На рис. 4.18 приведена принципова електрична схема простого електронного таймера з джерелом електроживлення малопотужних побутових радіоелектронних приладів і іншої РЕА, які повинні вимикатися після закінчення певного проміжку часу або коли їх забувають вимкнути. Як навантаження можуть бути застосовані побутові малогабаритні, переносні радіоприймачі, магнітоли, магнітофони, кавомолки, кавоварки, тостери, печі інфрачервоного випромінювання та багато інших електротехнічні вироби.

Пристрій може експлуатуватися як від мережі змінного струму напругою 220 або 127 В частотою 50 Гц, так і від автономного джерела електроживлення напругою від 7 до 12 В. Як ХІТ можна застосувати акумуляторні батареї або гальванічні елементи типу 343, 373.

Таймерні пристрій включає до свого складу мережевої понижуючий трансформатор харчування 77, вхідний ланцюг з запобіжником від коротких замикань і індикаторної лампою Я /, випрямний пристрій, зібране на чотирьох діодах VD1— VD4, Стабілізатор напруги і таймер.

До мережі змінного струму пристрій підключається за допомогою електричного з'єднувача XI типу «вилка». Автономне джерело живлення підключається до з'єднувача А і Б, встановлюються на лицьовій панелі корпусу таймера. Постійне стабілізовану напругу 9 В, що діє в точках А і Б, може бути використано для підзарядки малопотужних акумуляторів і акумуляторних батарей, а також для прямого підключення

Рис. 4.18. Схема простого таймерного пристрою на одній ІМС.

РЕУ, струм яких не перевищує 200 мА, а напруга дорівнює 9 В.

Плавкий запобіжник Flyвстановлений у вхідному ланцюзі електроживлення, захищає пристрій від перевантажень і коротких замикань, які можуть виникати при неправильному монтажі. Індикаторна лампочка HI тліючого розряду сигналізує про включення напруги мережі при замиканні контактів перемикача однополюсного типу S1 і горить постійно.

Мережевий понижуючий трансформатор живлення 77 вибраний з уніфікованого ряду ТПП, виготовляється на броньовому стрічковому магнітопроводі типу ШЛМ25Х32 із зменшеною витратою міді. Трансформатор має універсальністю і хорошими експлуатаційними характеристиками. Понижуючий трансформатор забезпечує повну гальванічну розв'язку первинних кіл, що перебувають під високою напругою мережевим, від вторинних ланцюгів електронної частини пристрою, розрахунковий рівень випрямленої і стабілізованого напруг, а також електробезпеку при монтажі, регулюванню, ремонті та експлуатації пристрою. Замість покупного трансформатора 77 можна застосувати саморобний трансформатор, моточні дані якого наведено в табл. 4.10.

Випрямний пристрій являє собою однофазну двухполуперіодної бруківку схему, зібрану на малопотужних випрямних діодах. Працює випрямляч на ємнісний фільтр, зібраний на оксидному конденсаторі З /, який згладжує пульсації випрямленої напруги. Випрямлена напруга подається на стабілізатор напруги послідовної дії.

Розглянутий стабілізатор напруги є складовою частиною багатьох джерел електроживлення з напругою 9 В. У малопотужних пристроях, зокрема в портативних переносних радіоприймачах, як джерела живлення використовуються стандартні гальванічні елементи, що з'єднуються між собою послідовно для отримання потрібного рівня напруги. Деякі з РЕУ, розраховані на напругу живлення 12 і 6 В, однаково добре будуть працювати і від джерела напругою 9 В. Однак у багатьох випадках подібні коливання напруги живлення неприпустимі і потрібне отримання стабільного напря-

Таблиця 4.10. Моточні дані мережевого

понижувального трансформатора живлення, застосованого

в простому таймерної пристрої, зібраному на одній мікросхемі

Позначення трансформатора на схемі і тип конструкції

Магніто-провід, марка сталі і товщина, мм

Обмотка

Висновки

Марка і діаметр проводу, мм

Число витків

Опір постійному струму, Ом (граничне відхилення ± 15%)

77, бро

УШ16Х32,

I

2—3

ПЕВ-2; 0,12

1500

280

Невою, з

Ш16Х32

 

7—8

ПЕВ-2; 0,12

1500

280

однієї ка

або

 

 

 

 

тушкою,

ШЛ25Х25;

 

1—2

ПЕВ-2; 0,12

232

43,5

залитої в

3311;

Ек

 

 

 

 

форму

0,35; ших

ран

0

ПЕВ-2; 0,31

1 шар

 

това

II

15—18

ПЕВ-2; 0,47

164

2,5

 

або кручений

 

 

 

 

стрічковий

 

 

 

 

 

вання 9 В при номінальному струмі 400 мА. Але для того, щоб отримати такий вихідний струм, транзистор VT1 необхідно встановити на металевому радіаторі. При вихідному струмі 200 мА можна обійтися і без радіатора, хоча краще використовувати теплоотвод, щоб можна було при необхідності забезпечити в навантаженні максимальний струм. Радіатором може служити алюмінієва пластина або металевий корпус, на якому вмонтовується пристрій. У наведеній схемі транзистор VT1 включений послідовно між виходом випрямляча і позитивним полюсом джерела напруги. У схемі стабілізатора працює стабілітрон VD5 з напругою пробою близько 9 В, який визначає потенціал бази транзистора VT1 щодо негативного полюса джерела живлення, а тим самим і значення вихідної напруги, так як позитивний зсув між базою і емітером транзистора відносно мало.

Таймерні пристрій зібрано на одній ІМС DA1 і вихідному регулюючому транзисторі VT2. Струм навантаження на виході таймера може доходити до 300 мА. ІМС серії К561 має в своєму складі чотири двухвходових тригера Шмітта і виконана в корпусі 201.14.2.

Працює пристрій наступним чином. Після включення з'єднувача XI в мережу і замикання контактів перемикача S1 пристрій переходить в черговий режим роботи. З'являється напруга змінного струму на всіх вихідних обмотках мережевого трансформатора, починають працювати випрямний пристрій і стабілізатор напруги. На вході ІМС діє напруга низького рівня логічного нуля, конденсатор СЗ розряджений, на виході ІМС (висновок 11) діє напруга високого рівня логічної одиниці. Коли конденсатор СЗ розряджено, транзистор VT2 закритий і навантаження знеструмлена. У такому режимі пристрій може перебувати як завгодно довго, споживаючи незначний струм, що не перевищує 5-7 мкА.

Для виведення таймерного пристрої зі стану чергового режиму необхідно короткочасно (до 2 с) натиснути на кнопку перемикача S2 і замкнути його контакти 1 і 2. При цьому конденсатор СЗ починає заряджатися від вихідної напруги ИС (висновок 12), Коли на виході першого тригера Шмітта (висновок 11) з'являється напруга низького рівня логічного нуля. Внаслідок того що всі вхідні в ІС елементи включені паралельно, на виході ІС діятиме низький рівень логічного нуля, і транзистор VT2 відкриється і підключить навантаження до джерела живлення. У такому положенні таймерні пристрій буде знаходитися до тих пір, поки розряджається конденсатор СЗ до напруги, при якому відбудеться перемикання тригера в початковий стан і транзистор знову закриється. Для повторного включення таймера необхідно знову натиснути на кнопку «пуск» перемикача S2.

При виготовленні таймерного пристрої використані наступні комплектуючі ЕРЕ: транзистори VT1 типу ГТ404Ж, VT2 – КТ603А; ІМС DA1 — К561ТЛЗ; конденсатори С / типу K50-6-25B-1000 мкФ, С2 – K50-6-25B-100 мкФ, СЗ – K50-6-16B-5000 мкФ; резистори R/ типу МЛТ-2-360 кОм, R2 – МЛТ-0 ,5-620 Ом, R3 – МЛТ-0 ,25-10 МОм, /? Н – навантаження, наприклад радіоприймач; індикаторна лампочка HJ типу ТН-0 ,2-1; плавкий запобіжник F1 типу ПМ-2-0, 5 А; мережевий понижуючий трансформатор живлення 77 типу ТПП256-127/220-50; електричні з'єднувачі XI типу «вилка», А і Б – Сполуки роз'ємні; перемикачі S1 типу П1Т-1-1, S2 – КМ1-1-1; стабілітрон VD5 типу Д814Б; випрямні діоди VD1—VD4 типу КД204В.

При виготовленні можна застосувати і інші комплектуючі ЕРЕ, так як схема не критична до їх типо-номіналах. Елементи схеми випрямного пристрою і стабілізатора напруги мають такі параметри, які необхідно враховувати при заміні ЕРЕ: випрямні діоди повинні бути розраховані на струм не менше 1 А потужністю 0,5 Вт; конденсатор фільтра С / з ємністю 1000 мкФ може бути замінений конденсатором з ємністю в два рази менше. Резистор R2 забезпечує необхідний режим роботи стабілітрона VD5 і транзистора VTlyякий розрахований на вхідну напругу до 120 В і вихідний 12,6 В при номінальному струмі 1 А. При цьому стабілізатор забезпечує вихідна напруга 9 В. Конденсатори типу К50-6 можна замінити на конденсатори типів К50-12, К50-16, К50-20, К50-24; резистори типу МЛТ – на МТ, ВС, ВСА, С1-4, С2-8; можна застосувати транзистори VT2 типів КТ361А, КТ208А, КТ208Б, КТ209А, ГТ404А, ГТ603Б, КТ603В, КТ608А; замість ІМС К561ТЛЗ можна застосувати мікросхеми типів К561ТЛ1, К561ЛА7, але при цьому необхідно внести в схему несуттєві зміни.

Слід сказати кілька слів про конструювання пристрою. Монтаж комплектуючих ЕРЕ доцільно виконати навісним монтажем, паянням припоєм ПОС-61. Мережевий понижуючий трансформатор і компоненти, включені в первинну ланцюг, монтуються в прямокутному корпусі. Випрямляч, стабілізатор і ємнісний фільтр краще зібрати на окремій платі з металізованими отворами. Транзистори необхідно розмістити на тепловідведення, виготовлених з алюмінієвих пластинок. У свою чергу радіатор встановлюється на металевому шасі пристрою. Між площиною тепловідведення (радіатора) і корпусом транзистора зазвичай поміщають ізолюючу прокладку з ізоляційного матеріалу, а поверхня радіатора, прокладки і транзистора в місці їх з'єднання змазують спеціальної теплопроводящей пастою, при цьому корпус транзистора виявляється електрично ізольованим від шасі пристрою (він повинен мати один і той же потенціал, що і у навантаження). Така ізоляція необхідна в тих випадках, коли електрод колектора транзистора з'єднаний з корпусом транзистора. Якщо не вжити зазначених заходів, то може статися коротке замикання випрямляча. Тепловідвідні паста забезпечує гарний тепловий контакт корпусів транзистора і радіатора, що покращує відвід тепла від корпуса транзистора і усуває можливість його перегріву.

При з'єднанні і пайку висновків електродів транзистора необхідно звернути особливу увагу на точність монтажу, помилки можуть викликати не тільки неправильну роботу пристрою, але й руйнування транзистора. Потім встановлюється на шасі трансформатор харчування 77, а біля нього кріпиться плата з випрямними діодами. Після цього висновки вторинної обмотки трансформатора з'єднуються з потрібними точками на платі, а вихідні висновки плати підключаються до зовнішніх клем пристрою, встановленим на корпусі таймера. Після ретельного огляду з'єднань можна приступати до технологічних операцій перевірки працездатності першій частині пристрою, а саме випрямляча і стабілізатора напруги. Особливу увагу необхідно приділити монтажу ІМС DA1. Потужність електропаяльника не повинна перевищувати 40-50 Вт, температура жала паяльника повинна регулюватися в межах від 150 до 250 ° С. Таку ж увагу слід приділяти пайку транзисторів і діодів.

Для перевірки вихідної напруги до вихідних клем підключається вольтметр постійного струму зі шкалою, що дозволяє вимірювати напругу в межах від 0 до 30 В. Якщо вихідна напруга дорівнює нулю після включення в мережу і замикання контактів перемикача S1, необхідно відразу ж відключити пристрій від мережі і перевірити цілісність запобіжника. Перегорання запобіжника свідчить про серйозну помилку в монтажі. Треба ретельно перевірити спочатку з'єднання на стороні первинної обмотки трансформатора, а потім вторинної. Далі перевірити правильність з'єднань діодів у випрямлячі і підключення електродів транзистора, звернути увагу на дотримання необхідної полярності з'єднання електродів конденсаторів і стабілітрона. Знайшовши помилки в з'єднаннях монтажу, внести відповідні поправки, замінити запобіжник і знову включити пристрій в мережу. Якщо тепер вольтметр показує потрібне напруження, то треба перейти до перевірки наступних ланцюгів. Додатково необхідно перевірити напругу на конденсаторі С / при відключеному стабілізаторі напруги. Наявність постійної напруги, рівного 16-19 В, свідчить про те, що нестабілізований частина пристрою функціонує нормально, а несправність варто шукати в наступних ланцюгах. У першу чергу треба перевірити транзистор VT1 і стабілітрон VD5.

Основним правилом "є абсолютна впевненість в безпомилковості монтажу перед включенням пристрою в мережу, так як у всіх випадках помилки монтажу можуть вивести з ладу дорогі компоненти. Тому зовсім необов'язково бути уважним при збірці і монтажі, щоб запобігти можливі помилки.

Налагодження та регулювання таймерного пристрою зводяться до перевірки станів тригерів до і після включення контактів перемикача S2. У разі необхідності час, протягом якого навантаження знаходиться у включеному стані, можна скорегувати підбором конденсатора СЗ.

Якщо при перевірці пристрою показання вольтметра будуть носити коливальний характер або вихідна напруга в точках А і Б буде помітно відрізнятися від встановленого 9 В в більшу чи меншу сторону, то існує ймовірність того, що несправний стабілітрон. Природно, при цьому передбачається, що випрямляч функціонує нормально. Відмінність вихідної напруги від необхідного рівня може також свідчити про несправності мережевого понижуючого трансформатора живлення 77, про збої в режимі роботи регулюючого транзистора VT1 і про низку інших досить рідкісних помилок у роботі пристрою.

Уважно розглянувши рекомендації по усуненню можливих несправностей і помилок, радіоаматор зможе самостійно вирішити виникаючі проблеми. Акуратність при складанні та здійснення необхідного контролю за правильністю сполук перед включенням дозволяють сподіватися, що пристрій відразу буде працювати нормально.

Після того як перевірені всі ланцюги і виставлено рас-рахункове напруга на виході, пристрій можна підключати до навантаження і починати експлуатацію. Якщо радіоаматор має намір використовувати пристрій для роботи з радіоприймачем, магнітофоном, магнітолою і т. п., то для підключення його до подібних електронних схем доцільно використовувати двопровідний кабель, забезпечений одним з численних з'єднувачів. У будь-якому випадку слід остерігатися коротких замикань і перевантажень, які можуть привести до перегорання запобіжника FJtале швидше за все доведеться при цьому замінити і регулюючий транзистор VT1, Який, як і трансформатор, є найбільш дорогим ЕРЕ. Це один з головних недоліків джерел живлення з стабілізаторами напруги. Компенсаційні послідовні стабілізатори без прийняття спеціальних заходів критичні до перевантажень по струму і коротких замикань на виході.

Слід завжди перевіряти, чи не перегрівається чи транзистор VT1. Якщо в процесі експлуатації регулюючий транзистор VT1 перегрівається або виходить з ладу, то причиною може бути занадто велике споживання струму навантаженням. При нормальному режимі роботи навантаження перегрів може бути викликаний недостатньо великий тепло-відводить поверхнею радіатора. Збільшити теплоот-ведучий поверхню можна, застосувавши готовий радіатор з ребрами. Можна також використовувати транзистор з більшою вихідною потужністю. Всі ці заходи можуть дати добрий результат тільки в тому випадку, якщо існує щільний тепловий контакт між корпусом транзистора і радіатором. Якщо з яких-небудь причин цей контакт порушений, неминучий перегрів транзистора при перевантаженнях і, як наслідок, вихід його з ладу, особливо при роботі з вихідним струмом, близьким до максимально допустимого.

Випрямляч і стабілізатор напруги мають високий ступінь універсальності. Застосувавши стабілітрон VD5 з більш низьким значенням вихідної напруги, наприклад в межах від 5 до 8 В або до 12 В, необхідно одночасно зменшити споживаний струм. Останнє значення є верхньою межею вихідної напруги в цьому пристрої, і подальше його збільшення може призвести до помітного зменшення напруги між колектором і емітером транзистора регулюючого VT1, Що погіршує якість стабілізації. Для отримання вихідного напруги більш високого рівня необхідно збільшити потужність трансформатора і застосувати інший транзистор.

Технічна характеристика

електронного таймерного пристрою на одній мікросхемі

Номінальна напруга мережі живлення

змінного струму, В ………………………………. 110, 127, 220

Номінальна частота живильної мережі

змінного струму, Гц ……………………………… 50

Межі зміни напруги мережі живлення

змінного струму,%, не більше …………………. +10 …- 15

Межі зміни частоти живильної мережі змінного струму,% +1 …- 1

Напруга змінного струму на вихідних обмотках

мережевого трансформатора 77, В:

It і 12………………………………………….. ………………. 4

13 і 14………………………………………….. …………… 4,3

15 і 16………………………………………….. …………… 6,3

17 і 18………………………………………….. …………… 6,3

19 і 20 ……………………………………….. ……………. 0,72

21 і 22………………………………………….. …………… 0,72

Ток вторинної обмотки трансформатора, А,

Проте ………………………………………… …….. 1,4

Напруга постійного струму на виході

випрямляча в режимі холостого ходу, В. ……. 18

Номінальна вихідна стабілізовану

напруга в точках А і Б, В ……………………. 9

Напруга постійного струму на вхідних клемах

навантаження, В. ………………………………………. ….. 9

Максимальний струм навантаження, мА …………………… 400

Номінальний струм навантаження, мА …………………….. 250

Час пуску таймерного пристрою, з ………….. 2

Час роботи таймера при експлуатації

під навантаженням, хв …………………………………. до 30

Опір ізоляції струмоведучих провідників між собою і між провідником

і корпусом, МОм, не менш ………………………. 10

Перешкодозахищеність пристрою при впливі зовнішнього електромагнітного

або магнітного полів, дБ, не менш ……………. 120

Термін служби пристрою, ч, не менш …………….. 5000

Ймовірність безвідмовної роботи при ризику 0,9 … 0,89

Ккд,%, не менше …………………………………….. .. 95

Умови експлуатації:

температура навколишнього середовища, ° С. ………………….. – 20 … +40

відносна вологість повітря при температурі

навколишнього середовища,%, не менше ……………………… 95 +3

знижений атмосферний тиск, кПа …………….. 400

Література:

Сидоров І. Н. С34 Саморобні електронні пристрої для будинку: Довідник домашнього майстра .- СПб.: Лениздат, 1996 .- 352 е.. мул.