«ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ ФЕРЕНЦИ ОДОН Электроника в нашем доме © Перевод на русский язык, Энергоатомиздат, 1987 ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ В предлагаемой книге приведены подробные описания электротехнических, ...»

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ

ФЕРЕНЦИ ОДОН

Электроника в нашем доме

© Перевод на русский язык, Энергоатомиздат, 1987

ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

В предлагаемой книге приведены подробные описания электротехнических, электромеханических, оптикоэлектронных, фоточувствительных и электронных устройств, узлов, а также их схем, которые могут быть полезны в домашнем хозяйстве.

Читатель найдет в ней схемы электронных звонков, воспроизводящих запрограммированные фрагменты музыкальных произведений, охранных устройств на основе различных датчиков (механических, световых, фотоприемных), схемы сигнализации и контроля. Могут заинтересовать читателя и устройства включения и отключения бытовых энергопотребителей, схемы управления электродвигателями, автоматического полива комнатных растений, контроля режима работы бытовых электроприборов (стиральных машин, сушилок для белья, «электронного душа»).

Наряду с принципиальными электрическими и монтажными схемами устройств даны упрощенные описания принципов их работы, а также некоторые рекомендации по наладке и настройке. При монтаже описанных устройств используются как стандартные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, тиристоры, оптоэлектронные приборы, интегральные микросхемы), так и нестандартные конструкции, которые изготавливаются по приведенным в книге чертежам и эскизам.

В приложении, помещенном в конце книги, дана таблица зарубежных изделий электронной техники и их отечественных аналогов (как приближенных, так и функциональных). Обращаем внимание читателя на возможность различия по некоторым параметрам зарубежных и отечественных элементов; в этом случае потребуются корректировка номинальных значений пассивных элементов схем или навесной монтаж дополнительных элементов при самостоятельной сборке устройств.

Необходимые для работы сведения об основных параметрах отечественных и зарубежных полупроводниковых приборов можно найти в справочнике А. В. Нефедова и В. И. Гордеевой «Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги» (М.: Радио и связь, 1985), а описание и параметры интегральных микросхем — в книге «Зарубежные интегральные микросхемы широкого применения» под редакцией А. А. Чернышева (М.: Энергоатомиздат, 1984).

Надеемся, что предлагаемая книга позволит расширить круг интересов читателей и послужит им основой для развития самостоятельных конструкторских и схемотехнических навыков.

А. В. Нефедов

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее издание предназначено для читателей, интересующихся вопросами применения электроники в быту. Область использования электронных приборов в домашних условиях весьма обширна.

Книга содержит три главы. В первых двух рассмотрены электрические схемы различных сигнальных устройств, применяемых в быту. Описание этих схем поможет читателю выбрать то из предлагаемых технических решений, которое наиболее целесообразно использовать в его доме или квартире. Главное преимущество большинства предлагаемых схем — их простота. Схемы не только не ограничивают, но и поощряют у желающих поиск путей их совершенствования. Устройства, собранные в соответствии с содержащимися в книге схемами, полностью работоспособны. Автор не ставил целью подробное описание принципов их действия. Если монтаж произведен правильно, то устройство будет работать и без полного понимания схемы.

Третья глава посвящена применению электроники в современном домашнем хозяйстве. В ней рассмотрены главным образом электрические схемы управления и регулирования бытовой техники, а также направления в их развитии.

Книга рассчитана на широкий круг читателей — от начинающих любителей до специалистов, работающих в области электротехники и электроники.

Автор надеется, что книга заинтересует увлекающихся бытовой электроникой читателей и, возможно, будет для них небесполезной.

Одон Ферещи Глава

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

ДОМАШНИХ СИГНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

1.1. ЗВУКОВЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

И ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Для привлечения внимания или вызова обычно используют световые или звуковые сигнальные устройства:

электрические звонки, зуммеры и другие источники сигналов. Следующей ступенью развития стали звонки типа «бим-бом». Преимущество большинства из них состоит в том, что звуковой сигнал возникает лишь в момент нажатия кнопки звонка, а для каждого следующего сигнала необходимо повторное нажатие.

Однако сигнал у большинства таких устройств является непродолжительным, поэтому часто не привлекает достаточно внимания, а иногда остается и вовсе не услышанным. У новых образцов сигнальных устройств с ртутными контактами за нажатием кнопки следует двойное звучание. Отдельные типы звонков снабжены электролампами, подающими одновременно со звуковым и световой сигнал, что особенно удобно для шумных помещений.

Электроника позволяет заменить традиционные электрические звонки устройствами, выполненными на транзисторах и интегральных микросхемах, и получить в результате приятные и мелодичные сигналы, например в виде фрагментов музыкальных мелодий.

1.1.1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ДВЕРНЫЕ ЗВОНКИ Простейшие транзисторные зуммеры. На рис. 1,а приведена схема транзисторного генератора, применяемого вместо электрического дверного звонка. Сечение сердечника автотрансформатора 14X14 мм; количество витков в обмотках: п1 = 35; n2 = 60; n3 = 20; диаметр проволоки 0,42 мм. Требуемое значение частоты звука может быть установлено изменением емкости конденсатора С. Потребляемый генератором ток при напряжении 4,5 В составляет 160 — 200 мА.

Рис. 1. Схемы дверного звонка с транзисторным генератором (а) и генератором на однопереходном транзисторе (б) Отрегулированные на различную частоту транзисторные зуммеры подают существенно отличающиеся по звучанию сигналы, что особенно удобно при установке таких устройств в помещениях с общим входом, На рис. 1, б изображена схема электронного дверного звонка с однопереходным транзистором, которая обеспечивает подачу сигналов различного звучания при нажатии кнопки на передней G1 и задней G2 дверях (например, в кухне и прихожей). Силу звука можно повысить, изменив номиналы резисторов или увеличив напряжение питания (до 24 В).

Электронные звонки с использованием мультивибратора. На рис. 2, а представлена схема электронного звонка с самовозбуждающимся мультивибратором. Транзисторы Т1 и Т2 входят в схему мультивибратора. При нажатии на кнопку G мультивибратор начинает генерировать колебания, а акустический индикатор (динамик), находящийся в коллекторной цепи ТЗ, воспроизводит звук, высота которого соответствует частоте этих колебаний.

На схеме, изображенной на рис. 2, б, при нажатии на кнопку G на мультивибратор, состоящий из транзисторов 77 и Т2, подается напряжение питания 9 В. Динамик, подключенный к коллектору транзистора ТЗ, воспроизводит звук соответствующей частоты. Частота звука может быть изменена соответствующей регулировкой потенциометра Р.

На рис. 2, в показан электронный дверной звонок, действующий при различных значениях напряжения.

Рис. 2. Электронные дверные звонки с самовозбуждающимся мультивибратором:

а — схема передачи прямоугольных сигналов из коллектора транзистора Т2; б — схема передачи прямоугольных сигналов из эмиттера транзистора Т2; в — электронный дверной звонок, действующий при различных значениях напряжения Мультивибратор, как и в предыдущих случаях, образуют транзисторы Т1 и Т2. До тех пор, пока напряжение на входных клеммах 1 и 2 не достигнет достаточного для срабатывания транзистора Т1 значения, динамик не включается.

Звонок двойного звучания типа «бим-бом» может быть собран по схеме, приведенной на рис. 3, с использованием мультивибратора. К ее преимуществам можно отнести изменяемость ритма, периода колебаний, а также продолжительности паузы между двумя звуковыми сигналами.

На схеме мультивибратор образован транзисторами 77, Т2. Период возникновения прямоугольных импульсов можно регулировать потенциометрами Р1 и Р2. Коэффициент их заполнения, а также длительность устанавливают, изменением сопротивления резистора в базовой цепи. С помощью подстроечных потенциометров Р1 и Р2 продолжительность звучания звонка регулируется в диапазоне от 3 с до непрерывного сигнала.

Рис. 3. Схема, использующая мультивибратор для получения разного звукового эффекта звонков типа «бим-бом»

Колебания через эмиттерный повторитель, построенный на транзисторе ТЗ, поступают на каскад на транзисторе Т4, в результате чего звонок типа «бим-бом» срабатывает. При нажатии на кнопку транзистор ТЗ открывается и открывает транзистор Т4, что приводит к возникновению первого звукового сигнала. Если открывается транзистор Т2, то транзисторы ТЗ и Т4 запираются, соответственно разрывается цепь звонка и следует звуковой сигнал другой тональности. В соответствии с частотой колебаний мультивибратора время звучания сигнала зависит от продолжительности нажатия на кнопку звонка. Диод D5 защищает транзистор Т4 от индуктивных всплесков напряжения.

На рис. 4 показана схема электронного звонка тройного звучания с использованием мультивибратора. При нажатии на кнопки G1, G2 и G3 в динамике слышны звуки частотой 2, 1 и 0,3 кГц соответственно.

Преимущество ее в том, что при соединении кнопок и сигнального устройства требуется всего одна пара проводов.

Рис. 4. Электронный звонок тройного звучания Рис. 5. Электронные звонки на интегральных микросхемах:

а — с использованием двойного таймера типа 556; б — назначение выводов интегральной микросхемы: 1 — разрядное; 2 — порог; 3 — управляющее напряжение; 4 — сброс; 5 — выход;

6 — триггер; 7 — земля; 8 — триггер; 9 — выход; 10 — сброс; И — управляющее напряжение; — порог; 13 — разрядка; 14 — + Unит; в — с двумя таймерами типа 555: 1 — самовозбуждающийся мультивибратор; 2 — моностабильный мультивибратор Мультивибратор приводит в действие динамик через составные транзисторы ТЗ и Т4, образующие усилитель по схеме Дарлингтона. При отсутствии напряжения на входе (Uвх = 0) транзисторы Т1 и Т2 закрыты.

Если же имеется положительное напряжение, то мультивибратор вступает в работу и генерирует колебания, частота которых зависит от значения приложенного напряжения. При повышении входного напряжения она возрастает, так как возрастает ток, проходящий через резисторы R1 и R2,и поэтому быстрее заряжаются конденсаторы С1 и С2. При нажатии на кнопку G1 напряжение на входе мультивибратора составляет +24 В, а при нажатии на кнопки 02 и СЗ — соответственно UT — UZ1 = 24 — 10=14 В и UT — UZ2 = 24 — 18 = 6 В.

На рис. 5 показаны схемы электронных звонков со специальными звуковыми эффектами.

Один из таймеров интегральной микросхемы типа 556 (рис. 5, б) работает в качестве самовозбуждающегося мультивибратора. Вывод 5 соединяется с вводом 8 другого таймера (рис. 5, а), работающего по схеме моностабильного мультивибратора. Частота импульсов, образованных самовозбуждающимся мультивибратором, определяется параметрами элементов схемы R1 и С1. На выводной клемме 9 образуются соответствующие выходные импульсы. Их продолжительность регулируется элементами R3 и СЗ.

Рис. 6. Электронный звонок, имитирующий звук гонга:

а — схема соединений; б — структурная схема Здесь моностабильный мультивибратор работает в качестве делителя частоты, что сопровождается проявлением специальных звуковых эффектов. Сила звука в малой степени может быть изменена с помощью потенциометра R4. Для достижения поставленной цели должны быть изменены параметры элементов схемы R1 и СЗ.

Очень интересный звуковой эффект может быть получен при нажатии кнопки G и установке вместо резисторов R1 и R3 фоторезистора (например, типа LDR03). Звуковой сигнал в этом случае может изменяться в зависимости от степени освещенности фоторезистора карманным фонарем. Варьированием характеристики R модулируется частота самовозбуждающегося мультивибратора, а изменением характеристики резистора R3 достигается звучание в виде тремоло.

Электронные звонки, имитирующие звук гонга. Вместо традиционного электрического звонка в качестве источника звука прекрасный эффект дает применение электронного гонга с его характерным гармоничным звучанием. Схема, приведенная на рис. 6, функционирует следующим образом. На вход каскада усиления, именуемого модулярным усилителем (транзистор ТЗ), поступают прямоугольные импульсы от самовозбуждающегося мультивибратора (Т1 и Т2} с частотой 1 кГц.

Рис. 7. Схема, позволяющая имитировать звук гонга: а — схема соединений; б — формы выходных сигналов при различных значениях емкостей В этом случае на выходе модуляторного усилителя (при условии неизменности его питающего напряжения) получаем монотонный сигнал частотой 1 кГц, который из динамика слышен как звук неизменной интенсивности. Прямоугольный сигнал нужной частоты интегрируется, и таким образом получается напряжение треугольной формы (т. е. сначала нарастает, а затем экспоненциально спадает). Дальше оно поступает на модулятор, что и позволяет добиться характерного звучания.

Когда транзистор Т2 закрыт, конденсатор СЗ заряжается через коллекторное сопротивление резистора R4 и диод D. Постоянная времени зарядки является функцией произведения R4-C3. При переходе мультивибратора в новое состояние транзистор Т2 открывается и его коллекторное напряжение уменьшается. Одновременно конденсатор СЗ начинает разряжаться через коллекторную цепь транзистора ТЗ. Диод D препятствует разрядке конденсатора СЗ через транзистор Т2. Таким путем может быть увеличено значение постоянной времени разрядки конденсатора.

Экспоненциально нарастающее, а затем спадающее напряжение модулирует по амплитуде сигнал в каскаде усиления. Изменением емкости конденсатора С1 мультивибратора можно регулировать время нарастания, а конденсатора С2 — время спада сигналов. Тем самым обеспечивается получение сигнала гонга требуемого звучания. Изменением частоты мультивибратора достигается различная высота звука. Например, более низкий и продолжительный он получается при 300 — 400 Гц. В случае же использования больших (1000 — 2000Гц) частот звучание более резкое и менее продолжительное.

На рис. 7 показана еще одна схема, позволяющая получить звук, подражающий гонгу. Ее построение сходно с изображенным на предыдущем рисунке. На вход модуляторного каскада на транзисторе ТЗ подается прямоугольный сигнал мультивибратора, а к его выходу подсоединяется соответствующий усилитель. Состоящий из транзисторов Т1 и Т2 задающий мультивибратор в данном случае работает на частоте 1 Гц. Изменяя емкости С и C2t получаем возможность регулировать в широких пределах частоту и коэффициент заполнения прямоугольного сигнала. Звучание гонга в каждом новом случае может быть различным. Меняя номинал конденсатора С1, регулируют время спада, а конденсатора С2 — время нарастания сигнала. Высота же звука зависит от частоты мультивибратора. Формы выходных сигналов при различных значениях емкостей приведены на рис. 7, б.

Рис. 8. Электронный 1музьгкальный звонок: а — схема соединений; б — структурная схема Электронные музыкальные звонки. На рис. 8 приведены схема соединений и структурная схема электронного звонка с приятным музыкальным звучанием. Здесь задающий самовозбуждающийся мультивибратор, состоящий из транзисторов Т1 и Т2, выдает импульсы через 2,5 — 3 с. С коллектора транзистора Т2 сигнал поступает на схему интегрирования, состоящую из элементов R6, СЗ. При заряде конденсатора СЗ и его разряде во время работы задающего мультивибратора сигнал на базе транзистора ТЗ экспоненциально возрастает или соответственно уменьшается. Таким образом, осуществляется управление мультивибратором звуковой частоты, состоящим из транзисторов Т4 и Т5.

Рис. 9. Музыкальный звонок, имитирующий голоса птиц Если на резистор R8 подать отрицательное напряжение, то частота колебаний мультивибратора составит примерно 1000 Гц. В случае, когда прибор состоит только из мультивибратора звуковой частоты и усилителя Дарлингтона, выдается однообразный (однотонный) сигнал. Если же схема собрана полностью, из динамика слышен мягкий, похожий на сирену звук. Таким образом, может быть получено двойное звучание и без использования интегратора. При нажатии кнопки звонка достигается постепенное нарастание силы звука, обеспечиваемое введением в схему RС-цепочки (R11 — С6) с параметрами 820 Ом и 200 мкФ.

На рис. 9 приведена схема музыкального звонка, подражающего пению птиц. Она питается выпрямленным напряжением 8В или постоянным 12 В. Динамик выдает звуковой сигнал продолжительностью от 2 до 14 с в зависимости от емкости конденсатора С.

Основу схемы составляет генератор с индуктивной связью. Исходная частота определяется элементами СЗ, R4, R5. Она уменьшается с увеличением емкости конденсатора СЗ. Если соединить вторичную обмотку трансформатора Тр2 с выключателем K, то можно изменять тембр звука. Потребление тока с вторичной обмотки звонкового трансформатора происходит только в течение его работы и составляет 8 — 15 мА.

Трансформатор Тр2 имеет следующие характеристики: количество витков в обмотках 1400 и 2X соответственно; диаметр провода первичной обмотки 0,05, вторичной 0,08 мм; толщина сердечника 7 мм.

Предельная мощность используемых резисторов 1/10 Вт.

Вместо p-n-p-транзистора (как показано на рис. 9) может быть использован и другой тип (n-р-n), однако тогда необходимо переменить полярность подключения электролитических конденсаторов и диода D1.

Первое место среди многоголосных формирователей сигналов принадлежит «музыкальным» генераторам.

Работают они следующим образом. При нажатии кнопки и определенных условиях запуска включается электронный счетчик. Во время процесса подсчета импульсов выходные сигналы с дешифратора подключают переменные резисторы генератора, задающие определенную частоту. При этом возникают мелодии, составленные из первых звуков различных песен.

Рис. 10. Музыкальный звонок на интегральных микросхемах КМОП-типа Для построения аналогичных схем используют различные интегральные микросхемы, например четырехразрядный регистр сдвига SN 74195N (каждый из регистров имеет четыре звуковых сигнала, один из которых необходим для установки куля), двоично-десятичный счетчик SN 7490N с дешифратором SN 7442 («1 из 10»), четырехразрядный двоичный реверсивный счетчик SN 74193 N с дешифратором-демультиплексором SN N (15 звуковых сигналов, 1 — обратного действия) и др.

Рис. 11. Музыкальный звонок, воспроизводящий десять последовательных звуков:

a — «музыкальный» генератор: 1 — генератор, задающий такт; 2 — счетчик; 3 — - сигналгенератор; 4 — схема программирования; 5 — устройство декодировяния; б — схема программирования мелодий, приведенных в нотной записи На рис. 10 показан музыкальный звонок, построенный на интегральных микросхемах КМОП-типа, который при нажатии на кнопку проигрывает первые восемь звуков темы оды «К радости» Бетховена. Тактовые сигналы из интегральной микросхемы IC5 поступают в десятичный счетчик с дешифратором типа CD 4017 (IC1), который в основное состояние приводится при включении схемы посредством элементов C1, R1. Выход 0 не используется, поскольку первый тактовый импульс продолжительнее остальных. Выход 9 (11-и вывод) служит для выключения схемы после окончания мелодии (посредством IC4, a, b и транзистора Т1).

Оставшиеся восемь импульсов одинаковой продолжительности используются для стробирования самовозбуждающихся мультивибраторов, образованных из интегральных микросхем IC2, IC3 (тип 4011) и соединительных элементов. Таким образом, звуки раздаются в определенной последовательности.

Потенциометры Р1 — Р4 настроены так, чтобы можно было получить четыре звуковых сигнала нужной высоты. Для разделения звуков выход звукового генератора коммутируется тактовым сигналом. После этого сигнал через потенциометр регулировки звука Р5 подается на усилитель звуковой частоты, состоящий из транзисторов Т2 и ТЗ.

«Музыкальный» генератор, изображенный на рис. 11, образует десять последовательно звучащих сигналов, что может быть лейтмотивом музыкального фрагмента.

Схема состоит из сдвоенного таймера типа 556 (или из двух таймеров типа 555), двух декодирующих устройств типа SN7441 и одного двоично-десятичного счетчика типа SN 7490. Питающее напряжение таймера типа 556 может быть выбрано произвольно в пределах от 5 до 15В. Все интегральные микросхемы в данном случае питаются напряжением 5 В.

Микросхема IC1A работает в качестве генератора тактовых сигналов. Этот самовозбуждающийся мультивибратор производит сигналы очень низкой частоты, определяемой номиналами элементов R2 и СА (T=0,25с).

Выходной сигнал задающего генератора (вывод 5) поступает на вывод 14 счетчика. Кроме того, в положении b выключателя K этот сигнал поступает и на вывод 10 сигнал-генератора. В этом случае десять звуков мы слышим одновременно, что воспринимается как один гармоничный аккорд. Когда же выключатель K находится в положении а, звуки следуют один за другим, как это бывает при исполнении мелодии.

Рис. 12. Частота выходного сигнала в зависимости от значения емкости программирующего конденсатора Генератор тактовых импульсов может работать в двух режимах. Если вывод ЕС (или 4} подключить к питающему напряжению 5 В, схема будет работать непрерывно. Если же контакт ЕС оставить свободным (не подключать никуда), то после одноразового проигрывания мотива, т. е. по прошествии 10-0,25 = 2,5 с, работа генератора прекращается.

Счетчик IC2 (тип SN 7490) управляется таким образом, что на его выводах 12, 1, 9, 8 и 11 возникает пять сигналов, управляющих десятичными декодирующими устройствами IC3 и IC4 (тип SN7441). На десяти выходах декодирующего устройства возникают сменяющие друг друга импульсы продолжительностью 0,25 с. Эти выходы подключены к входу конденсаторной схемы программирования. Когда какой-либо из выходов IC становится активным, в цепь сигнал-генератора включается соответствующий ему конденсатор. Сигналгенератор представляет собой самовозбуждающийся мультивибратор, который построен на второй половине интегральной микросхемы таймера типа 556. Его частота определяется номиналом резистора R4 (42 Ом) и емкостью конденсатора в цепи программирования.

На рис. 12 приведена зависимость выходной частоты сигнал-генератора от емкости программирующего конденсатора. По кривой можно определить значения емкостей для разных звуков и мелодий, нотная запись которых приведена на рис. 11,6. Десять конденсаторов не нужны, если звуковой сигнал одной частоты повторяется неоднократно. В схеме программирования PR1, например, один и тот же конденсатор (38 нФ) используется для третьего и пятого звуковых сигналов.

Для звуков, которые на октаву выше, частоту надо умножить, а значение сопротивления резистора R4 разделить на 2. Для звуков, которые на октаву ниже, — наоборот. Продолжительность отдельных сигналов определяется декодирующим устройством IC3.

Длительность семи первых звуковых сигналов от трех последних в 2 раза больше, так как емкость конденсатора Св отличается от емкости СА. Частота тактозадающего мультивибратора IC1A зависит от значений произведения R2-CB или R2-CA- Обычно конденсатор бывает соединен с землей. В нашем случае декодирующее устройство соединяет его с землей в нескольких точках. По схеме, например, видно, что выводы 10, 1 и 2 заземляют конденсатор СА (10 мкФ). Выход сигнал-генератора надо соединить со входом усилителя звуковой частоты. Конденсатор СО вместе с резистором R5 образуют интегрирующую цепочку. Изменяя значение СО, можно регулировать тональность сигнала.

Подключение обычных электрических звонкое. Мы расскажем о двух способах подключения обычных электрических звонков. В связи с тем что обычно звонки работают от 8 В, в сеть их надо включать через разделительный трансформатор. На рис. 13, а представлена схема подключения двух звонков. Каждый из них срабатывает при нажатии соответствующей кнопки. Для соединения звонков и кнопок нужны три провода.

Рис. 13. Подключение звонков:

а — схема соединений при подключении двух звонков; б — подключение двух кнопок к одному звонку На рис. 13,6 изображена схема, позволяющая при помощи одного звонка получать два различных сигнала.

Подсоединение звонка выполнено таким образом, что лри нажатой кнопке G2 вторичное напряжение трансформатора поступает на клеммы 1 и 2, а при замкнутой кнопке G1, минуя якорь прерывателя, подается непосредственно на электромагнит. Однако в этом случае молоточек ударяет по чашке звонка только один раз и повторный сигнал возможен лишь при вторичном нажатии на кнопку G1. Если же замкнута цепь G2, звонок звонит до тех пор, пока кнопка нажата.

Рис. 14. Независимая работа двух звонков с двухпроводным подсоединением Независимая работа двух звонков с двухпроводным подсоединением. При уже установленном и работающем звонке иногда возникает необходимость дополнительно подключить к той же самой паре проводов еще один звонок, работающий независимо от первого (рис. 14). Для этого надо только провести от первого звонка еще два провода до места установки нового звонка.

Как видно из рисунка, при нажатии кнопки G1 звонит звонок Csl, а при нажатии кнопки G2 — — Cs2.

Можно и одновременно звонить в два звонка. Ясно, что дополнительное применение диодов позволяет использовать один звонок за счет одного полупериода переменного тока, а другой — за счет второго.

Схема работает следующим образом. Когда нажимают, например, кнопку G1, цепь вторичной обмотки трансформатора Тр через диоды D1 и D2, звонок Csl и резистор R замыкается. Диоды соединены последовательно, и при соответствующем полупериоде напряжения через Csl течет ток. Через Cs2 ток не течет, так как к диоду D4 приложено запирающее (обратное) напряжение. Нажатие кнопки G2 приводит к срабатыванию Cs2 (принцип работы аналогичен работе Csl). Учитывая, что при подключении напряжения конденсаторы представляют собой короткозамкнутую цепь, в схему включают последовательный токоограничительный резистор R.

Рис. 15. Работа трех звонков с двухпроводным подсоединением и реле со стабилитронами, работающими при разных уровнях напряжения стабилизации Рис. 16. Работа нескольких звонков с двухпроводным подсоединением при использовании селективных реле напряжения Работа нескольких звонков с двухпроводным подсоединением. В многоквартирных домах в каждой квартире обычно бывает установлен один звонок, который звонит при нажатии кнопки как у двери квартиры, так и у входа в дом. В этом случае может пригодиться схема с двухпроводной разводкой, при помощи которой можно эксплуатировать несколько звонков. Двухпроводное подсоединение трех звонков показано на рис. 15. Действие схемы основано на использовании реле вместе со стабилитронами, работающими при разных значениях напряжения стабилизации.

Если имеющиеся реле J1, J2 и J3 включить последовательно со стабилитронами, например, на 3,9; 11; 18В, можно добиться срабатывания реле при разных уровнях напряжения. При нажатии кнопок G1, G2 или G3 на двухпроводную цепь можно подать соответственно 8, 16 или 22 В. При нажатии кнопки G1 срабатывает только реле J1, так как напряжение в цепи меньше, чем на стабилитронах Z2 и Z3. Если напряжение в цепи превысит напряжение стабилизации стабилитрона Z2, сработает реле J2. Процесс можно изменить, нажав кнопку G2, тогда в цепь поступят 16В. В результате срабатывают реле J1 и J2. Звонки, работающие от 6 В, подключаются контактами реле, изображенными на рис. 15.

Работа нескольких звонков может осуществляться и выборочно с использованием селективных реле напряжения (см. рис. 16). Путем нажатия соответствующей кнопки в двухпроводную линию подаются различные уровни напряжения. Например, нажав кнопку G1, подают 8 В, G2 — 13 В, G3 или G4 — 18 и 24 В соответственно. Предположим, что мы нажали кнопку G2. Тогда под действием поступившего напряжения 13 В сработает реле звонка Cs2. Этот процесс осуществляется следующим образом.

Допустим, исключим из цепи потенциометр Р2. Напряжение срабатывания используемого per. j составляет В. Напряжение стабилизации стабилитрона Z3 (9,1 В) меньше, чем у Z4 (15В). Как только поступающее на двухпроводную линию постоянное напряжение составит сумму напряжений стабилитрона Z3 (9,1 В) и срабатывания реле (3В), реле J2 срабатывает и контактом ]21 замыкает цепь звонка Cs2. Если нажать кнопку G3, под действием 18В стабилитрон Z4 (более 15В) предварительно открывает транзистор Т2, который шунтирует реле J2, и поэтому оно сработать не может. Реле J3 срабатывает при наличии в цепи 18 В и стабилитрона Z5 с напряжением 14 В.

1.2. ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Для защиты квартир, индивидуальных домов и дач разработаны различные электрические и электронные сигнально-предупредительные устройства, которые должны срабатывать при проникновении постороннего лица (или животного) на охраняемую территорию или в помещение.

Системы сигнализации состоят из различного рода датчиков, центрального, сигнально-предупредительных и прочих дополнительных блоков. Их задачей является преобразование полученной соответствующей информации в электрические сигналы.

Таблица 1. Способы определения тождественности основных источников помех Дождь, гром, шум от самолета, Сравнение сигналов нескольких соседних передвижение земляных масс и т. д. защитных блоков и подавление одинаковых Магнитные силовые поля Сравнение частот сигналов и отфильтровывание Бросание камня, удар молнии или Принимаются только сигналы с частотой воздействие животных (например, больше 500 Гц, и при помощи В центральный блок поступает информация из разных мест и затем преобразуется в сигналы тревоги. Блок регулирует их продолжительность и приводит в действие сигнально-предупредительный механизм. В качестве последнего могут использоваться акустические, оптические и «замаскированные» (например, под телефон) блоки.

Сигнальные системы служат для отпугивания (предупредительная защита) или же незаметной передачи сигнала тревоги на центральную станцию.

Обязательными требованиями к сигнальному оборудованию являются его надежность и возможно меньшая вероятность ошибочного срабатывания. Очень важно и то, чтобы оно работало и при отключении от электросети и его было бы трудно вывести из строя. Сигнал не должен длиться больше определенного времени (обычно это несколько минут), чтобы при возможной новой попытке проникновения система срабатывала повторно.

Рассматриваемое оборудование снабжено автономным источником питания, который позволяет продолжать работу при отключении сетевого напряжения или его преднамеренном прерывании. Поэтому существует возможность различать такие неисправности, как обрыв проводов, прекращение подачи тока, вскрытие крышек отдельных блоков, или же подавать сигналы опасности при срабатывании датчиков.

Имеются и такие новейшие системы, при которых не нужна электропроводка, так как задача передачи информации выполняется системой освещения или же иногда радиосетью.

Простые сигнально-предупредительные устройства обыкновенно имеют цепи задержки включения для того, чтобы дать возможность неизвестному лицу покинуть сигнальную зону. По истечении определенного времени цепь задержки «разрешает» подачу сигнала тревоги.

В сигнальном оборудовании высокой степени надежности необходима установка таких систем, которые могли бы отличать ложные сигналы тревоги, будь они естественного происхождения (дождь, молния, гром и т.

д.) или же нет (например, предметы, оказавшиеся в охраняемой зоне, шум самолета и т. д.).

Существуют различия между частотным спектром механических ударных волн, вызванных преднамеренным проникновением, и спектрами прочих помех. В каждом случае имитации нападений отмечается значительная энергия на частотах, больших 1 кГц, случайные же помехи обнаруживаются в диапазонах меньших частот, поэтому, применяя настроенные фильтры, можно отсеять ложные сигналы тревоги.

В табл. 1 приведены способы определения тождественности некоторых видов сигналов и помех.

Блоками сигнализации могут быть звонки, сирены, осветительные лампы, мощные прожекторы и другие устройства.

1.2.2. ОСНОВНЫЕ СИГНАЛЬНО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Электрические схемы обычно используются совместно с электромеханическими датчиками, к которым относятся датчики, связанные с открыванием двери и окна, устанавливаемые в узких проходах, сигнализационные «ковры», являющиеся датчиками давления, контактные сигнализаторы и др.

На рис. 17 изображены микропереключатели, применяемые для контроля за открыванием двери или окна.

На рис. 18 представлены разные варианты магнитных датчиков, применяемых для сигнализации об открывании двери или окна. Магнитные датчики положения состоят из двух частей. Неподвижная часть представляет собой обмотку реле (дроссель), подвижная — содержит постоянный магнит. Когда подвижная часть удаляется от неподвижной, изменяется индуктивность обмотки и подается сигнал тревоги. Магнитные датчики положения применяются и для сигнализации о перемещении предметов. Различные варианты установки магнитных датчиков, используемых в системе защиты от проникновения в помещение через двери и окна, изображены на рис. 19. Существуют также и вибрационные датчики, действие которых основано на смещении простой пружины под действием нагрузки. Такой датчик регистрирует и мгновенное смещение. Они в первую очередь применяются для сигнализации о нанесении ударов (взломе, разбивании, вскрытии) по дверям, окнам, витринам, шкафам.

Основные варианты схем с малым потреблением тока, Представленная на рис. 20 схема срабатывает (осуществляет звуковую или световую сигнализацию) при открывании окна или двери (контакты EJ, E2 и ЕЗ).

В контролирующем состоянии цепь потребляет ничтожно малый ток, так что для ее работы достаточно двух плоских батареек.

Контакты El, E2 и ЕЗ могут быть микропереключателями, магнитными датчиками положения или же, например, тонкой проволокой. Контакт (цепь) прерывается, когда дверь или окно открывается. При этом тиристор открывается, заставляет срабатывать релей приводит в действие блок сигнализации, который работает до того момента, пока не отключат питающее напряжение.

На рис. 21 дана схема сигнальной цепи повышенной надежности с работой на замыкание. В нормальном (контролирующем) состоянии через реле J2 течет постоянный ток, благодаря чему сигнальное устройство срабатывает и при разъединении двухпроводной линии. Предположим, что какой-либо дверной контакт замкнулся. В результате сработает реле Л и своим контактом jll прервет цепь реле J2. Последнее отключается и своим контактом 121 замыкает цепь сигнального звонка.

Рис. 17. Микропереключатели, применяемые для контроля за открыванием двери или окна Рис. 18. Магнитные датчики, применяемые для сигнализации об открывании двери или окна: а, б — наружная установка; в, г — скрытая установка Охраняемое помещение Рис. 19. Различные варианты монтажа и установки датчиков системы защиты от проникновения в помещение через двери и окна Рис. 20. Схема противовзломной сигнализации Рис. 21. Схема сигнальной цепи, сигнализирующая об открывании двери (с применением контактов рабочего тока) Рис. 22. Схема сигнальной цепи с большой продолжительностью работы Отключить сигнализацию можно выключив расположенный вне квартиры скрытый выключатель К и одновременно включив таймер в другом помещении. Реле J1 и J2 работают от напряжения 6 или 12 В соответственна, поэтому и при отключении напряжения сети сигнализация действует. Реле J3 работает от отдельного источника питания выпрямленного напряжения 8 В. При отключении таймера реле J3 отключается и при помощи своего контакта J31 подает положительное питающее напряжение на одну из клемм дверных контактов. Тем самым цепь сигнализации приводится в рабочее состояние. Выключатель К, параллельно соединенный с контактом j31, повышает надежность системы.

На рис. 22 приведена электрическая схема системы сигнализации, построенной на интегральных микросхемах КМОП-типа, обеспечивающих большую длительность работы. По сравнению со схемами ТТЛ эти микросхемы потребляют малый ток. Датчиками El и Е2 могут быть дверные или оконные контакты, вырабатывающие сигналы при разрыве контролируемой цепи. Кнопка G1 их запрещает.

Интегральная микросхема IC1, а также элементы R4 и С2 образуют моностабильную цепь, которая срабатывает при нарушении какого-либо контакта. Время задержки составляет 7 с. Одновременно импульс попадает на один из входов D IC2. Самовозбуждающийся мультивибратор звуковых частот состоит из двух элементов НЕ-И и Rl, R2 и С1. Звуковой сигнал тревоги попадает на базу транзистора Т1 через резистор R3.

Рис. 23. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) системы сигнализации на рис. Предотвратить подачу этого сигнала можно, нажав (кратковременно) кнопку G1. Потребляемый в нерабочем, т. е. готовом к срабатыванию, состоянии ток составляет 15 мкА, что позволяет осуществлять питание системы от двух последовательно соединенных батареек на 4,5 В каждая примерно в течение года. На рис. приведены печатная плата и монтажная схема системы сигнализации.

В домах с приусадебными участками бывает нужно установить сигнализацию о проходе кого-либо из приглашенных через садовую калитку или проникновении постороннего лица через забор. В таком случае вдоль забора или над ним протягивают провод из тонкой проволоки (рис. 24). Если провод обрывается или микропереключатель R, смонтированный на воротах, размыкается, реле J срабатывает и цепь звонка через контакт j1 замыкается, вызывая звуковой сигнал.

Рассматриваемая система требует постоянного восстановления проводки. Целесообразнее поэтому использовать провод (трос) соответствующей толщины, соединяемый с подвижным контактом кнопки (рис. 25).

При натяжении этого провода цепь будет разрываться.

Если перерезать звонковый провод системы (рис. 24, а), то ее можно вывести из строя. В схеме, изображенной на рис. 24,6, используется еще одно реле J2, которое делает возможным срабатывание сигнализации и при разрыве провода сигнального звонка. Реле J1 посредством контакта j11 преобразовано в подстраховочное. В предыдущем варианте сигнал тревоги прекращался после захлопывания двери. Здесь же при прерывании цепи (даже на мгновение) реле J1 отпускает. Включение реле Л и цепи сигнализации осуществляется кнопкой K1.

Рис. 24. Схемы сигнальной цепи с применением защитного провода (а) и троса (б) Рис. 25. Устройство с подвижным двойным контактом кнопки (сигнализация срабатывает как при перерезании троса, так и при его сильном натяжении) Шунтовой замок K позволяет установить систему на садовой калитке. С его помощью можно отключать все датчики. Существуют разные типы шунтовых замков, например с ключами (см. рис. 26) или кодовыми выключателями, а также автомобильные (замки зажигания). Шунтовые замки в различных сигнально-охранных системах применяются для того, чтобы дать возможность посвященному лицу отключать ключом или кодовым выключателем датчик, расположенный на входной двери. Таким образом можно войти или выйти из охраняемого помещения, не вызвав при этом сигнала тревоги. Замок располагается не внутри помещения, а снаружи, и поэтому является потенциально слабым звеном системы. Имеет смысл устанавливать его на хорошо освещенной и видимой прохожим двери или стене.

Рнс. 26. Ключевой шунтовой замок (тип Siemens V42263-D-XX-XX):

1 — замок; 2 — колпачок; 3 — опорная пластина; 4 — вывод На рис. 27 показана схема центрального блока безрелейной сигнальной системы. Устройство получает питание от встроенного аккумулятора 12 В/4,5 А-ч. К его выходу подключена сирена (12 В, потребляемый ток ЗА). Сигнал микрофона (или микрофонов, соединенных параллельно) по экранированному кабелю подается на вход Bel. Далее через потенциометр Р1 и разделительный конденсатор С1 он поступает на транзистор Т1. Здесь сигнал усиливается до значения, способного открыть тиристор Ti. Если тиристор открывается, ток через ограничительный резистор R1 и тиристор поступает на конденсатор С2.

Когда конденсатор С2 полностью зарядится, ток прекращается и тиристор закрывается. Напряжение заряженного конденсатора теперь через резистор R2 попадает на базу транзистора Т2 и открывает его. На эмиттерном резисторе транзистора Т2 отрицательное напряжение в это время будет настолько большим, что одновременно откроет транзисторы Т4 и Т5. При открытом транзисторе Тд сирена подает сигналы.

Продолжительность периодического звучания зависит от емкости конденсатора С2 и значений резисторов R2 и R4.

При открытом транзисторе Т5 его остаточное напряжение между коллектором и эмиттером в зависимости от тока и нагрузки составляет 0,1 — 0,3 В. В этом состоянии на базовом резисторе 56 кОм транзистора ТЗ создается отрицательное напряжение 0,3 В. Теперь транзистор ТЗ остается закрытым и не влияет на транзистор Т4.

Подключенная к выходу сирена звучит на полную мощность.

Если напряжение на конденсаторе С2 упало настолько, что уже не может открыть транзисторы Т2, Т4 и Т5, то возрастает коллекторное напряжение транзистора Г5, а его коллекторный ток уменьшается. При правильном расчете базового резистора транзистора ТЗ (56 кОм) этот транзистор открывается, когда его коллекторное напряжение увеличивается до 0,5 В, и подает на базу транзистора Т4 положительное напряжение. Транзистор Т4 закрывается, а вместе с ним и мощный транзистор Т5, т. е. отключение защищает последний от возможных коротких замыканий на выходе сирены. При кратковременном коротком замыкании коллекторный ток ограничивается до 3 А.

Рис. 27. Центральный сигнализационный блох безрелейной противо-взломной схемы Вход Ве2 сделан для вызова сигнала тревоги (рабочие контакты) при помощи магнитных датчиков положения с комбинацией элементов R3, R2 и С1 или микропереключателей. Ведущие к ним провода, точно так же как и провода микрофонов, должны быть экранированы. Микрофоны обладают большим сопротивлением, поэтому входное сопротивление схемы должно быть более 1 МОм. Разделительный конденсатор С1 выбирается таким образом, чтобы он надежно «срезал» частоты выше 100 Гц. Особенно важен диапазон от 800 Гц до 7 кГц, так как этот спектр частот соответствует звукам разбиваемого стекла. Если микрофоны используются для регистрации звука шагов, то емкость конденсатора С1 должна быть увеличена до 1 — 1,5 нФ.

Мы уже отмечали, что продолжительность сигнала тревоги зависит главным образом от значения емкости зарядного конденсатора С2; при выходном тохе 2,5 А эта продолжительность составляет 2,5 мин. Конденсаторы С5, С6 и С7 подавляют пики напряжения. Транзистор Т5 защищен от вызываемых сиреной пиков напряжения диодом D1. Для уменьшения импульсных помех, тоже производимых сиреной, служат тороидальные дроссели L3 и L4 и конденсатор С8.

Лампы Л1 и Л2 контролируют работу оборудования: Л1 показывает готовность к работе центрального блока сигнализации при открытом выходе, Л2 — нерабочее состояние устройства. Выключатель K1 служит для проверки оборудования и при необходимости может отключать сирену. Если отключен выход сирены, контрольная лампа Л1 выполняет роль коллекторного сопротивления транзистора Т5. Конденсатор С2 можно разрядить при помощи кнопки G1, что приведет сигнальное устройство в нерабочее состояние, потребляемый ток при этом составляет около 1,5 мА.

Блок питания служит и для автоматического заряда аккумуляторов, он подзаряжает батареи, а при достижении номинального уровня заряда постоянно подает на аккумулятор буферный ток. Зарядный ток в аккумулятор (12 В/4,5 А-ч) течетчерез регулирующий транзистор Т6. При заряженном аккумуляторе напряжение равно 13, В, зарядный ток 10 мА. Эти значения устанавливаются при помощи потенциометра Р2 в цепи стабилитрона Z1. Когда акумулятор разряжен, зарядный ток равен 120 мА. Трансформатор должен обеспечивать на выходе В/1,2 В-А.

В зависимости от длины провода параллельно могут быть подключены несколько микрофонов. Вместо них для контроля за оконными стеклами с большим или меньшим успехом могут применяться и обыкновенные вибродатчики, хотя при большой чувствительности они часто ложно срабатывают. При грубой же настройке (малой чувствительности) вибродатчики срабатывают при уже разбитом стекле.

Включение и выключение магнитных датчиков может осуществляться, например, выключателем, расположенным на той двери, через которую в последнюю очередь выходят из охраняемого помещения.

При установке сигнального оборудования центральный блок должен быть недоступен для посторонних лиц.

Сирену нужно помещать вне охраняемой зоны с учетом того, что, с одной стороны, она должна быть труднодоступной, а с другой — ее должны хорошо слышать соседи.

1.2.3. СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Охрану запертых помещений можно осуществлять несгшлькими способами. При длительном отсутствии целесообразно использовать простейшие схемы со светочувствительными датчиками (фотоприемниками). Принцип их действия очень прост. Охраняемое помещение (или помещения) затемняют шторами. В соответствующем месте размещают светочувствительную сигнальную установку. Когда постороннее лицо входит в помещение, то на фотодатчик обязательно падает свет: днем — из двери, ночью — при включении освещения или от карманного фонаря; в результате сигнализация срабатывает. Схема должна и при коротком световом импульсе давать надежный сигнал.

Рис. 28. Схемы противовзломной сигнализации на фоторезисторах, срабатывающей под воздействием света:

а — без вибродатчика; б — с вибродатчиком Простая схема (рис. 28, а) позволяет осуществлять сигнализацию, срабатывающую под воздействием света (например, карманного фонаря). При этом зажигается фототиристор и включается звонок.

Схема на рис. 28,6 содержит также и вибродатчик К2. Генератор пилообразного напряжения, построенный на однопереходном транзисторе Т1, может запускаться не только при освещении фототиристора, но и от сигнала вибродатчика K2, размыкающегося при механических колебаниях или тряске.

Отключение сигнала тревоги осуществляется ключом К1.

На рис. 29, а изображена схема фотореле сетевого питания. Переменное напряжение, появляющееся на резисторе R2 делителя напряжения, состоящего из элементов С, Rl, R2, выпрямляется диодом D. Когда на фоторезистор F попадает свет, его сопротивление уменьшается, реле J срабатывает и своим контактом j1 удерживается в этом состоянии, а контактом j2 замыкает цепь звонка. Прерывание сигнала тревоги возможно только тогда, когда на фоторезистор не падает свет или прекращается на короткое время подача питающего напряжения. В схеме использован кадмиево-сульфидный фоторезистор типа RPY20 фирмы PHILIPS (Umax — = 400 В, Р = 1 Вт, сопротивление при освещенности 50 л к равно 1500 Ом).

Рис. 29. Схемы противовзломной и противопожарной сигнализации, срабатывающей при изменении освещенности Ток срабатывания реле составляет 2 мА, сопротивление обмотки 20 Ом. В качестве резистора R2 применен варистор VDR (для большей стабильности питающего напряжения) типа E299DG/P248. При напряжении 180 В через него течет ток 10 мА. Максимальное обратное напряжение выпрямительного диода D должно быть больше 500 В. Схема выдает сигнал тревоги уже при освещенности 10 — 30 л к.

Преимуществом схемы, показанной на рис. 29,6, является то, что она работает от одного аккумулятора напряжением 12 В. Светочувствительным элементом является кадмиево-сульфидный резистор типа LDR03.

Реле сопротивлением 300 Ом в коллекторной цепи транзистора Т2 срабатывает при токе 20 — 30 мА. Когда свет попадает на фоторезистор, его сопротивление уменьшается и транзисторы Т1, а затем и Т2 открываются.

Посредством своего контакта j реле замыкает цепь звонка.

Рис. 30. Противовзломная сигнализация с цепью самоблокировки, срабатывающая под воздействием света На рис. 30 приведена другая схема, работающая по такому же принципу. Когда свет попадает на светочувствительный резистор, устройство выдает сигналы тревоги до тех пор, пока его не отключат. В данном случае звонит звонок, но при помощи контактов реле можно управлять и другими сигнальнопредупредительньши устройствами. Здесь необходимо учитывать следующее. Во-первых, цепь сигнализации должна быть независимой от сетевого напряжения, т. е. иметь автономное питание. Во-вторых, и это очень важно, ток, потребляемый оборудованием, должен быть минимальным, иначе применяемые батареи или аккумуляторы разряжались бы очень быстро.

В качестве фотодатчика используется кадмиево-сульфидный фоторезистор. Несмотря на то что в темноте его сопротивление велико, уже при слабом освещении оно резко уменьшается. Фоторезистор типа LDR03 в темноте имеет сопротивление более 10 МОм, а при освещенности 100 лк только 1 кОм. Максимальная мощность рассеяния 200 мВт (при температуре до 40 °С) и 100 мВт (при температуре до 50 °С).

Кроме фоторезистора типа LDR03 могут быть использованы приборы типов ORP12, LDR05 или другие, аналогичные по параметрам.

Если схему предполагается использовать в устройстве противопожарной сигнализации, в качестве датчика кадмиево-сульфидный фоторезистор не подходит из-за слабой чувствительности к инфракрасному спектру излучений. Если он все же используется, то необходимо обеспечить соответствующую чувствительность в требуемом диапазоне. Фоторезистор на основе сульфида свинца обладает более подходящими характеристиками. Он «охватывает» весь видимый спектр и частично инфракрасный диапазон.

В схеме фоторезистор F и потенциометр Р1 образуют делитель напряжения. Постоянный уровень напряжения потенциометра через токоограничительный резистор R1 подается на базу транзистора Т2. Через транзистор Т2 до тех пор не будет протекать коллекторный ток, пока напряжение базы не превысит напряжения открывания транзисторов Т2 и ТЗ (2X0,6=1,2 В). В случае, когда транзистор Т2 закрыт, все же ничтожно малый ток течет через резисторы R4 и R3 и переходы коллектор — эмиттер и база — эмиттер транзисторов Т2 или ТЗ.

Если транзисторы Т1 и Т2 закрыты, а в темноте сопротивления фотодатчика 1 МОм, то вместе с током утечки транзисторов потребляемый ток не превышает 5 мкА.

При освещении кадмиево-сульфидного фоторезистора его сопротивление уменьшается и поступающее на базу транзистора Т2 напряжение увеличивается. Когда оно превысит 1,2 В, транзистор Т2 открывается и через резистор R4 открывается транзистор 77. Через резистор R2 коллекторный ток транзистора Т1 поступает на базу транзистора Т2. По существу получается петля (цепь) с регенеративной обратной связью, которая при использовании транзисторов TJ и Т2 позволяет увеличить скорость переключения схемы. Вследствие относительно малого значения сопротивления резистора R2 цепь остается в указанном состоянии и тогда, когда свет, падающий на фотодатчик, прекращается. Следовательно, чтобы транзисторы Т1 и Т2 открылись и цепь перешла в состояние самоблокировки, достаточно только на мгновение осветить фотодатчик. Тогда через резистор R2 и переходы эмиттер — база транзисторов Т2 и ТЗ будет протекать ток, не превышающий 2 мА. В результате транзистор ТЗ тоже откроется, а находящееся в его коллекторной цепи реле сработает и своим рабочим контактом j1 включит звонок.

Желательно звонок и питающую его батарею помещать отдельно от собранной схемы, так как переходные токи и напряжения могут создать сильные помехи.

Конденсатор С1 с относительно малой емкостью служит для защиты от ложного срабатывания из-за воздействия напряжения помех, вызванных наводками в проводах фотодатчика и другими причинами. Диод D1 защищает транзистор ТЗ от индуктивных всплесков напряжения, возникающих при выключении реле,

СРАБАТЫВАЮЩИЕ ПРИ ПЕРЕКРЫТИИ ЛУЧА

Рис. 31. Противовзломная охрана окон и дверей при создании светового барьера Расположив перед охраняемым входом в дом, окном или другим объектом источник инфракрасного излучения (рис. 31), можно создать невидимый барьер, который в совокупности с электронным блоком послужит источником сигналов тревоги. Такое устройство выдает устойчивый сигнал тревоги при пересечении невидимого светового луча посторонним лицом.

Рис. 32. Участок оптической связи Участок оптической связи показан на рис. 32. Поток инфракрасного излучения от источника попадает на расположенный напротив светочувствительный элемент. Перекрытие луча, даже незначительное, или прекращение подачи света немедленно вызывает сигнал тревоги. Недостатком этой конструкции является то, что светопередатчик (излучатель) и фотоприемник должны быть расположены точно на одной линии. Другой недостаток заключается в том, что пересечь узкий пучок света могут, например, и птицы, что приведет к ложной тревоге. Для устранения этого недостатка созданы усовершенствованные конструкции (рис. 31), когда для срабатывания сигнализации требуется перекрыть (пересечь) около 50 % площади светового пучка диаметром около 30 см.

При применении источников инфракрасного излучения между передатчиком и приемником должна быть обеспечена зона свободной (прямой) видимости. При передаче потока на большие расстояния располагаются последовательно несколько таких систем, причем так, чтобы в непосредственной близости от передатчиков и приемников не возникали зоны перекрытия диаграммы направленности (рис. 33).

Рис. 33. Перекрытие диаграммы направленности Если применяются простые устройства, особенно на большом расстоянии между излучателем и приемником, то могут возникать различные помехи, например фоновый свет, изменение дневной освещенности, искусственные источники света и т.д. Для устранения влияния этих мешающих факторов применяют модулированные источники света и резонансные усилители. Такие устройства с модулированным источником света по сравнению с другими не обладают большой чувствительностью, но их невозможно вывести из строя побочными инфракрасными сигналами.

Излучатели с немодулированным источником света. Речь здесь будет идти о простых устройствах, применяемых для перекрытия светом расстояния 2,5 — 5 м.

В таких конструкциях для концентрации светового потока на фотоприемнике имеет смысл использовать собирательную линзу (двояковыпуклую или плосковогнутую). Обычно применяют линзы с фокусным расстоянием 50 и диаметром 30 мм. Их встраивают в металлическую или пластмассовую трубу длиной 40 и внутренним диаметром 32 — 33 мм.

Приемник надо расположить таким образом, чтобы лучи источника света попадали на светочувствительную поверхность точно в фокусе. Оптика используется та же самая, что и в светоприемнике. Лампу располагают так, чтобы пить накаливания находилась в фокусе линзы. Если лампа имеет характеристики 6 В/3 Вт, то без инфракрасного фильтра можно перекрыть расстояние 2,5 м. Применение фильтра, который может стоять до и после линзы, уменьшает это расстояние до 1,3 м. При необходимости световые лучи можно направить под углом (рис. 34).

Рис. 34. Устройство простого светодатчика:

1 — лампа; 2 — провод; 3 — веркало; 4 — двояковыпуклая линза; 5 — лучи света; 6 — фильтр Рис. 35. Светодатчик:

а — в собранном виде; б — схема сборки на крепежной пластине: 1 — гайка; 2 — винт М4Х15; 3 — хомут; 4 — проекционная труба; 5 — кронштейн; б — винт; 7 — Крепежная пластина; 8 — рычаг крепления Захватываемое светом расстояние в значительной степени может быть увеличено при использовании источников света большей мощности. Такие лампы имеют толстую спираль накаливания, вследствие чего на светочувствительной поверхности приемника можно создать большую освещенность. Наилучших результатов можно достичь, применяя автомобильные лампы. В этом случае, конечно, корпус должен быть больших размеров и иметь соответствующую вентиляцию (вентиляционные отверстия).

Для перекрытия больших расстояний (5 — 6 м) служит источник света, конструкция которого изображена на рис. 35 и 36. Здесь источником инфракрасных лучей яв-ется низковольтная (12 В/1,3 А) лампа накаливания, расположенная в фокусе плосковогнутой линзы, перед которой помещен инфракрасный фильтр.

На рис. 37 показана схема сигнализации с фотодиодным датчиком. Реле срабатывает в том случае, когда пересекается луч света, направленный на фотодиод. Последний образует с резистором 91 кОм делитель напряжения, который обеспечивает базовое напряжение транзистора 77. Когда фотодиод освещен, его сопротивление минимально, следовательно, потенциал базы транзистора Т1 низкий. Если световой луч перекрывается, значение сопротивления увеличивается, в результате чего возрастает и напряжение на базе транзистора. Транзистор T1 управляет триггером Шмитта, состоящим из транзисторов Т2 и ТЗ. На его выходе напряжение резко (скачком) возрастает от минимального до максимального значения даже в том случае, когда изменение светового потока, падающего на фотодиод, незначительно. Транзистор ТЗ управляет мощным каскадом, состоящим из транзистора Т4, в коллекторной цепи которого находится реле. Диод D служит для ограничения индуктивных всплесков напряжения, возникающих в обмотке реле при-закрытии транзистора Т4, и для его защиты.

Рис. 36. Схема сборки проекционной трубы светодатчика:

1 — лампа; 2 — винты для листового металла 2,9X6,5; 3 — выпуклая сторона; 4 — инфракрасный фильтр; 5 — резиновые кольца; 6 — полувыпуклая линза; 7 — запорное кольцо; 8 — резьбовая труба; 9 — патрон; 10 — лампа Рис. 37. Схема сигнализации с фотодиодным датчиком Другой пример схемы сигнализации, в которой используется кадмиево-сульфидный фотодатчик, приведен на рис. 38: При освещении фоторезистора его сопротивление уменьшается и транзистор Т1 закрывается. Транзистор Т2 в это время тоже закрыт, так как на его базу через резистор R2 подается отрицательное напряжение.

Когда поток световых лучей, направленных на фоторезистор, уменьшается, транзистор 77, а вместе с ним и Т открываются, а так как напряжение на транзисторе Т2 уменьшается, то оно падает и на делителе напряжения (R4, R3), соединенном параллельно с ним. Поэтому уменьшается эмиттерное напряжение транзистора Т1, а в результате этого происходит увеличение его коллекторного тока, что опять приводит к его возрастанию в транзисторе Т2, и реле срабатывает. При срабатывании реле образует цепь самоблокировки — контакт j1 и кнопка G. Цепь звонка и лампы накаливания Л1 замыкается контактом реле j2. Схема может работать от аккумулятора напряжением 9 В (при отсутствии сетевого питания).

На рис. 39 изображена схема сигнализации с применением кадмиево-сульфидного фоторезистор-а для работы на расстоянии примерно 5 м. Напряжение эмиттер — база транзистора Т1 определяется потенциометром Р и кадмиево-сульфидным фоторезистором LD:R03.

Если свет от лампы накаливания, пройдя через инфракрасный фильтр, не попадает на светочувствительный резистор (при перекрытии светового луча), то транзистор Т1 закрыт, транзисторы Т2 и Т4 открыты. Находящееся в коллекторной цепи транзистора Т5 -реле срабатывает и своим контактом j2 делает короткое замыкание на входе сигнально-предупредительного блока. Когда поток света становится стабильным и инфракрасные лучи попадают на фоторезистор, его сопротивление уменьшается. В результате напряжение эмиттер — база транзистора Т1 увеличивается и он открывается. Затем уменьшается базовое напряжение транзистора Т2 и он начинает закрываться. Аналогичным образом ведут себя и транзисторы Т4 и Т5, поскольку базовый ток ТЗ определяется резисторами R6 и R7. Когда возрастает напряжение на базе транзистора ТЗ, транзистор Т2 полностью закрывается, то же происходит и с транзисторами Т4 и Т5. Реле в этом случае будет находиться в нерабочем состоянии (отпускает), а следовательно, сигнал прекращается.

Рис. 38. Схема сигнализации с кадмиево-сульфидным фотодатчиком Рис. 39. Схема сигнализации с кадмиево-сульфидным фоторезистором:

а — блок светоприемки; 2 — фоторезистор; 3 — инфракрасный фильтр; 4 — плосковогнутая линза Выключатель К2 позволяет подавать два вида сигналов тревоги: кратковременный и длительный.

При включении К.2 работающее реле своим контактом j1 самоблокируется. Если К2 выключен (временный режим), система сигнализации работает только при перекрытии инфракрасных лучей, достигающих светочувствительного резистора. Когда К2 включен, сигнализация функционирует все время, пока ее не отключат.

Если использовать лампу накаливания на 12В/1.2А, то можно контролировать расстояние до 5 м. Питающее напряжение схемы 12 В, а общая мощность рассеяния приблизительно равна 15 Вт. Схема монтажа (сборки) светоприемного устройства приведена на рис. 40.

Рис. 40. Схема сборки светоприемного устройства:

1 — металлический корпус; 2 — винты для листового металла 0 2,9X6,5; 3 — плосковогнутая линза; 4 — распорное кольцо 0 26X9; 5 — инфракрасный фильтр; 6 — фотодатчик; 7 — распорное кольцо 0 26X15; S — резиновая трубка; 9 — запорное кольцо; 10 — вилка Излучатели с модулированным источником света.

Работе устройств с немодулированными источниками света может помешать окружающее освещение.

Кроме того, они легко могут быть выведены из строя посторонними сигналами. Следует отметить, что в качестве источника света не должны применяться лампы с большой тепловой инерцией нити накаливания. Для этой цели годятся, например, лампы тлеющего разряда, импульсные газоразрядные трубки и светодиоды.

По сравнению с устройствами, работающими на обычных лампах накаливания, блоки оптического приема со светодиодами, работающие в режиме модуляции частоты или в импульсном режиме, обладают определенными преимуществами.

Во-первых, лампы накаливания имеют КПД менее 0,1 %. При токе в несколько сот микроампер требуется.напряжение минимум в несколько вольт; кроме того, они недолговечны. Коэффициент полезного действия светодиодов больше, при токе свыше 10 мА, постоянном прямом напряжении 1,5 В срок службы практически не ограничен.

Во-вторых, светодиоды могут работать в импульсном режиме. Схема подключения фотоприемника выполнена таким образом, что он может быть настроен на частоту модуляции в узком спектре частот. Таким образом, система достаточно независима от воздействия рассеянного света.

В-третьих, при помощи пары светодиод — фототранзистор, работающей в импульсном режиме, можно контролировать расстояние и в несколько сотен метров (даже не применяя при этом лазерные диоды). Фотоусилитель в этом случае работает как селективный усилитель.

Рис. 41. Электрическая схема участка оптической связи с модуляцией света в передатчике и с селективным приемником На рис. 41 представлена электрическая схема участка оптической связи с модуляцией света в передающем и селективном приемном узлах. Устройство используется, например, в качестве сигнального в противовзлом-ных системах. Модуляция светового сигнала осуществляется при помощи самовозбуждающегося мультивибратора.

Инфракрасные импульсные излучатели являются новейшим вариантом противовзломных сигнальных устройств, работающих при перекрытии луча. Они с успехом действуют на больших расстояниях (10 м) и имеют автономное питание.

Принцип их действия основан прежде всего на большой мощности диодов инфракрасного излучения на арсениде галлия (GaAs), возникающей при очень кратковременном и большом импульсном токе. Возникают очень короткие световые импульсы с соответственно продолжительными перерывами (паузами). Если, например, время периодической подачи напряжения на излучающий диод CQY99, т. е. время включения (или длительность импульса), 20 мкс, период 50 мс (20 Гц), то при импульсном токе диода 2 А среднее его значение будет лишь 0,8 мА. С учетом же тока потребления генератора общий ток не составит и 1 мА. Такой светоимпульсный передатчик можно непрерывно эксплуатировать в течение года от аккумулятора 4,5 В/10 А-ч.

Рис. 42. Электрическая схема (а) и формы сигналов (б) светодатчика системы сигнализации с использованием инфракрасных импульсов Электрическая схема и формы сигналов светопередат-ч-ика и светоприемника системы сигнализации приведены на рис. 42 и 43. Коэффициент заполнения световых импульсов от светопередатчика (см. сигналы формы А) tВХ/T=20 мкс/50 мс.

Если бы в качестве импульсного генератора использовали обыкновенный самовозбуждающийся мультивибратор, то и при больших импульсных промежутках потребление тока было бы относительно высоким, так как один транзистор из двух всегда открыт. Небольшой коэффициент заполнения только тогда приводит к минимальному среднему расходу тока, когда импульсный генератор при длительной паузе потребляет малый ток. Этим требованиям удовлетворяет самовозбуждающийся мультивибратор (рис. 42), поскольку во время паузы закрыты оба транзистора.

Рассмотрим теперь, каким образом приемная часть обрабатывает световые импульсы (рис. 43). Фотодиод BPW34, находящийся на пути следования лучей, воспринимает периодически (через каждые 50 мс) поступающие на него импульсы длительностью 20 мкс, которые после усиления появляются на выходе интегральной микросхемы TDA4180P (сигналы формы «С»). Выходной сигнал усилителя в каскаде, состоящем из транзистора ТЗ, преобразуется в положительные импульсы («D»), которые, попадая на вход интегрального ключа типа U113В фирмы AEG-Telefunken, приводят к запуску генератора и образованию пилообразного напряжения («E»).

Скорость его нарастания определяется емкостью конденсатора С, которую нужно выбрать таким образом, чтобы пилообразный сигнал не достиг значения UПИТ, Принцип работы схемы построен на реакции на отсутствие импульсов. Если хотя бы на мгновение перекрывается световой поток, по крайней мере исчезает один из них и пилообразный сигнал почти достигает Uпит. В результате транзистор Т4 закрывается, а реле, вызывающее возникновение сигнала тревоги, возвращается в нерабочее состояние.

Приемная часть представляет собой схему, срабатывающую при отсутствии сигналов. С увеличением емкости конденсатора С нарастание пилообразного сигнала замедляется. Следовательно, при отсутствии нескольких запускающих импульсов возникает большая пауза и сигнал достигает значения питающего напряжения. Таким способом можно добиться соответствующей регулировки времени подачи сигнала.

Если схема работает от аккумулятора или сухого элемента, необходимо добиться большего срока их службы, однако нельзя не учитывать, что при незначительном уменьшении UШ1Т реле начнет «стучать»

(дребезжать). При сетевом питании возможна стабилизация напряжения, но тогда надо иметь в виду определенный разброс параметров интегральной микросхемы U113B. К достоинствам схемы следует отнести то, что в случае питания от сети во время отключения тока реле срабатывает и самостоятельно вызывает сигнал тревоги, т. е. сигнализирует о прекращении питания. Блок сигнализации, конечно, должен иметь питание от отдельного источника, независимого от сети.

Защитить фотодиод от падающего сбоку света можно при помощи черной пластмассовой трубки. Поставив пластмассовую линзу с пленкой-фильтром дневного света, можно увеличить область действия системы и уменьшить чувствительность к постороннему свету. Если, несмотря на принятые меры, чувствительность к постороннему свету будет еще высока, можно уменьшить сопротивление резистора, стоящего на входе, что, однако приведет к уменьшению рабочего расстояния.

Рис. 43. Электрическая схема соединений (а) и формы сигналов (б) приемкой цепи системы сигнализации с использованием инфракрасных импульсов Малое потребление светопередатчика достигается за счет применения дополнительного самовозбуждающегося мультивибратора. Как это видно на рис. 42, во время паузы конденсатор С1 заряжен (это происходит за время действия предыдущего импульса) и имеет полярность, показанную на этом рисунке. На базу транзистора 77, следовательно, подается отрицательное напряжение в несколько вольт и он закрыт.

Конденсатор С1 теперь медленно перезаряжается через резисторы Rl, R2, диод и R4. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение базы транзистора Т1 не достигнет такого положительного значения, при котором возникает коллекторный ток. В результате транзистор Т2 тоже открывается, что влечет за собой еще более быстрое открытие транзистора Т1.

Обратная связь ведет к быстрому переключению транзисторов Т1 и Т2. Конденсатор С1 снова перезаряжается на первоначальную полярность через проводящий транзистор Т2, резистор R2 и переход эмиттер — база транзистора TJ. Как только уменьшится ток перезарядки, поступающий на базу транзистора TJ, увеличивается коллекторное напряжение Т2. Вследствие этого базовое напряжение транзистора Т1 продолжает уменьшаться при протекании тока по цепи R2 и CL Таким образом, транзисторы теперь опять закрываются, т. е. происходит обратное переключение.

Таким образом, период 50 мс, т. е., по сути, пауза, определяется элементами R1 и С1, а длительность импульса 20 мкс — элементами R2 и С1. Она также зависит от коэффициента усиления по току транзисторов, питающего напряжения и параметров инфракрасного излучающего диода (табл. 2).

Таблица 2. Влияние изменения параметров схемы, изображенной на рис. 42, на амплитуду, период и длительность импульса Примечание. « + » — увеличение; 0 — без изменения; « — » — уменьшение.

Рис. 44. Схема сигнализации с использованием инфракрасных импульсов:

а — передатчик; б — приемник; в — цепь задержки сигнала тревоги На рис. 44 приведена схема сигнализации с инфракрасным излучающим диодом. Ее передающая часть (рис.

44, а) представляет собой самовозбуждающийся мультивибратор, от которого диод LED1 начинает периодически излучать световые импульсы.

Приемная часть схемы выполнена на базе ИМС-тай-мера типа 555, фиксирующего моменты отсутствия импульсов, которые с диода LED1 воспринимаются фототранзистором ТЗ и используются для обратного переключения и запуска моностабильного мультивибратора. Когда световой путь перекрывается, зажигается светодиод LED2, подключенный к ИМС. Продолжительного сигнала можно добиться и при помощи тиристорной схемы, приведенной на рис. 44, б. Под воздействием импульса тиристор отпирается и заставляет срабатывать реле. Прекращение сигнала тревоги достигается нажатием кнопки G.

Чувствительность схемы на рис. 44, б определяется резистором R2 и фототранзистором ТЗ. Значение сопротивления резистора R2 может быть и меньше 33 кОм, но в этом случае уменьшается чувствительность приемника. Фотоприемником ТЗ может быть обычный кремниевый фототранзистор, однако применение составного фототранзистора (по схеме Дарлингтона) обеспечивает лучшую чувствительность.

Рис. 45. Сигнализация, срабатывающая при емкостном воздействии или прикосновении:

а — электронная схема; б — монтажная схема; в — печатная плата; г — соеди нение с внешними элементами Постоянная времени моностабильного мультивибратора определяется Р и С2. Время, необходимое для срабатывания звуковой сигнализации при исчезновении светового импульса, равно разности между временем паузы передатчика и постоянной времени приемника. Поэтому кажется, что схема срабатывает почти мгновенно при перекрытии каким-либо образом светового луча, если постоянная времени немного больше паузы. Однако, если она намного больше времени паузы, для срабатывания схемы потребуется несколько секунд. Большая постоянная времени обеспечивает также в защиту от ложных срабатываний.

Контролируемое расстояние определяется чувствительностью приемника, мощностью импульса, излучаемого диодом LED1.

Применение соответствующей линзы и защита диода в приемнике от падающего сбоку света (при помощи черной пластмассовой трубки) позволяют контролировать расстояние в 3 — 4 м. Наилучшие результаты дает применение в передатчике и приемнике таких линз, фокусное расстояние которых приблизительно равно их диаметру.

1.2.5. СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ, СРАБАТЫВАЮЩИЕ ПРИ

ПРИБЛИЖЕНИИ ИЛИ ПРИКОСНОВЕНИИ К НИМ

Одним из способов защиты квартир от взлома может быть установка сигнальных систем, срабатывающих при приближении (емкостном воздействии) или прикосновении к ним человека (рис. 45).

Датчиком сигнального устройства может быть любой изолированный от земли металлический предмет.

Можно использовать, например, проволоку, пластины, сетку и т.д. Они соединяются с задвижками или замками дверей тех помещений, попытки проникновения в которые должны сопровождаться сигналами тревоги, а также и с ценными металлическими предметами, подлежащими охране.

Если устройство должно срабатывать при емкостном воздействии, то экранированный кабель всегда соединяют с тем предметом, емкость которого по отношению к земле меньше 10 пФ. Такая сигнализация применяется и для охраны ценных картин. Датчик помещают за картину или же, как проволоку, натягивают на задней стороне рамы. Когда кто-то слишком близко к ней подходит, немедленно раздается сигнал тревоги.

При прикосновении или приближении к датчику сигнальной системы образующийся сигнал, усиленный транзисторами 77 и Т2, попадает на тиристор и открывает его. Реле срабатывает и своим контактом включает звонок или сирену.

В схеме использовано обычное реле, работающее при 6 — 7 В, потребляемый ток которого находится в пределах рабочего тока тиристора. Прекращение сигналов тревоги и приведение схемы в состояние готовности к повторному срабатыванию происходит путем выключения выключателя К и затем его повторного включения.

Если устройство настроено на сраба!ывание от прикосновения, вывод 5 конденсатора С2 остается свободным, т. е. ни к чему не подключается. Положительный же полюс источника питания (клемма 4} должен быть заземлен. В качестве заземления служит водопроводная сеть или система центрального отопления, но надо остерегаться подключения к газопроводу. Датчик в этом случае при помощи одножильного провода следует подключать к клемме 8.

Если схема будет настроена на емкостное воздействие, клемму 4 надо оставить свободной (заземлять ее не надо), а вывод 5, ведущий к конденсатору С2, соединить с фазным проводом сети. Клеммы 7 и 8 при помощи коаксиального кабеля соединить с одной стороны с входом, с другой — с датчиком. Максимальная длина кабеля 15 м.

При использовании кабеля максимальной длины конденсатор С1 из цепи надо исключить. Если кабель, как это обычно бывает, короче, следует принимать в расчет практическую емкость одного метра, равную 80 пФ, важно, чтобы она не превышала 1 нФ. Отметим еще, что конденсатор С1 можно вводить в схему только в этом конкретном случае.

Рис. 46. Схема сигнальной системы, чувствительной к изменению емкости На рис. 46 дана схема сигнальной системы, чувствительной к изменению емкости. Транзисторы 77 и Т2 образуют одинаковые каскады гетеродинных генераторов. Индуктивность обмоток колебательного контура транзисторов 77 и Т2 25 мГн (L1 и L3). Частота генераторов будет 95 кГц. Настроечная емкость колебательных контуров относительно невелика потому, что небольшое параллельное изменение емкости датчика вызывает уже достаточно большое изменение частоты. Если Ср равна 10 пФ, частота гетеродинного каскада транзистора изменится на 4,2 кГц.

В качестве обмоток колебательного контура можно использовать, например, обмотки строчного генератора телевизионных приемников. Они имеют индуктивность 30 мГи, число витков 2000. Соединительные обмотки L2 и L4 имеют по 100 витков. Датчик присоединяют к индуктивности L1. Вызываемое им нарушение настройки выравнивается регулировкой сердечника обмотки L1. При приближении к датчику в результате нарушения настройки генератора 77 изменяется возникающее на диоде D1 разностное напряжение звуковой частоты. Вследствие малого количества витков в обмотках L2 и L4 девиации частоты между двумя генераторами не возникает.

Элементы R7, С8 образуют фильтр верхних частот.

В обычном состоянии, т. е. когда около датчика никого нет, разность частот двух генераторов составляет более 1 кГц. Эту относительно большую разностную частоту фильтр верхних частот не пропускает, так что выходное напряжение очень невелико. Если же емкостный датчик нарушает настройку генератора Т1, разница частот уменьшается, а выходной сигнал возрастает.

Работа устройства может быть построена и на другом (противоположном) принципе. В обычном состоянии тогда настройка частот дает, например, разницу в 100 — 200 Гц; получаем большой выходной сигнал. При работе емкостного датчика частотная разность увеличивается и выходной сигнал уменьшается, а UВЫх управляет релейным пусковым каскадом.

Стабилитрон Z стабилизирует питающее напряжение генераторов, построенных на транзисторах 77 и Т2.

На рис. 47 приведена схема переносной сигнальной системы, применяемой для охраны входной двери.

Устройство работает от двух малогабаритных аккумуляторов, заряда которых хватает на 10 дней работы (без подзарядки), и приводится в действие в момент, когда кто-то касается дверной защелки или же пытается открыть дверь ключом. Сигнализация срабатывает, даже если взломщик в кожаных или резиновых перчатках, и звучит до тех пор, пока не отключат переключатель К1.

Вмонтированное в пластмассовую мыльницу сигнальное устройство надо подвесить с внутренней стороны двери к основанию защелки.

Достоинствами прибора являются: портативность; транспортабельность; независимость питания от сети переменного тока; малые размеры; простота устройства; относительно небольшие затраты на установку.

Сигнальная цепь состоит из генератора, который включает в себя элементы: Т1, LI, R1 и С2. Выходной сигнал его вторичной обмотки детектируется диодом D1. Положительный сигнал, попадающий на базу транзистора Т2 с диода D1, удерживает транзистор в открытом состоянии, так что его коллекторно-эмиттерное напряжение почти равно нулю. Тиристор при этом закрыт.

Рис. 47. Схема переносной сигнальной системы, применяемой для охраны входной двери Чувствительная точка А генератора имеет высокочастотный импеданс, который может легко изменяться, если вблизи подвесного крюка окажется любой крупный предмет, поглощающий высокие частоты. Сигналы тревоги, таким образом, вызываются приближением или касанием человеческой руки. Чувствительность прибора устанавливается на нужный уровень при помощи потенциометра Р, параллельно соединенного с обмоткой обратной связи. Подвесной крюк — короткая металлическая петля, имеющая большой импеданс.

Если через нее нагружать высокочастотный генератор, то генерация срывается, а в результате прекращается подача положительного открывающего напряжения на базу транзистора Т2. Он закрывается, а тиристор открывается. На сигнальный зуммер в это время подается питающее напряжение через тиристор и кнопку K1.

Поскольку тиристор подключен к источнику постоянного тока, он до тех пор остается в открытом состоянии, пока не нажмут кнопку K1, чтобы на мгновенье прервать цепь и таким образом закрыть тиристор.

Схема собирается на небольшой пластине с отверстиями или печаткой плате. При монтаже надо следить за тем, чтобы длина проводов была минимальной. В качестве L1 можно использовать обмотку транзисторного радиоприемника.

В маленький пластмассовый корпус должны быть встроены печатная плата, зуммер, кнопка К1, выключатель К и два аккумуляторных элемента по 1,5 В каждый. Крючок изготавливают из крепкой медной проволоки, которую, просунув в отверстие на боковой поверхности корпуса, припаивают к точке «Л».

Следует заметить, что устройство надежно работает только при металлических дверных защелках, устанавливаемых на деревянных дверях. Металлические двери слишком «перегружают» генератор, поэтому применяться не могут. В качестве транзистора Т2 может быть использован любой маломощный германиевый транзистор n-р-n-типа.

1.2.6. СИГНАЛЬНО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА Самыми распространенными из них являются: акустические (звонки со световой сигнализацией, электромеханические и электронные сирены, трещотки, многотональные рожки и трубы, сигнальные выстрелы, взрывы петард); оптические (лампы, мигалки, вращающиеся световые сигнализаторы, прожекторы, лампы-вспышки, световые надписи, взывающие о помощи или же означающие тревогу, дымовые устройства и др.); беззвучные (системы, вмонтированные в телефонную или радиосеть), представляющие собой комбинацию оптических и акустических сигнально - предупредительных систем.

При выборе и проектировании сигнально-предупреди-тельных устройств нужно учитывать следующие акустические характеристики: самый эффективный частотный диапазон звуковых сигналов от 2 до 4 кГц;

поскольку на частоте 4 кГц распространены слышимые помехи, целесообразнее использовать диапазон от 2 до 3 кГц; изменяющийся звук обнаруживается легче, чем равномерный, непрерывный.

Акустические сагнально-предупредительные устройства. На рис. 48 приведена схема прерывисто звучащего электронного сигнала. Прямоугольные сигналы самовозбуждающегося мультивибратора (транзисторы Т1 и Т2) поступают на транзисторы ТЗ и Т4. Потребляемая мощность составляет 40 Вт при напряжении питания 6 В. В схеме диод D защищает транзистор Т4 от индукционных всплесков напряжения.

Рис. 48. Схема прерывисто звучащего электронного сигнала с самовозбуждающимся мультивибратором Рис. 49. Схема сигналъно-предупреднтелъного устройства с характерным звучанием сирены На рис. 49 показано сигнально-предупредительное устройство с характерным звучанием сирены. Схема построена на двух интегральных схемах таймеров типа 555, которые работают как самовозбуждающиеся мультивибраторы. Один из них вырабатывает сигналы частотой 1, другой — 270 Гц. Первый питается напряжением от транзистора Т1, который открывается сигналом управляющего транзистора Т2. Второй в это время начинает работать, и прямоугольные импульсы на его выходе через оконечный каскад включают источник звуковых аварийных сигналов.

Постоянно действующий самовозбуждающийся мультивибратор частотой 1 Гц посредством оптопары на 0,5с накоротко замыкает часть резистора обратной связи другого мультивибратора с частотой 270 Гц, в результате чего звуковая частота увеличивается до 480 Гц. Так формируется характерный звук сирены.

На рис. 50 представлена схема программируемой электронной сирены. Сила звука регулируется при помощи потенциометра РЗ. Интегральная микросхема IC2 работает в качестве самовозбуждающегося мультивибратора. Его частоту определяют элементы (P2-{-R5)C3. Частота настройки находится в диапазоне от 250 до 1500 Гц и регулируется потенциометром Р2. Формула f = 1/[0,36(P2+R5)C3] позволяет установить пределы настраиваемой частоты. Время периода устанавливается потенциометром PL Печатная плата и монтажная схема даны на рис. 51.

На рис. 52 изображена электронная сирена с выходной мощностью около 1,5 кВт, построенная на одной интегральной микросхеме КМОП-типа (CD4011) и трех транзисторах. Устройство состоит из низкочастотного модулирующего генератора и генератора с частотой колебаний 800 — 1000 Гц. Каждый из них имеет по два входа, а также элементы R5, С2 и R2, С4, СЗ, определяющие частоту колебаний. Глубина модуляции устанавливается потенциометром Р. Выходной сигнал появляется на выводе 4. Для подачи питающего напряжения служат выводы 7 и 14. Звукоизлучатель приводится в действие усилителем звуковой частоты, состоящим из транзисторов Т1, Т2, ТЗ.

Рис. 50. Схема программируемой электронной сирены Устройства со световой сигнализацией. В таких устройствах чаще всего применяются лампы накаливания, которые должны сигнализировать о состоянии опасности с безусловной надежностью. Причин выхода из строя ламп может быть несколько: повреждение при включении или в результате механического сотрясения нити накаливания, выход из строя из-за окисления лампового патрона при низком напряжении и др. Для предохранения от подобных повреждений служит вариант схемы, предлагаемый фирмой Intermetall (рис. 53). Для увеличения надежности ставят две лампы. Когда нарушается работа лампы Л2, автоматически загорается запасная Л1. Схема работает на двух транзисторах BSY51. Если при подаче питания загорается лампа Л2, то напряжение, падающее на соединенный последовательно с ней резистор 47 Ом, открывает транзистор Т2.

Таким образом, на базе транзистора Т1 получается напряжение, близкое к нулю. Он продолжает оставаться в закрытом состоянии, и, следовательно, лампа Л1 не горит.

Если перегорает нить накаливания лампы Л2 или же нарушен контакт по каким-либо причинам, в транзистор Т2 базовый ток не поступает, он закрыт. Тогда транзистор Т1 открывается и загорается лампа Л1, одновременно это свидетельствует о каких-либо неполадках в лампе Л2.

Больший эффект достигается при использовании в качестве сигнализации мигающего света. На рис. представлена схема такого устройства на светодиоде с триггером Шмитта. Резистор R3 обеспечивает необходимый режим работы транзистора 77, R1 и R2 определяют время включения и выключения схемы. Самое эффективное пропорциональное соотношение включений-выключений составляет 2:1. Указанные на рисунке значения сопротивлений реализуют эти требования при частоте 1,5 Гц. Сила света светодиода регулируется подбором сопротивлений резисторов R3 и R4.

Рис. 51. Программируемая электронная сирена: а — схема печатной платы; б — монтажная схема Рис. 52. Электронная сирена:

а - электрическая схема соединений; б - печатная плата; в - монтажная схема Рис. 53. Повышение надежности устройства путем применения двух ламп накаливания Рис. 54. Сигнализатор с мигающим светом на светодиоде Рис. 55. Схема генератора с однопереходньш транзистором Рис. 56. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) генератора, изображенного на рис. На рис. 55 показан тактовый генератор, содержащий однопереходный транзистор. При помощи контактов реле можно периодически на короткое время включать и выключать различные еигнально-предупредительные устройства. При указанных на схеме значениях элементов генератор импульсов может быть настроен потенциометром Р1 на период от 1 до 25 с.

Рис. 57. Сигнализатор с импульсными разрядными трубками. Тиристор Т1 выполнен на алюминиевой охлаждающей панели размером 60X60X2 мм Печатная плата и монтажная схема генератора приведены на рис. 56.

Разительный эффект дает применение сигнализатора с импульсными разрядными трубками (рис. 57). В момент включения транзистора напряжение, возникающее в обмотке пЗ, через диоды D1 и D2 заряжает конденсатор С1. Когда по прошествии определенного времени конденсатор заряжается до 220 — 250 В, происходит зажигание импульсной разрядной трубки. В конце цикла ее работы напряжение конденсатора С1 уменьшается до 30 — 40 В, и весь процесс повторяется. Емкость С2 определяет гарантированное самовозбуждение генератора.

Если значение сопротивления резистора R2 будет лежать в интервале 200 — 10 Ом, то частота мигания составит 1 — 2 Гц. Трансформатор обладает следующими характеристиками: сердечник кольцевого типа 26X14;

n=20 витков; di = 0,6 мм (материал CuZ); п2 = 6 витков; d2=0,35 MM (CuZ); Пз — 510 витков; d3 — Q,l (провод с изоляцией из эмали и хлопка).

НЕКОТОРЫХ ДРУГИХ СИГНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

На рис. 58 приведена очень простая схема мигалки, автоматически включающейся с наступлением темноты и выключающейся с рассветом. Она содержит лишь реле, лампу накаливания, потенциометр настройки и фоторезистор типа LDR03 или RCA7163.

Фоторезистор и лампа накаливания оптически связаны друг с другом. При включении выключателя K (в темноте) через рабочий контакт jl реле по лампе течет ток.

Свет от нее одновременно падает и на фоторезистор F, его сопротивление уменьшается, что влечет за собой срабатывание реле и прерывание вследствие этого цепи питания.

Когда лампа гаснет, сопротивление фоторезистора возрастает, реле возвращается в исходное состояние и опять включает лампу Л, Период мигания определяется инерционностью фоторезистора и лампы, а также временем срабатывания реле. Кроме простоты достоинством схемы является то, что процесс мигания при дневном свете автоматически прекращается. Ток, текущий в это время через относительно большое сопротивление обмотки реле, довольно мал. Схема мигалки с самовозбуждающимся мультивибратором, начинающая работать с наступлением темноты, показана на рис. 59. Когда дневная освещенность снижается до 25 лк, в результате превышения порогового значения сопротивления фоторезистора приводится в действие мультивибратор, который и включает мигалку.

Рис. 58. Автоматическая мигалка, основанная на принципе оптической связи Рис. 59. Мигалка с самовозбуждающимся мультивибратором, работающая при наступлении темноты На рис. 60 представлена принципиальная схема таймера (временного переключателя), подающего звуковой сигнал по истечении некоторого времени задержки. Устройство издает свистящий звук через 3 или 10 — мин, необходимые для варки яиц всмятку или вкрутую (нужное время устанавливают переключателем K1).

Таймер приводится в действие выключателем K2.

Рис. 60. Схема таймера со звуковой сигнализацией Схема состоит из трех основных частей: времязада-ющего контура, мультивибратора и простого низкочастотного усилителя. Полевой транзистор Т1 позволяет установить требуемое время задержки. Элементы R и С, определяющие фактическую постоянную времени, состоят из потенциометров Р1 и Р2 и конденсатора С1. К истоку Т1 подводится определенный уровень напряжения от делителя, состоящего из резисторов R2 и RЗ.

Рис. 61. Печатная плата таймера со звуковой сигнализацией (MI :1) Если устройство выключено, контакт К.26 выключателя К2 создает короткое замыкание на конденсаторе С1. В момент включения, следовательно, конденсатор С1 полностью разряжен и медленно заряжается через потенциометры Р1 и Р2 или только Р2. По прошествии установленного времени транзистор Т1 между истоком и стоком имеет сопротивление 100 кОм, которое отделяет базу транзистора Т2, имеющего напряжение, задаваемое резистором R4. В это время приводится в действие самовозбуждающийся мультивибратор, состоящий из транзисторов Т2 и ТЗ. Звуковой сигнал раздается из миниатюрного динамика, включенного в коллекторную цепь транзистора Т4. Ограничение коллекторного тока этого транзистора обеспечивается резистором R8. За исключением резистора R8 (16 Ом, 0,5 Вт), все остальные рассчитаны на мощность Vs Вт. Конденсатор С имеет параметры 1600 мкФ/10 В.

Рис 62 Схема размещения деталей таймера со звуковой сигнализацией (М2 : 1) Печатная плата и монтажная схема размещения деталей этого устройства даны на рис. 61 и 62. Следует заметить, что особую осторожность надо проявлять при монтаже полевого транзистора, так как он гораздо чувствительнее обыкновенных. Паразитные источники напряжения (статическое электричество) при пайке могут вывести транзистор из строя. Паяльник поэтому,на это короткое время следует отключить от сети.

Настройка потенциометров Р1 и Р2 для работы схемы на 3 или 15 мин производится при помощи секундомера.

Электронный календарь, схема которого приведена на рис. 63, показывает соответствующий день недели.

Замыкание контакта для данного дня недели осуществляется посредством последовательно соединенных фоторезисторов F1 и F2. Посторонний свет, например, молнии, автомобильных фар, а также других внешних источников не влияет на работу схемы. Поместив фотодатчики (фоторезисторы) в пластмассовую трубу, их направляют в разные стороны.

Рис. 63. Принципиальная электрическая схема электронного календаря Устройство работает следующим образом. Предположим, что календарь установлен на понедельник и уже наступил вечер, т. е. стало темно. Когда начинается утро, сопротивление фотодатчиков LDR уменьшается, в результате напряжение достигает значения порога переключения однопереходного транзистора типа 2N2646, что приводит к открыванию транзисторов Т2 и ТЗ. Конденсатор С1 разряжается (через резистор R4), и немедленно заряжаются конденсаторы СЗ, а спустя несколько секунд и С4. Транзистор Т4 в это время открыт, и первый импульс, достигающий счетчика, установленного на нуль, переводит календарь на вторник. До тех пор, пока свет падает на фоторезисторы, импульсы релаксационного генератора (2N2646) опять заряжают конденсаторы СЗ и С4.

Рис. 64. Печатная плата электронного календаря, изображенного на рис. 63(Ml:1) С наступлением темноты сопротивление фотодатчиков возрастает и импульсы генератора становятся все реже. Постоянная времени емкостей СЗ и С4 составляет более 1 ч, так что смена дня недели происходит прежде, чем сопротивление LDR достигнет 2/з значения сопротивления резистора R2. Затем напряжение, падающее на R2, прекращает генерацию колебаний транзистора TL Схема при этом не работает вплоть до наступления следующего дня. Потребляемый ток при использовании све-тодиодов составляет 6 — 7 мА.

Рис. 65. Монтажная схема электронного календаря, изображенного на рис. Печатная плата электронного календаря приведена на рис. 64, а монтажная схема — на рис. 65.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

ДОМАШНИХ УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

2.1. ЭЛЕКТРОННОЕ ОТКРЫВАНИЕ ДВЕРЕЙ

2.1.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАМКИ И ПРИНЦИПЫ ИХ ДЕЙСТВИЯ

Основными преимуществами обычных электрических замков по сравнению с механическими являются их удобство, надежность, а также возможность управления со значительного расстояния от места установки. Распространены два типа электрических замков: традиционного устройства и с системой блокировки.

При установке традиционных и блокирующих дверных замков дверь открывается с помощью электромагнита, действующего на пружину. Электрические замки этого типа малоупотребимы, поскольку для их срабатывания необходима довольно большая энергия.

В наши дни чаще применяются электрические замки с системой блокировки. Их встраивают в дверные стойки напротив механических замков, расположенных в створках дверей. Когда на катушку возбуждения замка подается ток, запор, препятствующий повороту замочной втулки, размыкается и при нажатии на дверь верхняя задвижка механического замка, вмонтированного в створку двери, поворачивает замочную втулку электрического замка. Известны электрические замки с системой блокировки, рассчитанные на переменные напряжения 6 — 12 и 12 — 24 В. Мощность, необходимая для их срабатывания, минимальная (3 — 10 Вт), поскольку электромагниту требуется только разомкнуть запор поворотной задвижки замка.