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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Туры на воздушных шарах по стратосфере 25.02.2023 Японская компания Iwaya Giken начала принимать заявки на участие в туристических турах на высотном воздушном шаре. Двухместная капсула обеспечит доставку пилота с одним туристом на высоту 25 км. Почувствовать себя на четверть космонавтом можно будет за сравнительно скромную сумму около $180 тыс. По мере развития проекта цены обещают существенно упасть, что сделает "полеты в космос" доступными широкому кругу граждан. Туристическая капсула выглядит как бочка диаметром 1,5 м с прозрачными стенками, потолком и полом. В небо капсулу будет поднимать воздушный шар с гелием. Система, как нетрудно догадаться, многоразовая. В перспективе разработчики обещают полеты с интервалом в неделю, а может даже чаще, но все будет зависеть от погоды. Полеты на МКС по программам космического туризма стоят несколько десятков миллионов долларов США на человека. Подъем на многоразовых челноках в стратосферу на границу космоса компаниями Virgin Galactic и Blue Origin тоже не дешевое удовольствие. В идеале цена билета на такой аттракцион с подъемом на 80-100 км вверх от Земли должна опустить до $250 тыс., но пока она определенно выше. Туры на воздушном шаре действительно станут доступны большему числу людей как по цене, так и по уровню требуемой подготовки. Подъем на воздушном на максимальную высоту в примерно 25 000 метром ориентировочно будет занимать до двух часов. Час будет проведен на высоте и затем последует часовой спуск. Больше удовольствия за меньшие деньги. Почему бы нет? Сами туры собирается организовывать профильная компания JTB Corp, ставшая партнером разработчика высотной платформы. Победители первого этапа отбора будут объявлены в октябре. Первые пять пассажиров смогут отправиться в полет до конца текущего года. Вылеты планируется организовать с Хоккайдо. Полеты будут проходить над территорией Японии. В конечном итоге стоимость туров снизится до нескольких тысяч долларов США. Это "демократизирует" полеты в космос, уверены организаторы и изобретатели.

Другие интересные новости:

▪ Самовосстанавливающееся стекло

▪ Рыба из 3D-печати

▪ Wavecom включает поддержку интерпретатора Lua

▪ Умное кольцо boAt Smart Ring Active

▪ Полнофункциональный сервер Thecus NAS 2U

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоприем. Подборка статей

▪ статья Для веселия планета наша мало оборудована. Крылатое выражение

▪ статья Какой японец сумел пережить две атомные бомбардировки подряд? Подробный ответ

▪ статья Финансовый аналитик. Должностная инструкция

▪ статья Генератор звуковой частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Нормы испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. Наибольшие допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств электроустановок. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026