Универсальные акустические датчики-выключатели

Среди радиолюбительских конструкций встречаются простые устройства, собранные по разным схемам. Их отличает набор элементов, уровень усиления и чувствительность к акустическим колебаниям. На основе чувствительных акустических устройств — датчиков, управляющих различными устройствами нагрузки, можно создавать автоматические устройства. Большое (определяющее) значение в этом случае имеет чувствительность и возможность ее регулировки. Одним из таких устройств, реагирующим на малейший шум и даже ветерок (об этом далее), является рассматриваемое устройство чувствительного акустического датчика с задержкой выключения.
Электрическая схема устройства представлена на рис. 3.7.

Усилитель слабых звуковых сигналов выполнен на высокочувствительном микрофонном усилителе DA1. Чувствительность микросхемы операционного усилителя (далее ОУ) такова, что он воспринимает входной сигнал амплитудой 1 мВ. Корректировкой сопротивления резистора R7 чувствительность усилителя можно изменять в широких пределах. Суммарный коэффициент усиления при указанных на схеме номиналах элементов составляет более 3000 и может быть еще более увеличен с помощью увеличения сопротивле¬ния резистора R7 и емкости конденсаторов С5 до 1000 пФ. Эти конденсато¬ры компенсационной цепочки введены в схему для устранения возможного самовозбуждения на высоких частотах усилителя при максимальном режиме усиления. Для увеличения общего коэффициента усиления также рекоменду¬ется увеличить емкость разделительных конденсаторов С6 и С8 до 2 мкФ и 50 мкФ соответственно.
 
Соответственно при уменьшении сопротивления резистора R7 до 50 кОм (в 10 раз) чувствительность ОУ уменьшится так, что устройство будет реаги¬ровать только на голос человека (хлопок в ладоши или другой громкий звук) на расстоянии до 1 м от микрофона ВМ1.
Усиленный сигнал переменного напряжения с выхода ОУ DA 1.1 через разде¬лительный конденсатор С8 поступает на выпрямитель, реализованный на диодах VD1 и VD2. Выпрямленное напряжение сглаживается оксидным кон¬денсатором С9 и шунтируется резистором R9. Цепь C9R9 одновременно яв¬ляется узлом задержки. Когда в точке А (на выходе схемы) появится высокий уровень напряжения (амплитудой 3,6...3,8 В), заряжающий конденсатор С9, этот уровень будет присутствовать в точке А не менее чем 4 мин. Высокий уровень в точке А является управляющим по отношению к исполнительному узлу (на схеме не показан), соответственно управляющему любой электрон¬ной нагрузкой, например, лампой накаливания в сети 220 В, установленной на лестничной клетке. В этом случае устройство будет полезно, как автомат-включатель освещения при приближении жильцов к микрофону ВМ1. Когда вблизи электретного микрофона наступит тишина, по истечении выдержки 4 мин, лампа освещения автоматически погаснет до следующего акустиче¬ского воздействия на микрофон. Если шум вокруг ВМ1 сохранится во время отсчета времени после первоначального звукового воздействия, то выдержка времени соответственно увеличится и лампа освещения будет гореть до тех пор, пока шум не прекратится плюс еще 4 мин.
Если задержка выключения не нужна, то ее можно отключить. Для этого управляющий сигнал берут напрямую с вывода 7 микросхемы DA1.
Есть и еще одна интересная особенность усилителя сигналов на микросхеме DA1. Если изменить (увеличить емкость) номиналы элементов в цепи обрат¬ной связи (конденсаторы С5, С7 и разделительные конденсаторы С6, С8 — об этом написано выше), чувствительность устройства оказывается такова, что управляющий выходной сигнал появится на выводе 7 элемента DA1.2 не по¬сле звукового воздействия на микрофон, а даже при слабом ветерке, потоке
воздуха, направленного на микрофон ВМ1 с расстояния 0,5—1 м. Для полу¬чения такого эффекта потребуется полностью изолировать помещение от по¬сторонних звуков (что в больших городах сделать в бытовых условиях средней квартиры почти невозможно, ибо уровень шума с улицы превышает все мыслимые пределы). Этот авторский эксперимент проводился ночью, поэто¬му в связи с вышеизложенным можно рекомендовать данную разработку тем радиолюбителям, кто сможет найти для нее другое рациональное применение (взяв за основу), например, для создания шумомера— устройства фикси¬рующего, измеряющего уровень шума и индицирующего превышение этого уровня. В больших городах, а также в производственных помещениях такой прибор сегодня оказывается весьма актуальным, ибо позволяет сберечь лю¬дям здоровье, нервы и, как следствие, продлить жизнь.
Кроме того, рекомендованную на рис. 3.7 электронную схему можно с успе¬хом применить как составную часть других радиолюбительских конструкций, описанных в этой книге, в качестве высокочувствительного акустического узла.
3.5.1.0 деталях
Самым дорогим элементом в предлагаемой конструкции является микросхе¬ма DA1. Ее можно заменить близким по электрическим характеристикам ОУ TL072 или TL082. У них идентичное расположение выводов. Вторым по зна¬чимости в устройстве является пассивный электретный микрофон ВМ1. В отличие от активного микрофона, пассивный микрофон не имеет внутрен¬него усилителя и отдельного питания. Микрофон CZN-15E широко распро¬странен в продаже и телефонных аппаратах различных марок и стоит недоро¬го. Вместо него с не меньшим успехом можно применить отечественные электретные микрофоны МКЭ-332, МКЭ-333, МКЭ387, МКЭ-389. Оксидный конденсатор С2, например, типа К50-24 или К50-29 сглаживает пульсации напряжения источника питания. Остальные оксидные конденсаторы могут быть К50-29, К50-35. В качестве С9 надо использовать конденсатор с малым током утечки, например, К50-35, К53-1, К53-10 или аналогичные им.
Неполярные конденсаторы типа К10-17, КМ6 или аналогичные. Все постоян-ные резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, MF-25 или аналогичные.
Конденсатор С9 своей емкостью определяет время задержки выключения оконечного узла.
Оконечный (исполнительный) узел подбирается таким, чтобы он реагировал на положительный фронт импульса в точке А. Примеров таких узлов в этой книге рассмотрено много.
Налаживание устройства заключается в подборе уровня чувствительности ОУ (корректировкой сопротивления резистора R7). Для этого во время настройки этот резистор лучше заменить подстроечным, например, СПЗ-29В — с линейной характеристикой изменения сопротивления, а затем, когда опти¬мальный уровень будет установлен, выпаять резистор из схемы, замерить омметром его сопротивление и установить вместо него постоянный соответ¬ствующего сопротивления.
Источник питания для устройства с понижающим трансформатором, стаби-лизированный. Напряжение для питания схемы в диапазоне 5—8 В.

3.5.2. Альтернативное устройство усилителя слабых сигналов
 
Аналогичным по функциональности является устройство акустического датчика, электрическая схема которого представлена на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Электрическая схема чувствительного акустического датчика на биполярных транзисторах
рис. 3.8 представлено устройство усилителя слабых сигналов. Устройство реализовано на двух однотипных кремниевых транзисторах n-p-п проводимо¬сти, обладающих высоким коэффициентом усиления (80—100 по току). При звуковом воздействии на микрофон ВМ1 переменный сигнал поступает в ба¬зу транзистора VT1 и усиливается им. С коллектора транзистора VT2 снимается выходной сигнал, управляющий периферийными или исполнительными устройствами отрицательным фронтом.
Оксидный конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения источника пи¬тания. Резистор обратной связи R4 предохраняет усилитель слабых сигналов от самовозбуждения.
Выходной ток транзистора VT2 позволяет управлять маломощным электро-магнитным реле с рабочим напряжением 5 В и током срабатывания 15...20мА.
Расширенная схема акустического датчика показана на рис. 3.9. В отличие от предыдущей схемы она отличается дополнительными возможностями регулировки усиления и инверсии выходного сигнала.
 
3.5.3. Расширенная схема акустического датчика
Регулировка усиления слабых сигналов с микрофона ВМ1 осуществляется переменным резистором R6 (см. рис. 3.9). Чем меньше сопротивление данно¬го резистора, тем больше усиление транзисторного каскада на транзисторе VT1. При длительной практике эксплуатации рекомендуемого узла удалось установить, что при сопротивлении резистора R6 равным нулю возможно са-
 
мовозбуждение каскада. Чтобы его избежать, последовательно с R6 включа¬ют еще один ограничительный резистор сопротивлением 100—200 Ом. На схеме показаны два выхода, с которых снимается управляющий сигнал для последующих схем и оконечных электронных узлов. С точки "ВЫХОД 1" снимают управляющий сигнал с отрицательным фронтом (который появляет¬ся при звуковом воздействии на микрофон ВМ1). С точки "ВЫХОД 2й соот¬ветственно инверсный сигнал (с положительным фронтом). Благодаря применению в качестве оконечного токового усилителя полевого транзистора КП501А (VT2) устройство снижает потребление тока (относи¬тельно предыдущей схемы), а также имеет возможность управления более мощной нагрузкой, например, исполнительным реле с током включения до 200 мА. Этот транзистор можно заменить на КП501 с любым буквенным ин-дексом, а также на более мощный полевой транзистор соответствующей кон¬фигурации.
Эти простые конструкции в налаживании не нуждаются. Все они испытаны при питании от одного и того же стабилизированного источника с напряжением 6 В. Потребляемый ток конструкции (без учета тока потребления реле) не превышает 15 мА.
Все элементы конструкций, о которых не сказано особо, надлежит использо¬вать тех же типов, которые описаны для схемы на рис. 3.7.



Яндекс.Метрика
Яндекс цитирования