Перемикачі ялинкових гірлянд

Матеріали взяті з сайту www.altnet.ru

Напередодні Нового року багатьох радіоаматорів хвилює питання: як оживити новорічну ялинку?
Нижче пропонуються кілька варіантів перемикачів ялинкових гірлянд, що розрізняються за ступенем складності і реалізованим світловим ефектам.

Найпростіший перемикач по черзі комутує дві гірлянди (рис. 1). На логічних елементах DD1.1, DD1.2 виконаний генератор, а на транзисторах VT1, VT2 зібрані високовольтні ключі для управління тріністорамі VS1, VS2. Харчування на мікросхему подається від параметричного стабілізатора R4VD1 з конденсатором С1. Постійна напруга як для мікросхеми DD1, так і для ламп гірлянд EL1, EL2 знімається з випрямними мосту VD2.


Рис.1. Найпростіший перемикач двох гірлянд

Для створення ефекту "Той, що біжить вогонь" необхідно по черзі перемикати не менше трьох гірлянд. Схема перемикача (перший варіант), керуючого трьома гірляндами, представлена на рис. 2. Основу пристрої складає трифазний мультівібратор, виконаний на трьох інвертується логічних елементах мікросхеми DD1. Времязадающіе ланцюга утворені елементами R1-R3, С1-СЗ. У будь-який момент на одному з виходів логічних елементів є напруга високого рівня, яка відкриває транзисторних-тріністорний ключ. Отже, одночасно світяться лампи тільки однієї гірлянди. Почергове перемикання ламп гірлянд EL1-EL3 дозволяє отримати ефект "Той, що біжить вогонь".


Рис.2. Схема перемикача трьох гірлянд (перший варіант)

У мультівібратор можуть працювати інвертори мікросхем серій К555 і К155. У другому випадку опору резисторів R1-R3 не повинні перевищувати 1 кОм. Можна використовувати і КМОП-мікросхеми (К176, К561), при цьому опору времязадающіх резисторів можна буде збільшити в 100 … 1000 разів, а ємності конденсаторів С1-СЗ у стільки ж разів зменшити.

Зміна частоти перемикання гірлянд можна виробляти зміною опору резисторів R1-R3. Одночасно керувати ними важко (будови змінних резисторів для широкого застосування промисловість не випускає). Це є недоліком даного перемикача гірлянд.

На рис. 3 наведена схема перемикача гірлянд (другий варіант) з регульованою швидкістю руху "що біжить вогню".


Рис.3. Схема перемикача трьох гірлянд (другий варіант)

Як працює цей пристрій? На логічних елементах DD1.1, DD1.2 зібраний генератор прямокутних імпульсів, частота проходження яких становить 0,2 … 1 Гц. Імпульси надходять на вхід лічильника, що складається з двох D-тригерів DD2.1 і DD2.2 мікросхеми DD2. Завдяки наявності зворотного зв'язку між елементом DD1.3 і входом R тригера DD2.1 лічильник має коефіцієнт перерахунку 3 і в будь-який момент закрито один з транзисторів VT2-VT4. Якщо, допустимо, закрито VT2, то позитивне напругу з його колектора буде подано на керуючий електрод тріністора VS1, тріністор відкриється і загоряться лампи гірлянди EL1. Частоту перемикання регулюють змінним резистором R3 генератора.

У пристрої мікросхеми серії К155 можна замінити відповідними аналогами з серії К 133. Транзистори VT1-VT4 можуть бути з серій КТ315, КТ3117, КТ603, КТ608 з будь-якими буквами. Тріністори VS1-VS3 можуть бути типів КУ201, КУ202 з буквами К-Н. Джерело, що живить мікросхеми і транзистори пристрої, повинен бути розрахований на струм не менше 200 мА.

Недоліком перемикача є необхідність застосування трансформаторного блоку живлення. Це обумовлено порівняно великим струмом, що споживаються мікросхемами К155ЛАЗ і К155ТМ2. Істотно зменшити струм споживання можна, застосувавши КМОП-мікросхеми, в цьому випадку живлення мікросхем може здійснюватися від найпростішого параметричного стабілізатора, як це зроблено в перемикачі двох гірлянд (див. рис. 1).

Схема перемикача трьох гірлянд (третій варіант) на мікросхемах серії К561 представлена на рис. 4, а. Генератор виконаний на логічних елементах DD1.1, DD1.2, а лічильник з коефіцієнтом перерахунку 3 – на двох D-тригерах мікросхеми DD2. Епюри напруг на виходах логічних елементів показані на рис. 4, б. Вони допоможуть зрозуміти логіку роботи пристрою. Транзисторних-тріністорние ключі для управління гірляндами, випрямляч і стабілізатор для живлення мікросхем – такі ж, як і в перемикачі за схемою рис. 2 (як стабілітрон VD1 в цьому випадку потрібно використовувати КС191Ж або Д814В).


Рис.4. Схема перемикача трьох гірлянд (третій варіант)

У описаних вище пристроїв "біжить вогню" є спільний недолік: незмінність логіки роботи. Лампи в гірляндах перемикаються тільки у встановленому порядку, змінювати можна лише частоту перемикання. У той же час бажано, щоб ілюмінація була якомога більш різноманітної, не докучала і не стомлювала зір. Це означає, що повинна бути передбачена можливість зміни не тільки тривалості горіння ламп, а й черговості їх перемикання.

На рис. 5 наведена схема перемикача гірлянд, що відповідає цим умовам.


Мал.5. Схема перемикача гірлянд з мікросхемою пам'яті

"Серцем" пристрою є мікросхема К155РУ2 – оперативний запам'ятовуючий пристрій на 16 четирехразрядних слів (під словом в даному випадку розуміється сукупність логічних нулів та одиниць, наприклад 0110, 1101 і т. д.). Як діє така мікросхема? Її чотири входи (D1-D4) призначені для подачі інформації, яку потрібно записати в пам'ять. Ці входи називаються інформаційними. На чотири інших входу (А1-А4) подають двійковий код адреси комірки, яку потрібно вибрати для запису або зчитування інформації. Ці входи називають адресними. Змінюючи двійковий код на цих входах від 0000 до 1111, можна звернутися до будь-якої з 16 осередків. Подаючи сигнал на вхід W, вибирають потрібний режим роботи мікросхеми: якщо на вході W напруга низького рівня, то проводиться запис в клітинку, а якщо напруга високого рівня, то можна зчитувати інформацію, що зберігається в комірках пам'яті мікросхеми. При зчитуванні інформація надходить на виходи С1-С4. Виходи у мікросхеми – з відкритим колектором, причому якщо в комірці пам'яті записана логічна 1, то відповідний транзистор виходу буде відкритий (зрозуміло, в його колекторних коло повинно бути включена навантаження – резистор).

Таким чином, для запису числа в яку-небудь клітинку пам'яті необхідно подати на входи D1-D4 відповідні логічні рівні, а на входи А1-А4 – двійковий код адреси необхідної комірки. Потім на вхід W подають напруга низького рівня – і інформація записана. Для зчитування інформації необхідно подати на вхід W напруга високого рівня. Тоді при зміні коду адреси на виходах С1-С4 будуть з'являтися сигнали, відповідні, змісту відповідних осередків. Вхід V служить для дозволу роботи мікросхеми: при подачі на нього напруги високого рівня запис і зчитування не виробляються.

Розглянемо роботу перемикача згідно з його принциповою схемою. За допомогою кнопок SB6 "Пуск" і SB7 "Скидання" встановлюють необхідний режим роботи пристрою: після натискання кнопки "Скидання" можна виробляти запис програми в комірки пам'яті мікросхеми, а після натискання кнопки "Пуск" відбувається зчитування записаної програми.

При натисканні на кнопку SB7 "Скидання" RS-тригери, зібрані на логічних елементах DD1.1 і DD1.2, DD1.3 і DD1.4, DD2.1 і DD2.2, DD2.3 і DD2.4, DD4. 1 і DD4.2, встановляться в початковий стан, при якому на виходах логічних елементів DD1.1, DD1.3, DD2.1, DD2.3 і DD4.1 – напруга низького рівня. Вступаючи на виведення 12 логічного елемента DD4.4, воно забороняє роботу тактового генератора, зібраного на логічних елементах DD4.3, DD4.4 і транзисторі VT1.

Потім за допомогою кнопок SB1-SB4 набирають бінарне слово для запису в першу комірку пам'яті. Припустимо нам потрібно записати 0111. Для цього потрібно натиснути кнопки SB2, SB3, SB4. При цьому тригери DD1.3DD1.4, DD2.1DD2.2, DD2.3DD2.4 переключаться і запаляться світлодіоди HL2, HL3, HL4. Після цього натискають кнопку SB5 "Запис". Імпульс з виходу тригера (висновок 3 логічного елемента DD3.1) через диференціюють ланцюг C2R13 і логічний елемент DD3.3 надходить на вхід W мікросхеми пам'яті DD6. Диференціюються ланцюг C2R13 і логічний елемент DD3.3 працюють таким чином, що після натискання кнопки SB5 "Запис" на вхід W надходить короткий (тривалістю кілька наносекунд) негативний імпульс, який забезпечує запис інформації, поданої на інформаційні входи D1-D4 за адресою відповідно до двійкового кодом на адресних входах А1-А4. У момент відпускання кнопки SB5 "Запис" імпульс з виходу логічного елемента DD3.1 через конденсатор С1 встановить в початковий стан всі RS-тригери, в які було попередньо записано бінарне слово. Імпульс, що надійшов з виходу логічного елемента DD3.4 на вхід С1 довічного лічильника DD5, збільшить на одиницю адреса (двійковий код якого знімається з висновків 12, 9, 8 і 11 розглянутої мікросхеми). Зауважимо, що встановлення в початковий стан лічильника адреси DD5 не проводиться (висновки 2 і 3 для забезпечення рахункового режиму з'єднані із загальним проводом).

Після цього кнопками SB1-SB4 набирають нове бінарне слово програми, натискають кнопку SB5 "Запис" і т. д. – поки в мікросхему пам'яті не буде записана вся програма з 16 четирехразрядних двійкових слів. Після того як програма записана, натискають кнопку SB6 "Пуск", тригер DD4.1 DD4.2 змінює свій стан на протилежний, починає працювати генератор на логічних елементах DD4.3, DD4.4, імпульси якого надходять на лічильник DD5 і змінюють код адреси комірки. На вході W тепер весь час знаходиться логічна 1, оскільки на виході логічного елемента DD4.2 – логічний 0, який подається на вхід логічного елемента DD3.3. На виходах С1-С4 мікросхеми К155РУ2 з'являються логічні рівні, відповідні записаною в осередках пам'яті інформації. Сигнали з виходів С1-С4 посилюються транзисторними ключами VT2-VT5 і потім надходять на керуючі електроди тріністоров VS1-VS4. Тріністори управляють чотирма гірляндами ламп, умовно позначеними на схемі EL1-EL4. Припустимо, що на виході С1 мікросхеми DD6 є логічний 0. У цьому випадку транзистор VT2 закритий, через резистор R21 і керуючий електрод тріністора VS1 протікає струм, тріністор відкривається і запалює лампи гірлянди EL1. Якщо ж на виході С1 логічна 1, то лампи EL1 горіти не будуть.

Мікросхеми пристрої живляться від стабілізованого випрямляча, зібраного на діодний міст VD2-VD5, стабілітрон VD1 і транзисторі VT6. Лампи гірлянд EL1-EL4 харчуються випрямленою напругою, , що знімається з діодного моста VD6-VD9. Для відключення гірлянд служить вимикач Q2, для відключення від мережі інших елементів пристрою-вимикач Q1.

У пристрої застосовані наступні деталі. Транзистори VT2-VT5 можуть бути будь-якими з серій КТ3117, КТ503, КТ603, КТ608, КТ630, КТ801; VT1 – будь-який із серій КТ503, КТ312, КТ315, КТ316; VT6 – будь-який з серій КТ801, КТ807, КТ815. Тріністори КУ201Л (VS1-VS4) можна замінити на КУ202 з буквами К-Н. Діоди VD2-VD5 крім зазначених можуть бути типів Д310, КД509А, КД510А; можна також використовувати мостові випрямлячі КЦ402, КЦ405, КЦ407 (з будь-якими буквеними індексами). Діоди КД202К (VD6-VD9) можна замінити на КД202 з буквами Л-Р, а також на Д232, Д233, Д246, Д247 з будь-якими буквами. Конденсатори С1, С2 – типу К10-7, К10-23, КЛС або КМ-6; СЗ-С5-К50-6, К50-16 або К50-20. Всі постійні резистори – типу МЛТ; змінний резистор R 16 – СП-1, СП-0, 4. У пристрої можна використовувати кнопки типу КМ 1-1 або КМ Д 1-1. Можна також використовувати кнопки інших типів (наприклад, П2К без фіксації положення). Вимикачі Q1 і Q2 – типу "тумблер" (ТВ2-1, ТП1-2, Tl, MT1 та ін.) Трансформатор харчування 01 виконаний на стрічковому магнітопроводі ШЛ 16х20. Обмотка I містить 2440 витків дроту ПЕВ-1 0,08, обмотка II – 90 витків дроту ПЕВ-1 0,51. Можна використовувати і будь-які інші трансформатори потужністю 10 … 20 Вт, що мають вторинну обмотку на напругу 8 … 10 В і струм 0,5 … 0,7 А. Підійдуть трансформатори ТВК-70Л2, ТВК-110ЛМ, у яких частина витків вторинної обмотки повинна бути видалена для отримання потрібного напруги.

Велика частина елементів пристрою змонтована на текстолітові платі з розмірами 120 х 145 мм (рис. 6, а).


Рис.6. Монтажна плата перемикача гірлянд

Монтаж виконаний проводами. Транзистор VT6 встановлений на дюралюмінієва куточку площею близько 30 см ^ 2 (він служить радіатором). Діоди VD6-VD9 і тріністори VS1-VS4 встановлені на платі без радіаторів, при цьому сумарна потужність перемикаються ламп не повинна перевищувати 500 Вт. Кнопки SB1-SB7 (типу КМ1-1) встановлені: на планці з текстоліту (рис. 6, б), яка кріпиться до основної платі двома гвинтами МОЗ.

За межами плати знаходяться наступні елементи: трансформатор харчування Tl, тримач запобіжника FU1, вимикачі живлення Q1 і Q2, змінний резистор R 16. Елементи плати з'єднані з ними багатожильним дротом. Провід, що з'єднують аноди тріністоров VS1-VS4 з лампами EL1-EL4, припаяні безпосередньо до пелюсткам тріністоров.

Перетин проводів, якими виконані силові ланцюги, повинно бути не менше 1 мм ^ 2.

Конструкція пристрою довільна. На верхній кришці корпусу повинні бути розташовані кнопки SB1-SB7, вимикачі живлення Q1 і Q2, світлодіоди контролю запису програми HL1-HL4, а також ручка змінного резистора R 16, за допомогою якого змінюють швидкість перемикання гірлянд. На бічній стінці корпуса встановлені тримач запобіжника FU1 та гнізда для підключення гірлянд (на схемі вони не показані).

Якщо всі деталі справні і в монтажі немає помилок, то пристрій починає працювати відразу. Слід зазначити, що досягаються світлові ефекти багато в чому залежать від взаємного розташування ламп гірлянд. Найбільш поширеним є таке їх розташування, коли за лампою першої гірлянди слід лампа другий гірлянди, потім третій, четвертій і т. д. На рис. 7 показана схема такого включення ламп.


Рис.7. Схема включення ламп у гірляндах

Програмування перемикача ведуть такий спосіб. Спочатку на папері складають програму, що представляє собою запис стану ламп всіх чотирьох гірлянд у кожному з 16 тактів роботи пристрою. Включене стан гірлянди позначають логічної 1, вимикання – логічним 0. Потім натисканням кнопки SB7 "Скидання" встановлюють мікросхеми пристрою в початковий стан. Після цього послідовним натисканням кнопок SB1-SB4 набирають. перше слово програми, звертаючи увагу на запалювання світлодіодів HL1-HL4, і натискають кнопку SB5 "Запис". Так виробляють запис інформації у всі 16 осередків мікросхеми. Потім натискають кнопку SB6 "Пуск" – перемикач переходить у робочий режим.

При програмуванні слід пам'ятати, що інформація повинна бути записана у всі 16 елементів пам'яті мікросхеми, оскільки при включенні харчування стан цих осередків виявляється невизначеним.

У таблиці показані деякі варіанти програмування перемикача гірлянд для отримання різноманітних світлових ефектів. Логічні 1 в кожному слові зліва направо показують, які з кнопок SB1-SB4 відповідно слід натиснути.


Перша і друга програми забезпечують ефект "біжить вогню", інші програми – більш складні ефекти. Число програм, які можна реалізувати за допомогою цього пристрою, велика, і це відкриває простір для фантазії оператора. Слід також пам'ятати, що зміна швидкості перемикання гірлянд відкриває широкі можливості для отримання різноманітних світлових ефектів.

Сумарна потужність ламп, які перемикаються пристроєм, може бути збільшена до 1500 Вт, при цьому діоди VD6-VD9 повинні бути встановлені на радіатори площею 40 … 50 см ^ 2 кожен.

Якщо в розпорядженні радіоаматора є симетричні тиристори (сімістори) серії КУ208Г, їх також можна використовувати для керування лампами гірлянд. Підключати сімістори слід відповідно зі схемою, представленою на рис. 8 (зображена схема тільки одного каналу, решта-аналогічні). Опору резисторів R21-R24 (див. рис. 5) у цьому випадку необхідно збільшити до 1 … 3 кОм. Транзистори КТ605А можна замінити на КТ605Б, КТ940А, діодні мости VD6 можуть бути КЦ402, КЦ405 з літерами А, Б, Ж, І.


Рис.8. Комутація ламп сімістором

Другий варіант сімісторного вузла комутації представлений на рис. 9.


Рис.9. Другий варіант комутації ламп сімістором

Його відмінність від попереднього в тому, що транзисторні ключі VT2-VT5 з резисторами R21-R24 (див. рис. 5) замінені інвертується логічними елементами мікросхеми DD7 (резистори R17-R20 в схемі рис. 5 при цьому зберігаються). Таке схемне рішення кілька спрощує конструкцію.

Вузол управління сімісторамі можна зробити ще більш простим, якщо використовувати електромагнітні реле (рис. 10). Обмотки реле, як видно зі схеми, включені замість резисторів R21-R24. У перемикачі можуть працювати будь-які реле, що спрацьовують від напруги 8 … 12 В при струмі до 100 мА, наприклад РЕЗ-10 (паспорта РС4.524.303, РС4.524.312), РЕЗ-15 (паспорта РС4.591.003, РС4.591.004, РС4. 591.006), РЕЗ-47 (Паспорта РФ4.500.049, РФ4.500.419), РЕЗ-49 (паспорт РС4.569.424). Крім простого схемного рішення є ще одна перевага – гальванічна розв'язка низьковольтної частини пристрою від мережі живлення, що збільшує безпеку користування перемикачем. Недоліком же є менший термін служби, викликаний зносом контактів реле.

І на закінчення ще одна рекомендація. При вимиканні напруги мережі живлення (навіть короткочасному – кілька секунд) руйнується програма, записана в мікросхему пам'яті. Тому доцільно передбачити аварійне перемикання ланцюгів живлення мікросхем пристрою на харчування від гальванічної батареї чи акумулятора. Схема, що дозволяє реалізувати це, показана на рис. 11.


Мал.10. Схема комутації ламп із застосуванням реле та сімістора


Рис.11. Схема аварійного живлення мікросхем від батареї

У нормальному режимі мікросхеми перемикача живляться від випрямляча, і струм протікає через діод VD11. Діод VD10 при цьому закрито, оскільки до нього докладено невелике (0,5 … 1 В) зворотне напруга. При відключенні мережевого живлення закривається діод VD11, але відкривається діод VD10, і харчування мікросхеми здійснюється від батареї GB1. Конденсатор С6 гасить імпульси напруги, які виникають в моменти перемикання живлення з мережного на батарейне і навпаки, і таким чином підвищує завадостійкість пристрою. Діоди VD10, VD11 можуть бути будь-якого типу, що допускають струм не менше 300 мА (наприклад, підійдуть Д226, КД105 з будь-якими буквами). Батарея GB1 – 3336Л. При використанні в перемикачі цього вузла слід звернути увагу на вихідну напругу випрямляча: воно повинно складати 5 … 5,5 В (але не менше 5 В), в іншому випадку може відбуватися постійна розрядка батареї GB1. Тривалість живлення від батареї залежить від її ємності. При тривалих пропадання напруги в мережі (більше 15 … 20 хв) таке аварійне живлення недоцільно, оскільки лампи гірлянд все одно не працюють, а нову програму можна набрати всього лише за 3 … 5 хв.


Це стаття НПА КіТЕЛ

URL цієї статті: