Путеводитель в мир электроники. Книга 2 - Борис Семенов

При пользовании большинством простейших зарядных устройств необходимо следить за временем, так как они не имеют защиты от повреждения аккумуляторов избыточным зарядом. В наше время и без того дел хватает, чтобы еще помнить и об аккумуляторах. Проще поручить эту задачу электронному таймеру.

Предлагаемый цифровой таймер позволяет устанавливать один из трех временных интервалов (4, 8 и 16 ч), наиболее часто необходимых для заряда аккумуляторов. Он легко встраивается в большинство зарядных устройств и в этом случае может сам прервать процесс заряда, что исключит вероятность получения аккумулятором избыточной энергии, снижающей его ресурс. Кроме отключения зарядного тока, в таймере предусмотрено включение прерывистого звукового сигнала. В качестве источника звука подойдет любой пьезоизлучатель.

Устройство выполнено всего на двух КМОП микросхемах (рис. 15.13) и состоит из задающего генератора на триггере Шмитта (DD1.1), импульсы с которого поступают на счетчик (DD2). Через переключатель SA1 к одному из выходов счетчика через инвертор (DD1.2) подключен транзисторный ключ VT1.

При подаче питания на схему за счет импульса, сформированного цепью C3-R2, счетчик DD2 обнуляется. При этом на выходе элемента DD1.2 будет присутствовать лог. 1, которая поддерживает транзистор в открытом состоянии. Это продолжается до того момента, пока на соответствующем выходе счетчика не появится лог. 1 (лог. 0 на DD1/4), что приведет к остановке задающего генератора (лог. 0 на входе DD1/2 его блокирует) и закрыванию транзистора VT1. В таком состоянии схема будет находиться до момента отключения питания и его повторного включения. Для прерывистой звуковой индикации окончания установленного интервала используются два связанных между собой генератора на элементах DD1.3 (2 Гц) и DD1.4 (1800 Гц).

Схема может работать от напряжения 5…15 В, а потребляемый ток в режиме выдержки интервала не превышает 0,3…2,8 мА.

Рис. 15.13. Таймер для отключения устройств через заданный интервал времени

Для сборки схемы можно воспользоваться односторонней печатной платой, приведенной на рис. 15.14.

Рис. 15.14. Топология печатной платы, расположение элементов и внешний вид монтажа

Плата предусматривает установку прямо на нес переключателя SA1 типа ПД21-3 (допустимо также использовать любой внешний). При монтаже могут устанавливаться любые малогабаритные резисторы и конденсаторы. Диод VD1 заменяется любым импульсным.

Коммутацию нагрузки можно реализовать двумя способами. Первый — непосредственно полевым транзистором (например, это удобно делать в схемах на рис. 15.7 и 15.8 — для данного транзистора допустимым является ток до 200 мА). Второй — при помощи контактов реле К1, как это показано на рис. 15.15. Реле подойдет с двумя группами переключающих контактов и рабочим напряжением, соответствующим питающему всей схемы.

Рис. 15.15. Подключение таймера для полного отключения из сети зарядного устройства

Включается устройство кратковременным нажатием кнопки SB1. В этом случае срабатывает реле К1 и своими контактами (К1.1) блокирует цепь кнопки. После окончания зарядного интервала, когда реле отключится, происходит не только отключение цепи заряда при помощи второй группы контактов (К 1.2), но и полное выключение из сети всего устройства. Для следующего включения схемы необходимо опять нажать кнопку SB1.

Цифровой циклический таймер

Для создания комфортных условий есть немало устройств, которые нужно периодически включать на небольшие интервалы времени, причем независимо от времени суток. К ним относятся ионизатор воздуха, воздухоочиститель, вентилятор, электронагреватель и другие. Эту задачу и выполняет приведенная на рис. 15.16 схема.

Рис. 15.16. Схема автомата для периодического включения сетевых устройств

Устройство собрано на широко распространенной КМОП микросхеме из серии 176 — 15-разрядном счетчике. Это позволяет существенно упростить схему за счет того, что имеется возможность собрать задающий RC-генератор на уже имеющихся в корпусе элементах. К сожалению, у. этой микросхемы нет аналогов в других, более современных сериях, поэтому приходится использовать напряжение питания от 9 до 12 В.

При включении питания короткий импульс, сформированный цепью C2-R1, обнуляет счетчики и начинается отсчет временного интервала. Формируемый интервал зависит от частоты генератора, задаваемой конденсатором С3, и суммарного сопротивления резисторов R3 + R4. Первоначально лог. 1 появится на выходе DD1/5 через 11 минут, если R3 = 0, или через 2 часа — при R3 = 2,2 МОм (применение подстроечного резистора позволяет регулировать рабочий интервал в этом диапазоне). Причем время, в течение которого будет включена нагрузка, и пауза получаются одинаковыми.

Коммутацию нагрузки (на схеме нагрузкой является обычная лампа EL1) выполняет электронный ключ — симистор VS1. Это делает процесс переключения бесшумным и более надежным, чем у реле. Ну а для того, чтобы снизить потребление тока схемой управления, для включения симистора используются импульсы, сформированные автогенератором на одно переходном транзисторе (он подробно был описан в главе 13).

Для монтажа элементов можно воспользоваться печатной платой, показанной на рис. 15.17.

Рис. 15.17. Топология печатной платы, расположение элементов и внешний вид монтажа

Импульсный трансформатор Т1 придется изготовить самостоятельно. Он наматывается проводом ПЭЛШО диаметром 0,12…0,18 мм ни ферритовом кольце М4000НМ1 типоразмера К16x10x4 мм или кольце М2000НМ1 — К20х12х6 мм и содержит в обмотке 1 — 80 витков, 2 — 60 витков. Перед намоткой острые грани сердечника нужно закруглить надфилем, чтобы они не прорезали изоляцию провода. Желательно также обмотать каркас магнитопровода фторопластовой лентой или покрыть лаком. Обмотки располагаются напротив друг друга (намотка внавал), рис. 15.18.

Рис. 15.18. Конструкция импульсного трансформатора

После намотки и пропитки катушек лаком обязательно убедитесь в отсутствии утечки между обмотками, а также обмотками и ферритом магнитопровода (делать это надо после закрепления трансформатора на плате при помощи винта). Между платой и трансформатором лучше проложить резиновую прокладку.

Если мощность нагрузки не превышает 100 Вт, что бывает наиболее часто, симистор в радиаторе не нуждается. Он крепится при помощи скобы из толстого провода прямо к плате. В противном случае радиатор можно изготовить из медной или алюминиевой пластины. Допускается также подключение более мощных симисторов, например, типа ТС122-20-6 (на ток 20 А), ТС122-25-6 (ток 25 А) и многие другие, но допустимое рабочее напряжение у них должно быть не меньше 500 В.

Остальные детали схемы подойдут любого типа, например переменные резисторы R3 — СП4-1; постоянные резисторы С2-23 или MЛT; все конденсаторы могут быть К10-17 и др.

Источник питания для схемы нужен на напряжение 9..12 В. Потребляемый при этом ток составляет 1,6…2,4 мА — он увеличивается до 2,9…4,5 мА при работе автогенератора на транзисторе VT1, управляющего включением симистора. Например, сам таймер можно питать от сети по бестрансформаторной схеме, приведенной на рис. 15.19. Топология для сборки такого источника дана на рис. 15.20.

Рис. 15.19. Вариант бестрансформаторного источника питания

Рис. 15.20. Топология печатной платы и расположение элементов

Несколько слов о настройке каскада электронного коммутатора. Первоначально надо включить в качестве нагрузки лампу накаливания мощностью 40…60 Вт и, дождавшись, когда она загорится, проверить на ней уровень переменного напряжения. Если оно будет менее 218 В (в этом случае яркость свечения лампы пониженная), необходимо изменить фазировку подключения любой из обмоток трансформатора Т1 (для чего достаточно поменять выводы местами). Конечно, делать это надо при отключенном устройстве.

Кроме симистора, для управления нагрузкой можно приспособить и реле, подключив его вместе с транзистором, как это показано на рис. 15.21.

Рис. 15.21. Подключение электромагнитного реле к схеме автомата

Вместо полевого транзистора можно установить и биполярный с большим коэффициентом усиления и допустимым током не менее 200 мА. Такими являются составные транзисторы КТ972, КТ829(А, Б) и др. Аналогичный циклический таймер можно выполнить на микросхеме К176ИЕ12, но к ней времязадающие элементы генератора подключаются иначе, рис. 15.22.