Андрей Кашкаров - Современная электроника в новых практических схемах и конструкциях

• Название: Современная электроника в новых практических схемах и конструкциях
• Автор: Андрей Кашкаров
• Жанр: Техническая литература

В книге собраны принципиальные электрические схемы и описания простых электронных устройств для развития творчества радиолюбителей. Основное внимание уделено устройствам для улучшения домашнего быта, комфорту при управлении автомобилем, отдыха на природе. Представлены более 60 описаний различных схем, разработанных и проверенных автором, и варианты их реализации.

Современная элементная база, используемая в рекомендуемых схемах, позволяет упростить их монтаж, расширить эксплуатационные возможности, делает повторение устройств возможным для радиолюбителей, имеющих небольшой опыт и располагающих минимумом приборов настройки.

Книга рассчитана на радиолюбителей и широкие читательские круги.

---

На элементах DD1.4 и DD2.2 собран электронный дозатор, формирующий временные интервалы, в течении которых в системе нагнетается вода для полива. Таймер на микросхеме DD3 К561ИЕ16 (рис. 1.2) необходим для циклической подачи управляющих импульсов с периодичностью примерно один раз в час. Управляющие импульсы положительной полярности снимаются с вывода 3 микросхемы К561ИЕ16 (точка А), инвертируются элементом DD2.3 и подаются на вход узла электронного дозатора через конденсатор С1, который не пропускает постоянную составляющую напряжения.

Время работы электродвигателя М1 (нагнетания воды из резервуара) определяется значениями элементов времязадающей цепи С2R6. При указанных на схеме значениях этих элементов электродвигатель будет работать в течении 20 с.

Рассмотрим подробнее работу таймера, схема которого показана на рис. 1.2.

Таймер собран на одной микросхеме К561ИЕ16. Задающим генератором импульсов служит мигающий светодиод HL1. На выводе 10 (тактовый вход микросхемы DD3) присутствуют импульсы с частотой примерно 2 Гц. При вспышке светодиода, на выводе 10 оказывается высокий уровень напряжения, а при погасании светодиода этот уровень сменяется на низкий. Счетчик реагирует на отрицательный фронт импульса и начинает внутренний счет. Высокий уровень напряжения появляется последовательно на каждом выходе Q0 – Q13 счетчика.

Максимальная выдержка времени, которую может обеспечить счетчик К561ИЕ16 в данной схеме, при условии применения в качестве генератора импульсов мигающего светодиода, составит около 1 ч. Сигнал на выключение устройства нагрузки произойдет на выводе 3 (выход Q13) после того, как счетчик досчитает до 8192.

Почему для этого устройства выбрана именно микросхема К561ИЕ16? Для этого подробнее рассмотрим ее функциональные характеристики.

Микросхема К561ИЕ16 содержит 14–ти разрядный асинхронный счетчик с входным каскадом, обостряющим тактовые импульсы. На входе микросхемы установлен формирователь импульсов и триггер. Выходной сигнал поступает на вывод Q0 – Q13 от однотипных внутренних буферных усилителей. Счетчик сбрасывает выходные сигналы (переводя их в низкий логический уровень) при напряжении высокого уровня на входе сброса R (вывод 11). Содержимое счетчика увеличивается откликом на каждый отрицательный перепад на тактовом входе с (вывод 10). Максимальная тактовая частота может достигать 3 МГц, а длительность импульса сброса должна превышать 550 нс. Микросхема К561ИЕ16 широко распространена и имеет небольшую стоимость, что является дополнительным стимулом для разработки различных электронных устройств на ее основе.

В первый момент времени после подачи на микросхему питания начинает заряжаться оксидный конденсатор С5 через резистор R8, на входе сброса R микросхемы DD3 устанавливается высокий уровень, благодаря которому на всех выходах Q будет присутствовать низкий уровень.

По прошествии 60 мин (выдержка времени, обусловленная счетом до 8192 микросхемы DD3) на выводе 3 DD3 возникает напряжение высокого уровня. Оно инвертируется элементом DD2.3 и поступает через разделительный конденсатор С1 на узел дозатора полива. Принудительно сбросить счетчик в нуль можно кратковременным отключением питания или замыканием накоротко постоянного резистора R8 (подачей низкого уровня на вход сброса R микросхемы К561ИЕ16).

1.1.2. Особенности установки устройства

Воду из бачка омывателя нагнетает автомобильный электродвигатель. Патрубок – капельница также используется штатный – его можно приобрести в магазинах автотоваров или в торговых точках товаров для аквариума. Длина патрубка составляет 3–4 м. Большую длину использовать не желательно, так как напор воды будет сокращаться. На концы патрубка – капельницы надевают распылители воздуха для аквариума, через которые свободно проникает и вода. Эти распылители и, тройник – разветвитель и миниатюрный вентиль показаны на рис. 1.4. Приобрести их можно там же (у аквариумистов).

Рис. 1.4. Вентиль, тройник и распылители

Распылители для воды закрепляют на штативе или на самом стволе цветка (если толщина позволяет) в середине ствола, так, чтобы распыляющаяся влага доставалась не только почве, но и стволу и листьям цветка. Когда требуется обслуживать несколько цветков, недалеко удаленных друг от друга, на патрубок устанавливают тройник, от которого разветвляются еще два патрубка.

1.1.3. О деталях и налаживании

Кроме микросхемы К561ИЕ16 можно без изменений в схеме применить ее зарубежный аналог CD4020В. Вместо этих микросхем можно применить более дорогую по стоимости зарубежную микросхему CD4060 (у которой нет полного аналога в К561 серии). Микросхема CD4060 имеет встроенный генератор импульсов, поэтому элементы HL1 и R9, в таком случае, из схемы можно исключить.

Транзистор КТ604А заменяют любым из серий КТ815, КТ817, КТ819.

Диод VD1– любой из серий КД521, КД522, КД102, КД103, 1N4148. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,25. Оксидные конденсаторы С2 – С5 типа К50–24, К50–29 или аналогичные. Конденсатор С1 типа КМ-6 или аналогичный. Оксидный конденсатор С4 сглаживает пульсации напряжения.

Мигающий светодиод (кроме указанного на схеме) может быть типа L-816BRSC-B, L-56DGD, ARL-5013URC-Bили аналогичным. Реле К1 – любое на напряжение срабатывания 10–12 В с током 10…50 мА, например, WJ118–1C или аналогичное.

Устройство очень экономично и непритязательно к параметрам источника питания. Ток потребления без учета тока потребления реле составляет всего 20 мА, причем большая часть расходуется мигающим светодиодом. Источник питания стабилизированный. Устройство хорошо работает при напряжении питания 9—15 В и работоспособно и при снижении напряжения питания до 5 В, однако в этом случае частота задающего генератора на мигающем светодиоде HL1 заметно увеличивается, что приводит к уменьшению времени задержки.

Устройство в налаживании не нуждается.

Время работы электродвигателя М1 (время полива) корректируется емкостью конденсатора С2. При емкости С2=1 мкФ и напряжения питания 12 В время полива составит 4 с, при С2=20 мкФ время полива увеличится до 1 мин.

Чувствительность узла контроля влажности почвы регулируют изменением сопротивления переменного резистора R1. При уменьшении сопротивления R1 чувствительность уменьшается.

Задержка включения таймера также может быть изменена путем подключения входа инвертора DD2.3 к другому выходу Q микросхемы– счетчика К561ИЕ16. Так, например, при подключении к выходу Q9 DD3 (вывод 14) управляющий импульс высокого уровня поступит на инвертор примерно через 3 мин после начала отсчета импульсов задающего генератора (микросхема сосчитает до 512).

1.1.4. Варианты практического применения

Устройство можно применять не только в соответствии с описанным выше способом – для автоматического полива растений. В жаркое время года, когда в квартире душно и уровень влажности катастрофически мал, такое устройство без изменения электрической схемы послужит для увлажнения воздуха.

Для этого распылители воды, установленные на концах патрубков – капельниц закрепляют сверху решетки комнатного вентилятора (желательно применять напольный вентилятор с высокой штангой). Один раз в час (или в другом алгоритме, «запрограммированном» радиолюбителем под конкретные задачи) нагнетатель воды и бачка распылит влагу мелкими каплями на вращающиеся лопасти вентилятора. При этом (учитывая, что вентилятор вращается в одной горизонтальной плоскости, но имеет угол свободного вращения до 90°) достигается увлажнение большой территории комнаты.

Благодаря применению аквариумных распылителей влага распыляется дозировано, мелкими каплями, поэтому утечки воды (и лужи под вентилятором) не происходит. Устройство практически опробовано автором жарким летом 2007 года.

Внимание!

Электронный таймер, описанный выше можно заменить аналогичным по назначению промышленным вариантом (и наоборот), подробно описанным в подглаве 4.2. В этом случае, нет необходимости самостоятельно собирать электронное устройство, а, например, взять готовый электронный блок.

1.2. Индикатор грозовых разрядов

Удаленные грозы создают помехи радиосвязи и навигации, а близко проходящие могут наведенным молнией сигналом вывести из строя аппаратуру связи.

Особенно опасны прямые попадания молнии, приводящие к уничтожению аппаратуры, пожарам и человеческим жертвам.

Грозовые разряды наводят мощные импульсные сигналы на линии электропередачи и связи, и даже короткие броски напряжений в них могут вызвать сбои в работе и выход из строя дорогих электронных приборов, компьютеров. Особенно велика вероятность грозовой опасности в сельской местности с протяженными открытыми линиями, с высокими мачтами антенн приемной и радиопередающей аппаратуры, которые местные радиолюбители стараются ставить повыше (на холме), на шестах или металлических мачтах.