Как освоить радиоэлектронику с нуля

Глава 11 Подборка принципиальных схем

Вы узнали достаточно много, чтобы стать настоящим радиолюбителем. С каждым днем электроника совершенствуется, разрабатываются и воплощаются в жизнь новые идеи гениальных ученых, а нам остается только успевать следить за ними, дабы постоянно пополнять знания в области электроники. Чтобы закрепить текущие знания, предлагаю собрать несколько новых самоделок…

Предварительные усилители используют для «раскачки» входного сигнала, подаваемого на УНЧ. Например, у вас есть усилитель мощности, но, подключая к нему магнитофон, вы не получаете от него всей возможной мощности. Поставив между магнитофоном и УНЧ предусилитель, вы увеличите мощность звука.

Простой двухкаскадный предусилитель на комплементарной паре транзисторов (рис. 11.1) обеспечивает усиление напряжения в 32 раза (30 дБ). Оно зависит от соотношения сопротивлений резисторов R6 и R2. Варьируя величину R2, изменяют усиление в большую или в меньшую сторону. Вместо указанных на схеме транзисторов можно применить отечественные аналоги, например КТ3102, КТ3342, КТ315 (n-p-n) и КТЗ107, КТ209, КТ361 (p-n-р), а также КТ3107, КТ209, КТ361 (p-n-р) с любыми буквенными индексами, но с возможно большим значением коэффициента усиления по току.

Рис. 11.1. Принципиальная схема предварительного усилителя.

Интересный усилитель низкой частоты с необычным темброблоком можно собрать по схеме, представленной на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Принципиальная схема УНЧ с необычным темброблоком

В основе схемы — микросхема А210К. Регулятор громкости и тембра состоит всего из двух переменных резисторов: частотнокомпенсированного регулятора громкости R7 и тембра R4. Нам нужен переменный резистор R7 с отводом от середины. Сразу предупреждаю, что найти такой проблематично. В крайнем верхнем положении движка R4 подчеркиваются высшие частоты, в нижнем — низшие. В среднем положении движка частотная характеристика линейна. Мощность усилителя при напряжении питания 9 В около 0,5 Вт, а при 12 В достигает 2 Вт. Аналог микросхемы А210К — отечественный чип К174УН7. Распиновку этой микросхемы вы можете увидеть на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Распиновка микросхемы К174УН7.

Сейчас уже никто не удивляется, если при нажатии на кнопку дверного звонка, вместо привычного «тр…р» или «динь-дон» раздается отрывок популярного музыкального произведения, голоса животных или трель птиц. В магазинах бытовой электроники продается много различных российских и зарубежных музыкальных звонков, которые зачастую дешевле электромеханических. Большинство отечественных звонков строятся на основе микросхем серии УМС-7 или УМС-8, собранных почти по типовой схеме. В радиолюбительской литературе неоднократно описывались недостатки типовой схемы (резкий звук, вызванный импульсным характером выходного сигнала; при кратковременном нажатии на кнопку «Пуск» первая мелодия звучит не до конца и др.) и предлагались усовершенствованные варианты схемы включения. На рис. 11.4 показана схема еще одного варианта такого звонка.

Рис. 11.4. Принципиальная схема музыкального квартирного звонка.

Ее отличие от типовой в том, что звучание более спокойное и мягкое, а при кратковременном нажатии на кнопку S3 (Bell) устройство полностью проигрывает музыкальный фрагмент.

Резкость звука звонка, включенного по типовой схеме, вызвана тем, что на динамическую головку, подсоединенную к коллекторной цепи выходного транзисторного ключа, поступают однополярные прямоугольные импульсы тока. Такой сигнал богат высокочастотными гармониками, которые, входя в резонанс с катушкой динамика и его механической системой, а также акустическим оформлением, придают музыкальному фрагменту несвойственную ему окраску. Кроме того, ток, протекающий через звуковую катушку динамика, содержит постоянную составляющую, которая смещает диффузор и уменьшает громкость звучания. В промежутках между различными участками музыкального фрагмента появляются громкие и резкие щелчки, вызванные перепадом этой постоянной составляющей. Работа транзистора в ключевом импульсном режиме на низкоомную нагрузку приводит к тому, что сопротивление транзистора в режиме насыщения оказывается намного больше, чем сопротивление звуковой катушки динамической головки. Именно поэтому значительная часть энергии тратится на нагревание транзистора, а не на раскачку диффузора.

Эти недостатки можно устранить, если динамик подключить к выходу транзисторного каскада через согласующий трансформатор (Т1), имеющий высокоомную первичную обмотку A) и низкоомную вторичную B). Кроме того, включив параллельно первичной обмотке конденсатор (С3), мы получаем колебательный контур, настроенный на среднюю частоту музыкальных фрагментов. Наличие трансформатора согласует низкоомную катушку динамика с относительно высокоомным выходом ключа, а наличие резонансного контура сглаживает прямоугольные импульсы, делая их более близкими к синусоидальным и подавляет ненужные высокочастотные гармоники.

Поскольку добротность контура невысокая, воспроизводятся все ноты, заложенные в музыкальный автомат. Наличие резонанса в контуре приводит к тому, что напряжение на первичной обмотке трансформатора получается немного выше напряжения питания микросхемы, что приводит к увеличению громкости звука.

Второй дефект типовой схемы состоит в том, что при кратковременном непродолжительном нажатии на кнопку Bell мелодия звучит не до конца. Дело в том, что время звучания в этом случае определяется не продолжительностью музыкального фрагмента, а емкостью конденсатора, блокирующего пусковую кнопку. В схеме (см. рис. 11.4) с инверсного выхода микросхемы (вывод 14) импульсы через С1 поступают на детектор на D1 и D2, поэтому на 13-м выводе микросхемы единица будет присутствовать все время, пока звучит музыкальный фрагмент.

Питается музыкальный звонок от бестрансформаторного источника питания на выпрямителе D7 и параметрическом стабилизаторе, состоящем из цепочки диодов D3-D6 и конденсатора С4, гасящего реактивное сопротивление. На диоды D3-D6 падает напряжение 2–2,5 В. Конденсатор С2 сглаживает пульсации полученного постоянного тока.

Трансформатор Т1, как уже говорилось ранее, должен иметь высокоомную первичную обмотку и низкоомную вторичную. Это можно померить тестером. Устройство не нуждается в налаживании, разве что конденсатором СЗ можно подстроить желаемый тембр звучания.

На сегодняшний день существует масса интересных елочных гирлянд, которые мигают и по-разному переливаются. Стоят они относительно недорого, но нет ничего лучше, чем собрать гирлянду самому. Пусть она будем менее функциональна, но знать, что это сделано собственными руками — это, признайтесь себе, приятно. Предлагаемое устройство (рис. 11.5) предназначено для управления гирляндой. Оно не требует налаживания и начинает работать сразу после включения питания.

Рис. 11.5. Принципиальная схема простой новогодней гирлянды.

В самоделке можно использовать следующие детали: диоды любого типа на ток не менее 300 мА и напряжение 250–300 В, например старые серии Д7, Д226, Д237 или один диодный блок КЦ402, КЦ405, КЦ410 с любым буквенным индексом; тиристор с такими же рабочими характеристиками, например КУ201К, КУ201Л, КУ202К — КУ202Н, КУ208В, КУ208Г, ТС122-8, ТС122-9.

Гирлянду лучше всего составить из 20 ламп на напряжение по 12 В или из 10 ламп на напряжение по 26 В. Остальные детали — любого типа. Частоту включения гирлянды можно изменять, увеличивая или уменьшая емкость конденсатора.

В домашнем обиходе часто требуется, чтобы электробытовые приборы работали в периодическом режиме. Например, электронагреватель и вентилятор должны включаться и выключаться с определенными промежутками времени. Данное устройство (рис. 11.6) понадобится вам в такой ситуации, также оно может пригодиться, если ваш холодильник перестал отключаться.

Рис. 11.6. Принципиальная схема автомата периодического включения и выключения нагрузки.

Работает устройство так: при подаче питания на микросхему U1 начинает заряжаться конденсатор С1, в результате на выводе 3U1 появляется напряжение, близкое к напряжению питания. По окончании зарядки конденсатора С1 внутри микросхемы U1 открываться транзистор, соединяющий ее седьмой и первый выводы, вследствие чего конденсатор С1 разряжается через резистор R2. После этого цикл работы прибора повторяется. Время работы и отключения нагрузки представлены в табл. 11.1. Сверяясь с ней, легко рассчитать другое время.

Обязательно прикрепите симистор Q1 к радиатору. Размеры радиатора зависят от мощности коммутируемой нагрузки: чем больше мощность, тем больше радиатор.

Эта самоделка (рис. 11.7) предназначена для зарядки любого количества никель-кадмиевых аккумуляторов. Достигается это изменением подачи определенного входного напряжения +VCC на устройство.

Рис. 11.7. Принципиальная схема универсального зарядного устройства.

Входное напряжение должно быть больше суммы заряжаемых аккумуляторов на 2 В, то есть, если вы заряжаете два аккумулятора, каждый естественно является носителем 1,5 В (а это в общем 3 В), подаваемое входное напряжение должно быть 5 В. Для этого устройства можно подобрать любые компоненты, главное, чтобы диоды были способны выдержать зарядный ток. Резисторы на схеме ваттностью 0,25 Вт, транзистор КТ814 можно заменить на КТ816. В процессе зарядки светодиод HL2 горит, по окончании гаснет.

Зарядное устройство собрано на плате из текстолита (рис. 11.8) размерами 76429 мм. На ней размещены детали и аккумуляторный отсек. Размеры платы рассчитаны на монтаж батарейного отсека на два аккумулятора. На рисунке слева представлен фрагмент платы, в котором исключен батарейный отсек. Далее дело за вами…

Рис. 11.8. Печатная плата универсального зарядного устройства.

Цифровые электронные часы (рис. 11.9), предлагаемые вашему вниманию, собраны на хорошо известном радиолюбителям комплекте микросхем — К176ИЕ18 (двоичный счетчик для часов с генератором сигнала звонка), К176ИЕ13 (счетчик для часов с будильником) и К176ИД2 (преобразователь двоичного кода в семисегментный). Поэтому на рассказе о работе этих микросхем мы не будем останавливаться.

Рис. 11.9. Принципиальная схема электронных часов.

При включении питания в счетчик часов, минут и в регистр памяти будильника микросхемы U2 автоматически записываются нули. Для установки времени следует нажать кнопку S4 (Time Set) и, придерживая ее, нажать кнопку S3 (Hour) — для установки часов или S2 (Min) — для установки минут. При этом показания соответствующих индикаторов начнут изменяться с частотой 2 Гц от 00 до 59 и далее снова 00. В момент перехода от 59 к 00 показания счетчика часов увеличатся на единицу. Установка времени будильника происходит также, только придерживать нужно кнопку S5 (Alarm Set). После чего следует нажать кнопку S1 для включения будильника (контакты замкнуты). Кнопка S6 (Reset) служит для принудительного сброса индикаторов минут в 00 при настройке. Светодиоды D3 и D4 играют роль разделительных точек, мигающих с частотой 1 Гц. Цифровые индикаторы на схеме расположены в правильном порядке: индикаторы часов, две разделительные точки (светодиоды D3 и D4) и индикаторы минут.

В часах использовались резисторы R6-R12 и R14-R16 ваттностью 0,25 Вт остальные — 0,125 Вт. Кварцевый резонатор XTAL1 на частоту 32768 Гц — обычный часовой (лучше «совковый» в виде лодочки, импортные желательно не ставить, так как они не очень точные). Транзисторы КТ315А можно заменить на любые маломощные кремниевые соответствующей структуры, КТ815А — на транзисторы средней мощности со статическим коэффициентом передачи тока базы не менее 40, диоды — любые кремниевые маломощные. Пищалка BZ1 — динамическая, без встроенного генератора, сопротивление обмотки 45 Ом. Кнопка S1 естественно с фиксацией.

Индикаторы TOS-5163AG зеленого свечения, можно применить любые другие с общим катодом, не уменьшая при этом сопротивление резисторов R6-R12. На рис. 11.10 вы видите распиновку данного индикатора, выводы показаны условно, так как представлен вид сверху.

Рис. 11.10. Цоколевка:

_{а — транзистора КТ315; б — транзистора КТ815; в — индикатора TOS-5163AG (вид сверху)}

После сборки часов, возможно, понадобится подстроить частоту кварцевого генератора. Лучше всего это сделать, контролируя цифровым частотомером период колебаний 1 с на выводе 4 микросхемы U1. Настройка генератора по ходу часов потребует значительно большей затраты времени. Может быть, придется также подстроить яркость свечения светодиодов D3 и D4 подбором сопротивления резистора R5, чтобы все светилось равномерно ярко. Потребляемый часами ток не превышает 180 мА.

Часы питаются от обычного блока питания (рис. 11.11), собранного на плюсовом микросхемном стабилизаторе 7809 (рис. 11.12) с выходным напряжением +9 В и током 1,5 А.

Рис. 11.11. Принципиальная схема блока питания часов.

Рис. 11.12. Распиновка плюсового микросхемного стабилизатора 7809.

Трансформатор должен быть с выходным напряжением -9-12 В, лучше ~9 В, потому что в этом случае падение напряжения на микросхемном стабилизаторе будет минимальным, соответственно и его нагрев тоже. Это немаловажно для часов, питающихся от сети непрерывно.

Не забудьте поставить микросхемный стабилизатор на небольшой радиатор, сделанный из куска дюралюминиевой пластины. Конденсатор СЗ расположите вблизи цепи питания микросхем. Элементы часов лучше собрать в корпусе, спаянном из стеклотекстолита, и соединить его фольгу с общим проводом питания. Это устранит помехи в работе часов.