Датчики и Индикаторы
Индикатор радиационный
Прибор предназначен для непрерывного контроля общей радиационной обстановки и обнаружения источников ионизирующей радиации. Принципиальная схема прибора изображена на рис.1. Функцию датчика ионизирующей радиации VL1 выполняет счетчик Гейгера тина СБМ-20. Высокое напряжение на его аноде формирует блокинг-генератор, собранный на трансформаторе Т1. Импульсы напряжения с повышающей обмотки I через диоды VD1, VD2 заряжают конденсатор фильтра С1. Нагрузкой счетчика служат резистор R1 и другие детали, связанные со входом 8 элемента DD1.1.
ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА СВЕТОДИОДАХ
В заметке под таким заголовком (см. “Радио”, 1978, № 8. с. 38) приводилось описание устройства на двух светодиодах. Позволяющего контролировать напряжение заряжаемой аккумуляторной батареи. Немного доработав это устройство и изъяв из него один светодиод, читатель М. Уразбахтин из Челябинска приспособил получившийся индикатор (см. схему) для контроля степени разряда батареи питания переносного транзисторного приемника.
Индикатор подключают к батарее (напряжением 9В) кнопкой S1. Если напряжение питания находится в допустимых пределах, светодиод V3 не светится (принцип работы индикатора достаточно подробно описан в вышеуказанной заметке). При снижении напряжения до 6,3...5.9 В индикатор зажигается. Точнее напряжение срабатывания индикатора можно установить подбором стабилитронов и резистора.
Эффективные микрофонные датчики-усилители
3.6.1. Особенности и принцип работы устройства
Рассмотрим устройство, показанное на рис. 3.10.
Ток, потребляемый схемой от источника питания в рабочем режиме, при ис¬пользовании указанных на схеме номиналов элементов— 10 мА. Выходной каскад на комплементарной паре транзисторов обеспечивает большой коэффициент усиления по току. Устройство сохраняет работоспособность при понижении напряжения питания до 3 В и может практически эксплуатироваться в таком режиме минимального питания с двумя пальчиковыми батарейками. Тогда ток, потребляемый схемой, еще более сократится, а резистор R4 следу¬ет вовсе исключить из схемы. Верхний предел напряжения питания, при ко¬тором усилитель работает без перегрузок +12 В, в этом случае сопротивление резистора R4 следует увеличить до 330—360 Ом.
Рис. 3.10. Электрическая схема микрофонного датчика
Электронные часы на ЖКИ
Светодиодные индикаторы имеют низкое напряжение питания (1,5...3,5 В), что удобно, однако их потребляемый ток довольно велик (2...20 мА), и это практически "ставит крест" на их использовании в современной микромощной радиоэлектронной аппаратуре.
У всех электронных ламп есть нить накала, потребляющая значительный ток (десятки миллиампер при напряжении единиц вольт, к тому же для управле¬ния ими нужно довольно высокое напряжение (12... 18 В). И только ЖКИ при рабочем напряжении 3...5 В потребляют малые токи в доли микроампера.
Управляются они переменным напряжением, но для современной техники это — не проблема. В отличие от всех остальных индикаторов, ЖКИ практически не чувствительны к электрическим перегрузкам. И еще одна особенность: если светодиоды и ламповые индикаторы излучают свет, то ЖКИ наоборот поглощают. В итоге при ярком свете разобрать информацию на пер¬вых двух типах индикаторов очень сложно— свет "забивает" их неяркое свечение; ЖКИ в таких случаях читаются идеально (имеются в виду монохромные ЖКИ). В темноте ЖКИ не видны, но это легко исправить, добавив подсветку — хотя бы на светодиодах или лампах накаливания.
3.1.1. Электрическая схема электронных часов на ЖКИ
Жидкокристаллический индикатор представляет собой две плоские пластин¬ки из стекла, склеенные по периметру таким образом, чтобы между стеклами оставался промежуток, его заполняют специальными жидкими кристаллами. На обеих пластинах специальным веществом, которое прозрачно и проводит электрический ток, нарисованы собственно сегменты индикатора. Обычно одна из пластинок выполняет роль общего провода.
Жидкокристаллические индикаторы работают с поляризованным светом — для этого с обеих сторон индикатора наклеены специальные пленочные по¬ляризаторы. В зависимости от взаимного расположения поляризаторов, ЖКИ может быть позитивным (темные символы на светлом фоне — как в часах, микрокалькуляторах) и негативным (прозрачные символы на черном фоне — используются в автомобильных магнитолах). Жидкие кристаллы, при отсут¬ствии протекающего через них тока, располагаются внутри индикатора хаотическим образом, и практически не перекрывают свет, т. е. все сегменты прозрачны. При возникновении между какими-нибудь сегментами на обеих сторонах стекла разности потенциалов, жидкие кристаллы в этом месте упо-рядочение выстраиваются поперек светового потока, перекрывая его, и соот¬ветствующий сегмент становится непрозрачным. Причем, изменяя величину приложенного напряжения, можно изменять степень непрозрачности индика¬тора.
Жидкие кристаллы — диэлектрик, т. е. не проводят электрический ток. По¬этому управлять ими можно только переменным напряжением: ведь две об¬кладки ЖКИ-стекла — это практически конденсатор, а при подаче на выводы конденсатора переменного напряжения через него течет ток. Для жидких кристаллов нужен ничтожный ток, поэтому частота управляющего напряже¬ния может быть довольно низкой (50... 100 Гц). Сверху диапазона эта частота практически не ограничена, однако не рекомендуется делать ее выше 1 кГц— проводники, которыми нарисованы сегменты, имеют конечное со¬противление (обычно 1...10кОм), поэтому при увеличении частоты контра¬стность индикатора будет ухудшаться. Заодно, благодаря этому сопротивлению, индикатор нечувствителен к перегрузкам по напряжению — он выдерживает напряжение до 30...50 В (при этом сегменты, иногда вместе с дорожками, чернеют, и после снятия напряжения становятся прозрачными в течение нескольких минут, в то время как все остальные индикаторы выходят из строя уже при двукратных перегрузках. Но все равно, несмотря на отсутствие видимых повреждений, слишком увлекаться перегрузками ЖКИ не стоит — это резко уменьшает ресурс его работы, в частности, снижает контрастность.
Для управления ЖКИ обычно используются логические элементы "Исклю-чающее ИЛИ", один из входов всех элементов соединяют вместе и подключают к генератору и общему выводу ЖКИ, а на второй вход элемента подают управляющие сигналы. Как известно, эти элементы при уровне "логического нуля" на одном из входов работают как повторители уровня с другого входа (то есть разность напряжений между выходом элемента и общим индикатора равна нулю — сегмент не виден), а при "единице" — как инверторы, и соот¬ветствующий сегмент индикатора становится видимым. Таким образом, чтобы "засветить" сегмент, на вход элемента нужно подать "единицу". Кроме того, для работы с ЖКИ удобно использовать микросхемы серии К176: К176ИЕЗ (счетчик-делитель на 2 и 6), К176ИЕ4 (счетчик-делитель на 4 и 10) и К176ИД2 или К176ИДЗ (двоично-десятичные дешифраторы, только у К176ИДЗ более мощные выходы). У всех этих микросхем на выходах уже стоят элементы "Исключающее ИЛИ", что значительно упрощает схему уст¬ройства.
На рис. 3.1 приведена схема несложных электронных часов, состоящих из минимума деталей. Для большего удобства в схему добавлен узел гашения нуля в разряде десятков часов.
Универсальный датчик сотрясения
Среди многочисленных датчиков состояния встречаются всевозможные при-боры, поражающие подчас своими конструктивными особенностями. Однако при разработке датчиков учитываются, как правило, более прозаические параметры, такие как компактность, высокая чувствительность, надежность (большое время наработки до отказа), минимальное наличие механических частей, универсальность в применении, работа в широком диапазоне темпе¬ратур и напряжения питания, отсутствие помех для других узлов устройства, минимальное потребление тока и др. Еще одна электрическая схема из серии датчиков воздействия — устройство датчика сотрясения — представлена на рис. 3.12.
Рис. 3.12. Электрическая схема датчика сотрясения
Ее особенность в необычном включении микросхемы-компаратора DA1 во взаимодействии с индуктивным датчиком LI. Катушка L1 намотана на круг¬лом пластмассовом каркасе диаметром 8 мм (от резонансных катушек радио¬приемника ВЭФ-202 или аналогичных) проводом ПЭЛ-1 диаметром 0,6 мм внавал и содержит 150 витков. Ферритовый сердечник из каркаса не вынима¬ется и перед первым включением схемы располагается по середине свобод¬ного хода внутри каркаса. Напротив катушки L1 на расстоянии 1...2 мм рас¬полагают кусочек феррита круглой или прямоугольной формы размерами 4x9 мм на специальных подвесках из эластичной резины так, чтобы феррит при сотрясении вибрировал на свободном расстоянии до каркаса катушки L1. Переменный резистор R1, включенный как регулятор-ограничитель тока, по-зволяет регулировать чувствительность датчика. При верхнем (по схеме) по¬ложении движка переменного резистора R1 чувствительность узла максимальная.
Универсальные светодиодные индикаторы токовой перегрузки для источников питания
Превышение выходного тока в источниках питания свидетельствует об увеличении потребляемой мощности в устройстве нагрузки. Иногда потреблявмый ток в нагрузке (из-за неисправности соединений или самого устройства нагрузки) может увеличиться вплоть до значения тока короткого замыкания (к/з), что неминуемо приведет к аварии (если источник питания не снабжен узлом защиты от перегрузки).
Последствия перегрузки могут оказаться более существенными и непоправи-мыми, если использовать источник питания без узла защиты (как сегодня часто делают радиолюбители, изготавливая простые источники и покупая недорогие адаптеры) — увеличится энергопотребление, выйдет из строя сетевой трансформатор, возможно возгорание отдельных элементов и неприятный запах.
Для того чтобы вовремя заметить выход источника питания в "заштатный" режим, устанавливают простые индикаторы перегрузки. Простые — потому, что они, как правило, содержат всего несколько элементов, недорогих и доступных, а установить эти индикаторы можно универсально практически в любой самодельный или промышленный источник питания.
Самая простая электронная схема индикатора токовой перегрузки показана на рис. 3.4.
Работа ее элементов основана на том, что последовательно с нагрузкой в вы¬ходной цепи источника питания включают офаничивающии резистор малого сопротивления (R3 на схеме). Данный узел можно применять универсально в источниках питания и стабилизаторах с разным выходным напряжение (ис¬пытано в условиях выходного напряжения 5—20 В). Однако значения и номиналы элементов, указанных на схеме рис. 3.4, подобраны для источника питания с выходным напряжением 12 В. Соответственно, для того чтобы расширить диапазон источников питания для данной конструкции, в выход-ном каскаде которых будет эффективно работать предлагаемый узел индика-ции, потребуется изменить параметры элементов R1—КЗ, VD1, VD2.
Универсальные акустические датчики-выключатели
Среди радиолюбительских конструкций встречаются простые устройства, собранные по разным схемам. Их отличает набор элементов, уровень усиления и чувствительность к акустическим колебаниям. На основе чувствительных акустических устройств — датчиков, управляющих различными устройствами нагрузки, можно создавать автоматические устройства. Большое (определяющее) значение в этом случае имеет чувствительность и возможность ее регулировки. Одним из таких устройств, реагирующим на малейший шум и даже ветерок (об этом далее), является рассматриваемое устройство чувствительного акустического датчика с задержкой выключения.Электрическая схема устройства представлена на рис. 3.7.
Усилитель слабых звуковых сигналов выполнен на высокочувствительном микрофонном усилителе DA1. Чувствительность микросхемы операционного усилителя (далее ОУ) такова, что он воспринимает входной сигнал амплитудой 1 мВ. Корректировкой сопротивления резистора R7 чувствительность усилителя можно изменять в широких пределах. Суммарный коэффициент усиления при указанных на схеме номиналах элементов составляет более 3000 и может быть еще более увеличен с помощью увеличения сопротивле¬ния резистора R7 и емкости конденсаторов С5 до 1000 пФ. Эти конденсато¬ры компенсационной цепочки введены в схему для устранения возможного самовозбуждения на высоких частотах усилителя при максимальном режиме усиления. Для увеличения общего коэффициента усиления также рекоменду¬ется увеличить емкость разделительных конденсаторов С6 и С8 до 2 мкФ и 50 мкФ соответственно.