будет сохраняться соответствующий уровень. Воз-
можно также использование приоритетного обнуления триггера
подачей нулевого уровня на вывод 4.
В некоторых справочных документах приводят таблицу, более
точно описывающую процесс переключения триггера микросхемы
в зависимости от уровней напряжений на входах (табл. 4.9).
Таблица 4.9. Состояние выходов в зависимости
от уровней напряжения на входах
Threshold (вывод 6) Trigger (вывод 2) Reset (вывод 4) Output (вывод 3) Discharge (вывод 7)
X X U<1...1,8B Low ON
U>0,67Un U>0,67Un High Low ON
0,33Un<U<0,67Un 0,33Un<U<0,67Un High — —
U<0,33Un U<0,33Un High High OFF
х — напряжение может быть любым от 0 до Un;
High — высокий уровень напряжения;
Low — низкий уровень напряжения;
----уровень не меняется.
Несколько вариантов практического применения таймера в ка-
честве триггера будет дано в разделе 5.
4.4. Виды подключаемой нагрузки
и общие рекомендации
Так как данные таймеры имеют достаточно мощный выходной
каскад (с током до 200 мА), они допускают прямое подключение
различных видов нагрузки. Из них наиболее распространенные ва-
рианты показаны на рис. 4.32.
При работе таймера в режиме звукового генератора к его вы-
ходу может подключаться динамик непосредственно, если он име-
154
Особенности применения аналоговых шацмеров
Рис. 4.32. Подключаемая нагрузка для микросхемы
'ет активное сопротивление катушки не менее 100 Ом (индуктивное
сопротивление катушки для звуковых частот значительно превыша-
ет активное). Если же активное сопротивление у динамика меньше,
!то он включается с добавочным резистором (а) или через раздели-
тельный конденсатор (б), причем для сопротивления катушки 8 Ом
допустимо использовать разделительный конденсатор величиной
не более 1 мкФ. Добавочный резистор предотвращает поврежде-
ние микросхемы из-за перегрузки по току, но в этом случае часть
энергии источника питания расходуется впустую (на нагрев рези-
стора). Чтобы исключить лишние потери энергии и перегрузку вы-
хода микросхемы, при подключении низкоомного динамика можно
применять согласующий трансформатор (в).
Пьезоизлучатели имеют большое сопротивление и могут под-
ключаться непосредственно к выходу микросхемы, но для получе-
s 155
Раздел 4
ния от них большой громкости сигнала лучше такие элементы пи-
тать повышенным напряжением — этого можно добиться при помо-
щи автотрансформаторного включения нагрузки (г).
Для индикации состояния выхода нередко применяют свето-
диоды, включенные последовательно с ограничивающим ток рези-
стором (д) или (е).
Когда микросхема формирует длительные импульсы или же
работает в режиме компаратора, к выходу может подключаться
электромагнитное реле, как это показано на рисунке (ж) или (з).
В качестве звукового сигнализатора иногда используют и электро-
магнитный звонок (и).
Если для работы микросхемы выход 7 не используется, то к не-
му можно подключить любой светодиод (или группу светодиодов),
как это показано на рис. 4.32, е или же по варианту (к). Возможно
также соединить вывод 7 с выводом 3 для увеличения нагрузочной
способности микросхемы при низком'выходном уровне.
К выходу микросхемы могут подключаться нагрузки разных ви-
дов одновременно, например, светодиоды и реле, если при этом
не будет превышен максимально допустимый ток. Тут следует по-
мнить, что микромощные варианты таймеров допускают и меньший
максимальный выходной ток, см. табл. 4.6.
При выборе источника питания для автономной конструкции,
выполненной на аналоговом таймере, следует учитывать, что сама
микросхема, изготовленная по классической технологии, потребля-
ет от источника с напряжением 5 В —5 мА, от 15 В — 8... 10 мА. Мно-
гие современные КМОП-таймеры более экономичны, их потребле-
ние составляет соответственно: 5 В—0,1 мА, 15 В —0,25 мА.
Еще один момент, который следует учитывать при разработке
конструкции, это наличие в цепи питания импульса тока (от 0,15 А и
более), который возникает во время переключения микросхемы.
Поэтому, если источник питания расположен удаленно от микро-
схемы, необходимо около ее выводов питания устанавливать филь-
трующий низкочастотный конденсатор емкостью 10...220 мкФ, а
иногда еще и высокочастотный 0,1 мкФ.
В случаях, когда требуется в нагрузке больший ток, чем это мо-
жет обеспечить выход микросхемы, устанавливают усилитель —
транзистор, рис. 4.33. Для варианта подключения транзистора, по-
казанного на рис. 4.33, в, резистор между выходом и базой транзи-
стора можно не ставить, так как входное сопротивление у такого ка-
156
Особенности применения аналоговых таймеров
Рис. 4.33. Увеличение нагрузочной способности микросхемы
када RBX-= (h2iэ +1) • RH, т. е. оно будет увеличено относительно со-
|ротивления нагрузки на коэффициент усиления транзистора (h2ia) -
Когда необходимо управлять мощной нагрузкой с токами более
Ю А целесообразно использовать промежуточный каскад на комп-
!иментарной паре полевых транзисторов, например, как это пока-
;ано на рис. 4.33, г. Это позволяет значительно ускорить переклю-
1ение силового ключа, за счет чего снизится его нагрев.
В некоторых устройствах таймеры используются как тактовый
енератор для работы остальной схемы, но чаще эти микросхемы
1аходят применение в виде простых законченных конструкций, вы-
юлняющих одну из нужных функций, например, звуковых сигнали-
заторов, регулируемых прерывателей тока, формирователей
Управляющих сигналов от различных видов датчиков и многих дру-
их. С большим разнообразием таких устройств вы сможете позна-
юмиться в следующем разделе.
При повторении конструкций, выполненных на таймерах, если
ючатную плату приходится выполнять самостоятельно, обычно не
157
Раздел 4
имеет большого значения его конструктивное исполнение, но при
ремонте промышленной радиоаппаратуры нужно более точно учи-
тывать особенности микросхем (диапазон рабочих температур, на-
грузочную способность и др.), а также знать конструкцию корпуса
для выбора подходящего эквивалента замены. К сожалению, каж-
дая фирма имеет свою систему обозначений типа корпуса. Тут
можно руководствоваться таблицей, приведенной ниже. Она хотя и
не полная, но содержит наиболее распространенные микросхемы.
Таблица 4.10. Перечень эквивалентной замены микросхем
Микросхемы, изготовленные по технологии,
обеспечивающей пониженное потребление тока
ICM7555CD = TS555CD____________________________________________
ICM7555CN = TS555CN = GLC555 = NE555-CMOS = NE555NCMOS-MBR_____
ICM7555ID = TS555ID____________________________________________
ICM7555ISA = TS555ID = KS555D = TLC555ID_______________________
ICM7555IPA = TS555IN = KS555N
ICM7555IN = TS555IN = TLC555IP
LMC555 = TLC555 = TS555 = ICL7555 = ICM7555IPA = ALD555-1 = КА555
LMC555CM = TS555CD = KS555HD = NTE955SM = UPD555G2 = TLC555CD
LMC555CN = TS555CN = KS555HN = UPD555C = TLC555CP
XR-L555CN = SK10449
ICM7556 = KS556
ICM7556IPD = GLC556 = NE556NCMOS-MBR
ICM7556IDP = TS556IN = TLC556IN
ICM7556ISD = TS556ID = TLC555ID
KS556D = TS556CD = UPD556G2 = TLC556CD______________________
KS556N = TS556CN = UPD556C = TLC556CN_______________________
NE556D = LM556CM____________________________________________
NE556N = LM556CN
Микросхемы, изготовленные по классической технологии
NE555 = LB8555D = NJM555D = ТА7555Р = UPC617C = UPC1555C = AN1555N =
МС1455ВР1
158
Особенности применения аналоговых таймеров
NE555CN = LM555C = AS555CN = КР1006ВИ1________________________
NE555D = MC1455D = LM555CM = TA7555F = IN555D_________________
NE555D-MBR = KA555D___________________________________________
NE555N = B555D = LM555CN = НА17555 = LB8555D = М51841Р= МС1455Р1 =
МХ5741 = NTE955M = RC555NB = RM555DE = SE555JG = SG555CM = SN72555 =
ТА7555Р = ТА6710А = TDB0555DP = UA555TC = UA555TC = IN555N = КР1087ВИ2
NE555N-8 = UA555TC-8 = М51841Р = TA7555S = ECG955M____________
NE555JG = MC1455U_____________________________________________
NE555L/T = MC1455G____________________________________________
NE555V = LM555CN = МС1455Р1 = SG555CM = ТА7555Р = UA555TC_____
NE555P = NE555N-MBR = RC555N = КА555 = LM2905_________________
NJM555S = LB8555S_____________________________________________
SA555N = МС1455ВР1 = LM3905N
NE556 = LM556N = ECG978 = NTE978 = SG556CN = TDB0556A = XR556V = NJM556
NE556A = МС3456Р
NE556N = UA556PC = МС3456Р = SG556CN = UA556PC
NE556N-MBR = B556D = LM556CN = KA556 = MC3456 = MC3556
[NE556D-MBR = KA556D
NE558N-MBR = KA558 = HD17558
О распространенных ошибках
Несколько слов о том, что нельзя делать с таймером. В схемах,
публикованных в радиолюбительской литературе и в Интернете,
асто встречаются грубые технические ошибки, которые не следует
овторять. С некоторыми из них устройство может некоторое вре-
!я еще работать, но кому нужны ненадежные схемы?
Первая ошибка — непосредственное подключение к выходу
1икросхемы затвора мощного полевого транзистора (МОП или
1OSFET) для увеличения коммутируемой мощности в нагрузке.
,се знают, что для управления таким транзистором требуется не
Ток, а напряжение, т. е. в этом случае перегрузить выход микросхе-
мы как будто бы нельзя. Но многие забывают о существовании у
Мощных полевых ключей большой входной емкости и наличии эф-
>екта Миллера, который объясняется существованием отрицате-
ьной обратной связи с выхода через емкость затвор-сток (через
ту емкость часть напряжения с выхода полевого транзистора по-
тупает на его затвор). Все это может привести к тому, что транзи-
159
Раздел 4
стор станет самопроизвольно открываться в тот момент, когда при-
ходит закрывающий сигнал. Более подробно происходящие про-
цессы описаны в книге [Л 15]. Чтобы уменьшить влияние входной
емкости на переходные процессы переключения, в полевом тран-
зисторе в цепь между затвором и выходом управляющей микросхе-
мы ставится резистор 20...560 Ом.
Вторая ошибка — не следует подавать на входы (выводы 2, 4,
5, 6 и 7) напряжение, превышающее питающее или противополож-
ной полярности. Данное требование относится и к электростатиче-
ским зарядам, которые могут появиться на висящем в воздухе или
идущем от удаленного источника длинном проводе, подключенном
ко входу. И хотя для таймеров, изготовленных по классической тех-
нологии (например для КР1006ВИ1), указывают допустимый стати-
ческий потенциал 200 В, экспериментировать с этим не рекоменду-
ется.
Как бороться с импульсными помехами по входам при помощи
варисторов и сапрессоров, было уже рассказано в первом разделе
данной книги. При возникшей необходимости вы сможете этими
знаниями воспользоваться.
Кроме того, при применении микромощных таймеров надо
учитывать наличие характерных для КМОП-технологии паразитных
структур, которые могут разрушить кристаллы при напряжении на
входах более Un+0,3 В или менее -0,3 В. Т. е. рекомендуется пода-
вать на входы сигналы, привязанные к тому же самому источнику
питания, от которого питается и сама микросхема. Если это невоз-
можно, то источник питания, от которого запитывается микросхе-
ма, должен включаться в радиоаппаратуре первым, а отключаться
последним.
Третья ошибка заключается в том, что при выполнении в схе-
ме задержки на большой интервал времени используется времяза-
дающий конденсатор большой емкости (>22 мкФ), который под-
ключается непосредственно к выводу 7 цепи разряда. При этом ток
разряда конденсатора может превысить допустимое значение для
внутреннего транзистора микросхемы. Для исключения такой воз-
можности последовательно с конденсатором большой емкости же-
лательно устанавливать токоограничивающий резистор величиной
около 0,1... 1 кОм.
Четвертая ошибка — это установка регулировочного рези-
стора между выводом 7 и +11п. При этом возможно такое положе-
ние ползунка регулятора, когда вывод 7 микросхемы замыкается
накоротко с плюсом цепи источника питания, что может привести к
160
Особенности применения аналоговых таймеров
овреждению микросхемы. Чтобы такое исключить, последовате-
ьно с регулировочным резистором ставится добавочный токоог-
>аничивающий резистор 0,3... 1 кОм. Правда, для некоторых типов
1икросхем (например NE555, SE555) никакой защиты от превыше-
ия тока через вывод 7 не требуется, так как внутри уже сделано
граничение тока.
Пятая ошибка — для устойчивой работы и устранения неста-
ильности запуска, вызванной пульсацией напряжения источника
итания, необходимо параллельно выводам питания таймера под-
лючать конденсатор емкостью не менее 1 ...10 мкФ, фильтрующий
омехи. При этом надо располагать его в непосредственной близо-
ти от выводов микросхемы.
Шестая ошибка — при подключении к выходу микросхемы
лектромагнитного реле необходимо устанавливать параллельно
го обмотке обратно включенный демпфирующий диод. Он обес-
ечивает защиту выхода микросхемы от выброса противо-э.д.с.,
оторый возникает при отключении индуктивной нагрузки. Возмож-
о также применение и других защитных элементов, описанных в
ервом разделе данной книги.
4.5. Программы для расчета
временных параметров
Для персонального компьютера написано много разных спе-
иализированных вспомогательных программ для расчета времен-
ых параметров работы таймера. Все они бесплатные и свободно
аспространяются через Интернет (по указанным ниже адресам их
южно получить). Здесь мы рассмотрим только несколько самых
добных из них.
Пользоваться программами довольно просто: выбираем ре-
:им и вводим исходные значения времязадающих элементов и
разу получаем рассчитанную частоту для генератора (Astable), со-
бранного по типовой схеме, рис. 4.16 (дополнительно еще может
доказываться рассчитанная длительность импульса (Т1) и рабочий
,икл “duty cycle” — D = Т1 /Т, а для одновибратора (Monostable), со-
бранного по схеме, рис. 4.5, только длительность импульса.
Но кроме простейших программ существуют профессиональ-
ые мощные универсальные пакеты для моделирования электриче-
ких процессов, например Electronics Workbench, MicroCAP V и др.
161
Раздел 4
На их освоение требуется потратить немало времени. К тому же ле-
гальное приобретение таких программных продуктов довольно до-
рого, а “пиратские” копии или DEMO-версии могут иметь различ-
ные ограничения.
1) 555 timer component selection — ic_555.exe (221 Кб).
Программа написана для Windows и не требует инсталляции.
Внешний вид окна после запуска показан на рис. 4.34. В отличие от
остальных, позволяет сразу выбирать номиналы времязадающей
цепи из значений стандартного ряда (Е24) элементов. Значения
при расчете могут использоваться для резисторов от 1 кОм до
1 МОм, конденсаторов от 1000 пФ до 10ОО мкФ.
Файл программы можно переписать с сайта:
http://www.westminster.org.uk/intranet/departments/electronics
Рис. 4.34. Внешний вид окна программы
2) 555 TIMER - timer.zip (97 Кб).
Программа написана для DOS, но работает и в Windows в ре-
жиме эмуляции DOS, рис. 4.35. Позволяет рассчитать частоту авто-
генератора, при этом параметры резисторов можно вводить от
100 Ом до 10 МОм, а емкость от 100 пФ до 1 Ф.
http://electronicworld.freeyellow.com/
162
Особенности применения аналоговых таймеров
Рис. 4.35. Внешний вид окна программы
555 CALCULATORS
You will need a Javascript browser? such as Netscape 3.4+ or MSIE 4.5+
MONOSTABLE TIMEOUT CALCULATOR
Type in the
Capacitor
Value
|o,ooooi
Farads
Type in the
Resistor
Value
[2000000 |
Ohms
| Calculate |
This is
the
TIMEOUT
I22 I
SECONDS
Remember that te capacitor value is in farads and not microfarads. A 10 uF
cap would be .00001, a 1uF cap wold be .000001, etc. Resistor values are
in Ohms (IE: 1К is 1000,1M is 1.000.000).
ASTABLE SQUARE WAVE CALCULATOR
Type in the
Capacitor
Value
|o.oooooi |
Farads
Type in the
Resistor 1
Value
|1000000
Ohms
Type in the
Resistor 2
Value
] 10000
Ohms
This is
the
TIMEOUT
|0,69992999998 |
SECONDS
SECONDS
This is
the
TIME LOW
This is
the
FREQUENCY
[ 1,4147072970б[
HERTZ
Th is is
the
DUTY CYCLE
[ 99,0196078431з|
Percentage
Рис. 4.36. Внешний вид окна программы
Раздел 4
3) Существует несколько программ расчета, выполненных в
виде HTML-документов (Интернетовских страниц). Например, на
сайте “Basic Electronics.Com” имеется электронный калькулятор
(http://webhome.idirect.com/~jadams/electronics/555calcs.htm)
определения времязадающих элементов для типовых схем включе-
ния таймера. Внешний вид меню показан на рис. 4.36. Для незави-
симого использования такой программы без подключения к Интер-
нету необходимо ее сохранить на своем компьютере, перейдя к ме-
ню сДобавить в избранное>, отметив галкой опцию сСделать
доступной автономно.
Еще несколько вариантов аналогичных программ и обучаю-
щую информацию по практическому использованию таймеров вы
сможете найти в Интернете по адресам:
http://www.hot.ee/ps00/ele/555.htm
http://www.hot.ee/ps00/ele/555_tut.htm
http://www.ilmu.8k.com/kalkulator/kal555.html
http://www.westminster.org.uk/intranet/departments/electronics
http://www.mitedu.freeserve.co.uk/Downloads/download.htmhttp://www.williamson-labs.com/555-circuits.htm
http: //www. schematica. com/Freeware/Freeware. htm
http://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden
На этом мы пока закончим знакомство с основными возможно-
стями таймеров и перейдем к практическим схемам.
164
§ I Практические схемы
“* на таймерах
I
Имеются тысячи разных вариантов практического использова-
1я аналоговых таймеров 555 серии. Все их, конечно, невозможно
>ивести, но мы рассмотрим наиболее характерные примеры. Эти
емы вы легко сможете собрать и использовать в различных своих
нструкциях, изменив только времязадающие элементы для Полу-
нин необходимого режима работы. А объединив несколько схем
одну, можно получить совершенно новое устройство. Микросхе-
а таймера может вас выручить во многих случаях, при этом не
>ебуя больших материальных затрат.
Так как все опубликованные здесь схемы довольно простые,
i-за ограниченного объема книги печатные платы к ним не приво-
|тся (для монтажа во многих случаях можно воспользоваться уни-
рсальной макетной платой). А чтобы не повторяться, описание
тройств дается довольно краткое, так как подразумевается, что с
•едыдущим разделом вы уже познакомились или же и без этого
>нимаете все особенности работы микросхемы.
5.1. Генераторы сигналов
Итак, начнем с самого распространенного и простого — гене-
[торов сигналов. Они могут применяться не только как тактовые
1я работы цифровой схемы, но и в качестве звукового оповеще-
1я (формирователя сигнала тревоги) или же получения множества
пличных звуковых эффектов. А если увеличить частоту сигнала
115...45 кГц и в качестве излучателя использовать пьезоэлемент,
торый рассчитан на работу в соответствующем диапазоне, —
тройство можно применять для отпугивания животных. Аналогич-
ый способ используют и для борьбы с грызунами (мышами, кры-
1Ми), но для этого потребуется увеличить мощность излучаемого
гнала.
Некоторые из схем этого раздела вы уже наверняка встречали
ньше в технической литературе, но без их размещения здесь ин-
>рмация по применению аналоговых таймеров была бы не полной.
165
Раздел 5
5.1.1. Получение мощного звукового сигнала
Иногда требуется получать звуковой сигнал значительно боль-
шей мощности, чем это может обеспечить выход микросхемы.
В этом случае можно воспользоваться усилителем, выполненным
на биполярном или полевом транзисторе, подключенным, как это
показано на рис. 5.1. Применение полевого транзистора более це-
лесообразно из-за меньших потерь на н'ем в открытом состоянии
(имеют меньшее сопротивление исток-сток). В этом случае при то-
ках в нагрузке до 5 А теплоотвод для транзистора, скорее всего, не
потребуется.
а)
Рис. 5.1. Генератор мощного звукового сигнализатора (а)
и возможный вариант выходного каскада (б)
б)
Частота звука может регулироваться подбором номиналов R2
и С1, а максимальная мощность звука зависит от сопротивления
динамика. Так, при Ян = 4 Ом и Un = 15 В выходная мощность будет
не более 28 Вт.
5.1.2. Двухтональный звуковой генератор
На двух таймерах можно легко выполнить двухтональный зву-
ковой генератор, например, как это показано на рис. 5.2 (для тако
го генератора удобно воспользоваться сдвоенной микросхемой,
имеющей в одном корпусе два таймера).
В схеме на рис. 5.2, а частота микросхемы DA2 меняется за
счет периодического изменения суммарного сопротивления в цепи
166
Практические схемы на таймерах
Рис. 5.2. Генератор двухтонального сигнала:
а — вариант 1;б — вариант 2
|аряда конденсатора С4, так как второй генератор (DA1) работает
более низкой частоте (0,7 Гц) и управляет переключением тона-
гНОСТИ.
Во втором варианте двухтонального генератора (рис. 5.2, б)
вменение частоты происходит за счет изменения порогового на-
ряжения у компараторов. Из-за конденсатора С5 обеспечивается
юлее плавный переход между частотами (его заряд проходит че-
ез внутренние резисторы микросхемы, а разряд через выход мик-
юсхемы DA1). С номиналами, указанными на схеме, генератор DA1
деботает на частоте 1 Гц, a DA2 примерно 1,5 кГц.
Частоты обоих генераторов могут изменяться в широких пре-
делах, но для схемы на рис. 5.2, б важно сохранить соотношение
юэисторов обратной связи R2/R1 и R5/R4 как 1:10.
167
Раздел 5
Двухтональный генератор можно выполнить и немного другим
способом, описанным в пояснениях к схеме звуковой сирены,
смотри статью 5.1.4.
5.1.3. Генераторы прерывистого тонального
сигнала
Выполнить генератор прерывистого тонального сигнала мож-
но по схеме на рис. 5.3. Он позволяет управлять началом работы
схемы подачей питающего напряжения на вход DA1/4. Но в тех слу-
чаях, когда для работы устройства необходимо использовать два
таймера, удобнее взять микросхему, уже имеющую их в одном кор-
пусе (см. табл. 4.2).
Рис. 5.3. Выполненный на двух таймерах генератор
прерывистого сигнала
Варианты генераторов, выполненных на сдвоенном таймере,
показаны на рис. 5.4 и 5.5. Включение таймера в режиме генерато-
ра симметричных импульсов (рис. 5.4, б) позволяет сократить чис-
ло необходимых элементов. Эти схемы являются универсальны-
ми — имеется возможность регулировать частоту звука и интервал
повторения в широком диапазоне.
На рис. 5.5 приведена схема генератора, вырабатывающего
сигнал для работы звонка телефонного вызова с интервалами в
10 с. Для этого использован низкочастотный повышающий напря-
жение трансформаторе 12 до 70...100 В.
Самый простой формирователь прерывистого звукового сиг-
нала можно выполнить и на одиночном таймере, если воспользо-
ваться любым мигающим светодиодом. Например, светодиоды
168
'(1здел 5
б)
а)
Рис. 5.4. Схемы генераторов прерывистого тонального сигнала:
а — вариант 1,6 — вариант 2
L-36B, L-56B, L-456B и некоторые другие уже имеют внутри пре-
>ыватель (они выпускаются с разным цветом свечения). Включать
ветодиод надо так, как это показано на рис. 5.6. В этом случае ча-
стота чередования пачек полностью зависит от параметров при-
'мененного светодиода. Обычно их период мигания находится в
Йнтервале 0,5... 1 с. Для устройств сигнализации этого вполне до-
статочно. Частота заполнения пачек (звуковым сигналом) зависит
5Т номиналов элементов C1-R1.
169
Раздел 5
Рис. 5.5. Схема генератора прерывистого сигнала
для работы телефонного звонка
Рис. 5.6. Формирователь прерывистых пачек импульсов
Рис. 5.7. Формирователь прерывистых импульсов
без использования мязадающего конденсатора
170
Практические схемы на таймерах
Если же требуется просто формирователь прерывистых им-
щьсов, то можно воспользоваться схемой, не имеющей конденса-
ров во времязадающей цепи, приведенной на рис. 5.7. Здесь
ймер работает как мощный буферный элемент, обладающий гис-
резисом при переключении.
* 5.1.4. Звуковая сирена
На основе двух таймеров можно выполнить генератор с перио-
Мчески плавно меняющейся тональностью звука, рис. 5.8 [Л31],
Ля чего надо подать напряжения Un на оба управляющих входа,
ри этом в зависимости от соотношения резисторов R2-R3 мы по-
учаем:
R2 = R3 — линейно изменяющаяся частота (сначала понижает-
й, а затем повышается);
R2 > R3 — линейно повышающийся тон (быстрый заряд С4 и
едленный разряд);
R2 < R3 — линейно понижающийся тон (медленный заряд С4 и
быстрый разряд).
= Наличие двух управляющих входов позволяет изменять режим
работы следующим образом:
! — при подаче нулевого потенциала на вход DA1/4 прекращает-
ся изменение тональности;
— подача нулевого потенциала на вход DA2/4 блокирует рабо-
ту генератора.
Рис. 5.8. Схема генератора сигнала сирены на двух микросхемах
171
Раздел 5
Аналогичную схему, имитирующую работу милицейской сире-
ны, можно выполнить на сдвоенном таймере, рис. 5.9. В этом слу-
чае низкочастотный сигнал, формируемый одним из таймеров, мо-
дулируется вторым генератором (используется вывод 11). На кон-
денсаторе С4 получается треугольное напряжение, которое и
меняет тональность звука на выходе 9. Величина этого конденсато-
ра влияет на скорость изменения тона.
Рис. 5.9. Вариант генератора сигнала сирены
на сдвоенной микросхеме
Светодиод HL1 можно не устанавливать, а если конденсатор
С4 убрать из схемы, то получится двухтональный генератор.
5.1.5. Генератор сигнала с понижающейся
частотой
Приведенная на рис. 5.10 схема, после кратковременного на-
жатия на кнопку SB1, формирует звуковой сигнал в течение интер-
вала, пока идет разряд конденсатора С1. При этом частота выход-
ного сигнала от 500 Гц постепенно снижается до полного исчезно-
вения. Причем интервал, в течение которого ,этот процесс
проходит, зависит от величины емкости С1 и резистора R1.
172
Практические схемы на таймерах
ic. 5.10. Схема генератора НЧ сигнала с уменьшающейся частотой
5.1.6. Генератор двуполярного сигнала
Оригинальный способ получения двуполярных импульсов при-
еден в описании к микросхеме МС3456 (сдвоенный таймер),
•Ис. 5.11. В ней два таймера включены по схеме одновибраторов,
б)
Рис. 5.11. Схема генератора двуполярного сигнала (а)
и вариант нагрузки(6)
173
Раздел 5
но их объединение в кольцо (взаимозависимый запуск) позволяет
получить автогенератор. При С1 = С6 = 0 выходная частота импуль-
сов будет определяться из соотношения:
F_ 031 D_ R1
(R1 + R5)C’ R1 + R5
За счет того, что в нагрузке, подключенной одновременно к
двум выходам микросхем, направление тока будет периодически
меняться, максимальная амплитуда сигнала составит до 0,8Un.
Простейшее применение такой схемы — это управление гир-
ляндой, состоящей из двуполярных светодиодов, подключенных,
как это показано на рис. 5.11, б или же пьезоизлучателем. А при не-
обходимости можно ввести стробирование — управление включе-
нием работы генератора при подаче управляющего напряжения на
выводы 4 и 10.
5.1.7. Генератор с кварцевой
стабилизацией частоты
Иногда от задающего тактового генератора требуется более
высокая стабильность частоты, чем это может обеспечить микро-
схема таймера. В этом случае можно воспользоваться необычной
схемой включения, в которой для стабилизации применен кварце-
вый резонатор, рис. 5.12 [Л50]. Конденсатор С1 служит для точной
подстройки частоты. Монтаж этой схемы надо выполнять с вывода-
ми у деталей минимальной длины.
В выходном сигнале генератора (из-за импульсной формы)
присутствует большое число гармоник, идущих с шагом в 100 кГц
Рис. 5.12. Схема генератора с кварцевой стабилизацией частоты
174
Практические схемы на таймерах
(100,\200, 300 3900, 4000 кГц и выше). Это позволяет без не-
посредственного подключения принимать такие сигналы любым
радиоприемником — достаточно собранную схему разместить ря-
дом с его антенной. Такой генератор может использоваться в ка-
честве калибратора при проверке или настройке шкалы у радио-
приемника.
5.1.8. Генератор сверхнизких частот
На рис. 5.13 показан вариант схемы, в которой кроме таймера
(DA2) применяется операционный усилитель (DA1), имеющий по-
левые транзисторы на входе. Что позволяет значительно увеличить
номиналы времязадающих элементов для таймера, выполненного
по классической технологии (на биполярных транзисторах), не на-
рушая его режим работы. Такое включение позволяет получать на
выходе сверхнизкочастотные импульсы, период у которых опреде-
ляется по формуле [Л39]:
1,4R1C1(R2+R3)
R3
Для указанных на схеме номиналов R2 и R3 можно воспользо-
ваться более простым выражением: Т ~ 100 R1 С1 (подставляя
номиналы R1 и С1, получаем Т~ 3600 с).
Рис. 5.13. Схема генератора сверхнизких частот
175
Раздел 5
5.2. Устройства для проверки узлов /
и деталей радиоаппаратуры '
В домашних условиях мало у кого из радиолюбителей есть пол-
ный набор профессиональных измерительных приборов. Слишком
это дорого и вряд ли необходимо. Во многих случаях можно обой-
тись простейшими схемами или приспособлениями, на сборку ко-
торых уйдет не более часа. Они вам смогут помочь в большинстве
случаев при проверке, ремонте или настройке радиоаппаратуры.
5.2.1. Измерительный генератор
прямоугольных импульсов
Для настройки устройств, собранных на логических микросхе-
мах, которые содержат триггеры, счетчики или сдвигающие реги-
стры, иногда требуется иметь внешний тактовый генератор импу-
льсов, параметры которых можно менять в широких пределах.
Вариант универсального генератора прямоугольных импуль-
сов показан на рис. 5.14. Он позволяет отдельно устанавливать пе-
риод и длительность импульсов. При этом период можно менять от
14 мкс до 1,4 с (частота от 71 кГц до 0,71 Гц), а длительность от
Рис. 5.14. Схема генератора импульсов с регулируемой
длительностью и частотой
176
Практические схемы на таймерах
0,7 мкс до 0,7 с. Плавная регулировка временных параметров вы-
полняется резисторами R3 и R5, а для удобства весь диапазон пе-
рестройки разделен на 5 поддиапазонов, устанавливаемых при по-
мощи соответствующих переключателей (SA1, SA2). Максимальная
амплитуда выходного сигнала зависит от значения питающего на-
пряжения и может плавно регулироваться резистором R8. Питаю-
щее напряжение может изменяться в широких пределах
При использовании КМОП-варианта микросхемы диапазон пе-
рестройки параметров можно увеличить.
5.2.2. Генератор калиброванных
по амплитуде импульсов
Для настройки некоторых приборов иногда требуется иметь
источник импульсов, имеющий фиксированную амплитуду. На
рис. 5.15 приведен вариант такого источника, выполненного на
микросхеме таймера. Форма у сигнала будет меандр, т. е. длитель-
ность импульса и пауза между ними равны.
Рис. 5.15. Источник калиброванных по амплитуде импульсов
Импульсы с выхода микросхемы DA1/3 поступают на стабили-
затор напряжения DA2. На выходе стабилизатора, благодаря дели-
телю, выполненному на резисторах R2...R6, мы получаем импульсы
фиксированной амплитуды с напряжением 1, 2, 3, 4 и 5 В. Резисто-
ры делителя нужно использовать с допуском не хуже 1%.
177
/
Раздел 5
------------------------------------------------------
5.2.3. Простые генераторы сигналов пилообразной
и треугольной формы
Кроме уже описанных схем в разделе 4, для получения пилооб-
разного или треугольного напряжения можно воспользоваться и
более простыми вариантами. В случае если высоких требований к
линейности формы выходного сигнала не предъявляется, то пило-
образное или треугольное напряжение легко получить на интегри-
рующей цепи из резистора и конденсатора, как это показано на
рис. 5.16 и 5.17. Здесь используется то свойство, что на начальном
этапе заряда конденсатора рост на нем напряжения происходит
почти линейно. Сами схемы в особых пояснениях не нуждаются, но
к конденсатору должен подключаться каскад, ймеющий большое
входное сопротивление.
Рис. 5.17. Генератор треугольных сигналов
178
Практические схемы на таймерах
------------------------------------------------
5.2.4. Индикатор пропадания импульсов
На выходе схемы, рис. 5.18, появляются импульсы только в
том случае, если в последовательности импульсов, приходящих
-на вход, пропадет хотя бы один из импульсов. Микросхема ра-
ботает в режиме ждущего мультивибратора. Параметры время-
задающих элементов зависят от частоты входного сигнала, и
они выбираются из условия, чтобы длительность выходных им-
пульсов была примерно вдвое больше, чем длительность запус-
кающих.
Рис. 5.18. Схема индикатора пропадания импульса (а)
и диаграмма, поясняющая работу (б)
До тех пор, пока на вход микросхемы поступают непрерывно
импульсы, на выходе будет присутствовать высокое напряжение.
179
Раздел 5
5.2.5. Индикатор интервалов между
последовательностями импульсов
Схема, приведенная на рис. 5.19, а, может использоваться в
качестве индикатора появления провала (паузы) в кодовой после-
довательности импульсов. Сама микросхема включена в режиме
ждущего мультивибратора, и пока на входе (2) есть импульсы —
транзистор VT1 будет периодически разряжать конденсатор С1,
препятствуя его заряду. При отсутствии на входе импульсов кон-
денсатор С1 через интервал Т = 1,1 • R2 С1 сможет зарядиться до
порога переключения верхнего компаратора (уровня 2/3 Un) и на
выходе (3) появится нулевое напряжение, которое будет там при-
сутствовать до момента появления следующего входного импуль-
Рис. 5.19. Схема индикатора увеличенных интервалов между
импульсами (а) и поясняющая работу диаграмма (б)
180
Практические схемы на таймерах
са, — светодиод HL1 при этом светится. Интервал времени Т1 надо
выбирать так, чтобы он превышал максимальный период входных
импульсов примерно вдвое или больше.
Такая схема может использоваться, например, для синхрони-
зации работы осциллографа при контроле кодовой посылки импу-
льсов или в качестве сигнализации аварийных режимов в устройст-
вах автоматики.
5.2.6. Простой звуковой пробник
Иногда бывает неудобно пользоваться универсальными стре-
лочными или цифровыми приборами (мультиметрами) для “про-
звонки” цепей из-за их габаритов. К тому же при индуктивном ха-
рактере сопротивления в цепи (обмотки трансформатора, дроссе-
ли и др.) цифровые приборы часто дают недостоверный результат
(это одна из причин, по которой цифровые мультиметры не могут
вытеснить стрелочные).
На основе таймера можно выполнить простой пробник для
прозвонки цепей монтажа. В принципе, в качестве пробника может
работать любой звуковой генератор, вырабатывающий периодиче-
ские колебания, если в разрыв его цепи питания подключать конт-
ролируемую цепь. Но в этом случае удастся обнаружить только на-
личие или обрыв линии с достаточно низким сопротивлением. Поэ-
тому в качестве пробника более удобным является вариант схемы,
показанный на рис. 5.20. В ней контролируемая цепь подключается
к зажимам Х1 - Х2, и если она имеет малое сопротивление, будет
181
Раздел 5
работать автогенератор в звуковом диапазоне. При некотором
опыте, по частоте звука можно судить о величине сопротивления
линии (Fix). Контролируемая цепь может иметь сопротивления от О
до 600 кОм, при этом частота генератора будет меняться от 3500 Гц
до 100 Гц.
Для того чтобы имелась возможность проверять таким при-
бором любые цепи, исключая их повреждение, а также с целью
повышения экономичности работы прибора, в схеме используется
КМОП-микросхема таймера, работающая при пониженном питаю-
щем напряжении (до 2 В). Возможно также применение аналогич-
ных микромощных микросхем LMC555, TLC555C, TLC551. В каче-
стве звукового излучателя подойдет любой малогабаритный дина-
мик с сопротивлением катушки не менее 50 Ом, но для этих целей
удобнее использовать малогабаритные преобразователи, напри-
мер, НСМ1606, НСМ1806 (без встроенного генератора) фирмы
JL World.
5.2.7. Приставка для проверки конденсаторов
Для измерения емкости конденсаторов можно воспользовать-
ся схемой, рис. 5.21, и любым частотомером. Схема представляет
из себя приставку к частотомеру, по показаниям которого при по-
мощи пересчета можно определить емкость. Измеряемый конден-
сатор подключается к клеммам Х1 - Х2, и его значение связано с
частотой генератора, выполненного на таймере, соотношением:
Cx = 0,722/F-R,
где R — соответственно резисторы R2 или R1 (при включенном
SA1).
Применение в схеме микромощной микросхемы с максималь-
ной рабочей частотой 1 МГц позволяет расширить диапазон изме-
ряемых емкостей. Для этих же целей служит и переключатель
SA1 — он меняет множитель (1 и 1000), используемый для расчета.
Измерить емкость в более широких пределах (от 2 пФ до
200 мкФ) можно и другим методом, описанным в [Л32]. Там таймер
работает в режиме автогенератора на фиксированных частотах
(переключаемых в зависимости от диапазона измерения), а изме-
ряемый конденсатор включается к выходу микросхемы в составе
интегрирующей цепи. Уровень напряжения на выходе этой цепи из-
меряется цифровым вольтметром — его значение будет прямо
182
Практические схемы на таймерах
Рис. 5.21. Схема для измерения емкости конденсатора
при помощи частотомера
пропорционально номиналу емкости. Устройство выполняется в
виде приставки, работающей с любым цифровым вольтметром
(мультиметром). Такой метод позволяет измерять и индуктивности
; катушек при соответствующей калибровке показаний вольтметра.
Еще один способ измерения емкости будет, если таймер испо-
льзовать в режиме ждущего одновибратора, а измеряемый конден-
сатор подключить во времязадающей цепи [ЛЗЗ, стр. 29]. Кнопкой
запускаем одновибратор, а выходной импульс подаем на интегра-
тор, состоящий из конденсатора со стабилизатором тока в цепи за-
ряда. Максимальное накопленное на выходном конденсаторе на-
пряжение будет пропорционально измеряемой емкости.
5.2.8. Тестер для проверки транзисторов
Как известно, проверка биполярных транзисторов путем про-
звонки тестером переходов между электродами не гарантирует их
работу в режиме усиления сигнала. Если нет прибора, измеряюще-
го коэффициент усиления, для быстрой проверки работоспособно-
сти биполярных транзисторов в активном режиме можно восполь-
зоваться приставкой, схема которой показана на рис. 5.22 [Л24].
В приведенном на рисунке варианте номиналы резисторов
R3 - R6 изменены по сравнению с оригиналом так, чтобы расши-
рить возможность приставки, т. е. теперь удастся проверять не
только биполярные, но и полевые N- и Р-канальные МОП (MOSFET)
транзисторы.
При нажатии на кнопку SB1 мультивибратор на микросхеме DA1
вырабатывает импульсы с частотой повторения около 2 Гц, которые
183
Раздел 5
Рис. 5.22. Схема приставки для проверки транзисторов
подаются на базы (или затворы) транзисторов. При исправности под-
ключенного транзистора соответствующий светодиод будет мигать.
5.3. Применение таймеров
в источниках питания
При помощи аналоговых таймеров можно собрать разные по-
лезные узлы для источников питания. Правда, в настоящее время
существует немало специализированных микросхем, которые не-
которые задачи выполняют даже лучше, чем схемы, собранные на
таймере, но, как правило, стоить это будет значительно дороже.
5.3.1. Сигнализаторы отсутствия напряжения
Современная радиоаппаратура, которая должна работать не-
прерывно, обычно имеет смешанное питание — от сети и аккумуля-
тора. При этом основным источником энергии является сеть, так
как аккумулятор имеет ограниченную емкость, но при этом ее вы-
бирают достаточной для работы на время устранения причины
сбоя, например, замену сетевого предохранителя. Но, чтобы во-
184
Практические схемы на таймерах
время сообщить оператору об отсутствии основного напряжения,
(Необходим сигнализатор.
Два варианта узлов для контроля за напряжением, выполнен-
использованием таймера,
показаны на рис
5.23 и 5.24. В схе-
на рис
5.23 микросхема используется как компаратор, а напря-
жение на выходе (UBblx) появится только при исчезновении иКонтР- По-
рог срабатывания устанавливается резистором R2.
Схема на рис. 5.24 выполнена на основе типового генератора.
напряжение иКОНтр отсутствует
на выходе будет однотональ-
ный звуковой сигнал. При подаче от контролируемого источника
(UKOHTp) положительного напряжения через цепь VD1-R1 на входы 2
И 6, при заряде конденсатора С1 до порогового уровня верхнего
Рис. 5.23. Сигнализатор исчезновения основного
питающего напряжения
Рис. 5.24. Звуковой сигнализатор отсутствия питающего напряжения
185
Раздел 5
компаратора — на выводе 7 появится нулевое напряжение. Благо-
даря указанному на схеме соотношению резисторов, из-за того,
что R3 значительно больше R1, конденсатор не станет разряжаться
ниже порогового значения нижнего компаратора и на выходе 3
микросхемы будет отсутствовать напряжение.
Если в данной схеме увеличить значения резистора R3 до
5,1... 10 МОм, а конденсатора С1 до 1...10 мкФ и заменить динамик
на звонок или звуковой излучатель со встроенным генератором —
на выходе мы получим прерывистый звуковой сигнал.
Эту схему удобно использовать для автоматического контроля
с целью быстрого обнаружения аварийных режимов работы и в слу-
чаях, когда в радиоаппаратуре имеется много разных напряжений,
пропадание одного из которых надо быстро обнаружить.
5.3.2. Инверторы полярности напряжения
Иногда для питания устройства требуется иметь двуполярное
напряжение. При этом обычно основным является источник поло-
жительного напряжения, а цепь отрицательного является вспомо-
гательной (маломощной). Если конструкция предназначена для ав-
тономного питания, иметь две батареи неудобно. Получить допол-
нительное напряжение (любой полярности) можно при помощи
трансформатора, подключенного к выходу микросхемы, работаю-
щей в режиме автогенератора. С вторичной обмотки этого транс-
форматора напряжение выпрямляется и подается на схему. Мощ-
ность такого источника не может превышать 0,5... 1 Вт.
Второй способ получения дополнительного напряжения отри-
цательной полярности показан на рис. 5.25.
Конденсаторный преобразователь обеспечивает получение
стабилизированного отрицательного напряжения, величина кото-
рого зависит от Un и типа примененной микросхемы стабилизатора
DA2 (6 В или 9 В для микросхем соответственно 78L06
(КР1157ЕН602) и 78L06 (КР1157ЕН902)). Ток в цепи нагрузки не
должен превышать 20 мА.
В том случае, если требуется иметь в цепи с инверсным напря-
жением большой ток (до 4 А), можно воспользоваться схемой пре-
образователя с более мощным выходным каскадом, выполненным
на двух комплементарных полевых транзисторах, рис. 5.26 [ЛЗЗ].
Применение в выходном каскаде мощных полевых МДП-тран-
зисторов с индуцированным каналом (MOSFET) позволяет увели-
186
Практические схемы на таймерах
Рис. 5.25. Схема для получения двухполярного напряжения
от одного источника
[чивать рабочую частоту такого преобразователя до 100...500 кГц —
рто дает возможность уменьшить габариты устройства, а также
^обеспечить более высокий КПД преобразования по сравнению с
каскадом, выполненным на биполярных транзисторах.
Еще одна схема инвертора показана на рис. 5.27. Она позво-
ляет повысить отрицательное напряжение относительно источника
^питания за счет возникающей в катушке э.д.с. противоположной
толярности после закрывания ключа VT1. Транзистор VT1 подойдет
Й1юбой с P-каналом, не имеющий внутри диода между стоком и ис-
fтоком, или же потребуется установить дополнительный диод (Шот-
Ьси), показанный на схеме пунктиром.
[ В зависимости от необходимого минимального тока нагрузки
цД), выбранной рабочей частоты преобразователя (F) и скважности
VD1.VD2 МАВ1045
Рис. 5.26. Схема мощного инвертора напряжения
187
Раздел 5
ci Jx
ЮООмк-1-
25В
C2 СЗ
1000 0.1мк
-12...-20B
—О
Cfl
0,1 мк
Рис. 5.27. Схема повышающего напряжение инвертора напряжения
-O+12B
Un
ООП
импульсов (£>), минимальная допустимая индуктивность дросселя
L1 определяется по формуле:
LMm = D-(\ -D) Un/(2FIV),
где Un — напряжение питания.
Более полную информацию по расчету элементов схемы мож-
но найти в литературе, например [Л 15, Л34].
5.3.3. Повышающие напряжение преобразователи
Обычно для питания переносных конструкций используют ба-
тареи или аккумуляторы с напряжением не более 12... 15 В, но в не-
которых приборах для питания датчиков или люминесцентных ин-
дикаторов требуется рабочее напряжение немного выше (до 30 В).
Например, для увеличения диапазона перестройки на многие типы
варикапов также требуется подавать управляющее напряжение до
20...30 В. Получить его в автономном устройстве от низковольтного
источника можно с помощью схемы конденсаторного преобразова-
теля, показанной на рис. 5.28. Его мощность не должна превышать
300...500 мВт.
Большую мощность в нагрузке позволяет получить схема,
рис. 5.29. На таймере выполнен классический генератор на частоту
около 48 кГц. Выходные импульсы управляют коммутатором на
транзисторе VT1. Для получения импульсов с повышенным напря-
жением используется накапливающий энергию дроссель L1. Пока
транзистор VT1 открыт — через катушку L1 протекает ток, который
188
Практические схемы на таймерах
С1
100мк:
25В
С2 СЗ
4700 0,1
3
С4
100мк
25В
VD1, VD2 КД212А
^7VD1
VD2
•м-
R3
100
>+12В
Un
>+18В
С5-11
100мк"Г
25В
VD3
КС518А
+1_С6
-1-10МК
25В
>ОП
Рис. 5.28. Конденсаторный повышающий
напряжение преобразователь
риводит к увеличению в ней магнитного поля. Когда транзистор
Т1 закрывается, накопленная в катушке магнитная энергия приво-
дит к появлению на ее выводах э.д.с. обратной полярности. При
том формируется импульс напряжения повышенной амплитуды,
оторый через диод VD1 заряжает конденсатор С4. Это напряже-
но может в десятки раз превышать напряжение питания схемы.
1оэтому в применяемом транзисторе (VT1) максимально допусти-
мо напряжение коллектор-эмиттер должно быть не менее
00...150 В.
Выходное напряжение стабилизировано при помощи стабилит-
рона VD2. Он устанавливается на требуемое рабочее напряжение.
(КТ961А)
VD2
С6
0,01
_!_С5 _1_С7
-Г10мк Т 0,01
+12В
Un
>+30В
VD2 2С530А
>ОП
Рис. 5.29. Схема повышающего напряжение преобразователя
с использованием дросселя
189
Раздел 5
Катушка L1 наматывается проводом ПЭЛ диаметром
0,1...0,15 мм. Сердечник магнитопровода может иметь любую фор-
му, но изготовлен из материала с большой магнитной проницаемо-
стью, например феррита М1000...2500НМ. При этом его конструк-
ция должна исключать переход сердечника в режим насыщения
(намагничивания) при работе с однополярным током. Этого легко
можно добиться, если делать сердечник не замкнутым (с зазором в
середине или в виде стержня). Индуктивность дросселя L1 зависит
от тока, который нам необходимо получить в нагрузке, и для опре-
деления оптимальной величины можно воспользоваться методи-
кой, изложенной в книге [Л 15, стр. 173]. Там же приведен простой
расчет конструкции дросселя для изготовления необходимой ин-
дуктивности.
При настройке схемы может потребоваться подобрать рези-
сторы R3 и R2 для получения максимального напряжения на кон-
денсаторе С4, а также резистора R4 для хорошей стабилизации вы-
ходного напряжения.
5.3.4. Преобразователь для маломощной
люминесцентной лампы
Схема, приведенная на рис. 5.30, позволяет получить высокое
переменное напряжение от источника постоянного тока. Это на-
пряжение может использоваться для питания маломощной люми-
несцентной лампы. Устройство состоит из классического генерато-
ра прямоугольных импульсов частотой 20 кГц и ключевого транзи-
стора, который позволяет увеличить мощность генератора. Для
повышения выходного напряжения применяется импульсный
трансформатор Т1. Его параметры на нужное напряжение легко
рассчитать, воспользовавшись методикой, изложенной в [Л34].
Аналогичная схема может применяться для питания маломощ-
ных высоковольтных устройств, например, стробоскопической
лампы, датчика счетчика Гейгера и т. д. При этом на выходе вторич-
ной обмотки трансформатора устанавливается выпрямитель, а при
недостаточном напряжении — умножитель, как это показано на
рис. 5.31.
Если же в схеме установить стандартный высокочастотный
трансформатор, не допускающий работу с подмагничиванием по-
стоянной составляющей тока, то выходной каскад для таймера
можно выполнить, как это показано на рис. 5.26 (подключив вместо
190
Практические схемы на таймерах
Рис. 5.30. Схема повышающего напряжение преобразователя
для питания маломощной люминесцентной лампы
;иода VD1 трансформатор). Это обеспечит работу трансформато-
ра на переменном токе.
5.3.5. Высоковольтный стабилизированный
источник питания
Для питания некоторых датчиков требуется микромощный вы-
юковольтный источник. Преобразователь (рис. 5.31) позволяет по-
ручить стабилизированное напряжение, устанавливаемое в преде-
Рис. 5.31. Схема повышающего напряжение
стабилизированного преобразователя
191
Раздел 5
лах 100...700 В, при токе в нагрузке до нескольких десятков микро-
ампер [Л 35].
Генератор, собранный на таймере, работает на частоте 270 Гц.
В качестве повышающего напряжения трансформатора Т1 исполь-
зован сетевой, имеющий обмотку на 6,3 В, рассчитанную на ток
280 мА (обмотка 1) при напряжении в первичной обмотке (2) 220 В.
В этом случае при показанном на схеме включении на обмотке 2 бу-
дет 100 В. Это напряжение выпрямляется и умножается на диодах
VD2...VD9 и конденсаторах С4...С12.
На транзисторе VT1 выполнена стабилизирующая обратная
связь. Через собранный на резисторах R3...R8 делитель напряжения
сигнал с выхода источника поступает на базу транзистора VT1. Ста-
билизация выходного напряжения осуществляется за счет срыва ра-
боты генератора при превышении заданного уровня (когда транзи-
стор открывается — он закорачивает конденсатор С2). Уровень ста-
билизации зависит от положения движка подстроечного регулятора
R3. Для удобства настройки R3 должен быть многооборотным.
5.3.6. Импульсный стабилизатор напряжения
Применение импульсных стабилизаторов значительно повы-
шает КПД источника питания. Микросхема таймера позволяет вы-
полнить на ней стабилизатор с широтно-импульсной стабилиза-
цией выходного напряжения. Вариант такой схемы приведен на
рис. 5.32 [Л48]. Элементов, показанных на ней пунктиром, в ориги-
нале нет, но тем не менее их лучше поставить (С2 служит для филь-
трации ВЧ-помех, a R5 ускоряет выключение транзистора VT2).
К тому же в качестве VD2 лучше использовать диоды Шотки, а
транзисторы VT2, VT3 заменить более быстродействующими —
это позволит повысить рабочую частоту преобразователя с 1 кГц
до 20-100 кГц. Для частоты преобразования 1 кГц (при токе в на-
грузке 200...300 мА) катушка дросселя L1 намотана на феррито-
вом кольце с внешним диаметром 10-15 мм проводом ПЭВ
00,6-0,8 мм до заполнения магнитопровода.
Питание микросхемы стабилизировано стабилитроном VD1
При этом входное напряжение преобразователя может быть от 20
до 50 В (чем оно больше, тем больше КПД схемы), а выходное ре-
гулируется в широких пределах резистором R8. Номинал добавоч-
ного резистора R9, зная максимальное напряжение на выходе
(Uhmox), можно вычислить по формуле:
192
Практические схемы на таймерах
'ис. 5.32. Схема широтно-импульсного стабилизатора напряжения
Я9 = Я8-
Un - Uhmox
Uhmox
5.3.7. Блок защиты радиоаппаратуры
от повышенного напряжения питания
Многие радиотехнические устройства не любят повышенного
1ли пониженного напряжения питания. При помощи микросхемы
аймера можно сделать устройство, обеспечивающее автоматиче-
кое отключение питания при его отклонении за пределы установ-
енного допуска (рис. 5.33).
Контроль напряжения производится по уровню во вторичной
,епи, после его выпрямления (VD1) и сглаживания (С1). Благодаря
тому схема не чувствительна к кратковременным выбросам и по-
1ехам в сети. Сам таймер питается стабилизированным напряже-
ием. Нестабилизированное напряжение, изменяющееся пропор-
^онально сетевому, поступает через резисторы R5-R6 на вход 2
омпаратора.
Для подачи питания на схему надо кратковременно нажать
:нопку SB1. Таймер работает в режиме компаратора, и у него сиг-
нал на выходе зависит от уровня напряжения на входах 4 и 2. В нор-
193
Раздел 5
"Вил."
SB1 Т1
VD1 КЦ407А, VD2 КС166А
Рис. 5.33. Схема контроля питающего напряжения
мальном режиме, когда питающее напряжение находится в норме,
реле К1 будет включено и своими контактами К1.1 заблокирует
кнопку SB 1.
При настройке с помощью резистора R2 устанавливаем так,
чтобы через стабилитрон VD1 проходил достаточный ток для от-
крывания транзистора VT1 при минимальном пороговом напряже-
нии. Когда сетевое напряжение превышает верхний предел, уста-
новленный резистором R6, напряжение на выходе 2 превышает
1/3 Un, в результате чего на выходе 3 появится низкий уровень и
реле выключится.
Если использовать для настройки схемы многооборотные ре-
зисторы (R2, R6), верхний и нижний пределы могут быть установле-
ны с точностью ±5 В (от уровня питающего напряжения в сети).
5.3.8. Автоматическое зарядное устройство
Довольно простое автоматическое зарядное устройство для
никель-кадмиевых аккумуляторов можно выполнить на основе тай-
мера, как это показано на рис. 5.34 [Л36]. Схема может работать
как отдельно, так и в составе радиоаппаратуры для поддержания в
полностью заряженном состоянии резервной аккумуляторной ба-
тареи. При этом такая батарея всегда остается подключенной, не-
зависимо от того, используется она в данный момент для питания
внешнего устройства или же нет.
194
Практические схемы на таймерах
Рис. 5.34. Схема автоматического зарядного устройства
t В данном случае микросхема таймера работает как двухпоро-
|говый компаратор, имеющий мощный выходной каскад. Опорное
Пониженное напряжение для двух компараторов подается со ста-
билитрона VD1 на вход DA1/5. На выходе таймера может быть О
Или 10 В — зависит от напряжения на других пороговых входах. Их
вровень устанавливается подстроечными резисторами так, чтобы
рыл гистерезис между появлением напряжения на DA1/3 и его вы-
ключением.
F Для настройки схемы вместо батареи аккумуляторов включа-
ем регулируемый источник постоянного напряжения. Для удобства
настройки подстроечные резисторы лучше применять многообо-
Ьотные. Меняя напряжение источника, подстрочным резистором
R7 (“Откл”) устанавливаем требуемое конечное напряжение заряд-
ки батареи (обычно 1,4 В на элемент батареи), a R5 (“Вкл”) — на-
пряжение, при котором включается зарядка (обычно 1,1 В на эле-
мент).
Максимальный ток заряда аккумуляторов зависит от величины
резистора R3 и выбирается таким, чтобы он составлял не более 0,1
От емкости аккумулятора, указанной в ампер-часах (А ч), но не бо-
лее 200 мА (этот резистор является также ограничителем выходно-
го тока микросхемы). Диод VD2 предотвращает разряд батареи
GB1 через выход микросхемы, когда на DA1/3 присутствует нуле-
вой уровень. Конденсаторы С2 и СЗ предотвращают влияние помех
на работу микросхемы, а свечение светодиода HL1 говорит о том,
Что подзаряда в данный момент нет.
195
Раздел 5
5.4. Применение таймеров
в системах автоматики
Наличие двух компараторов в составе микросхемы позволяет
выполнять на ней простые схемы домашней автоматики. Их можно
использовать в различных системах управления процессами или
же в сигнализаторах отклонения параметров физических величин
за пределы необходимого допуска. Ряд таких устройств в виде
практических схем описаны в данном разделе. Исполнительный
элемент, который подключается к выходу микросхемы, может быть
самым разным, и вы его легко выберете самостоятельно, в зависи-
мости от поставленной цели. Единственное, на что следует обра-
тить внимание при изготовлении схем, работающих с пороговым
переключением, — их питание должно быть стабилизированным.
5.4.1. Сигнализатор уровня воды
Варианты схем, которые могут служить в качестве сигнализа-
тора воды, приведены на рис. 5.35. Тут используется свойство
обычной (не дистиллированной) воды за счет наличия в ней различ-
ных примесей проводить электрический ток. При этом через цепь
датчика F1 поступает напряжение на вход микросхемы. Непосред-
ственно датчиком может служить гребенка, вырезанная на печатной
плате, или две металлические пластины, имеющие нержавеющее
покрытие и расположенные на расстоянии 4.. .5 мм друг от друга.
В данном включении таймер работает как двухпороговый ком-
паратор (обладающий гистерезисом) и управляет включением ре-
ле К1. Наличие у микросхемы гистерезиса при переключении иск-
лючает дребезг контактов реле, что значительно продлевает их
срок службы. Напряжение питания схемы зависит от номинального
у применяемого реле и может находиться в диапазоне 9... 15 В. Це-
пи нагрузки будет коммутировать группа контактов К1.1.
Аналогичную схему можно использовать и в качестве сигнали-
затора влажности воздуха. Простейший датчик влажности легко из-
готовить из порошка хлорида кальция (вещество, конденсирующее в
себе влагу), размещенного в зазоре между пластинами. В этом слу-
чае нужную чувствительность к срабатыванию реле можно устано-
вить подстроечным резистором R1 (рис. 5.35, б). Конденсаторы С2 в
схемах служат для подавления наводок на длинных проводах. Вы-
ключение реле происходит при большом сопротивлении датчика F1.
196
Практические схемы на таймерах
а)
Рис. 5.35. Датчик воды, срабатывающий на ее наличие (а)
или отсутствие (б)
Рис. 5.36. Датчик воды на основе автогенератора
220В
197
Раздел 5
Чтобы все устройство работало более экономично и надежно,
для управления мощной нагрузкой лучше применять не реле, а
электронный коммутатор. В этом случае будет удобнее вариант
схемы, показанный на рис. 5.36. Она является классическим гене-
ратором, который начинает работать только в случае, когда нет во-
ды между электродами (вода закорачивает цепь конденсатора и
срывает генерацию). В показанной на рисунке схеме нагрузка
(электронасос, нагреватель или др.) будет включена при отсутст-
вии воды в зоне контроля.
Иногда бывает необходимо обеспечить гистерезис не только
по срабатыванию исполнительного устройства, но и по уровню во-
ды, например, при автоматическом управлении включением по-
гружного насоса, применяемого для полива растений. Насос дол-
жен начинать работать, когда уровень воды в колодце достигнет
положения верхнего датчика F1 (рис. 5.37), а отключаться при сни-
жении ниже положения датчика F2. Это исключит частые включения
насоса, а также работу его без воды (что недопустимо).
Рис. 5.37. Датчик с гистерезисом переключения по уровню воды
Величины резисторов R1-R2 подбираются экспериментально
на месте (обычно можно использовать R1 = R2), так как электро-
проводность воды в разных местах может сильно отличаться, к то-
му же она зависит от времени года. Сначала подбором резистора
R2 добиваемся того, чтобы реле было включено при наличии воды
между электродами датчика F1, а после этого определяем величи-
ну резистора R1, при которой реле К1 остается включенным при
снижении уровня воды до положения датчика F2. При этом надо
проверить, чтобы, если реле было отключено, при наличии воды в
зоне датчика F2 оно не срабатывало.
198
Практические схемы на таймерах
Второй выход (7) микросхемы не задействован и может во
ех схемах использоваться для подключения светодиодного инди-
катора режима работы, как это показано на рис. 5.35, б.
5.4.2. Световые датчики и сигнализаторы
Самые простые варианты выполнения датчиков освещения по-
казаны на рис. 5.38. При этом номинал добавочного резистора (R1)
Выбирается в зависимости от величины сопротивления фоторези-
ртора (R2) при необходимом световом уровне срабатывания (вари-
1Нты подключения фотодатчиков могут быть разные). Фоторези-
:тор подойдет любой, имеющий темновое сопротивление не менее
>00 кОм. Гистерезис компараторов при переключении уменьшает
юроятность появления на выходе помех.
Рис. 5.38. Световой компаратор
Схема, приведенная на рис. 5.39, не имеет гистерезиса при
1ереключении, но она вырабатывает звуковой сигнал оповещения
при затемненном
фоторезисторе
R1
Вместо динамика, для под-
ключения более мощной сетевой нагрузки, можно воспользоваться
рптронным симистором, подключив его, как это показано на
рис. 5.39, б.
Еще одно возможное применение схем световых сигнализато-
ров — это автоматическое управление яркостью свечения панели с
информацией. В радиоаппаратуре часто используются цифровые
люминесцентные и светодиодные индикаторы: в стационарных ча-
сах, информационных табло и др. Для того чтобы было хорошо вид-
но отображаемую информацию, необходимо, чтобы обеспечивался
хороший контраст светящихся сегментов при любом освещении.
199
Раздел 5
Рис. 5.39. Звуковой сигнализатор темноты
Это значит, что при большой яркости света индикаторы тоже долж-
ны светиться ярче и наоборот. Вариант схемы, которая может обес-
печить соответствующее изменение яркости свечения индикато-
ров, приведен на рис. 5.40 [Л37]. Регулировка яркости свечения
происходит за счет изменения скважности и частоты импульсов на-
пряжения, питающего общие цепи (в данном варианте — катодов
индикаторов). Такие импульсы можно также подавать на стробиру-
Рис. 5.40. Регулятор яркости свечения цифровых индикаторов
в зависимости от интенсивности освещения
200
Практические схемы на таймерах
к>щий вход дешифраторов, работающих с индикаторами, — резуль-
тат будет тот же.
В системах автоматики иногда требуется использовать бес-
контактные датчики положения объекта. В этом случае для органи-
зации оптического канала используют световой ИК-диапазон. Ва-
рианты таких схем приведены на рис. 5.41 и 5.42. Светодиоды HL1
постоянно излучают невидимый свет, но как только зона между из-
лучателем и приемником будет закрыта, в схеме (рис. 5.41) на вы-
ходе формируется положительный импульс напряжения.
Схема на рис. 5.42 может контролировать положение предме-
та и отличается тем, что срабатывает (формирует на выходе им-
пульс заданной длительности) при попадании света на фототран-
Рис. 5.41. Датчик перемещения предмета,
работающий в ИК-диапазоне
201
Раздел 5
зистор VT1. Рабочая зона у такого датчика, т. е. расстояние между
передатчиком и приемником, зависит от чувствительности приме-
ненного фототранзистора и может составлять до 200 мм.
В качестве светового компаратора, имеющего возможность
точной установки любых порогов срабатывания, можно также испо-
льзовать схемы, приведенные на рис. 5.43 или 5.44, установив в них
вместо термодатчика — фоторезистор или любой другой чувствите-
льный к свету элемент, например фотодиод, фототранзистор и т. п.
5.4.3. Простые термостабилизаторы
Нередко бывает необходимо поддерживать вполне опреде-
ленную температуру в заданном объеме, например в аквариуме,
террариуме и т. п. На рис. 5.43 приведена схема, которая позволя-
ет выполнить эту задачу с довольно высокой точностью (до 0,1 °C
при стабилизации питающего напряжения). В качестве датчиков
температуры (RK1, RK2) могут использоваться два одинаковых тер-
морезистора с отрицательным коэффициентом изменения сопро-
тивления (NTC любого типа), т. е. уменьшающим свое сопротивле-
ние при нагреве (располагаются в зоне нагрева). Так как термодат-
чики подключены по мостовой схеме, малейшее изменение у них
сопротивления приводит к переключению компараторов. Благода-
ря высокой точности срабатывания компараторов имеется возмож-
VD1
Д818Е
» ►*15В
-1±СЗ
10мк
>ивых1
>ивых2
>ОП
Рис. 5.43. Схема для поддержания температуры в заданных пределах
202
Практические схемы на таймерах
юсть установить независимо верхний (регулятором R1) и нижний
'R4) пороги переключения исполнительного устройства. Управляю-
щее напряжение появляется на выходе микросхемы при повыше-
нии температуры выше установленного верхнего уровня, а пропа-
дает при ее снижении ниже нижнего порога.
Второй вариант схемы для поддержания заданной температу-
ры приведен на рис. 5.44 [Л28, стр. 133]. В ней используется только
один термодатчик RK1, который располагается в зоне, где необхо-
димо обеспечить термостабилизацию. В устройстве, как и в первом
варианте, термодатчик включен по мостовой схеме (входы компара-
торов находятся в диагонали моста, образованного внешними и на-
ходящимися внутри микросхемы резисторами).
Рис. 5.44. Вариант регулятора температуры, работающий
с одним термодатчиком
С ростом температуры будет увеличиваться напряжение на
пороговом входе (2), пока оно не достигнет 0,66Un. Тогда состоя-
ние выходного каскада таймера (вывод 3) изменится с высокого
;на низкий уровень, и это послужит сигналом для включения ох-
лаждающего блока или же просто для отключения имеющегося в
термостате подогревателя (зависит от назначения устройства).
После этого температура начнет падать, и когда напряжение на
входе запускающего компаратора достигнет 0,33Un, выходной ка-
скад вернется в первоначальное состояние, что послужит сигна-
лом для выключения охлаждающегося блока или включения подо-
гревателя.
Терморезистор RK1 — подойдет любой с отрицательным ТКС
(NTC). Но чтобы пределы температуры, на которые установлен термо-
стабилизатор, соблюдались достаточно точно, необходимо рассеи-
i 203
Раздел 5
вать на термодатчике как можно меньшую электрическую мощность
(снизить саморазогрев за счет протекающего через него тока). Этого
легко можно добиться, увеличив номинал термодатчика, а также по-
низив питающее напряжение схемы, что уменьшит и ток в цепи.
При регулировке схемы сначала с помощью резистора R1
устанавливают верхний, а затем подстройкой R3 — нижний предел
регулируемой температуры.
Если в этой схеме установить стандартный терморезистор,
для которого зависимость сопротивления от температуры извест-
на, расчет схемы достаточно прост. Методика расчета всех номи-
налов резисторов в зависимости от диапазона изменения сопро-
тивления у терморезистора следующая [Л38].
Используем постоянный коэффициент К, определяемый как
К = Rmc/RmH, где Rmc — сопротивление терморезистора (RK1) в
нижней точке интервала температур, a Rmn — сопротивление в
верхней точке. Когда Rmc больше Ртн в два или более раз, чтобы в
делителе соблюдались правильные соотношения между сопротив-
лениями, нужно, чтобы:
R1 = (К/2 - 1) • Ктн; R2 = K- Rmn;
R3 = [(3 • К2 — 1 )/(4 • К - 2)] • Rmn.
Если в системе действуют значительные помехи или же термо-
резистор подключается к схеме с помощью проводников большой
длины, чтобы предотвратить ложные срабатывания от помех и на-
водок, необходимо зашунтировать входы компаратора емкостями,
как показано (С2, СЗ). Это особенно важно, когда установлены
большие номиналы сопротивления в делителе.
Для улучшения отвода тепла от радиаторов в радиоаппаратуре
иногда используют принудительное охлаждение при помощи вен-
тилятора. На рис. 5.45 приведена схема управления скоростью
вращения вентилятора в зависимости от температуры. При этом
электромотор питается импульсами, у которых скважность меняет-
ся от 0,33 до 1 (33... 100%), в зависимости от сопротивления термо-
резистора, установленного на охлаждаемом объекте. Чем больше
температура, тем быстрее будет вращаться вентилятор М1.
Еще один вариант выполнения схемы для управления скоро-
стью вращения электромотора вентилятора показан на рис. 5.46.
Она в пояснениях не нуждается.
204
Практические схемы на таймерах
R5 560
VD1
КД212А
VD1
Д818Е
>оп
Рис. 5.45. Автоматический регулятор рабочей скорости вентилятора
в зависимости от температуры
Рис. 5.46. Автоматический регулятор скорости вращения
вентилятора, используемого в компьютере
5.4.4. Сигнализатор мощного
высокочастотного поля
Включением работы звукового генератора можно управлять
при помощи подачи напряжения на вывод 4 — это часто использу-
ется в разных устройствах. Одно из возможных применений тайме-
ра с управлением по этому входу показано на рис. 5.47. Микросхе-
ма работает в качестве звукового сигнализатора наличия мощного
высокочастотного поля вблизи антенны. ВЧ-сигнал выпрямляется
Простейшим детектором и поступает на вход 4, его наличие разре-
шает работу звукового генератора. Так как на входе детектора нет
частотно-избирательных цепей, данный индикатор будет работать
i 205
Раздел 5
в широком диапазоне частот и его полоса во многом определяется
параметрами высокочастотного диода (VD1).
Такой сигнализатор может использоваться для настройки вы-
ходного каскада передатчика, определения диаграммы направлен-
ности антенны или в составе системы охранной сигнализации.
Для повышения чувствительности сигнализатора можно под-
ключить каскад усилителя на транзисторах, как это показано на
рис. 5.47, б.
5.4.5. Сенсорный датчик
Для управления некоторыми устройствами бывает удобно ис-
пользовать сенсорные датчики, реагирующие на касание рукой
(за счет наведенного на ней напряжения от внешних источников
полей). Благодаря большому входному сопротивлению у таймера
206
Практические схемы на таймерах
^выполнить сенсорный датчик удается довольно просто. Два вари-
анта таких схем приведены на рис. 5.48 и 5.49. Работа у них не-
умного отличается.
; В схеме, рис. 5.48, на таймере собран одновибратор, который
формирует на выходе импульс (длительностью 2,4. с) при касании
контакта датчика F1. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на
входе микросхемы, исключая, таким образом, превышение допус-
тимого уровня. Напряжение стабилизации у VD1 выбирается близ-
ким к питающему или чуть меньше — в этом случае он влияния на
чувствительность сенсора оказывать не будет. Конденсатор С1 за-
щищает от срабатывания при высокочастотных наводках и помехах
(его номинал можно увеличить, при возникшей необходимости).
Еще один вариант сенсорного датчика можно выполнить на
основе схем, показанных на рис. 5.35. В этом случае сам сенсор
Рис. 5.48. Формирователь импульса с сенсорным управлением
VD1 КС191А
(или TVS-диод нв 9... 12В)
Рис. 5.49. Вариант формирователя импульса
с сенсорным управлением
207
Раздел 5
должен состоять их двух пластин, расположенных рядом с неболь-
шим зазором. Для срабатывания такого датчика требуется касать-
ся одновременно двух пластин. При его работе используется свой-
ство кожи человека проводить электрический ток (сопротивление
около 1000 Ом).
5.4.6. Переключатель с фиксацией состояния
Как уже упоминалось в разделе 4, микросхема таймера может
использоваться и в качестве триггера, который сохраняет нужное
состояние после переключения. В схеме на рис. 5.50 переключение
осуществляется при помощи двух кнопок SB1, SB2. В исходном со-
стоянии за счет делителя напряжения, образованного резисторами
R1-R3, на входах 2 и 6 присутствует уровень 0,5 Un. Для того чтобы
на выходе 3 появилось напряжение — необходимо нажать кнопку
SB2. Выключить его можно нажатием другой кнопки (SB1).
Цепь из элементов R4-C1 формирует на выводе 4 микросхемы
импульс сброса триггера при включении питания. Это устанавлива-
ет в начальный момент на выходе схемы нулевой уровень.
Для того чтобы была возможность дистанционно выполнять
переключение триггера, потребуется две разные кнопки (нормаль-
но замкнутая SB1 и нормально разомкнутая SB2), которые подклю-
чаются, как это показано на рис. 5.51. Работает схема аналогично
предыдущей, но только способ изменения напряжения на входах
микросхемы чуть отличается. Конденсатор С1 служит для подавле-
ния помех, которые могут появиться на длинных соединительных
проводах.
Рис. 5.50. Схема переключателя, выполненная на таймере
208
Практические схемы на таймерах
Рис. 5.51. Схема переключателя с дистанционным управлением
5.4.7. Автоматическое выключение нагрузки
Иногда бывает необходимо выключить приемник или лампу
подсветки через определенный интервал времени. Эту задачу мо-
жет решить схема, приведенная на рис. 5.52.
УТ2КТ3107И
Рис. 5.52. Схема таймера для автоматического отключения нагрузки
При указанных на схеме номиналах времязадающих элемен-
тов задержка отключения составит около 40 мин (для микромощ-
ных таймеров это время может быть значительно увеличено, так как
они позволяют R2 установить с большим номиналом).
В ждущем режиме устройство не потребляет энергии, так как
при этом транзисторы VT1 и VT2 заперты. Включение производится
209
Раздел 5
кнопкой SB1 — при ее нажатии открывается транзистор VT2 и пода-
ет питание на микросхему. На выходе 3 таймера при этом появля-
ется напряжение, которое открывает транзисторный ключ VT1 и по-
дает напряжение в нагрузку, например на лампу BL1. Кнопка блоки-
руется, и схема будет находиться в таком состоянии, пока
заряжается конденсатор С2, после чего отключит нагрузку. Рези-
стор R3 ограничивает ток разряда емкости времязадающего кон-
денсатора, что повышает надежность работы устройства. Для по-
лучения больших интервалов задержки конденсатор С2 необходи-
мо применять с малым током утечки, например танталовый из
серии К52-18.
Схема устройства аналогичного назначения показана на
рис. 5.53. Она позволяет дискретно изменять время задержки от-
ключения нагрузки от 5 до 30 мин (с шагом 5 мин) при помощи пе-
реключателя SA1. Благодаря использованию микромощного тай-
мера, обладающего большим входным сопротивлением, имеется
возможность использовать времязадающие резисторы значитель-
но больших номиналов (от 8,2 до 49,2 МОм), что позволяет увели-
чить и временной интервал: Т= 1,1 С2 (R1 + ... + Rn).
Рис. 5.53. Схема таймера с увеличенным временным интервалом
для отключения нагрузки
Схемы, позволяющие непосредственно (без реле) управлять
отключением сетевой нагрузки, приведены на рис. 5.54 и 5.55
[40]. В них в качестве коммутатора использован симистор. По
210
Практические схемы на таймерах
«сравнению с оригиналом, в приведенных здесь вариантах некото-
рые номиналы изменены для работы устройств от сетевого напря-
жения 220 В.
В схеме на рис. 5.54 включение нагрузки происходит сразу
Ьри замыкании контактов SA1, а выключение с задержкой, опреде-
ляемой номиналами R2-C2 (для указанных на схеме она составля-
ет 11 с). Цепь R1-C1 обеспечивает запуск одновибратора при
включении.
Рис. 5.54. Бестрансформаторная схема управления
сетевой нагрузкой
С1
1мк
400В
R1
510к
150 A VD2
КД247А
С2
470мк
20В
VD1
КС515А
VD3
КД247А,
SB1'
'ПУСК*
R3 1М
♦15В
6
DA1
LM555
6
+ С3
ZZZ470MK
20В
R4
150
VS1
ТС122-20-6
С4
0,1 мк
5
3
Рис. 5.55. Вариант схемы для автоматического отключения
сетевой нагрузки
211
Раздел 5
Во второй схеме (рис. 5.55) включение нагрузки будет при
первоначальном подключении к сети или при нажатии на кнопку
SB1. Для питания микросхемы использовано реактивное сопротив-
ление, которым является конденсатор С1 (он не греется, что лучше
по сравнению с гасящим напряжение активным сопротивлением,
как это сделано в предыдущей схеме). Стабилитрон VD1 обеспечи-
вает стабильное напряжение питания микросхемы, а диод VD3 по-
зволяет уменьшить время готовности схемы для частого нажатия
на кнопку. Время задержки выключения может регулироваться ре-
зистором R3 от 0 до 8,5 мин. Времязадающий конденсатор СЗ обя-
зательно должен иметь маленькую утечку.
5.4.8. Периодическое включение сетевой нагрузки
Иногда бывает необходимо периодически включать мощную
сетевую нагрузку, например, световую рекламу, новогоднюю гир-
лянду, звуковой сигнализатор и др. В этом случае можно восполь-
зоваться схемой, рис. 5.56. В ней питание устройства осуществля-
ется стабилизированным напряжением от понижающего напряже-
ние трансформатора. На таймере собран автогенератор, который
при помощи транзистора VT1 управляет включением симистора
VS1. О состоянии микросхемы можно судить по свечению светоди-
ода HL1.
Рис. 5.56. Схема управления включением сетевой нагрузки
212
Практические схемы на таймерах
5.4.9. Задержка прохождения импульсов
Для некоторых радиотехнических устройств требуется корот-
ая задержка входного импульса. Схема, показанная на рис. 5.57
Л40, стр. 314], позволяет получать на выходе задержку в диапазо-
<е от 100 мкс до 100 с. Ее значение зависит от номиналов элемен-
тов C1-R2.
В исходном состоянии, когда на входе 4 нулевое напряжение,
‘ранзистор VT1 открыт и конденсатор С2 будет заряжен до уровня
),67Un. При появлении на входе положительного напряжения, пре-
вышающего 0,67Un, транзистор закрывается и конденсатор С1
разряжается через резистор R2. Как только напряжение на С1 сни-
1ится до уровня 0,33Un, на выходе 3 появится напряжение на время
Действия входного импульса.
а)
Рис. 5.57. Формирователь задержки прохождения импульса (а)
и диаграмма, поясняющая работу (6)
213
Раздел 5
5.4.10. Формирователи задержанных
управляющих сигналов
Иногда требуется получить один или несколько управляющих
сигналов с задержкой. Эта возможность имеется при последовате-
льном каскадном включении микросхем, рис. 5.58. Схема состоит
из двух одновибраторов. При замыкании кнопки SB1 одиночный
импульс напряжения формируется сначала на выводе первого
(DA1/3), а по его срезу запускается второй одновибратор (DA2).
Цепь из элементов R1-C1 служит для того, чтобы режим рабо-
ты схемы не зависел от времени замкнутого состояния кнопки. Ес-
ли время замыкания кнопки намного меньше, чем формируемый
первым одновибратором интервал, то конденсатор С1, резистор
R1 и диод VD1 можно исключить (диоды VD1, VD2 ускоряют разряд
конденсатора, формирующего запускающий импульс), соединив
SB1 непосредственно с выводом DA1/2 (см. рис. 4.9).
б)
Рис. 5.58. Схема для получения задержанного сигнала (а)
и поясняющая работу диаграмма напряжений (б)
214
Практические схемы на таймерах
Рис. 5.59. Схема для получения задержанного сигнала,
выполненная на сдвоенном таймере
а)
Рис. 5.60. Использование четырех таймеров, объединенных
в одном корпусе, для выполнения задержек
215
Раздел 5
Та же самая схема, но собранная на сдвоенном таймере, пока-
зана на рис. 5.59.
До четырех задержанных сигналов можно получить при помо-
щи одной микросхемы, содержащей внутри четыре таймера,
рис. 5.60. В ней после запуска первого одновибратора вырабаты-
вается импульс, окончание которого запускает следующий одно-
вибратор и так далее, пока не сработает стоящий последним в це-
почке. Это позволяет получить любую нужную последовательность
управляющих сигналов. В этой схеме имеется возможность стро-
бирования, если на вывод 13 подавать нулевое напряжение.
5.4.11. Формирователь одиночного импульса
при включении
Нередко бывает необходимо сформировать одиночный им-
пульс в момент включения устройства с некоторой задержкой на
время окончания переходных процессов или по другой причине.
Данная микросхема и в этом случае вас сможет выручить. На
рис. 5.61 приведены два варианта таких формирователей. При но-
миналах, указанных на схеме, формируется интервал задержки
1,1 с. Для ускорения разряда времязадающего конденсатора (при
отключении питания) параллельно с резистором в цепи заряда ино-
гда устанавливают диод VD1 , включенный обратной полярностью.
Каскадное включение разных микросхем позволяет получить
нужный вид задержки сигнала, например, как показано на рис. 5.62
(ti = 1,1 R1 • Cl; t2 = 1,1 R2 • СЗ). При этом имеется возможность
использовать два выхода. Микросхема позволяет прервать про-
цесс заряда конденсатора в любой момент, если на вывод 4 подать
нулевое напряжение. Этот вход обладает приоритетом при обнуле-
нии триггера, и если он не используется, то обычно соединяется с
+Un, как это показано на рисунках.
5.4.12. Одновибратор
с возможностью перезапуска
В отличие от обычного одновибратора, схема, приведенная на
рис. 5.63, обладает возможностью перезапуска по входу. То есть если
входные импульсы приходят реже, чем установленный период фор-
мируемого выходного сигнала (Т), то схема ведет себя как обычный
одновибратор, но отсчет интервала начинается с момента окончания
216
Практические схемы на таймерах
Рис. 5.61. Формирователь одиночного импульса в момент
включения питания: а — с задержкой включения;
б — с задержкой отключения
действия входного импульса. При следовании входных импульсов с
периодом меньше чем длительность формируемого интервала (Т) —
произойдет перезапуск одновибратора, так как при нулевом напря-
жении на входе транзистор VT1 закроется, a VT2 будет в насыщении и
разрядит времязадающий конденсатор. Таким образом, каждый при-
ходящий на вход импульс разряжает конденсатор С1.
217
Раздел 5
Рис. 5.62. Каскадное включение таймеров для получения
задержанных сигналов
Рис. 5.63. Формирователь одиночного импульса с перезапуском по входу
218
Практические схемы на таймерах
5.4.13. Формирователь синхронизированных
с сетью импульсов
Нередко в системах управления требуется получать регулиру-
емые по длительности импульсы, начало которых синхронизирова-
но с переходом сетевого напряжения через нуль, рис. 5.64.
На микросхеме таймера DA1 (рис. 5.64, а) собран ждущий
мультивибратор, у которого ширина выходных импульсов опреде-
ляется номиналами элементов цепи R2-R4-C1. Для синхронизации
формируемых импульсов на вход 2 поступает пульсирующее сете-
вое напряжение (после двухполупериодного выпрямителя). Порог
срабатывания микросхемы устанавливается подстройкой R3. На
выходе DA1/3 при этом появятся импульсы с периодом 10 мс и дли-
тельностью (tn), зависящей от положения регулятора R2. Резистор
R4 определяет минимальную длительность выходных импульсов.
а)
Рис. 5.64. Формирователь синхронизированных с сетью импульсов:
а — однополятных;
219
Раздел 5
Вариант законченной конструкции терморегулятора для пая-
льника, выполненный на основе этой схемы, приведен в книге [Л4,
стр. 80].
На рис. 5.64, б показан вариант выполнения схемы формиро-
вателя прямоугольных двуполярных импульсов, синхронизирован-
ных с частотой сети.
Ubx
UBUXa
+Un
-Un
б)
Рис. 5.64. Формирователь синхронизированных с сетью импульсов:
б — двуполярных
5.4.14. Датчик сигнала телефонного вызова
Для включения различных устройств, связанных с телефонной
линией, может пригодиться схема, рис. 5.65. Она обеспечивает га-
льваническую развязку управляемых цепей от телефонной линии.
Вызывной сигнал из телефонной линии выпрямляется диод-
ным мостом VD1 и поступает на светодиод оптрона U1. В этом
случае транзистор оптрона открывается и происходит запуск од-
220
Практические схемы на таймерах
VD1
DA1 КР1006ВИ1 КД521А
Рис. 5.65. Схема формирователя управляющего сигнала
при появлении телефонного вызова
новибратора, выполненного на DA1. При этом на его выходе (вы-
вод 3) появляется высокий уровень напряжения. Транзистор VT1
открывается и включает реле К1, которое своими контактами мо-
жет включать любую нагрузку. Длительность интервала, в тече-
ние которого реле будет включено, зависит от элементов в цепи
R4-R5-C5 и может регулироваться в широком диапазоне.
Вид реле зависит от питающего напряжения, например, для
Опит = 5 В можно использовать РЭС64А, паспорт РС4.569.724. Опт-
рон U1 заменяется на АОТ126А.
5.4.15. Делитель частоты
Кроме традиционных применений, таймер умеет работать и в
режиме делителя частоты, если включить его по схеме ждущего
мультивибратора (рис. 4.6 или 4.9) и соответствующим образом
подобрать времязадающие элементы, определяющие длитель-
ность выходного импульса (длительность должна быть больше чем
два периода у Fbx). Благодаря тому, что данная схема не может
быть повторно запущена приходящими на ее вход импульсами во
время формирования временного интервала, на выходе мы получа-
ем частоту меньше, чем входная. Но такой делитель может рабо-
тать эффективно только в случаях, если входная частота в процессе
работы не меняется.
221
Раздел 5
5.5. Схемы для автолюбителей
Схем для автолюбителей, в которых используются аналоговые
таймеры, довольно много. Как правило, кроме этих микросхем там
есть еще и много разных других, а на таймерах собраны вспомога-
тельные узлы. Но в этом разделе вы познакомитесь только с теми
конструкциями, в которых основные функции выполняет сам тай-
мер. Эти устройства содержат минимальное число внешних эле-
ментов и просты в изготовлении.
5.5.1. Простой тахометр
Для некоторых испытаний и регулировок двигателя необходи-
мо точно знать его обороты. Прибор, позволяющий проводить та-
кие измерения, называется тахометром. Для измерения числа обо-
ротов часто используются импульсы прерывателя или напряжение
от свечи, так как их частота линейно связана с частотой вращения
вала двигателя. Можно также обеспечить индуктивную связь с этой
цепью, что и сделано в приборе, схема которого показана на
рис. 5.66. Основой этой схемы является одновибратор (DA1), за-
пуск которого производят импульсы от работающей системы зажи-
гания, наведенные в катушке L1. Входная клемма Х1 может исполь-
зоваться для настройки прибора или же для подачи сигнала с пре-
рывателя, как это показано пунктиром. Для четырехцилиндрового
4-тактного двигателя, имеющего 3000 об/мин, частота прерывания
составит 100 Гц, а для 1500 об/мин — 50 Гц, что позволяет калибро-
вать прибор по частоте сети.
Рис. 5.66. Схема простого тахометра
222
Практические схемы на таймерах
Импульсы с выхода 3 микросхемы поступают на стрелочный
прибор — миллиамперметр РА1, который их интегрирует и показы-
вает действующее напряжение в цепи. Атак как длительность у всех
импульсов на выходе одновибратора одинаковая, напряжение, ко-
торое покажет прибор, будет пропорционально частоте образова-
ния искр. Шкалу РА1 можно проградуировать в частоте вращения ва-
ла (обороты в минуту). В качестве датчика (катушки L1) можно испо-
льзовать магнитную головку от магнитофона, расположенную
вблизи от высоковольтной катушки, или же потребуется сделать на-
мотку на проводе, идущем от катушки зажигания к распределителю
(укрепляется изоляционной лентой). Для защиты входа микросхемы
от высоковольтных выбросов напряжения в качестве VD2 лучше ис-
пользовать TVS-диод на напряжение ограничения 12 В.
5.5.2. Отключение освещения
в салоне автомобиля с задержкой
Во многих автомобилях для автоматического включения света
в салоне используются кнопки, установленные в дверях. Они замы-
кают цепь питания лампы освещения при открывании двери. При-
веденная на рис. 5.67 схема таймера позволяет осуществлять за-
Рис. 5.67. Схема таймера, выполняющего задержку
отключения света
223
Раздел 5
держку отключения света в салоне на 10... 15 с после закрывания
дверей. В течение этого интервала водитель может спокойно огля-
деть приборную доску и вставить ключ зажигания.
Работает устройство следующим образом. При закрытых две-
рях автомобиля контакты SA1 разомкнуты и лампа освещения EL1
не светится. Конденсаторы С1 и СЗ заряжаются соответственно че-
рез цепи VD1-R2 и VD1-R3. Поддержание напряжения на конден-
саторе СЗ защищает таймер от ложных срабатываний из-за импу-
льсных помех при запуске двигателя и при его работе. После за-
рядки конденсатора С1 на выводе 3 микросхемы напряжение
близко к нулю и транзисторы VT1-VT3 будут закрыты. При открыва-
нии дверей контакты SA1 замыкаются, лампа в салоне светится,
конденсатор С1 разряжается через цепь VD2-R1.
5.5.3. Регуляторы частоты работы
стеклоочистителя
Приведенная на рис. 5.68 схема позволяет плавно изменять
частоту, с которой происходит "качание” щеток стеклоочистителя.
Во время дождя это более удобно для водителя, чем несколько
фиксированных значений частоты.
Микросхема DA1 работает в режиме автогенератора и управ-
ляет полевым ключем VT1 (подойдет любой Р-канальный MOSFET
Рис. 5.68. Схема регулятора для управления стеклоочистителем
224
Практические схемы на таймерах
i транзистор на максимальный ток не менее 10 А). Транзистор от-
крывается при низком уровне напряжения на выходе таймера. Ре-
зистором R2 (он устанавливается на передней панели автомобиля)
можно изменять частоту работы стеклоочистителя в диапазоне от 2
до 15 с. Включатель SA1 позволяет соединить моторчик от щеток
напрямую с питанием.
Рис. 5.69. Варианты схем регуляторов
225
Раздел 5
Еще две схемы аналогичного назначения приведены на
рис. 5.69. В первом варианте (а) [Л43] для включения электромотор-
чика привода механизма, обеспечивающего движение щеток, испо-
льзуется реле К1 на рабочее напряжение 12 В с сопротивлением об-
мотки не менее 120 Ом. Во второй схеме (б) для включения стекло-
очистителя применен легко доступный мощный биполярный
транзистор. Показанное включение таймера обеспечивает непрерыв-
ную работу стеклоочистителя в течение примерно 3 с (два цикла ра-
боты щеток — время зависит от величины R3). Паузу между циклами
можно регулировать в пределах 0,5-20 с при помощи резистора R2.
5.5.4. Продление ресурса световых ламп
Как известно, у ламп накаливания в холодном состоянии со-
противление существенно меньше (более чем в 10 раз), чем в разо-
гретом рабочем режиме. В результате этого в момент включения
возникает бросок тока (токовая перегрузка), что снижает ресурс
ламп. Для устранения такой перегрузки можно воспользоваться
схемой, обеспечивающей ступенчатую подачу напряжения в мо-
мент включения, рис. 5.70.
Схема состоит из одновибратора, который при включении
обеспечивает подачу напряжения на реле К1 с задержкой. При
Рис. 5.70. Схема, обеспечивающая устранение токовой
перегрузки световых ламп
226
Практические схемы на таймерах
этом питание на лампы поступает сначала через ограничивающий
ток резистор R2, а после срабатывания реле — через его замкну-
тые контакты К1.1. Используемое реле должно иметь контакты,
рассчитанные на ток не менее чем 10 А.
Аналогичного назначения схема, но собранная на двух тайме-
рах, приведена в журнале [Л44].
5.5.5. Автомат для управления
освещением гаража
Схема устройства (рис. 5.71) позволяет автоматически вклю-
чать вспомогательное освещение гаража, а затем через некото-
рый интервал его отключать, [Л45]. Особенностью устройства яв-
ляется наличие у него блокировки, действующей в течение свето-
вого дня, но когда темно, схема будет срабатывать от света
автомобильных фар. Время работы освещения устанавливается
таким, чтобы можно было успеть выйти из машины и открыть
дверь гаража.
Рис. 5.71. Схема автомата для управления освещением
Основой схемы является одновибратор (DA1), который запуска-
ется по входу 2, когда сопротивление фоторезистора R2 сильно уме-
ньшается под действием внешнего источника света. Напряжение с
выхода 3 таймера через резистор R7 поступает на управление откры-
227
Раздел 5
ванием симистора VS1. Время работы лампы освещения зависит от
номиналов элементов R3-C2. А для того чтобы схема днем не работа-
ла, второй фоторезистор (R5) подключен к выводу 4 для блокировки
(в темноте его сопротивление увеличивается, и мультивибратор бу-
дет готов к работе). Располагать фоторезистор R5 следует так, чтобы
на него не смог попасть свет от фар подъехавшей машины.
В качестве фоторезисторов можно использовать любые, име-
ющие темновое сопротивление не менее 1 МОм.
5.5.6. Простая противоугонная система
Для выполнения простейшей противоугонной системы для ав-
томобиля достаточно всего двух одинарных таймеров. Электриче-
ская схема варианта такого устройства показана на рис. 5.72 [Л46].
Устройство выполняется в виде отдельной приставки и под-
ключается скрытно установленным тумблером SA1. Включатель пи-
тания (SA1) совмещает в себе функцию блокировки системы зажи-
гания (включается в разрыв соответствующей цепи замка зажига-
ния). В качестве датчиков (F1-Fn) могут использоваться кнопки,
установленные в дверях автомобиля, а также на капоте и багажни-
ке. При этом одна из них F1 — от двери водителя. Кнопка SB1 свя-
зана с сиденьем водителя.
Рис. 5.72. Схема простого охранного устройства
228
Практические схемы на таймерах
Работает система следующим образом. Схема состоит из двух
одновибраторов, один из которых (DA1) обеспечивает задержку (на
16 секунд) перехода в режим ОХРАНА при включении питания тумб-
лером SA1 (чтобы хозяин успел выйти из машины) или же при сра-
батывании датчика F1, т. е. при переходе в режим ТРЕВОГА. Это не-
обходимо для того, чтобы хозяин, открывая машину, мог успеть от-
ключить противоугонную систему до включения звука, что
позволяет обойтись без установки внешнего выключателя и упрос-
тить схему.
Второй одновибратор (DA2) срабатывает по срезу импульса с
выхода DA1/3 или отдатчиков F2-Fn. Он ограничивает время рабо-
ты сирены после перехода системы в режим ТРЕВОГА. Сигнал с вы-
хода DA2/3 может использоваться для включения звуковой сирены
(см. раздел 5.1) на интервал, задаваемый элементами R6-C5.
Цепь из элементов R4-C3 служит для начальной установки ну-
левого состояния на выходах микросхем. Тиристор VS1 в началь-
ный момент будет включен, так как контакты кнопки SB1 замкнуты
(пока водитель сидит на своем месте), и отключается, когда на вы-
ходе DA1 появится нулевое напряжение (система перешла в режим
охраны). В этом случае тиристор позволяет запускать второй одно-
вибратор (DA2) только от любого из сработавших датчиков. Тири-
стор можно использовать из серии КУ101 А, Б.
5.6. Выполненные на основе
таймера узлы
В этот раздел включены схемы самого разного назначения, ко-
торые не относятся к разделам, приведенным выше. В них часто
таймеры используются совместно с другими микросхемами, что
позволяет расширить возможности устройств.
5.6.1. Имитаторы звуковых эффектов
Схема (рис. 5.73 [Л42]) предназначена для работы с любым
источником звукового сигнала и позволяет изменить спектр на вы-,
ходе относительно входного. Например, из обычной разговорной
речи сделать "компьютерный голос”. Достигается это за счет моду-
ляции исходного сигнала прямоугольными импульсами, которые
формирует генератор на микросхеме DA1 (рабочая частота у него
229
Раздел 5
Рис. 5.73. Схема приставки для имитации “компьютерного” голоса
выбрана около 10 Гц). Возникающие при этом искажения создают
новые частотные составляющие в спектре исходного сигнала, кото-
рые и меняют тембр звука, например голоса, делая его менее похо-
жим на оригинал. Для получения нужного спектра может потребо-
ваться регулировка элементов R3 и R2. Транзистор используется в
качестве управляемого напряжением резистора и образует вместе
с R4 управляемый напряжением аттенюатор.
Еще одна схема для изменения спектра сигнала показана на
рис. 5.74 [Л40]. В ней звуковой сигнал модулируется с частотой
50-90 Гц (частота изменяется резистором R2), вырабатываемой
микросхемой DA1. Чтобы не было сильных искажений и ухудшения
разборчивости, входной сигнал не должен превышать уровень в
150 мВ и поступать от источника с низким выходным сопротивлени-
ем, например, от электродинамического микрофона. Выходной
сигнал подается на любой внешний усилитель. При этом во многих
случаях можно не устанавливать конденсаторы С4-С5 (если в зву-
ковом сигнале нет постоянной составляющей).
5.6.2. Преобразователь напряжениё-ширина
импульсов
Для создания некоторых устройств (стабилизации напряжения
или скорости вращения электромотора, автоматического зарядно-
го устройства и др.) может потребоваться преобразователь управ-
ляющего входного напряжения в ширину выходных импульсов. Ва-
230
Практические схемы на таймерах
Рис. 5.74. Второй вариант приставки для создания
звуковых эффектов
□вых Л
|цвх = о|
оШ-----------------------LI--------LJ--------U---------► t
Рис. 5.75. Схема преобразователя напряжение-ширина импульсов
и диаграммы, поясняющие работу
231
Раздел 5
риант схемы такого узла приведен на рис. 5.75 [Л46], она обеспе-
чивает точность преобразования не хуже 1 %.
Микросхема DA1 имеет отечественный аналог К140УД7 и ра-
ботает в качестве интегратора разности напряжений Ubx и Uon, а на
таймере DA2 собран одновибратор с запуском от внешнего такто-
вого генератора. Резистор R2 служит для установки нужной мини-
мальной ширины импульсов.
5.6.3. Микромощный радиопередатчик
На микросхемах таймера можно собрать маломощный пере-
датчик на диапазон частот 100-500 кГц, работающий с амплитуд-
ной модуляцией, рис. 5.76 [Л47]. Его можно использовать в качест-
ве бесконтактного ключа или в устройствах автоматики.
Рабочая частота передатчика зависит от элементов R1-R2-C1
задающего генератора на микросхеме DA1. Вторая микросхема —
типичный одновибратор (запускаемый по входу 2), ширина импуль-
сов у которого зависит от модулирующего напряжения (Рмод), по-
даваемого на вход 5 (конденсатор С4 обеспечивает развязку входа
от постоянной составляющей модулирующего сигнала). Выходные
импульсы поступают в резонансный контур L1-C7-C8, настроен-
ный на частоту задающего генератора (при помощи С8), где под-
держивают гармонические колебания. Амплитуда этих колебаний
будет зависеть от ширины приходящих импульсов. Неполное вклю-
чение катушки L1 к DA2/3 снижает влияние низкого сопротивления
выхода микросхемы на добротность контура. Катушку можно намо-
тать на ферритовом стержне (любой формы) от СВ или ДВ радио-
приемника.
Приведенные диаграммы напряжений поясняют работу.
5.6.4. Электронная рулетка
Схема состоит из генератора импульсов (D1), десятичного
счетчика (D2), имеющего 10 выходов и светодиодов, рис. 5.77. Све-
тодиоды HL1-HL10 располагаются по кругу и напротив каждого
ставится своя цифра, которую и следует угадать. При кратковре-
менном нажатии на кнопку SB1 светодиоды загораются по очереди
и свет движется по кругу (имитируя движение шарика), постепенно
замедляя скорость (за счет разряда конденсатора С1), пока не
останется гореть один из них. Число светодиодов можно увеличить
232
Практические схемы на таймерах
Рмод
Рис. 5.76. Схема радиопередатчика с амплитудной модуляцией
D1 КР1006ВИ1
Рис. 5.77. Имитатор работы рулетки
тттттттт
233
Раздел 5
до 20 или 30, если установить дополнительные счетчики К561ИЕ8,
включив их последовательно. Но так как нагрузочная способность у
КМОП-микросхем мала — светодиоды надо применять с малым ра-
бочим током, например из серии КИПД или АЛ310.
5.6.5. Генератор отрицательных ионов
В медицине в лечебных целях иногда используют ионизатор
воздуха. В быту их нередко применяют для очистки помещения от
пыли и микробов и создания более комфортных условий. Простой
ионизатор можно выполнить, воспользовавшись схемой, рис. 5.78.
В ней высокое напряжение формируется за счет индуктивного вы-
броса противо-э.д.с. в катушке 1 трансформатора Т2, который
возникает каждый раз после прекращения тока через обмотку 2.
Это напряжение выпрямляется диодом VD4 и подается на излуча-
тель Е1.
Рис. 5.78. Схема генератора отрицательных ионов
В качестве сетевого трансформатора Т1 можно воспользова-
ться унифицированными, обеспечивающими во вторичной обмотке
ток до 0,8 А, а Т2 легко изготовить на основе любого, используемо-
го в генераторах строчной развертки цветных телевизоров, намо-
тав обмотку 2 — 8... 12 витков, а в качестве обмотки 1 подключить
уже имеющуюся, содержащую наибольшее число витков (высоко-
вольтную).
234
Практические схемы на таймерах
Схема показывает только, как можно получить высоковольтное
напряжение, а для того чтобы при помощи этого напряжения со-
здать легкие аэроионы отрицательной полярности (именно они об-
ладают полезными свойствами), потребуется изготовить излуча-
тель Е1. Он выполняется из провода и должен иметь много игольча-
тых (острых) окончаний. Форма и размеры конструкции большого
значения не имеют. Разные варианты таких излучателей можно
увидеть в магазине — они входят в состав бытовых ионизаторов,
изготовленных промышленностью (так называемая “люстра Чижев-
ского А. Л.”).
При небольших размерах излучателя для ускорения циркуля-
ции воздуха в рабочей зоне желательно установить вентилятор
(мотор М1 показан на схеме), в этом случае более интенсивно про-
ходит процесс образования аэроионов.
5.6.6. Генератор в качестве металлоискателя
Если во времязадающую цепь автогенератора кроме резисто-
ра включить еще и катушку индуктивности L1 (рис. 5.79), то в такой
схеме частота будет зависеть от параметров катушки. Как извест-
но, близко расположенные токопроводящие предметы влияют на
индуктивность катушки, а значит и на изменение частоты генерато-
ра. Если к выходу такого генератора подключить современный
мультиметр, имеющий режим измерения частоты, то такое устрой-
ство можно использовать в качестве металлоискателя.
а)
Рис. 5.79. Схема генератора для металлоискателя
б)
235
Раздел 5
Для увеличения дальности обнаружения катушку датчика (L1)
придется сделать объемной, как это показано на рис. 5.79, б. Для
намотки провода удобно использовать пенопласт, вырезав из него
соответствующий каркас. После намотки провода надо обмотать
лакотканью или изолентой, что придаст жесткость рамке и защитит
ее от влаги. После этого необходимо еще обмотать катушку алюми-
ниевой фольгой, которая будет являться электростатическим экра-
ном. В месте вывода проводов оставляется зазор 10—20 мм, т. е.
фольга не должна иметь замкнутый контур, чтобы не ухудшать доб-
ротность основной катушки. Как придать катушке более привлека-
тельный вид и сделать удобное для использования крепление, ду-
маю, вы догадаетесь сами.
236
Литература
1. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 1. М.:
СОЛОН-Р, 2001.
2. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 2. М.:
СОЛОН-Р, 2001.
3. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 3. М.:
СОЛОН-Р, 2001.
4. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 4. М.:
СОЛОН-Р, 2001.
5. IC Timer Cookbook. Walter G. Jung. Published by Howard W. Sams
& Co., Inc. ISBN: 0-672-21932-8. “A reference 'must' for hobby,
technicians, and engineers.”
6. The 555 Timer Applications Sourcebook. Howard M. Berlin. Publis-
hed by Sams Inc. ISBN: 0-672-21538-1. “Learn howto connect the
555, perform 17 simple experiments.”
7. 555 Timer IC Circuits. Forrest M. Mims III, Engineer's Mini Notebo-
ok. Radio Shack Cat. No: 62-5010. “Create & experiment with pulse
generators, oscillators, and time delays.”
8. Терентьев Д. E. Защита электропитающих установок объектов
связи от опасных электромагнитных влияний.
http://www.add.rU/r/spres/enes.html
9. ГОСТ 5238-81 “Установки проводной связи. Схемы защиты от
опасных влияний и токов, возникающих на линиях”.
10. http://www.intercross.rzn.ru/mzr.htm
11. http://www.pkt.ru/eq25.htm
и http://www.dialelectrolux. ru/news/news2.htm
12. http://www.setri.spb.ru/rus/conference/iv_19.html
13. Кадуков А. TVS-диоды — полупроводниковые приборы для
ограничения опасных перенапряжений в электронных цепях. —
http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/01_01/stat-32.htm
14. http://us.st.com/stonline/campaign/gold/discrete/transil.htm
15. Семенов Б. Ю. Силовая электроника для любителей и профес-
сионалов. М.: СОЛОН-Р. 2001.
237