4.6. Автоматическая оригинальная подсветка аквариума

Среди множества электронных устройств особое место занимают простые акустические сигнализаторы-датчики, которые благодаря их универсальности можно использовать в быту практически неограниченно – от систем охраны до автоматических включателей или составных частей более сложных устройств, активируемых шумовым воздействием. Как частный случай акустические датчики можно использовать в фокусах, например, на новогодней елке, где от слов «Елочка, гори» автоматически включатся световые эффекты. Другой практический пример – включение подсветки аквариума (например, во время прикорма) от звукового воздействия (шума) на чувствительный акустический датчик. Особенность устройства в большой чувствительности, которая обусловлена сочетанием в схеме пьезоэлемента ВМ1 и транзисторов с высокими характеристиками усиления тока.

Электронный узел, схема которого показана на рисунке 4.10, представляет собой усилитель ЗЧ на транзисторах с большим статическим коэффициентом передачи тока. Собственно датчиком служит пьезокапсюль ВМ1. Он преобразует звуковой сигнал в электрические колебания. Исполнительное устройство управляет лампой освещения аквариума.

Рис. 4.10. Электрическая схема чувствительного акустического датчика

Усилитель на транзисторах VT1, VT2 построен по принципу усиления постоянного тока. Резкий шум, тряска, хлопок или микровоздействие по капсюлю ВМ1 немедленно отразится изменением напряжения в базе транзистора VT2 на 1–1,2 В. Чувствительность узла такова, что устройство реагирует на шум резкого характера (например, хлопок) на расстоянии 4–5 м.

Второй каскад на транзисторе VT2 усиливает сигнал до уровня открывания транзистора VT3. Постоянные резисторы R3 и R4 ограничивают соответственно коллекторный ток VT2 и ток базы VT3, предохраняя эти транзисторы от выхода из строя. Конденсатор С1 обеспечивает положительную обратную связь между входом и выходом усилителя. Конденсатор С2 сглаживает пульсации напряжения источника питания.

При воздействии звукового сигнала на капсюль ВМ1 усиленный электрический сигнал поступает на усилитель тока (транзистор VT3) и открывает его. Через обмотку реле К1 протекает ток, вследствие чего оно замыкает группу контактов К 1.1 в цепи нагрузки. Устройство нагрузки включается на 1^—2 с.

Для того чтобы продлить время включения нагрузки, в устройство вводят оксидный конденсатор СЗ (показан на рисунке пунктиром). В моменты акустического шума конденсатор СЗ заряжается. В последующее затем время спокойного акустического фона – отдает энергию. Через ограничивающий резистор R4 ток течет в базу ключевого транзистора VT4 и держит его открытым даже при отсутствии воздействия звуковых сигналов на датчик ВМ1, пока разница потенциалов на обкладках СЗ не станет меньшей порога открывания транзистора VT3. После разряда конденсатора через базу VT3 и резистор R3 транзистор VT3 закроется, и реле обесточится.

Как показала практика, увеличение емкости конденсатора СЗ свыше 10 мкФ неэффективно, так как теряется стабильность работы всего узла– раз от раза колеблется точность задержки выключения реле, заметно теряется общая чувствительность к акустическим воздействиям (требуется время на зарядку СЗ).

При новом звуковом воздействии на датчик процесс повторится сначала.

Параллельно реле К1 (см. рис. 4.10) включена индикаторная цепь, состоящая из светодиода HL1 и ограничительного резистора R5. Эта цепь выполняет двоякую роль – по состоянию индикаторного светодиода удобно следить за функцией реле (так как никаких других индикаторов питания в схеме нет), а кроме того, данная электрическая цепь препятствует броскам обратного тока через реле К1. При необходимости цепь R5HL1 из схемы исключают.

Устройство может управлять любой соответствующей нагрузкой, электрические и мощностные характеристики которой зависят от типа применяемого электромагнитного реле К1. Смонтированное без ошибок с исправными деталями устройство надежно работает в круглосуточном режиме.

О деталях и монтаже. Элементы устройства компактно крепятся на макетной плате, их выводы соединяются перемычками из провода МГТФ-0,6. Устройство в налаживании не нуждается. Подключения к источнику питания и к коммутируемым цепям устройств периферии удобно выполнить с помощью электромонтажного клеммника или любого подходящего разъема.

Устройство стабильно работает при напряжении питания от 4 до 10 В. Источник питания должен быть стабилизированным. Естественно, что при напряжении питания ниже 7,5 В установленное реле Kl (TRD-9VDC-FB-CL) не будет срабатывать и его придется заменить на другой соответствующий напряжению питания узла тип слаботочного электромагнитного реле (например, TRU-5VDC-SB-SL), или применить электронное реле, например из серий К449 (КР449).

При эксплуатации устройства замечено, что чувствительность узла (при прочих равных условиях) увеличивается с уменьшением напряжения питания. А при увеличении напряжения питания свыше 11 В устройство переходит в режим самовозбуждения, включая реле с равными промежутками времени.

Ток. потребляемый в режиме ожидания, 3–5 мА. При срабатывании реле К1 ток потребления увеличивается до 40 мА. Все постоянные резисторы типа MЛT-0,25. Конденсатор С1 типа КМ-6 группы ТКЕ Н70 или аналогичный. Оксидные конденсаторы – К50-20.

Времязадающий конденсатор СЗ (если есть необходимость его установки в схему) надо выбрать с малым током утечки (К53-4, К52-18). Пьезокапсюль ВМ1 (ЗП-22) можно заменить на ЗП-1, ЗП-18, ЗП-З или другой аналогичный. Для этой цели хорошо подходит пьезокапсюль излучатель из электронных часов в корпусе типа «пейджер».

Кремниевые транзисторы VT1, VT2 могут быть любыми из серии КТ3107, КТ502, С557. Заменять их на германиевые нежелательно из-за большого тока покоя последних. Транзистор VT3 заменяют на КТ815А – КТ815Г. Реле можно заменить на RM85-2011-35-1012, BV2091 SRUH-SH-112DM, TRU-9VDC-SB-SL и аналогичные. Все указанные типы реле рассчитаны на работу в цепи коммутации нагрузки до 250 В и током до 3 А. В качестве реле можно применить и отечественные элементы, например РЭС10, РЭС15 и аналогичные, однако они рассчитаны на работу в цепях коммутации не более 150 В, а кроме того, отечественные реле по сравнению с зарубежными обходятся дороже на один-два порядка. На рисунке 4.11. показана макетная плата устройства.

Устройство эффективно и как отдельный электронный узел – чувствительный датчик. Управляющее напряжение для других сопряженных устройств снимают с точки «А». В этом случае усилитель тока на транзисторе VT3 и реле исключают.

Рис. 4.11. Плата готового устройства