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:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Земля ускоряет свое вращение 26.07.2025 Измерение времени - одна из основ современной цивилизации. От точности хода часов зависят технологии навигации, биржевые сделки, синхронная работа интернета и систем связи. Однако в последние годы ученые фиксируют необычное явление: Земля вращается все быстрее, пусть и на крошечные доли секунды. Это может показаться незначительным, но даже миллисекунда имеет огромное значение в мире, где все синхронизировано до микросекунд. Наиболее заметное из последних ускорений произошло 9 июля 2025 года. В этот день вращение планеты заняло на 1,3 миллисекунды меньше привычных 24 часов. Хотя это еще не абсолютный рекорд по скорости вращения, отклонение было достаточно серьезным, чтобы обратить на него внимание специалистов в области точного времени и глобальных систем координации. Феномен ускорения вращения Земли уже давно интересует ученых. Исследователи связывают его с целым рядом геофизических процессов, происходящих как в глубинах планеты, так и на ее поверхности. Внутренние движения мантии и ядра, приливное воздействие Луны, перераспределение массы из-за таяния полярных льдов, мощные землетрясения и сезонные изменения водных запасов - все это влияет на скорость вращения Земли вокруг своей оси. Такие сдвиги, едва уловимые в повседневной жизни, могут вызывать значительные трудности в системах, где каждая микросекунда имеет значение. Спутники, работающие по GPS, финансовые платформы и телекоммуникационные узлы вынуждены адаптироваться к даже самым незначительным изменениям во времени суток. Отказ от точной синхронизации может обернуться сбоями в сложных цифровых процессах. Особый интерес вызывает прогноз на ближайшее будущее. Ученые ожидают еще два ускоренных вращения: 22 июля продолжительность суток сократится на 1,38 миллисекунды, а 5 августа - на 1,52 миллисекунды. Эти значения могут показаться несущественными, но в контексте точного времени они выходят за допустимые пределы стабильности. Растущее число таких случаев вновь активизировало дискуссию среди международных организаций, ответственных за хронометрию. На повестке стоит идея введения так называемой "отрицательной секунды" - редкой коррекционной меры, при которой одна секунда будет искусственно удалена из стандартного временного отсчета, чтобы синхронизировать атомное и астрономическое время. До сих пор человечество сталкивалось только с противоположной процедурой - добавлением "високосной секунды".

Другие интересные новости:

▪ 4KCAM-камеры JVC

▪ Шум транспорта задерживает рост птенцов

▪ Сверхустойчивый лазер сделает GPS точнее

▪ Медицинские DC/DC-преобразователи Mean Well MDS15/20

▪ Измерена масса нейтрино

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сварочное оборудование. Подборка статей

▪ статья Точность (аккуратность) - вежливость королей. Крылатое выражение

▪ статья Какого автогонщика лишили водительских прав за превышение скорости в Швеции? Подробный ответ

▪ статья Домбайская поляна. Чудо природы

▪ статья Контролька автолюбителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Генератор сигнала ДМВ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026