Простой звонок - сигнализатор (далее просто ПЗС) является малогабаритным устройством с автономным питанием. Схема ПЗС состоит из прерываемого генератора звуковой частоты, элемента питания, динамической головки и кнопки.
ПЗС издаёт сигнал, напоминающий буквосочетания «ПО-ПО-ПО», в течение всего времени пока нажата кнопка «Звонок».
Отличительная особенность ПЗС в том, что для его питания используется всего один элемент типоразмера AA- или AAA- size c рабочим напряжением 1,5 В.
Вторая отличительная особенность в том, что при желании громкость звучания ПЗС можно значительно увеличить, повысив напряжение питания до + 6 В. При этом никаких изменений в схеме не потребуется.
Основной недостаток ПЗС заключается в том, что генераторы схемы не имеют стабилизаторов напряжения и по мере разряда элемента питания их рабочие частоты понижаются. Этот недостаток объясняется желанием сделать схему ПЗС как можно проще. Второй недостаток ПЗС заключается в том, что при снижении напряжения питания до 1В резко уменьшается громкость звука.
Схему ПЗС можно использовать в качестве индикатора открывания двери в спальную комнату. Это может быть полезным, если среди членов семьи есть бесцеремонные или забывчивые, которые перед тем как войти в комнату, забывают предварительно постучать в дверь, а дверь открывается бесшумно. При этом кнопку целесообразно заменить герконом, который устанавливается над контролируемой дверью.
Схема ПЗС может также использоваться, как составная часть других устройств: аварийный сигнализатор перегрузки или пропадания напряжения, выходной каскад охранного устройства, пробник и т. п. Подробное описание необходимой в таком случае доработки описано ниже.
ПЗС (см. рисунок 1) состоит из:
- управляющего генератора (F = 5 Гц), собранного на инверторе DD1.1 с триггером Шмитта на входе и времязадающей цепи С1-R1;
- буферного элемента - инвертора DD1.2;
- разделительного диода VD1, обеспечивающего манипуляцию управляющего генератора DD1.1-С1-R1 управляемым генератором DD1-С3-R2;
- управляемого генератора (F = 220 Гц), собранного на инверторе DD1.3 с триггером Шмитта на входе и времязадающей цепи С3-R2;
- буферного элемента - инвертора DD1.4;
- токового ключа на полевом транзисторе VT1 с его стоковой нагрузкой - динамической головкой BA1, имеющей импеданс 4 … 8 Ом;
- оксидного конденсатора фильтра C2;
- керамического (безындукционного) конденсатора фильтра С4;
- кнопки SB1 «Звонок»;
- элемента GB1 типоразмера AA - или AAA - size c рабочим напряжением +1,5 В.
Работает ПЗС следующим образом. При нажатии кнопки SB1 «Звонок», её НР контакты замыкаются, и напряжение +1,5В с батареи GB1 поступает в схему ПЗС. При этом быстро заряжаются конденсаторы фильтра С2 и С4. Первым начинает работу управляющий генератор DD1.1-C1-R1. Примерно через 0,2 секунды после замыкания SB1 конденсатор С1 заряжается до порога переключения (из 0 в 1) и на выходе (выводе 4) инвертора DD1.2 появляются прямоугольные импульсы частотой 5 Гц и уровнем +1,5В. Генерация обусловлена положительной обратной связью, выполненной на резисторе R1, который включён между выходом (выводом 2) и входом (выводом 1) инвертора DD1.1. Период следования выходных импульсов генератора DD1.1-C1-R1 определяется времязадающей цепью С1-R1 и ориентировочно может быть рассчитан по формуле:
T ≈ 0,7 R•C,
где Т - период следования в секундах; R - сопротивление резистора R1; C - ёмкость конденсатора C1.
Пока на выходе (выводе 4) DD1.2 присутствует лог.0, диод VD1 открыт и управляемый генератор, собранный на элементах DD1.3-С3-R2, заторможен: на выходе (выводе 6) DD1.3 установлена лог.1, а на выходе (выводе 8) DD1.4 установлен лог.0. Токовый ключ на полевом транзисторе VT1 закрыт, сопротивление канала исток - сток стремится к бесконечности и его стоковая нагрузка - головка динамическая ВА1 обесточена.
Когда (через каждые 100 мС) на выходе (выводе 4) DD1.2 появляется лог.1, диод VD1 закрывается и управляемый генератор, собранный на элементах DD1.3-С3-R2, возобновляет работу. На выходе (выводе 6) DD1.3 и на выходе (выводе 8) DD1.4 (в инвертированной форме) появляются прямоугольные импульсы частотой 220 Гц и уровнем +1,5В. Генерация обусловлена положительной обратной связью, выполненной на резисторе R2, который включён между выходом (выводом 6) и входом (выводом 5) DD1.3.
Управляемый генератор DD1.3-С3-R2 собран по одинаковой с управляющим генератором схеме, имеет одинаковый принцип работы и отличается только времязадающей цепью С3-R2. При номиналах С3-R2, указанных в схеме, его рабочая частота составляет 220 Гц. Импульсы с такой частотой появляются на выходе инвертора DD1.4 на 100 миллисекунд каждые 100 мС. Другими словами, скважность (отношение периода следования к длительности импульса) выходного сигнала равна двум.
В те моменты, когда на выходе (выводе 8) D1.4 установлена лог.1, ключ на полевом транзисторе VT1 открывается, сопротивление канала исток - сток стремится к нулю и через его стоковую нагрузку - головку динамическую ВА1 протекает ток. Головка ВА1 вырабатывает прерывистый звуковой сигнал, напоминающий буквосочетания «ПО-ПО-ПО». Сигнал звучит до тех пор, пока кнопка SB1 «Звонок» находится в нажатом состоянии.
Средний (при меандре) потребляемый ток в моменты звучания ПЗС при напряжении питания +1,5 В составляет 15 мА и в основном определяется импедансом ВА1. Ток покоя (в паузах между звуками «ПО») составляет не более 66 … 110 мкА. Входы (выводы 11 и 13) незадействованных элементов DD1 согласно требованиям к применению ИМС КМОП - серий подключены к шине «+» питания.
Схема ПЗС имеет одну особенность: При включении питания, наблюдается задержка появления тональных сигналов на 0,2 секунды, обусловленная применением логических элементов ИМС DD1, имеющих петлю гистерезиса.
Собранный без ошибок и из исправных деталей ПЗС работоспособен при первом включении питания. Однако перед первым включением рекомендуется убедиться в правильности монтажа. Для проверки "звучания" ПЗС, следует нажать кнопку SB1. Если работа ПЗС отличается от описанной, рекомендуется кнопку закоротить и произвести настройку. При указанных на схеме номиналах период следования импульсов на выходе (выводе 4) DD1.2 управляющего генератора равен 0,2 секунды (частота 5 Гц.) и при желании может быть изменён резистором R1. Для этого отключают питание ПЗС. Выпаивают резистор R1 (27 кОм), а вместо него в схему впаивают последовательно соединённые: постоянный (с номиналом 4 … 10 кОм) и подстроечный, имеющий сопротивление 47 … 470 кОм. Включают питание и вращением движка подстроечного резистора устанавливают требуемую частоту. Затем снова выключают питание ПЗС, выпаивают оба резистора и измеряют их суммарное сопротивление тестером в режиме RХ (измерения сопротивления). Резистор берётся ближайшего большего (стандартного 5 - 20 % ряда) номинала и впаивается на место R1.
Подстройку управляемого генератора (если таковая потребуется) проводят аналогично управляющему, предварительно отсоединив анод или катод диода VD1. Выпаивают резистор R2 (130 кОм), а вместо него в схему впаивают последовательно соединённые постоянный (с номиналом 20 … 50 кОм) и подстроечный с номиналом 47 … 680 кОм. Далее - аналогично указанному выше для управляющего генератора.
На этом подстройку ПЗС можно считать завершённой.
Для справки: У исправной ИМС DD1 уровни лог.0 и лог.1 практически не отличаются от потенциала общего провода и +U и.п. (соответственно).
Информация любителям изменять и модернизировать схемы. Включать и выключать управляющий генератор кнопкой, тумблером или электронным способом можно введением дополнительного диода, аналогичного диоду VD1, который установлен для затормаживания управляемого генератора DD1.3-C3-R2. При подаче на катод дополнительного диода логического нуля генератор будет заторможен. При этом ток дежурного режима ПЗС не превысит 120 … 240 мкА. Кнопка SB1 в таких случаях исключается.
В ПЗС применены резисторы ОМЛТ с мощностью рассеивания 0,125 Вт. Конденсаторы С3, С4 керамические типа КМ, остальные - оксидные К50 - 35 или зарубежного производства. Диод VD1 - КД503, КД510, КД520 … КД522 с любой буквой. Полная замена для транзистора VT1 КТ504А автором не обнаружена. Дело в том, что КТ504А имеет напряжение затвор - исток отсечки + 0,6 В, что собственно и позволяет ПЗС работать при напряжении + 1,5 В. Микросхема DD1 M74HC14B1 (пр-ва Китая) может быть заменена аналогичной 74HC14. Головка ВА1 - любая широкополосная или низкочастотная, например, 2ГД-40 с импедансом 4 … 8 Ом. Батарея GB1 – щелочная типоразмера АА - или ААА-size. Кнопка SB1 КМ1-1, или любая другая.
В принципе ПЗС может работать при напряжении питания от + 1,5 В до + 6 В. Так, например, средний расчетный ток, потребляемый ПЗС (вне паузы) при U и.п. = + 6 В составляет 0,38 Ампера, что требует применения головки ВА1 мощностью 2 … 3 Вт.
Пайку радиоэлектронных компонентов следует вести заземлённым жалом паяльника. Обойтись без заземления можно, применив для ИМС и полевого транзистора специальные розетки (сокеты), и установив в них «полевые структуры» по окончании пайки остальных деталей. В первую очередь на печатную плату следует установить перемычку, так как она расположена под микросхемой.
Печатная плата ПЗС выполнена из односторонне фольгированного гетинакса или стеклотекстолита размерами 33 х 28 х 1,5 мм (см. рисунки 2 и 3). Диаметр отверстий на печатной плате под микросхемы - 0,7 … 0,8 мм, под остальные радиоэлектронные компоненты – 0,8 … 1 мм, под соединительные проводники - 1…1,2 мм., под крепёжные отверстия – 2,5 … 3,2 мм. Готовую плату ПЗС рекомендуется защитить от воздействия влаги троекратным покрытием цапонлаком из пульверизатора.
Печатная плата ПЗС и остальные детали установлены в корпусе - мыльнице с размерами 100 х 60 х 29 мм (100 х 60 мм - это габаритные размеры большей половинки мыльницы - крышки). Для распечатки фальшпанелей к крышке мыльницы с такими размерами, рисунки фальшпанелей вставлены в файл PZS_dop. Фальшпанели (рисунки 4 А, Б, В, Г) можно распечатать на цветном принтере прямо из файла «PZS_dop». Выбранный (1 из 4) рисунок фальшпанели вырезается по внутренней стороне чёрной линии рамки, задающей габаритные размеры рисунка, и приклеивается клеем ПВА к зачищенной мелкой шкуркой передней стенке корпуса. После сушки под прессом (с прокладкой из впитывающей влагу бумаги) в течение 24 часов, рисунок защищается от воздействия влаги широкой полоской прозрачного скотча. Возможно также предварительное ламинирование рисунка. Другой способ - защита бумажного рисунка фальшпанели тонким оргстеклом или толстым прозрачным пластиком, взятым, например, от упаковки различных электронных гаджетов или кондитерских изделий (тортов).
Рисунок печати – “трассировка печатной платы” – (см. рисунок 3) может быть перенесён на медную фольгу методом термопереноса или переведён при помощи копирки и обведён кислотостойкими перманентными маркерами. Подойдут, например, маркеры centropen 2846 CE PERMANENT или другие, специализированные, для подписывания компьютерных CD – дисков. Травится плата в водной бане в растворе фунгицида (медного купороса) и поваренной соли (1 и 3-4 столовых ложки «с горкой» соответственно, растворённых в стакане воды. Раствор перемешивают и при необходимости, разбавляют водой для полного растворения химических компонентов). «Водная баня» обеспечивает травление платы при температуре раствора около 90 … 100º С в течение 1 часа.
Корпус ПЗС располагается у двери со стороны входа в квартиру или в комнату. Головка динамическая выносится из корпуса двухпроводной линией связи на расстояние не более 10 … 15 метров. С целью повышения степени антивандальной защиты устройства, корпус ПЗС можно разместить внутри помещения, а кнопку «Звонок» установить у (на) двери со стороны входа в квартиру.
Уважаемые читатели! Вы можете получить готовый к термопереносу (в масштабе = 1:1) отражённый рисунок трассировки печатной платы и 2 варианта ФП (фальшпанели), если внимательно посмотрите на схему и ответите на вопрос.
Какое изменение возможно по отношению к детали, имеющей позиционное буквенное обозначение «VD1», не нарушающее и не изменяющее принцип работы ПЗС? Варианты:
1) Её можно исключить (Заменить деталью, зашифрованной в загадке: «Два облуженных конца, червячок - в холщовке. И по схеме здесь "коза", и по обстановке»).
2). Её можно исключить (Конкретизировать ситуацию может радиолюбительская притча: В схемах бывают две основные разновидности неисправностей: Первая - нет контакта. Вторая - есть контакт, но там … где его не должно быть!).
3). Оставить один вывод (анод) припаянным, а другой (катод) подключить к общему проводу.
4). Оставить анод припаянным, а катод подключить к шине «+» питания.
5). А каким будет Ваш вариант?
Кстати, найти правильный ответ вы сможете, если разгадаете ребус (рисунок 5). Введите (в русском регистре) второе слово из зашифрованной в ребусе фразы и (через печатный пробел «_») общее количество букв ребусной фразы в строку “пароль” файла “PZS_dop”. Подсказка: Первое слово пароля напишите с заглавной буквы. Архив файла PZS_dop (158 кБ) можно найти на сайте https://usamodelkina.ru/ в этой же статье. Смотри сноску ниже.
Наверняка у многих радиолюбителей возник вопрос: «А каков принцип работы диода VD1 в схеме?». Попытаюсь объяснить, не вдаваясь в подробности. Управляющий генератор с частотой 6 Гц выполняет прерывания работы тонального генератора DD1.3-R2-C3. У логических элементов ИМС DD1 всего один вход (нет специального входа управления), поэтому, для запирания инвертора DD1.3 используется низкий логический уровень, подаваемый на катод VD1. Когда VD1 (логической единицей на катоде, т. е. обратным смещением) закрывается, то времязадающая цепь R2-C3 перестаёт шунтироваться низким потенциалом и тональный генератор работает. Но возможен и другой принцип управления (при котором потребляемый ток хотя и увеличивается, но всего лишь на 12 мкА) - смотри ответ к ребусу.
Если у Вас есть желание значительно повысить громкость сигнала «ПО-ПО-ПО», то используйте в ПЗС 3-5 аккумуляторов AA-size с номинальным рабочим напряжением 1,2 В. Схему расположения составных частей ПЗС в корпусе с 5 аккумуляторами AA-size смотрите на рисунке 6. При использовании одноразовых элементов AA-size с номинальным рабочим напряжением 1,5 В их число не должно быть больше 4. Ни каких изменений в схеме ПЗС при этом не требуется.
При затруднении в приобретении ИМС DD1 производства КНР, её можно купить, например, на сайте
https://electronoff.ua/good/mikroshema-m74hc14b1-korpus-dip-14-invertor.php
