Помехоустойчивый акустический выключатель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Освещение

 Комментарии к статье

Описан акустический выключатель лампы накаливания. Приведены электрическая принципиальная схема и разводка печатной платы устройства. В авторском варианте в качестве микрофона использован пьезоизлучатель ЗП-3. Схема не содержит дефицитных деталей, особое внимание при разработке акустического выключателя уделено стойкости к помехам в сети питания.

Идея акустического выключателя неновая, поэтому автор, задавшись целью изготовить себе такое устройство, пытался найти готовое решение, чтобы без лишних хлопот повторить конструкцию. Однако после ознакомления с найденными материалами [1-4], пришлось искать свое схемное решение.

Владелец кафе в одном из европейских городов оборудовал свое заведение необычно громоздкой мебелью. Взрослые посетители, заходя в кафе, видят столы и стулья такими, как 4-5-летние дети. Сделано это для того, чтобы родители на себе ощутили неудобства и задумались над детскими проблемами. Малышам и в самом деле приходится нелегко из-за их маленького роста. Например, не могут включить сами свет в туалете, каждый раз приходится обращаться к взрослым. Им может помочь акустический выключатель.

У меня была другая причина для установки такого выключателя. В коридоре квартиры еще строителями был когда-то установлен 4-позиционный выключатель со шнуром, работавший на одну лампочку, который в конце концов поломался. В настоящее время таких ни одинарных, ни многопозиционных выключателей в продаже я не вижу.

(нажмите для увеличения)

В качестве микрофона акустического выключателя я решил применить пьезоэлектрический излучатель. Схема первоначального варианта акустического выключателя (рис.1) содержит пьезодатчик типа ЗП-3, усилитель переменного напряжения (УПН) на микросхеме DА1, ждущий мультивибратор на микросхеме DD1.1, триггер DD1.2, усилитель мощности на транзисторе VT3. Питание схемы бестрансформаторное. Напряжение сети выпрямляется диодной сборкой VD1 и поступает на параметрический стабилизатор на стабилитроне VD2. Пульсирующее напряжение со стабилитрона подается на аналог двухбазового диода, собранного на транзисторах VT1 и VT2, а также через диод VD3 на конденсатор С5, который служит фильтром. Аналог двухбазового диода включает тиристор VS1 при условии, что конденсатор С5 не шунтирован транзистором VT3, а это зависит от состояния триггера. VS1 нагружен на лампу накаливания мощностью 15-100 Вт.

УПН построен по одной из типовых схем включения операционного усилителя от одного источника питания [5]. Усилитель содержит небольшое количество деталей и позволяет просто регулировать чувствительность выключателя изменением номинала резистора R4. При увеличении сопротивления резистора R4 чувствительность повышается и соответственно при уменьшении сопротивления R2 уменьшается.

В результате хлопка на выходе УПН получается пачка импульсов. Ждущий мультивибратор запускается одним из этих импульсов и формирует свой импульс, длительность которого превышает длительность хлопка. Поэтому триггер DD1.2 переключается при каждом хлопке, а не отдельными импульсами пачки.

Схема сразу отлично заработала. Хлопок в ладоши - лампа включается, второй хлопок - лампа выключается. Можно было бы на этом и остановиться, если бы не одно "но" лампа включается не только по принуждению, но и от случайных помех в сети питания.

Кроме того, устройство имеет еще один недостаток - при подаче напряжения на устройство лампа, как правило, зажигается. Это нежелательно, потому что при пропадании напряжения сети и последующей подаче электроэнергии лампу необходимо принудительно выключать. Если дома никого нет - лишний расход электроэнергии. Но этот недостаток довольно легко устранить - достаточно сделать принудительную установку триггера D1.2 по входу S при включении устройства. Со случайными же помехами в сети можно бороться долго и, возможно, безрезультатно.

Схема устройства разработана так, что не нуждается в настройке. Ее можно рекомендовать как основу для разработки аналогичного устройства с питанием от батарей или аккумулятора.

Проанализировав схемы устройств, описанных в литературе [1-4], я решил заимствовать схему аналога триггера со счетным входом на электромагнитном реле [2]. Старомодно? Зато надежно и просто. Ведь чтобы включить реле, необходимо затратить значительно больше энергии, чем переключить быстродействующий триггер с высокоомным входом.

Схема триггера на реле (рис.2) работает следующим образом. В исходном состоянии конденсатор С1 заряжен через контакты реле К2.1, а резистор R2 - до напряжения питания, обмотка реле К2 обесточена. Под воздействием акустического сигнала кратковременно замыкаются контакты реле К1.1.

Энергией конденсатора включается реле К2, его контакты переключаются на самоудержание. После воздействия акустического сигнала контакты контактной группы К1.1 размыкаются, и конденсатор С1 разряжается через резисторы R2 и R3. С последующим приходом акустического сигнала контакты группы К1.1 кратковременно замыкаются. Через резистор R1 заряжается конденсатор С1, шунтируя обмотку реле К2, вследствие чего она обесточивается, и реле К2 выключается.

Запускается ждущий мультивибратор (рис.1) через дифференцирующую цепочку C3R7. Дифференцирующие цепочки не являются помехоустойчивыми, в отличие от интегрирующих. Решение напрашивается само собой. В результате экспериментов появился окончательный вариант устройства (рис.3).

(нажмите для увеличения)

Устройство содержит все тот же УПН, классический диодный амплитудный детектор (VD1,VD2 и С5), усилитель постоянного тока на составном транзисторе (VT1 и VT2) и подробно описанный выше триггер на электромагнитных реле. В помехоустойчивой схеме акустического выключателя импульсы с выхода УПН детектируются амплитудным детектором. Во время хлопка на конденсаторе С5 появляется постоянное напряжение, поступающее на базу составного транзистора, нагруженного на обмотку реле К1.

При использовании радиоэлементов, указанных на схеме, акустический выключатель в настройке не нуждается и имеет хорошую повторяемость. Реле К1 типа РЭС49 имеет следующие паспортные данные: сопротивление обмотки Rоб 1900 Ом, ток срабатывания I не более 8 мА, т.е. по паспорту для этого реле напряжение срабатывания U=RобI= 15,2 В. Паспортные данные реле К2 типа РЭС47 следующие: сопротивление обмотки 650 Ом, ток срабатывания не более 21,5 мА.

Аналогично по паспортным данным для РЭС47 напряжение срабатывания 14 В. При замене реле следует проверить, чтобы напряжение питания устройства было на несколько вольт больше напряжения срабатывания примененных реле. Для питания схемы использован силовой трансформатор с выходным напряжением 2х15 В. Выпрямленное постоянное напряжение примерно 17 В. Потребление постоянного тока устройством не превышает 30 мА. При большом разбросе параметров реле от примененных, в случае их замены, может появиться необходимость в изменении номинальных значений остальных элементов триггера.

Акустический выключатель может работать и с другими источниками звуковых сигналов. Была проверена работа устройства с динамическим микрофоном МД-201. В связи с тем что УПН возбудился, возможно, из-за шнура микрофона, пришлось добавить конденсатор емкостью 0,1 мкФ параллельно входу микрофона для этого случая. На схеме этот конденсатор не показан, но в конструкции печатной платы для него оставлено место, обозначенное С`.

В акустический выключатель можно встроить устройство двухступенчатого включения лампы накаливания с целью повышения ее долговечности [6]. Один вариант такого устройства показан на рис.4, а второй - на рис.5.

(нажмите для увеличения)

Печатная плата акустического выключателя размерами 85х120 мм приведена на рис.6, расположение элементов на печатной плате - на рис.7.

Печатная плата разработана с учетом подключения устройства двухступенчатого включения лампы накаливания по схеме рис. 5. Печатный монтаж односторонний с применением перемычек из изолированного провода. В устройстве без изменении рисунка печатной платы вместо микросхемы К140УД6А можно применить К140УД7, К140УД8, К544УД1, К544УД2. Керамические конденсаторы С2С5 типа КМ3, КМ4, КМ5, КМ6 или К10-17, К10-47. Электролитические конденсаторы С1, С6-С8 типа К50-16, К50-35. Трансформатор Т1 - любой маломощный на вторичное напряжение 15-20 В. Если трансформатор имеет одну обмотку, то для выпрямителя следует использовать диодный мостик. После сборки платы необходимо убедиться в правильности монтажа деталей, затем приступить к проверке работоспособности устройства.

Внимание! К печатной плате подводится опасное для жизни напряжение 220 В переменного тока, поэтому необходимо соблюдать повышенную осторожность и следующие рекомендации. Вначале проверьте работоспособность акустического выключателя без устройства двухступенчатого включения лампы накаливания. Омметром измерьте сопротивление нагрузки выпрямителя на отсутствие короткого замыкания. Затем на сетевые выводы силового трансформатора, не подключая их к плате, подайте 220 В, предварительно изолировав места соединения изолентой или полихлорвиниловой трубкой. Проверьте срабатывание реле К2 от хлопков в ладони на достаточном удалении от датчика звука. Если все в порядке, тогда подайте напряжение 220 В на плату, подключите лампу накаливания и произведите проверку в комплексе.

На последнем этапе впаяйте сетевые выводы трансформатора в плату и вмонтируйте ее и датчик звука в подходящий корпус. После этой операции при необходимости можно подбором резистора R4 установить требуемую чувствительность устройства.

При применении устройства необходимо учитывать, что для шумных мест, например, кузнечного цеха, оно не годится. Не стоит его устанавливать и возле громкого телефонного звонка. Эксплуатация акустического выключателя в течение примерно полугода показала, что срабатывает он только от звуковых сигналов.

Литература:

1. Ференци О. Электроника в нашем доме/Пер. с венг. -М.: Энергоатомиздат, 1988.
2. Сергеев Б. Акустический выключатель//Радио.-1985.-№2.-С.49, 50.
3. Дробниця А.М. Автоматичні пристрої в побуті.-К.:Техніка.- 1978.
4. Кузев Г. Звуков превключвател//Радио, телевизия, електроника.-1988.-№12.-С.28.
5. Нестеренко Б.К. Интегральные операционные усилители. Справочное пособие по применению.-М.: Энергоатомиздат.1982.
6. Ковпак А.А. Устройство двухступенчатого включения ламп накаливания//Радіоаматор.-1994.-№8.-С.23.

Автор: В. Самелюк

Смотрите другие статьи раздела Освещение.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Испытан керамический двигатель 15.10.2017 Американская компания GE Aviation совместно со специалистами армии США завершила испытания первого прототипа нового газотурбинного двигателя, в конструкции которого широко используются керамические матричные композиты. В 2011 году американские военные объявили, что им необходимы новые газотурбинные двигатели, которые были бы экономичными в эксплуатации и относительно недорогими в производстве. Силовые установки планируется ставить на разные типы вертолетной техники. По оценке GE Aviation, использование керамики в конструкции перспективных двигателей позволит удешевить их производство за счет упрощения производственного цикла и снизить стоимость эксплуатации благодаря большему ресурсу керамических композитов по сравнению с традиционными материалами. Керамические матричные композиты имеют широкий диапазон рабочих температур, причем детали, выполненные из таких материалов, могут нормально эксплуатироваться при гораздо больших температурах, чем обычные элементы из металлических сплавов. Это позволяет расширить и рабочий диапазон двигательной установки в целом. Керамические детали будут изготавливаться с помощью технологии трехмерной печати. Согласно требованию военных, новые двигатели должны иметь на 80% больше удельной мощности, чем современные силовые установки. Кроме того, удельное потребление топлива новыми двигателями должно быть меньше на 35%, а расчетный ресурс - на 20%больше. Наконец, расходы на производство и техническое обслуживание силовых установок проекта должны быть меньше на 45%. В GE Aviation полагают эти требования вполне выполнимыми. Испытания первого прототипа двигателя осенью 2016 года. Двигатель прошел множество циклов запуска и остановки, его проверяли на возможность длительной работы. В ходе проверки разработчики следили за надежностью работы компрессора, камеры сгорания и турбины, причем эти элементы проверялись как в составе силовой установки, так и по отдельности на специальном стенде. Другие подробности о проведенных проверках не раскрываются. Силовые установки будут выпускаться в нескольких вариантах. Они будут отличаться друг от друга размерами и мощностью. В зависимости от версии двигатели смогут развивать мощность от пяти до десяти тысяч лошадиных сил (3,7-7,4 тысячи киловатт). В первую очередь силовые установки рассматриваются в качестве замены двигателей T700 вертолетов AH-64 Apache и UH-60 Black Hawk. Двигатели T700 в нескольких десятках версий выпускаются с 1973 года и имеют мощность от 6,1 до 7,4 киловатт.

Другие интересные новости:

▪ IHLP-6767DZ-11 - сильноточные низкопрофильные индуктивности

▪ Литий-ионная батарея с анодом из песка

▪ Глаз мотылька поможет создать антибликовое покрытие

▪ Топливо из воздуха

▪ Куртка из графена

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электронные справочники. Подборка статей

▪ статья Истина сделает вас свободными. Крылатое выражение

▪ статья Кто такие инки? Подробный ответ

▪ статья Капуста цветная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Радиопоиск домашних животных. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стакан и карты. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026