Цифровые микросхемы — начинающим (занятие 2) — к176ла7

Реле времени со звуком

На рисунке 3 схема реле времени со звуком. На элементах D1.3 и D1 4 сделан мультивибратор, который вырабатывает импульсы частотой около 1000 Гц. Частота эта зависит от сопротивления R5 и конденсатора С2.

Между входом и и выходом элемента D1.4 включена пьезоэлектрическая «пищалка», например, от электронных часов или телефона-трубки, мультиметра.

Когда мультивибратор работает она пищит. Управлять мультивибратором можно изменяя логический уровень на выводе 12 D 1.4. Когда здесь нуль мультивибратор не работает, а «пищалка» В1 молчит. Когда единица, — В1 пищит.

Рис. 3. Схема реле времени со звуком.

Этот вывод (12) подключен к выходу элемента D1.2. Поэтому, «пищалка» пищит тогда, когда гаснет HL2, то есть, звуковая сигнализация включается сразу после того, как реле времени отработает временной интервал.

Если нам светодиодная индикация не нужна, — можно опять обойтись только двумя элементами.

На рисунке 4 схема реле времени, в котором есть только звуковая сигнализация.

Пока конденсатор С1 разряжен мультивибратор заблокирован логическим нулем и «пищалка» молчит. А как только С1 зарядится, -мультивибратор заработает, а В1 запищит.

Рис. 4. Схема реле времени, в котором есть только звуковая сигнализация.

Монтаж схемы управления

Электрическая схема состоит из микросхемы K561ЛА7, ее обвязки для регулировки, усилителя, питания и динамика. Микросхема имеет 4 логических элемента. Двое из них создают нужную частоту, третий играет роль поисковой части. Конечный логический элемент сравнивает обе частоты и при разных значениях выдает положительный сигнал на усилитель, который подает усиленный сигнал на динамик.

Схема металлоискателя на микросхеме, описанной выше, изображена на рисунке 8.

Собирать электрические принципиальные схемы очень удобно на макетной плате с отверстиями (рис.9). Или изготавливаем самодельную печатную плату, изображенную на рисунке 10. Изготовить плату можно лазерно-утюжным методом или обычным рисованием. Травлю производим любым известным способом.

Производим пайку деталей и припаиваем проводками все выносные детали – регуляторы, разъем для наушников, датчика и батарейки.

После сборки схемы, закрепляем ее в корпусе. Туда же помещаем батарейку. В качестве корпуса подойдет пластмассовая, монтажная, самодельная из дерева и другие коробки на ваш выбор (рис. 11).

Для трех регуляторов и разъема датчика необходимо проделать соответствующие размерам отверстия. Можно последовательно батарейке добавить выключатель и так же вынести его на корпус. Необходимо предусмотреть маленькие отверстия для динамика, или, в случае с наушниками, плотно закрепить разъем.

Главным условием при сборке корпуса является доступность, например для смены батареи, и, в то же время, герметичность – от внезапного дождя. Можно закрепить красивые колпачки на регуляторы, разукрасить коробку и подписать регуляторы с выключателем.

Детали и настройка

Поисковый генератор нужно «вывести» на требуемую частоту 100—200 кГц, подбирая конденсаторы С2, C3. При среднем положении движка потенциометра R2 следует добиться, чтобы при возможно большем отношении частот опорного и поискового генераторов получить громко воспроизводимый капсюлем BF1 сигнал биений.

Усилитель с эмиттерным повторителем нужно настраивать подбором резисторов R10 и R12. Ориентиром должно служить напряжение 2,5 В на коллекторе ѴТ2 и на нагрузочном резисторе R14.

Юстировку термокомпенсации, выполненной на транзисторе VT1, следует осуществлять подбором резистора R5.

При этом нужно добиться, чтобы напряжение между коллектором и эмиттером VT1 находилось в пределах 2—2,5 В.

Поисковую катушку L1 рекомендуется наматывать на болванке диаметром 160 мм. Она должна содержит 60 витков провода ПЭЛ-0,2. Затем нужно произвести однослойную обмотку изолентой.

После этого катушку следует обертывать (с небольшим разрежением между соседними витками) полоской из алюминиевой фольги — для электростатического экранирования. Электрический контакт между концами такого экрана недопустим (в противном случае образуется замкнутый виток).

Полученную рамку-датчик еще нужно обмотать для защиты от повреждений двумя-тремя слоями изоляционной ленты, приклеить «эпоксидкой» к основанию из стеклотекстолита (нефольгированного!) толщиной 2—4 мм. С помощью кронштейна устройство можно прикрепить к несущей штанге, например, стеклопластиковой лыжной палке с ручкой и блоком.

Рис. 2. Печатная плата самодельного металлоискателя на принципе биений.

В корпусе блока нужно разместить гальваническую батарею «Крона» и всю «электронику», смонтированную на печатной плате. Соединение поисковой катушки с платой — коаксиальным кабелем, проходящим внутри несущей штанги.

Теперь о радиодеталях, необходимых для сборки металлоискателя. Все их, включая полупроводниковые приборы и микросхемы, можно выбрать из разряда недорогих и широко распространенных. В частности, постоянные резисторы типа МЛТ-0,125.

В качестве потенциометра R2 может быть использован любой малогабаритный, желательно с выключателем. Последний на принципиальной электрической схеме условно не показан.

Конденсаторы постоянной емкости C1, С9 и С11 могут быть любыми малогабаритными, но с номиналами, указанными на принципиальной электрической схеме.

Более жесткие требования у конденсаторов С2, С4—С8: для большей надежности и долговечности их работы в разных условиях эти конденсаторы желательно выбирать из числа термостабильных. В частности, выполняющий роль «подстроечника» конденсатор C3 предпочтительно установить керамический, как наиболее устойчивый к значительным резким перепадам температур (например, типа КТ4-23 емкостью 4—20 пФ).

А в качестве С10, С12—С15 можно использовать конденсатор К53-2, гарантирующие стабильную работу схемы.

Охранная сигнализация

На основе этой сирены можно сделать охранную сигнализацию, которая будет включаться каждый раз, когда кто-то открывает дверь в вашу комнату (рис. 6). Охранный датчик контактный, работающий на размыкание.

На дверной лудке со стороны двери нужно установить два контакта, например, шурупа и вывести от них провода к схеме. Еще нужна металлическая пластина.

Все нужно сделать, чтобы при закрывании двери в щель можно было заложить эту пластину так, чтобы она замкнула контакты-шурупы. А при открывании двери пластина должна вываливаться.

Рис. 6. Схема охранной сигнализации, которая включается каждый раз, когда кто-то открывает дверь комнаты.

Когда пластина замыкает контакты-шурупы, на выводе 1 элемента D1.1 напряжение равно нулю. То есть, логический ноль. Прерывающий мультивибратор на элементах D1.1-D1.2 заблокирован и на его выходе (вход D1 2) так же, — ноль.

А этот ноль (с выхода D1.2) блокирует тональный мультивибратор на элементах D1.3-D1.4 и сигнализация молчит. Если открыть дверь пластина выпадет и, следовательно, перестанет замыкать шурупы-контакты.

На вывод 1 D1.1 через резистор R6 поступит напряжение логической единицы (от источника питания). Мультивибратор D1.1-D1.2 заработает и зазвучит сирена. Для того чтобы сирена на звучала пока вы возитесь с пластиной закрывая дверь, есть цепь C3-R5.

В момент включения питания C3 разряжен и медленно заряжается через R5. Пока напряжение на C3 не достигнет порогового значения мультивибратор на элементах D1.3-D1 4 будет заблокирован и у вас есть время (около 10 секунд) чтобы правильно вставить пластину и закрыть дверь.

Светодиод HL1 показывает, правильно ли вставлена пластина. Когда пластина замыкает контакты-шурупы, он гаснет, а когда не замыкает, — он мигает.

Конденсатор С4 служит для развязки по постоянному напряжению выхода элемента D1.4 и усилителя на VT1. Дело в том, что когда C3 не заряжен на выходе D1 4 будет единица, которая откроет VT1 и через динамик потечет достаточно большой ток. А это приведет к быстрому разряду батарейки Чтобы этого не произошло и существует С4.

Он быстро зарядится через R7, R6 и базу транзистора и выключит транзистор. А когда от мультивибратора будут поступать импульсы С4 их беспрепятственно пропустит на базу VТ1.

Комплектующие для схемы

Ниже описаны основные детали и требования к ним, необходимые для качественной сборки схемы:

1. Конденсаторы рекомендуется закупать в радиомагазине, но если хочется получить их бесплатно из старых схем, то измеряйте емкость перед использованием. Главное требование к ним – температурная устойчивость, это спасет вас от постоянных сбоев металлоискателя. Отлично подойдут керамические или слюдяные. При сборке не забываем учитывать полярность электролитических конденсаторов – на бочонке в стороне минуса нарисованы одна или несколько полосок (рис. 5). Понадобятся следующие конденсаторы: электролитический 100 мкФ х 16 В – 1 шт.; 1000 пФ – 3 шт.; 22 нФ – 2 шт.; 300 пФ – 1 шт.

Постоянные резисторы можно использовать старые, так как они не теряют свои характеристики с течением времени. Переменные лучше всего купить новые, чтобы обеспечить точную настройку частоты на микросхемах

Особое внимание стоит уделить контактам переменного резистора, так как по схеме два контакта должны быть соединены между собой, а опыт показывает, что многие новички этого не замечают. Так же необходимо заземлить их корпус для исключения помех при регулировке

Понадобятся 5 постоянных резисторов номиналами 22 Ом, 1кОм, 4,7 кОм, 10 кОм, 470 кОм и 3 переменных резистора номиналами 1, 5 и 20 кОм.

Микросхема K561ЛА7 в DIP корпусе. Отсчет ног на микросхемах начинается сверху против часовой стрелке от ключа – специальной выемки на корпусе. В качестве аналога можно сделать металлоискатель на микросхеме K561ЛЕ5 или CD4011.
Транзистор KT315 очень распространен в старой радиоаппаратуре. Но его можно заменить множеством других транзисторов: KT3102, BC546, 2SC639 и схожие по характеристикам маломощные низкочастотные транзисторы. Внимательно изучаем выводы транзистора перед пайкой, у KT315 они расположены слева направо от лицевой части – эмиттер, коллектор, база (рис. 6):

1. Диод выбираем любой маломощный из отечественных или импортных производителей – кд522Б, кд105, кд106, in4148, in4001 и другие. Перед пайкой прозванием его мультиметром, чтобы не перепутать местами анод и катод.
2. Стандартные наушники от телефона или mp3 плеера, или миниатюрный динамик со старой техники. В случае использования наушников можно использовать разъем или прямую пайку.
3. Батарейка крона 9 В и контакты для нее (рис. 7):

1. Разъем для штекера кабеля датчика подбираем заранее, при изготовлении датчика.

После сборки всех необходимых деталей, можно смело приступать к монтажу их по схеме, описанной ниже.

Изготовление датчика

Схемы металлоискателей для разных устройств полностью отличаются друг от друга. Однако качественно собранный датчик может использоваться как универсальный для различных металлоискателей, работающих по одному принципу работы.

Для обмотки датчика используем лакированный провод ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,5 – 0,7 мм, который без проблем можно найти в магазине или старых кинескопных телевизорах и мониторах (рис. 2).

При диаметре катушки 20 см наматываем 100 витков провода. При других диаметрах изменяем количество витков, рассчитывая, что при 25 и 15 см диаметра наматывается 80 и 120 витков соответственно. После выполнения обмотки плотно обматываем ее изолентой, оставляя с запасом начало и конец провода.

Изготавливаем экран Фарадея, чтобы исключить различные помехи в катушке и микроконтроллерах. Необходимо обмотать катушку поверх изоленты пищевой фольгой. В конце обмотки фольгу не соединяем и оставляем разрыв в 2-3 см. Поверх фольги наматываем вразброс немного неизолированного провода маленького сечения (рис. 3).

В нескольких местах можно выполнить пайку провода и фольги. Все это снова обматываем изолентой.

После  произведенных действий у нас должна получиться изолированная катушка с двумя вывода обмотки и выводом экрана. Соединяем их с экранированным кабелем от видео или аудиоаппаратуры. Экран кабеля соединяем с проводом от фольги, а жилы кабеля с проводами от катушки. Все это пропаиваем и надежно изолируем изолентой. На конце кабеля приделываем штекер с качественными контактами. Лучший вариант, если они позолоченные или серебряные. Штекер можно найти в кабелях для различной аппаратуры, там же берем и разъем.

Остается сделать корпус для катушки. Можно использовать два круглых диска из диэлектрического материала – фанеры, толстого картона или пластика. Между дисками помещаем обмотку. Затем пластмассовыми креплениями, которые можно приобрести в сантехническом магазине, плотно скрепляем эти два диска. Для поиска в водной среде можно герметизировать датчик эпоксидной смолой или специальными герметиками.

На верхнем диске прикручиваем или приклеиваем ушки из пластика или другого диэлектрического материала. Они понадобятся для крепления к штанге (рис. 4).

Сборка и настройка устройства

Когда датчик и блок управления готовы, необходимо связать их в готовый металлоискатель. Для этого понадобится штанга. Сделать ее можно из ПВХ труб и переходников, которые путем подогрева подогнуть под нужные размеры и форму. Можно так же воспользоваться обычным деревянным шестом, костылем или телескопической удочкой. Какие материалы выбрать зависит от ваших предпочтений – учитывайте вес, гибкость и длину. Для удобства можно соорудить ручку и подлокотник, а так же сделать штангу разборной (рис. 12).

Далее закрепляем датчик с готовыми ушками к штанге. Воспользуйтесь пластиковым крепежом, надежным клеем или сантехническими переходниками. Таким же образом закрепляем блок управления.

Чтобы произвести настройку, подключаем батарейку и датчик. Так как металлоискатели являются чувствительными устройствами, то для правильной настройки необходимо убрать все металлические предметы вокруг. Включаем его и наблюдаем один из двух вариантов:

Если после включения идеальная тишина или еле слышный писк, то тут два варианта:

а) Генераторы работают на одной частоте. Такие случаи редкие, но бывают. Попробуйте покрутить регуляторы плавной R7 и грубой R8 настройки. Если тишина сменится на громкий тональный звук, то схема работает. Возвращаем регуляторы в начальное положение и пытаемся плавным регулятором R7 добиться наилучших результатов, например полного отсутствия звука;

б) Неисправность схемы. Внимательно перепроверяем всю схему и радиодетали.

Если после включения идет гул или высокий тон, то пробуем уменьшить его вращением регулятора грубой настройки R8, а достигнув лучшего результата, подстраиваем R7. Если металлоискатель не реагирует на вращение регуляторов, то частота эталонного генератора слишком отличается от частоты поисковой цепи. В таком случае пробуем поймать нужную частоту изменением конденсатора С6 и резистора R6.

Всю настройку значительно может упростить осциллограф. Суть настройки заключается в том, чтобы добиться одинаковой или близкой по величине частоты выводов 5 и 6 на микроконтроллере. Регулировку частоты можно производить вышеописанными способами.

Если вы осилили сборку данного устройства, можете смело попробовать собрать более сложный металлоискатель на трех микросхемах или микроконтроллере.