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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Новая электроника выдержит радиацию и нагрев 28.06.2012 Инженеры из Университета штата Юта разработали микроскопические механические устройства (MEMS), которые выдерживают мощнейшее радиоактивное излучение и нагрев. По оценкам ученых, созданные ими устройства могут управлять роботами или компьютерами даже внутри реактора или в глубоком космосе. Ионизирующее излучение быстро повреждает традиционную электронику, поэтому приходиться использовать многочисленные дублирующие цепи и мощную защиту, как это было, например, с роботами, работавшими на аварийной АЭС Фукусима. Но даже защищенные роботы, направленные для наблюдения за поврежденными реакторами, перестали работать уже через несколько часов. Все дело в том, что мощное ионизирующее излучение пробивает в полупроводниках "лишние" токопроводящие каналы, что выводит электронику из строя. Впервые ученым удалось разработать уникальную технологию, которая продолжает работать в присутствии даже мощнейшего ионизирующего излучения. Новые устройства являются логическими элементами размерами 25х25 микрон, которые выполняют простейшие логические операции: "вкл" или "выкл". Микроскопические механические устройства могут работать даже внутри ядерного реактора В ходе экспериментов новые устройства на два часа погружали в активную зону университетского реактора, и MEMS продолжали работать как ни в чем не бывало. MEMS не были разрушены ионизирующим излучением, поскольку они не используют полупроводниковые каналы. Это простые микроскопические выключатели с вольфрамовыми электродами, которые соприкасаются друг с другом и замыкают или размыкают цепь. В плане "традиционного" применения MEMS имеют определенные недостатки, например, они в 1000 раз медленнее кремниевой электроники и, к тому же, менее долговечны (из-за наличия подвижных частей). Однако когда дело доходит до экстремальных условий эксплуатации, то MEMS нет равных. Так, в ходе экспериментов микроскопические механические устройства часами работали в вакууме при температуре 277 градусов по Цельсию и даже в ядре 90-кВт исследовательского реактора. Даже самая надежная и защищенная кремниевая электроника в таких условиях выходила из строя уже через несколько минут. В обычных условиях MEMS проработали около 2-х месяцев, выполнив без сбоев более одного миллиарда циклов. В настоящее время ученые планируют улучшить этот показатель в миллион раз. Использование MEMS открывает совершенно новые возможности для контроля работы АЭС, двигателей внутреннего сгорания и создания зондов, которые смогут проникать в самые опасные места, не требуя мощных и тяжелых защитных систем.

Другие интересные новости:

▪ Экстремальный смартфон Ulefone Armor 12 5G

▪ Прототип резистивной памяти от Elpida

▪ Нюх динозавров

▪ Гибкие датчики

▪ Смартфон Bluboo X550 с аккумулятором на 5300 мАч

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заземление и зануление. Подборка статей

▪ статья Дарвин Чарлз. Биография ученого

▪ статья Кто по национальности был герцог Веллингтон? Подробный ответ

▪ статья Рыбацкая восьмерка. Советы туристу

▪ статья Узлы радиолюбительской техники. Фильтры и согласующие устройства. Справочник

▪ статья Ногайские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025