Кнопка SA1 – любая подходящая, например, П1М9-1Т. Оксидные конденсаторы С1 и С2 применяют с насколько возможно малым током утечки, например К53-18, К53-4, К52-18, ЭТО, или в крайнем случае – К50-29, К50-35. Постоянные резисторы типа MЛT-0,25, MF-25 или другие подходящие. Транзистор VT1 выполняет роль усилителя тока.
Выходной ток одного элемента микросхемы К561ТЛ1 (в зависимости от напряжения источника питания 5—15 В) пропорционально изменяется от 1,5 до 7 мА. Это не достаточно для обеспечения нормального питания даже обычного светодиода, тем более значительной нагрузки. Как один из вариантов усиления тока в нагрузке еще два-три свободных элемента микросхемы К561ТЛ1 соединяют параллельно элементу DD1.3 – теперь ток нагрузки может достигать 12–15 мА. Однако и такой ток для большинства узлов нагрузки недопустимо мал. Например, многие слаботочные электромеханические реле не смогут работать с таким узлом. Для этого в качестве усилительного элемента применяют транзисторы соответствующей мощности. Причем, если нужен большой коэффициент усиления по току (более 1000), применяют пару транзисторов одной проводимости включенных по схеме Дарлингтона (составной транзистор). Как правило, коэффициент усиления по току пары транзисторов в схеме Дарлингтона равен произведению коэффициента усиления h21э их обоих.
Для питания мощной нагрузки с током до 3—10 А в оконечном узле применяют полевые транзисторы средней и большой мощности (как показано на рисунке 4.7). Вместо КП922А1 применяют КП540А, КП922Б1, КП743А – КП743В. Из зарубежных: IRF540, BUZ11, IRF511, IRF640, IRF720. Для питания нагрузки малой и средней мощности (с током до 1 А) применяют КП501, КП7138, КП707, КП7131, КП504 с любым буквенным индексом. Если требуется очень большой ток в нагрузке, в качестве VT1 без изменения схемы применяют IRG4PC50F с мощностью до 200 Вт или аналогичный полевой транзистор SMW14N50F с током до 40 А.
При необходимости можно использовать обогреватели и другую активную нагрузку с питанием от осветительной сети 220 В. В этом случае устройство дополняют соответствующим узлом (схема на рисунке 4.8) и соблюдают предосторожности в обращении – так как некоторые элементы будут находиться под опасным напряжением.
Вход управления оптосимистора VU1 подключают непосредственно к выходу элементов DD1.3, DD1.4, а полевой транзистор VT1 и ограничительный резистор R3 из схемы исключают. При мощности в нагрузке, коммутируемой оптосимистором VU1 более 100 Вт, его устанавливают на радиатор с площадью охлаждения не менее 300 см2.
Рис. 4.8. Электрическая схема для подключения компрессора в цепи 220 В
Отрицательным качеством представленного устройства можно считать отклонения в пределах до 20 % в стабильности выдержек времени с каждым новым включением, что обусловлено токами утечки оксидных конденсаторов, температурным фоном вокруг них и неполнотой разряда каждого в пределах одного цикла. Однако такой недостаток не оказывает существенного влияния на практическое применение устройства. Ведь его назначение – минимизировать участие и внимание человека, то есть автоматизировать работу электроники. С этой задачи устройство эффективно справляется. Спектр применения его широк, зависит от характера и назначения устройства нагрузки и не ограничивается рассмотренным вариантом.
4.5. Сигнализатор уменьшения (испарения) воды в аквариуме
Вода в домашнем аквариуме постоянно испаряется. Даже если не учитывать ее естественную убыль, происходящую под воздействием окружающего аквариум тепла (летом испарение воды идет быстрее, чем зимой), очевидно, что необходим долив раз в неделю 3–5 литров воды на аквариум объемом 100 л. Казалось бы, что может быть проще?
Однако доливать воду также надо в разумных пределах, и при доливе оставлять свободное место – «воздушную подушку» между крышкой аквариума и нижней кромкой акватории. Это свободное пространство необходимо для рыб.
Чтобы не «перелить» воду во время долива за невидимую норму, разработано специальное устройство на популярной микросхеме K561TЛ1. При переливе воды включается звуковая сигнализация.
Микросхема K561TЛ1 (зарубежный аналог CD4093B) – одна из самых популярных цифровых микросхем серии К561. Она содержит четыре элемента 2И-НЕ с передаточной характеристикой триггера Шмитта (гистерезисом). Ниже рассказано о трех вариантах ее полезного применения в радиолюбительских конструкциях. Каждая из этих конструкций найдет применение в быту радиолюбителя и способна подать творческий импульс для дополнения приведенных схем или увлечь на другие эксперименты с микросхемой. Отличительная особенность всех трех схем в их максимальной простоте без потери функциональности. Все три схемы собраны по принципу генераторов импульсов, имеют на выходе звуковые сигнализаторы с капсюлем FMQ2715, а их отличие друг от друга – в практическом назначении.
Полезные свойства K561TЛ1 (малый ток потребления, выходной каскад, позволяющий включать нагрузку с выходным током до 50 мА, и др.) подробно описаны в литературе, в том числе в справочных пособиях по цифровым микросхемам серии К561).
На рисунке 4.9 представлена электрическая схема сигнализатора влажности от перелива воды сверх нормы в аквариуме.
Рис. 4.9. Электрическая схема сигнализатора влажности от «залива» сверху
Особенность узла в его высокой чувствительности благодаря свойствам микросхемы K561TЛ1 и применению в качестве датчика подстроечного конденсатора С1. Как видно из схемы, на ней не присутствует ни одного постоянного резистора, которые, казалось бы, необходимы в подобных схемах совместно с конденсаторами как условия возникновения колебаний. Такое замечание было бы справедливо, если бы использовалась иная микросхема, a K561TЛ1 имеет передаточную характеристику триггеров Шмитта, и для возникновения колебаний в классической схеме построения генератора на ее базе не нужна времязадающая RC-цепь.
Конденсатор С1 (марки 1KЛBM-1 с воздушным диэлектриком) выбран в качестве датчика влажности по своим оптимальным конструктивным особенностям – обычно сопротивление между его пластинами достигает более 10 ГГОм, а уже при небольшой влажности это сопротивление уменьшается. По сути, подстроенный конденсатор С1 представляет собой высокоомный резистор с изменяющимся в зависимости от внешних условий абсорбированной атмосферной влажности сопротивлением. Этот факт наряду с высоким входным сопротивлением элемента микросхемы K561TЛ1 позволяет использовать узел как устройство с очень высокой чувствительностью. При сухом климате в районе установки датчика-конденсатора сопротивление С1 велико, и на выходе элемента DD1.2 присутствует низкий уровень напряжения. Капсюль НА1 не активен.
При слабой влажности сопротивление датчика уменьшается, возникает генерация импульсов – капсюль издает звуковые сигналы, похожие на щелчки. Такая тенденция сохраняется при увеличении атмосферной влажности – частота щелчков увеличивается. Когда сопротивление датчика С1 уменьшится до значения примерно 0,1–0,3 ГГОм, на выводе 4 DD1.2 будет присутствовать сигнал высокого уровня. Капсюль НА1 издаст звук частотой около 1 кГц (обусловлено особенностями капсюля). При увеличении сопротивления датчика С1 произойдет обратный процесс, и капсюль-излучатель в конце концов снова затихнет.
Конденсатор С2 любой трубчатый или, например, группы ТКЕ М47. Он исключает в данной схеме ложные срабатывания. Вместо капсюля-излучателя НА1 допустимо применить любой аналогичный с встроенным генератором 34, с током до 50 мА или марки KPI-4332-12 (или аналогичный) – тогда звук будет прерывистым. Оксидный конденсатор сглаживает пульсации напряжения и способствует более мягкому звуковому эффекту. Источник питания любой трансформаторный стабилизированный с напряжением питания 5—15 В.
Вместо датчика Cl можно использовать и другие оригинальные датчики, принцип работы которых – изменение сопротивления, а исходное состояние – высокое сопротивление (не менее 1 МОм).
Так, например, можно применять самодельный постоянный резистор ВС-1 (ВС-0,5, ВС-2) с высоким сопротивлением (не менее 1 МОм), состоящий из подтертого мелкой наждачной бумагой графитового слоя. При увеличении влажности сопротивление этого резистора уменьшится.
Самодельный резистор аналогичного принципа изменения сопротивления в зависимости от влажности можно изготовить в домашних условиях. Для этого на обыкновенную спичку с обоих концов наматывают по 3 витка трансформаторного лакированного провода ПЭЛ-1 диаметром 0,5—0,8 мм (концы-контакты залуживают). При увеличении влажности в районе монтажа такого резистора его сопротивление также уменьшится на несколько десятков и сотен кОм.
Вместо датчика С1 (как вариант) можно использовать и полностью разомкнутые контакты, расположенные друг от друга на расстоянии 1 – 10 мм. При возникновении открытого огня пламя замыкает электрическую цепь, вследствие чего происходит срабатывание триггеров Шмита – включается звуковая (или иная) сигнализация. Вариантов подходящих и простых датчиков для данной схемы очень много.
Особенности эксплуатации. Элементы из-за своей малочисленности монтируются на экспериментальной макетной плате, источник питания и датчик С1 подключаются через два разных разъема РШ-2Н (чтобы уменьшить влияние источника питания на чувствительность узла). Компактный корпус устройства из пластмассы помещают внутри верхней крышки аквариума. Датчик С1 выносят на проводах марки МГТФ-0,8 (длиной не более 10–15 см) и закрепляют непосредственно на стенке аквариума у его верхней кромки. Экранировать провода не нужно. Инерционность срабатывания практически не заметна. Провода к источнику питания могут иметь длину более 2 м.
Для принудительного уменьшения чувствительности надо увеличить емкость конденсатора С2.
Применение может быть не ограничено аквариумом, а дополнено, например, вариантом сигнализатора влажности в погребе или кладовке, в местах хранения грибов, сухофруктов или скоропортящихся продуктов и в ряде аналогичных случаев.