Універсальні акустичні датчики-вимикачі

Серед радіоаматорських конструкцій зустрічаються прості пристрої, зібрані за різними схемами. Їх відрізняє набір елементів, рівень підсилення і чутливість до акустичних коливань. На основі чутливих акустичних пристроїв – датчиків, які управляють різними пристроями навантаження, можна створювати автоматичні пристрої. Велике (визначальне) значення у цьому випадку має чутливість і можливість її регулювання. Одним з таких пристроїв, що реагує на найменший шум і навіть вітерець (про це далі), є розглядається пристрій чутливого акустичного датчика з затримкою вимкнення.
Електрична схема пристрою представлена на рис. 3.7.

Підсилювач слабких звукових сигналів виконаний на високочутливому мікрофонному підсилювачі DA1. Чутливість мікросхеми операційного підсилювача (далі ЗУ) така, що він сприймає вхідний сигнал амплітудою 1 мВ. Коригуванням опору резистора R7 чутливість підсилювача можна змінювати в широких межах. Сумарний коефіцієнт підсилення при вказаних на схемі номіналах елементів складає більше 3000 і може бути ще більш збільшений за допомогою збільшення опору ¬ ня резистора R7 і ємності конденсаторів С5 до 1000 пФ. Ці конденсато ¬ ри компенсаційної ланцюжка введені в схему для усунення можливого самозбудження на високих частотах підсилювача при максимальному режимі підсилення. Для збільшення загального коефіцієнта посилення також рекоменду ¬ ється збільшити ємність розділових конденсаторів С6 і С8 до 2 мкФ і 50 мкФ відповідно. Відповідно при зменшенні опору резистора R7 до 50 кОм (у 10 разів) чутливість ОУ зменшиться так, що пристрій буде реаг ¬ тувати тільки на голос людини (бавовна в долоні або інший гучний звук) на відстані до 1 м від мікрофона ВМ1.
Посилений сигнал змінної напруги з виходу ОУ DA 1.1 через разде ¬ Обчислювальні конденсатор С8 надходить на випрямляч, реалізований на діодах VD1 і VD2. Випрямлена напруга згладжується оксидним кон ¬ денсатором С9 і шунтується резистором R9. Ланцюг C9R9 одночасно яв ¬ ляется вузлом затримки. Коли в точці А (на виході схеми) з'явиться високий рівень напруги (амплітудою 3,6 … 3,8 В), що заряджає конденсатор С9, цей рівень буде присутній в точці А не менше ніж 4 хв. Високий рівень у точці А є керуючим по відношенню до виконавчого вузлу (на схемі не показаний), відповідно керуючому будь електрон ¬ ної навантаженням, наприклад, лампою розжарювання в мережі 220 В, встановленої на сходовій клітці. У цьому випадку пристрій буде корисно, як автомат-вмикач освітлення при наближенні мешканців до мікрофону ВМ1. Коли поблизу електретного мікрофона настане тиша, після закінчення витримки 4 хв, лампа освітлення автоматично згасне до наступного акустич ¬ ського впливу на мікрофон. Якщо шум навколо ВМ1 збережеться під час відліку часу після первинного звукового впливу, то витримка часу відповідно збільшиться і лампа освітлення буде горіти до тих пір, поки шум не припиниться плюс ще 4 хв.
Якщо затримка вимкнення не потрібна, то її можна відключити. Для цього керуючий сигнал беруть безпосередньо з виведення 7 мікросхеми DA1.
Є й ще одна цікава особливість підсилювача сигналів на мікросхемі DA1. Якщо змінити (збільшити ємність) номінали елементів у ланцюзі обрат ¬ ної зв'язку (конденсатори С5, С7 і розділові конденсатори С6, С8 – про це написано вище), чутливість пристрою виявляється така, що керуючий вихідний сигнал з'явиться на виводі 7 елемента DA1.2 не по ¬ сле звукового впливу на мікрофон, а навіть при слабкому вітерці, потоці
повітря, спрямованого на мікрофон ВМ1 з відстані 0,5-1 м. Для отри ¬ чення такого ефекту потрібно повністю ізолювати приміщення від по ¬ сторонніх звуків (що у великих містах зробити в побутових умовах середньої квартири майже неможливо, бо рівень шуму з вулиці перевищує всі мислимі межі). Цей авторський експеримент проводився вночі, поет ¬ му у зв'язку з вищевикладеним можна рекомендувати дану розробку тим радіоаматорам, хто зможе знайти для неї інше раціональне застосування (взявши за основу), наприклад, для створення шумоміра-пристрої Фіксований ¬ ючого, що вимірює рівень шуму і показує перевищення цього рівня. У великих містах, а також у виробничих приміщеннях такий прилад сьогодні видається дуже актуальним, бо дозволяє зберегти лю ¬ дям здоров'я, нерви і, як наслідок, продовжити життя.
Крім того, рекомендовану на рис. 3.7 електронну схему можна з успі ¬ хом застосувати як складову частину інших радіоаматорських конструкцій, описаних в цій книзі, в якості високочутливого акустичного вузла.
3.5.1.0 деталях
Найдорожчим елементом у пропонованій конструкції є мікросхем ¬ ма DA1. Її можна замінити близьким по електричних характеристиках ОУ TL072 або TL082. У них ідентичне розташування висновків. Другим за зна ¬ чімості у пристрої є пасивний електретний мікрофон ВМ1. На відміну від активного мікрофона, пасивний мікрофон не має внут ¬ нього підсилювача і окремого живлення. Мікрофон CZN-15E широко розповсюдження ¬ дивний у продажу і телефонних апаратах різних марок і коштує недорого ¬ го. Замість нього з не меншим успіхом можна застосувати вітчизняні електретні мікрофони МКЕ-332, МКЕ-333, МКЕ387, МКЕ-389. Оксидний конденсатор С2, наприклад, типу К50-24 або К50-29 згладжує пульсації напруги джерела живлення. Решта оксидні конденсатори можуть бути К50-29, К50-35. Як С9 треба використовувати конденсатор з малим струмом витоку, наприклад, К50-35, К53-1, К53-10 або аналогічні їм.
Полярні конденсатори типу К10-17, КМ6 або аналогічні. Всі постоян-ні резистори типу МЛТ-0, 125, МЛТ-0, 25, MF-25 або аналогічні.
Конденсатор С9 своєю ємністю визначає час затримки вимкнення кінцевого вузла.
Кінцевий (виконавчий) вузол підбирається таким, щоб він реагував на позитивний фронт імпульсу в точці А. Прикладів таких вузлів у цій книзі розглянуто багато.
Налагодження пристрою полягає в підборі рівня чутливості ОУ (коригуванням опору резистора R7). Для цього під час налаштування цей резистор краще замінити подстроечним, наприклад, СПЗ-29В – з лінійною характеристикою зміни опору, а потім, коли опти ¬ мальний рівень буде встановлено, випаяти резистор зі схеми, заміряти омметром його опір і встановити замість нього постійний відпо ¬ ціалу опору.
Джерело живлення для пристрою з понижуючим трансформатором, стабі-спеціалізований. Напруга для живлення схеми в діапазоні 5-8 В.

3.5.2. Альтернативне пристрій підсилювача слабких сигналів
 
Аналогічним за функціональності є пристрій акустичного датчика, електрична схема якого представлена на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Електрична схема чутливого акустичного датчика на біполярних транзисторах
рис. 3.8 представлений пристрій підсилювача слабких сигналів. Пристрій реалізований на двох однотипних кремнієвих транзисторах np-п проводимо ¬ сті, що володіють високим коефіцієнтом посилення (80-100 по току). При звуковому впливі на мікрофон ВМ1 змінний сигнал надходить в ба ¬ зу транзистора VT1 і посилюється ім. З колектора транзистора VT2 знімається вихідний сигнал, керуючий периферійними або виконавчими пристроями негативним фронтом.
Оксидний конденсатор С1 згладжує пульсації напруги джерела пі ¬ вання. Резистор зворотнього зв'язку R4 охороняє підсилювач слабких сигналів від самозбудження.
Вихідний струм транзистора VT2 дозволяє управляти малопотужним електро-магнітним реле з робочою напругою 5 В і струмом спрацьовування 15 … 20мА.
Розширена схема акустичного датчика показано на рис. 3.9. На відміну від попередньої схеми вона відрізняється додатковими можливостями регулювання посилення і інверсії вихідного сигналу.

  3.5.3. Розширена схема акустичного датчика
Регулювання посилення слабких сигналів з мікрофону ВМ1 здійснюється змінним резистором R6 (див. рис. 3.9). Чим менше опір данно ¬ го резистора, тим більше посилення транзисторного каскаду на транзисторі VT1. При тривалій практиці експлуатації рекомендованого вузла вдалося встановити, що при опорі резистора R6 рівним нулю можливо са-
 
мовозбужденіе каскаду. Щоб його уникнути, послідовно з R6 включа ¬ ють ще один обмежувальний резистор опором 100-200 Ом. На схемі показані два виходи, з яких знімається керуючий сигнал для подальших схем і кінцевих електронних вузлів. З точки "ВИХІД 1" знімають керуючий сигнал з негативним фронтом (який з'являється ¬ ся при звуковому впливі на мікрофон ВМ1). З точки "ВИХІД 2й від ¬ повідно інверсний сигнал (з позитивним фронтом). Завдяки застосуванню в якості кінцевого токового підсилювача польового транзистора КП501А (VT2) пристрій знижує споживання струму (відноси ¬ тельно попередньої схеми), а також має можливість управління більш потужної навантаженням, наприклад, виконавчим реле із струмом до 200 мА. Цей транзистор можна замінити на КП501 з будь-яким буквеним ін-декс, а також на більш потужний польовий транзистор відповідної кон ¬ фігурації.
Ці прості конструкції в налагодженні не потребують. Всі вони випробувані при живленні від одного і того ж стабілізованого джерела з напругою 6 В. Споживаний струм конструкції (без урахування струму споживання реле) не перевищує 15 мА.
Всі елементи конструкцій, про які не сказано особливо, слід вико ¬ вати тих же типів, які описані для схеми на рис. 3.7.