Простые радиосхемы начинающим
В этой статье мы рассмотрим несколько простых электронных устройств на основе логических микросхем К561ЛА7 и К176ЛА7. В принципе эти микросхемы практически одинаковые и имеют одинаковое предназначение. Несмотря на небольшую разницу в неокторых параметрах они практически взаимозаменяемы.
Коротко о микросхеме К561ЛА7
Микросхемы К561ЛА7 и К176ЛА7 представляют собою четыре элемента 2И-НЕ. Конструктивно выполнены они в пластмассовом корпусе черного цвета с 14-ю выводами. Первый вывод микросхемы обозначен в виде метки (так называемый ключ) на корпусе. Это может быть или точка или выемка. Внешний вид микросхем и цоколевка выводов показаны на рисунках.
Питание микросхем составляет 9 Вольт, питающее напряжение подается на выводы: 7 вывод- "общий", 14 вывод- "+".
При монтаже микросхем необходимо быть внимательным с цоколевкой- случайная установка микросхемы "наизнанку" выводит ее из строя. Пайку микросхем желательно производить паяльником мощностью не более 25 Ватт.
Напомним что эти микросхемы назвали "логическими" поэтому что они имеют всего лишь два состояния- или "логический ноль" или "логическая единица". Причем при уровне "единица" подразумевается напряжение близкое к напряжению питания. Следовательно- при уменьшении напряжения питания самой микросхемы и уровень "Логической единицы" будет меньше.
Давайте проведем небольшой эксперимент (рисунок 3)
Сначала превратим элемент микросхемы 2И-НЕ просто в НЕ, соединив для этого входы. На выход микросхемы подключим светодиод, а на вход будем подавать напряжение через переменный резистор, контролируя при этом напряжение. Для того чтобы светодиод загорелся необходимо на выходе микросхемы (это вывод 3) получить напряжение равное логической "1". Контролировать напряжение можно при помощи любого мультиметра включив его в режим измерений постоянного напряжения (на схеме это PA1).
А вот с питанием немного поиграем- сначала подключим одну батарейку 4,5 Вольта.Так как микросхема является инвертором, следовательно для того чтобы получить на выходе микросхемы "1" необходимо наоборот на вход микросхемы подать логический "0". Поэтому начнем наш эксперимент с логической "1"- то есть движок резистора должен быть в верхнем положении. Вращая движок переменного резистора дождемся момента когда загорится светодиод. Напряжение на движке переменного резистора, а следовательно и на входе микросхемы будет примерно около 2,5 Вольт.
Если подключить вторую батарейку, то мы получим уже 9 Вольт, и светодиод у нас в этом случае загорится при напряжении на входе примерно 4 Вольта.
Здесь, кстати, необходимо дать небольшое разъяснение
: вполне возможно что в Вашем эксперименте могут быть другие результаты отличные от вышеуказанных. Ничего удивительного в этом нет: во первых двух совершенно одинаковых микросхем не бывает и параметры у них в любом случае будут отличаться, во-вторых логическая микросхема может любое понижение входного сигнала распознать как логический "0", а в нашем случае мы понизили входное напряжение в два раза, ну и в-третьих в данном эксперименте мы пытается заставить работать цифровую микросхему в аналоговом режиме (то есть управляющий сигнал у нас проходит плавно) а микросхема, в свою очередь работает как ей положено- при достижении определенного порога перебрасывает логическое состояние мгновенно. Но ведь и этот самый порог у различных микросхем может отличаться.
Впрочем цель нашего эксперимента была простая- нам необходимо было доказать что логические уровни напрямую зависят от питающего напряжения.
Еще один нюанс
: такое возможно лишь с микросхемами серии КМОП которые не очень критичны к питающему напряжению. С микросхемами серии ТТЛ дела обстоят иначе- питание у них играет огромную роль и при эксплуатации допускается отклонение не более чем в 5%
Ну вот, краткое знакомство закончилось, переходим к практике...
Простое реле времени
Схема устройства показана на рисунке 4. Элемент микросхемы здесь включен так-же как и в эксперименте выше: входы замкнуты. Пока кнопка кнопка S1 разомкнута, конденсатор С1 находится в заряженном состоянии и ток через него не протекает. Однако вход микросхемы подключен и к "общему" проводу (через резистор R1) и поэтому на входе микросхемы будет присутствовать логический "0". Так как элемент микросхемы является инвертором то значит на выходе микросхемы получится логическая "1" и светодиод будет гореть.
Замыкаем кнопку. На входе микросхемы появится логическая "1" и, следовательно, на выходе будет "0", светодиод погаснет. Но при замыкании кнопки и конденсатор С1 мгновенно разрядится. А это значит что после того как мы отпустили кнопку в конденсаторе начнется процесс заряда и пока он будет продолжаться через него будет протекать электрический ток поддерживая уровень логической "1" на входе микросхемы. То есть получится что светодиод не загорится до тем пор пока конденсатор С1 не зарядится. Время заряда конденсатора можно изменять подбором емкости конденсатора или изменением сопротивления резистора R1.
Схема вторая
На первый взгляд практически то же самое что и предыдущая, но кнопка с времязадающим конденсатором включена немного по-другому. И работать она будет тоже немного иначе- в ждущем режиме светодиод не горит, при замыкании кнопки светодиод загорится сразу, а погаснет уже с задержкой.
Простая мигалка
Если включить микросхему как показано на рисунке то мы получим генератор световых импульсов. По сути это самый простой мультивибратор, принцип работы которого был подробно описан на этой странице.
Частота импульсов регулируется резистором R1 (можно даже установить переменный) и конденсатором С1.
Управляемая мигалка
Давайте немного изменим схему мигалки (которая была выше на рисунке 6) введя в нее цепь из уже знакомого нам реле времени- кнопку S1 и конденсатор С2.
Что у нас получится: при замкнутой кнопке S1, на входе элемента D1.1 будет логический "0". Это элемент 2И-НЕ и поэтому не важно что у него творится на втором входе- на выходе в любом случае будет "1".
Эта самая "1" поступит на вход второго элемента (который D1.2) и значит на выходе этого элемента будет прочно сидеть логический "0". А раз так то светодиод загорится и будет гореть постоянно.
Как только мы отпустили кнопку S1, начинает заряд конденсатора С2. В течение времени заряда через него будет протекать ток удерживая уровень логического "0" на выводе 2 микросхемы. Как только конденсатор зарядится, ток через него прекратится, мультивибратор начнет работать в своем обычном режиме- светодиод будет мигать.
На следующей схеме также введена эта-же цепочка но включена она уже иначе: при нажатии на кнопку светодиод начнет мигать а по истечение некоторого времени станет гореть постоянно.
Простая пищалка
В этой схеме ничего особо необычного нет: все мы знаем что если к выходу мультивибратора подключить динамик или наушник то он начнет издавать прерывистые звуки. На малых частотах это будет просто "тикание" а на более высоких частотах это будет писк.
Для эксперимента больший интерес представляет схема показанные ниже:
Здесь опять же знакомое нам реле времени- замыкаем кнопку S1, размыкаем ее и через некоторое время устройство начинает пищать.
Пролог
На элементах DD1.3 и DD1.4 собран ещё один мультивибратор, частота работы которого около 1кГц. Времязадающая цепь – С3, R3. Эпюра снята с 11-ой ножки микросхемы, когда мультивибратор работал постоянно.
Когда на 4-ой ножке появляются импульсы с частотой следования 3 Герца, на выходе DD1.4 (11-ая ножка), соответственно, появляется прерывистый сигнал частотой 1 килогерц. Эпюра снята с 11-ой ножки во время срабатывания тревоги.
Выход DD1.4 подключен к транзисторному ключу VT1, который управляет работой динамика Ba1. Здесь используется составной транзистор с большим коэффициентом усиления по току. Если под рукой не окажется такого транзистора, то можно его заменить самодельным составным транзистором.
Потенциометр R4 позволяет установить оптимальный уровень громкости сирены.
Резисторы R5, R6 ограничивают выходной ток микросхемы. Желательно выбирать сопротивление этих резисторов не менее 1-го килоома на каждый Вольт питания.
Резисторы R7 и R8 ограничивают ток светодиодов. А от сопротивления резистора R8 ещё и зависит основной ток потребления в дежурном режиме.
Конденсатор С1 защищает входные цепи микросхемы от помех, которые могут быть наведены на контур электромагнитным излучением.
Защитные диоды VD1 и VD2 защищают схему от мощного электрического импульса, который может быть вызван молнией. В этом случае, предохранитель FU1 может защитить шлейф от обрыва, хотя и не всегда.
Конденсаторы С4 и C5 – фильтр питания.
Напряжение питания этого охранного устройства можно выбрать в диапазоне 6… 12 Вольт. Можно применить несколько соединённых последовательно элементов АА, ААА или 9-ти Вольтовую батарею типа «Крона».
Потребление энергии во время срабатывания сирены, зависит от уровня громкости, установленного потенциометром R4, а при максимальной громкости, от сопротивления динамической головки Ba1. Потребление в дежурном режиме в основном определяется сопротивлением резисторов R1 и R8.
Но, если, для экономии энергии батареи, резистор R8 можно вообще исключить вместе со светодиодом VD4, то значительно увеличивать сопротивление резистора R1 нежелательно, особенно, если длина провода составляет 100 и более метров.
Схема этой охранной сигнализации, рассчитана на работу с датчиком обрывного типа. В качестве датчика используют тонкий медный эмалированный провод типа ПЭВ, ПЭЛ и им подобный. Диаметр провода выбирают исходя из следующих соображений. Чем тоньше провод, тем вероятнее ложное срабатывания, но и тем менее вероятно, что нарушитель заметит его или почувствует при соприкосновении. Так что, выбирать следует в диапазоне диаметров 0,05… 0,1мм. Спокойно идущий человек может не почувствовать обрыв провода диаметром 0,05мм даже открытой частью тела. Но, не порвать такой провод ещё при прокладке будет сложно. Для прокладки тонкого провода можно использовать лёгкую катушку, вращающейся в подшипниках.
На этом макете была опробована работа охранной системы.
Чертёж печатной платы на основе одного из широко распространённых типов макетных плат.
Как это работает? Откройте на весть экран и выберите разрешение 1280х720px.
Принципиальная схема простых охранных устройств с сигнализацией. выполненных на микросхемах К561ЛА7. Эта сигнализация может охранять легковой автомобиль или помещение, разница в схеме при этом совсем незначительная.
В первом случае в качестведатчиков используются автомобильные контактные датчики дверей, а так же датчик капота и багажника, а во втором случае - стандартный герконовый датчик положения двери.
В обоих случаях «ключом» для блокировки сигнализации служит брелок с магнитом внутри, который нужно поднести к скрыто расположенному геркону. В автомобиле геркон можно закрепить за стеклом изнутри салона, а в случае с помещением, например, где-то за не металлической декоративной обивкой двери. Индикатором состояния служит двухцветный светодиод. Если он горит зеленым цветом, значит, сигнализация блокирована и можно входить. Если красным - сигнализация активна.
Выключателем служит обычный выключатель, выключающий питание. Он должен быть скрытно расположен внутри охраняемого объекта, потому что после того как светодиод загорелся зеленым цветом есть не более одной минуты на отключение сигнализации этим выключателем. То есть, нужно сначала заблокировать сигнализацию, затем войти и выключить её совсем.
Включение происходит в обратном порядке, сначала включаем питание, светодиод горит зеленым, и есть одна минута чтобы выйти и закрыть дверь. После срабатывания датчика сигнализация начинается сразу же, и звучит около одной минуты. Затем схема возвращается в исходное состояние.
На выходе сигнализации включена 12-вольтовая автомобильная электронная сирена. Но, вместо неё можно подключить и обмотку реле, контактами которого включать какое-то другое сигнальное устройство.
Автомобильное охранное устройство
Схема автомобильного варианта показана на рисунке 1. Контактные датчики автомобиля устроены так, что при срабатывании они замыкаются на «массу». Они подключены к схеме через диоды VD1-VD3.
При срабатывании они подают логический ноль на вывод 8 D1.3. Одновибратор D1.3-D1.4 запускается и на его выходе (вывод 11 D1.4) появляется логический ноль на время около одной минуты (зависит от цепи C3-R1). Ключ VТ1-VТ2 открывается и включает на это время.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного охранного устройства на микросхеме К561ЛА7.
При включении питания выключателем S1 начинается зарядка С1 через R2. Пока он заряжается на выводе 13 D1.4 - ноль, а на выходе - единица. Одновибратор заблокирован.
Ключ VТ1-VТ2 закрыт. При этом на выходе D1.2 - единица, и светодиод HL1 горит зеленым цветом. После того как С1 зарядится (на это уходит около минуты) на выводе 13 D1.4 устанавливается единица и одновибратор разблокируется. А светодиод HL1 загорается красным цветом. Ключом блокировки служит геркон SG1. Если к нему поднести магнит, он замкнется и разрядит С1.
Охранное устройство для помещения
На рисунке 2 приведена принципиальная схема устройства для охраны помещения.
Рис. 2. Схема охранного устройства для помещения на микросхеме К561ЛА7.
Отличие в том, что здесь датчик SG2 - герконовый датчик положения двери, работающий на размыкание.
Особенность этой сигнализации в том, что её практически не меняя схемы можно установить на автомобиль, входную дверь помещения, сейф, и даже на шкаф. Разница только в том. что за нагрузка будет на выходе и какой источник питания. А модификация производится переключением миниатюрной перемычки в разъеме, установленном на плате сигнализации. Нагрузкой сигнализации может служить 12-вольтовая автомобильная сирена, промежуточное реле или миниатюрная покупная или самодельная сирена.
А функции датчика может выполнять пара геркон-магнит, замыкающий или размыкающий выключатель, автомобильные контактные датчики, разрывной шлейф, контактная закладка.
Принципиальная схема базового варианта показана на рисунке 1. Такая сигнализация может работать с одной группой замыкающих датчиков (SD2) или одной группой размыкающих датчиков (SD1). Выбор типа датчиков осуществляется перестановкой перемычки N1 (на схеме она показана в положении работы с замыкающим датчиком SD2, а пунктиром, - для работы с размыкающим SD1).
Если на охраняемом объекте несколько замыкающих датчиков, то их нужно включить параллельно друг другу, а если датчики размыкающие, - последовательно.
Включают сигнализацию выключателем S1, через который подается питание. Индицирует факт включения светодиод HL1 постоянного свечения После включения отрабатывается выдержка в несколько секунд, в течение которой сигнализация реагирует на срабатывание датчика коротким звуковым сигналом. Величина этой выдержки определяется параметрами RC-цепи R3-C2.
Выдержка нужна для выхода из объекта охраны, закрывания дверей и проверки работоспособности датчиков. По завершению выдержки сигнализация переходит в режим охраны, что индицируется включением мигающего светодиода HL2 Диод VD4 и резистор R5 перестают шунтировать R6 и продолжительность сигнализации. зависящая от быстроты разрядки С3, увеличивается.
Теперь, при срабатывании датчика на выходе D1.1 появляется положительный импульс, длительность которого зависит от параметров цепи R2-C1. Этот импульс через диод VD3 и токоограничивающее сопротивление R4 заряжает конденсатор С3 до напряжения логической единицы. На выходе D1.2 формируется отрицательный импульс, продолжительность которого зависит от быстроты разрядки конденсатора С3.
По фронту этого импульса, цепью C6-R8 формируется короткий импульс, который приводит к кратковременному появлению логической единицы на выходе D1 3. А это приводит к кратковременному включению сирены BF1. Раздается короткий предупредительный сигнал, после которого у вас есть несколько секунд на отключение сигнализации выключателем S1, который должен быть размещен внутри охраняемого объекта скрытно.
Продолжительность этой задержки зависит от параметров цепи R7-C4. Если сигнализация не будет выключена в течение этой задержки, то включается продолжительный режим сигнализации (сирена звучит примерно 50 секунд).
Затем схема возвращается в охранный режим. Конденсатор С1 необходим для исключения зацикливания схемы в том случае, когда после вторжения на объект датчик остается в сработавшем положении
При установке на автомобиле в качестве устройства оповещения BF1 используется стандартная блок-сирена для автомобильных сигнализации промышленного производства. В этом случае питание от автомобильного аккумулятора, а датчик удобнее выбрать замыкающий, потому что именно такие дверные выключатели освещения, а так же, автоматические выключатели света под капотом и в багажнике.
Если эти датчики не допустимо включать параллельно, их можно развязать между собой диодами типа КД522. Подключив эти диоды анодами к аноду VD2, а их катоды соединить с датчиками.
При охране помещения удобнее применить размыкающий датчик, потому что, именно такие стандартные герконовые датчики, устанавливаемые на двери. Если же датчик самодельный, то выбор типа зависит от его конструкции. Тип сирены так же зависит от многих факторов. Можно использовать такую же автомобильную сирену, или через промежуточное реле подключить более мощную сирену, питающуюся от электросети, либо кнопку вызова охраны.
Впрочем, можно дополнительно сирене подключить реле для включения кнопки вызова охраны. В таком случае, обмотку реле подключают параллельно сирене. Чтобы не повредить транзисторы выходного ключа (VT2 и VT3) выбросом самоиндукции необходимо параллельно обмотке реле включить любой диод в обратном направлении. Тип реле зависит от нагрузки, но обмотка должна быть рассчитана на напряжение 8-14V. В таких же пределах должно быть и напряжение питания сигнализации.
Рис.2
Детали размещены на печатной плате с односторонним расположением дорожек. Схема разводки и схема расположения деталей даны на рисунке 2.
Способ изготовления платы, - любой доступный. Монтаж неплотный, поэтому печать можно нарисовать даже при помощи заточенной спички, по мере надобности макаемой в битумный лак или нитроэмаль.
Впрочем, монтаж можно выполнить и на макетной печатной плате или вообще без платы, приклеив микросхемы «вверх ногами» на какую-то основу, и выполнив соединения монтажными проводниками и выводами деталей.
Микросхему К561ТЛ1 можно заменить аналогом серии К1561 или импортной CD4093. Микросхема К561ТЛ1 содержит четыре элемента «2И-НЕ», с входами, выполненными по схеме триггера Шмитта Цоколевка и логика работы почти как у К561ЛА7, поэтому можно попробовать использовать вместо К561ТЛ1 микросхему К561ЛА7, но только в крайнем случае, потому что у элементов К561ЛА7 нет на входах триггеров Шмитта, и схема, скорее всего, будет работать менее устойчиво и выдержки будут отрабатываться не так четко.
Транзисторы КТ315 и КТ815 заменимы любыми другими транзисторами общего применения анапогичной мощности. Диоды так же можно заменить любыми аналогами. Светодиод НИ - любой индикаторный с постоянным свечением, a HL2 - мигающий. Схема, показанная на рисунке 1 является базовой. В ней используется только одна микросхема малой степени интеграции, отсюда и ограниченные функции.
Усложнив ее добавлением еще одной такой же микросхемы (рис. 3) можно сделать более универсальную сигнализацию. В схеме, показанной на рисунке 3, есть два входных канала (дополнительный канал выполнен на D2.1). Это позволяет работать одновременно с двумя типами датчиков, - на одном канале может быть система замыкающих датчиков, а на втором, - размыкающих
Вариант 060. «Простая сигнализация на К561ЛА7» в коробкеНиже вашему вниманию представлена схема простой и надёжной сигнализации на одной микросхеме К561ЛА7. Из четырёх логических элементов «2И-НЕ» собрано два генератора. Генератор низкой частоты на элементах DD1.1 и DD1.2 управляет генератором звуковой частоты на элементах DD1.3 и DD1.4, формируя тревожный сигнал. Пьезоизлучатель можно подключить между 11 и 12 выводами микросхемы, тем самым упростив устройство, но в этом случае сигнал, издаваемый пьезоизлучателем QZ1 был бы слабым. Поэтому в схему добавлен усилитель на транзисторах VT1 и VT2, соединённых по двухтактной схеме эмиттерного повторителя образующих комплементарную пару. Но и в этом случае тревожный сигнал был бы недостаточной силы, т.к. для работы пьезоизлучателя в полную силу требуется относительно высокое напряжение на его пластинах. Этого результата можно добиться подключив к выходу эмиттерного повторителя повышающий автотрансформатор Тр1, исполненный на ферритовом кольце. С помощью этого автотрансформатора напряжение на входе пьезоизлучателя увеличивается в 10 раз и сигнал тревоги становится достаточно громким, чтобы его услышать с большого расстояния. Количество витков трансформатора около 900. Количество витков меньшей обмотки (выводы 1 и2) 80 витков. После её намотки делается отвод сдвоенным проводом и вторая обмотка (выводы 2 и 3) доматывается до израсходования оставшегося провода. Рассмотрим работу схемы. После подачи питания на схему (напряжение питания может находиться в диапазоне 6 – 15 вольт) устройство переходит в дежурный режим. На вывод 2 через нормально замкнутые контакты кнопки SA1 поступает логический ноль, дающий запрет на работу первого генератора. Соответственно на выводе 4 будет тоже логический ноль, не позволяющий работать второму генератору. Устройство в таком режиме потребляет очень незначительный ток в пределах нескольких микроампер. Как только контакты размыкаются, через резисторы R1, R2 на 2 вывод подаётся логическая единица, что приводит к запуску первого генератора, работающего с частотой около 2Гц. В тот момент, когда на выводе 4 появляется логическая единица, поступающая на 8 вывод, включается второй звуковой генератор. Звуковая частота с вывода 11 поступает на вход повторителя на VT1, VT2. Далее усиленный сигнал через конденсатор С4 поступает на обмотку (1,2) автотрансформатора Тр1. Ток, проходящий через эту часть обмотки трансформатора создаёт переменный магнитный поток в сердечнике (кольце), который в свою очередь индуцирует во всей обмотке электродвижущую силу, пропорциональную количеству витков. В результате на пьезоизлучатель поступает сигнал звуковой частоты с повышенным, относительно напряжения источника питания, напряжением. В зависимости от задач, кнопку можно заменить на нормально разомкнутую, замкнув её в положение охраны или заменив кнопку тонким проводом по принципу растяжки на разрыв.
