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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Geräuschresistenter Akustikschalter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Beschrieben wird ein akustischer Schalter für eine Glühlampe. Es werden ein elektrischer Schaltplan und ein Leiterplattenlayout des Geräts gezeigt. In der Version des Autors wird als Mikrofon ein ZP-3 Piezosender verwendet. Die Schaltung enthält keine knappen Teile; bei der Entwicklung eines akustischen Schalters wurde besonderes Augenmerk auf die Störfestigkeit im Stromversorgungsnetz gelegt. Die Idee eines akustischen Schalters ist nicht neu, daher versuchte der Autor, nachdem er sich vorgenommen hatte, ein solches Gerät für sich selbst herzustellen, eine vorgefertigte Lösung zu finden, um das Design ohne unnötigen Aufwand zu wiederholen. Nachdem ich mich jedoch mit den gefundenen Materialien [1-4] vertraut gemacht hatte, musste ich nach einer eigenen Schaltungslösung suchen. Der Besitzer eines Cafés in einer europäischen Stadt stattete sein Lokal mit ungewöhnlich sperrigen Möbeln aus. Erwachsene Besucher, die ein Café betreten, sehen Tische und Stühle genauso wie 4-5-jährige Kinder. Dies geschah, damit die Eltern die Unannehmlichkeiten spüren und über die Probleme ihrer Kinder nachdenken konnten. Kinder haben es aufgrund ihrer geringen Statur wirklich schwer. Sie können zum Beispiel das Licht in der Toilette nicht selbst einschalten, sondern müssen sich jedes Mal an einen Erwachsenen wenden. Ein akustischer Schalter kann ihnen helfen. Ich hatte noch einen weiteren Grund, einen solchen Schalter zu installieren. Im Flur der Wohnung installierten Bauarbeiter einst einen 4-Positionen-Schalter mit einem Kabel, das für eine Glühbirne funktionierte, die schließlich kaputt ging. Derzeit sehe ich solche Ein- oder Mehrpositionsschalter nicht im Angebot.
Ich habe mich entschieden, einen piezoelektrischen Emitter als akustisches Schaltmikrofon zu verwenden. Die Schaltung der Originalversion des akustischen Schalters (Abb. 1) enthält einen piezoelektrischen Sensor vom Typ ZP-3, einen Wechselspannungsverstärker (VPA) auf dem DA1-Chip, einen Standby-Multivibrator auf dem DD1.1-Chip und einen DD1.2 Trigger und ein Leistungsverstärker am VT3-Transistor. Die Stromversorgung der Schaltung erfolgt transformatorlos. Die Netzspannung wird durch die Diodenanordnung VD1 gleichgerichtet und einem parametrischen Stabilisator an der Zenerdiode VD2 zugeführt. Die pulsierende Spannung der Zenerdiode wird einem Analogon einer auf den Transistoren VT1 und VT2 aufgebauten Doppelbasisdiode sowie über die Diode VD3 dem Kondensator C5 zugeführt, der als Filter dient. Ein Analogon einer Doppelbasisdiode schaltet den Thyristor VS1 ein, sofern der Kondensator C5 nicht vom Transistor VT3 umgangen wird, und dies hängt vom Zustand des Triggers ab. VS1 ist mit einer 15-100 W Glühlampe bestückt. Der UPN ist nach einer der Standardschaltungen zum Anschluss eines Operationsverstärkers an eine einzelne Stromquelle aufgebaut [5]. Der Verstärker besteht aus wenigen Teilen und ermöglicht die einfache Einstellung der Empfindlichkeit des Schalters durch Ändern des Wertes des Widerstands R4. Wenn der Widerstandswert des Widerstands R4 zunimmt, nimmt die Empfindlichkeit zu und dementsprechend ab, wenn der Widerstandswert von R2 abnimmt. Durch das Klatschen wird am Ausgang des UPN ein Impulspaket erhalten. Der wartende Multivibrator wird durch einen dieser Impulse ausgelöst und erzeugt einen eigenen Impuls, dessen Dauer die Dauer des Klatschens überschreitet. Daher schaltet der DD1.2-Trigger bei jedem Klatschen um und nicht bei einzelnen Burst-Impulsen. Das Schema hat auf Anhieb super funktioniert. Klatschen Sie in die Hände – die Lampe geht an, ein zweites Klatschen – die Lampe geht aus. Wir hätten hier aufhören können, wenn da nicht ein „aber“ gewesen wäre: Die Lampe schaltet sich nicht nur unter Zwang ein, sondern auch aufgrund zufälliger Störungen in der Stromversorgung. Darüber hinaus hat das Gerät einen weiteren Nachteil: Wenn Spannung an das Gerät angelegt wird, leuchtet die Lampe normalerweise auf. Dies ist unerwünscht, denn wenn die Netzspannung ausfällt und dann Strom zugeführt wird, muss die Lampe zwangsweise ausgeschaltet werden. Wenn niemand zu Hause ist, entsteht ein zusätzlicher Stromverbrauch. Dieser Nachteil lässt sich jedoch ganz einfach beheben: Erzwingen Sie einfach die Installation des D1.2-Triggers am S-Eingang, wenn das Gerät eingeschaltet wird. Zufällige Störungen im Netzwerk können lange und möglicherweise erfolglos bekämpft werden. Der Geräteschaltkreis ist so konzipiert, dass keine Konfiguration erforderlich ist. Es kann als Grundlage für die Entwicklung eines ähnlichen, mit Batterien oder Akkus betriebenen Geräts empfohlen werden. Nachdem ich die Schaltkreise der in der Literatur beschriebenen Geräte [1-4] analysiert hatte, beschloss ich, einen Schaltkreis auszuleihen, der einem Auslöser mit einem Zähleingang an einem elektromagnetischen Relais ähnelt [2]. Altmodisch? Aber es ist zuverlässig und einfach. Schließlich muss man zum Einschalten eines Relais deutlich mehr Energie aufwenden als zum Schalten eines Hochgeschwindigkeitsauslösers mit einem hochohmigen Eingang.
Die Relaisauslöseschaltung (Abb. 2) funktioniert wie folgt. Im Ausgangszustand wird der Kondensator C1 über die Kontakte des Relais K2.1 aufgeladen, der Widerstand R2 wird auf die Versorgungsspannung aufgeladen, die Relaiswicklung K2 ist stromlos. Unter Einwirkung eines akustischen Signals schließen die Kontakte des Relais K1.1 kurzzeitig. Die Energie des Kondensators schaltet das Relais K2 ein, seine Kontakte schalten auf Selbsthaltung. Nach Einwirkung eines akustischen Signals öffnen sich die Kontakte der Kontaktgruppe K1.1 und der Kondensator C1 wird über die Widerstände R2 und R3 entladen. Beim anschließenden Eintreffen eines akustischen Signals schließen die Kontakte der Gruppe K1.1 kurzzeitig. Über den Widerstand R1 wird der Kondensator C1 aufgeladen, wodurch die Wicklung des Relais K2 überbrückt wird, wodurch es stromlos wird und das Relais K2 ausgeschaltet wird. Der wartende Multivibrator (Abb. 1) wird über die Differenzierkette C3R7 gestartet. Differenzierende Ketten sind im Gegensatz zu integrierenden Ketten nicht rauschresistent. Die Lösung liegt nahe. Als Ergebnis der Experimente erschien die endgültige Version des Geräts (Abb. 3).
Das Gerät enthält den gleichen UPN, einen klassischen Diodenamplitudendetektor (VD1, VD2 und C5), einen Gleichstromverstärker auf einem Verbundtransistor (VT1 und VT2) und einen oben ausführlich beschriebenen Auslöser für elektromagnetische Relais. Im rauschresistenten Schaltkreis des akustischen Schalters werden Impulse vom Ausgang des UPN von einem Amplitudendetektor erfasst. Während des Klatschens entsteht am Kondensator C5 eine konstante Spannung, die der Basis eines zusammengesetzten Transistors zugeführt wird, der auf die Wicklung des Relais K1 geladen ist. Bei Verwendung der im Diagramm angegebenen Funkelemente muss der Akustikschalter nicht angepasst werden und weist eine gute Wiederholgenauigkeit auf. Das Relais K1 Typ RES49 hat folgende Passdaten: Wicklungswiderstand Rob 1900 Ohm, Betriebsstrom I nicht mehr als 8 mA, d.h. Laut Pass für dieses Relais beträgt die Betriebsspannung U=RobI= 15,2 V. Die Passdaten des Relais K2 Typ RES47 lauten wie folgt: Wicklungswiderstand 650 Ohm, Betriebsstrom nicht mehr als 21,5 mA. Ebenso beträgt die Betriebsspannung gemäß den Passdaten für RES47 14 V. Beim Austausch eines Relais sollte darauf geachtet werden, dass die Versorgungsspannung des Geräts um mehrere Volt höher ist als die Betriebsspannung der verwendeten Relais. Zur Stromversorgung der Schaltung dient ein Leistungstransformator mit einer Ausgangsspannung von 2x15 V. Die gleichgerichtete Gleichspannung beträgt ca. 17 V. Die Gleichstromaufnahme des Gerätes beträgt maximal 30 mA. Weichen die Relaisparameter stark von den verwendeten ab, kann es bei einem Austausch erforderlich sein, die Nennwerte der übrigen Elemente des Auslösers zu ändern. Der Akustikschalter kann auch mit anderen Tonsignalquellen arbeiten. Getestet wurde der Betrieb des Gerätes mit dem dynamischen Mikrofon MD-201. Aufgrund der Tatsache, dass der UPN erregt war, möglicherweise aufgrund des Mikrofonkabels, musste ich für diesen Fall einen 0,1 µF-Kondensator parallel zum Mikrofoneingang hinzufügen. Dieser Kondensator ist im Diagramm nicht dargestellt, aber im Design der Leiterplatte ist dafür ein Platz mit der Bezeichnung C` übrig. Zur Erhöhung der Lebensdauer kann in einen Akustikschalter eine Vorrichtung zum zweistufigen Einschalten einer Glühlampe eingebaut werden [6]. Eine Version eines solchen Geräts ist in Abb. 4 und die zweite in Abb. 5 dargestellt.
Die Leiterplatte des akustischen Schalters mit den Maßen 85x120 mm ist in Abb. 6 dargestellt, die Lage der Elemente auf der Leiterplatte ist in Abb. 7 dargestellt.
Die Leiterplatte ist unter Berücksichtigung des Anschlusses eines Gerätes zum zweistufigen Einschalten einer Glühlampe gemäß dem Diagramm in Abb. ausgelegt. 5. Einseitig gedruckte Verkabelung mit Jumpern aus isoliertem Draht. Im Gerät können Sie, ohne das Design der Leiterplatte zu ändern, anstelle der Mikroschaltung K140UD6A K140UD7, K140UD8, K544UD1, K544UD2 verwenden. Keramikkondensatoren C2S5 Typ KM3, KM4, KM5, KM6 oder K10-17, K10-47. Elektrolytkondensatoren C1, C6-C8 Typ K50-16, K50-35. Transformator T1 – jeder Niederleistungstransformator mit einer Sekundärspannung von 15–20 V. Wenn der Transformator eine Wicklung hat, sollte eine Diodenbrücke für den Gleichrichter verwendet werden. Nach dem Zusammenbau der Platine müssen Sie sicherstellen, dass die Teile korrekt installiert sind, und anschließend die Funktionalität des Geräts überprüfen. Aufmerksamkeit! An der Leiterplatte liegt die lebensgefährliche Spannung von 220 V Wechselstrom an, daher ist höchste Vorsicht geboten und die folgenden Empfehlungen sind zu beachten. Prüfen Sie zunächst die Funktionsfähigkeit des Akustikschalters ohne zweistufiges Glühlampenschaltgerät. Messen Sie mit einem Ohmmeter den Lastwiderstand des Gleichrichters auf Kurzschluss. Versorgen Sie dann, ohne sie mit der Platine zu verbinden, 220 V an den Netzklemmen des Leistungstransformators, nachdem Sie die Anschlusspunkte zuvor mit Isolierband oder PVC-Rohr isoliert haben. Überprüfen Sie die Funktion des Relais K2 durch Händeklatschen in ausreichender Entfernung vom Schallsensor. Wenn alles in Ordnung ist, legen Sie 220 V Spannung an die Platine an, schließen Sie eine Glühlampe an und überprüfen Sie den Komplex. Im letzten Schritt löten Sie die Netzwerkleitungen des Transformators in die Platine ein und montieren diese zusammen mit dem Schallsensor in ein passendes Gehäuse. Nach diesem Vorgang können Sie bei Bedarf den Widerstand R4 auswählen, um die erforderliche Empfindlichkeit des Geräts einzustellen. Beim Einsatz des Gerätes ist zu berücksichtigen, dass es nicht für laute Orte, beispielsweise eine Schmiede, geeignet ist. Sie sollten es nicht in der Nähe eines lauten Telefongesprächs installieren. Der etwa sechsmonatige Betrieb des akustischen Schalters zeigte, dass er nur durch Tonsignale ausgelöst wird. Литература:
Autor: V. Samelyuk
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