4.4.2. Электронные включатели с индуктивным или акустическим управлением

Комбинация каскада, собранного на транзисторах со взаимно дополняющими структурами и потребляющего в состоянии покоя ток лишь в несколько десятков мА, и усилителя переменного тока на кремниевых транзисторах, также отличающегося малым потреблением тока, позволяет построить электронный включа­тель, который должен срабатывать по командам извне. При номиналах схемных элементов, указанных на рис. 4.32, такой включатель в состоянии покоя потребляет ток около 50 мкА, после включения — около 5 мА. Он пригоден, следовательно, для работы независимо от сети и позволяет обеспечить запуск различных процессов, например включение вторичного сигнала телефонного вызова (см. раздел 4.4.3). Включатель может реагировать как на переменное магнитное поле, так и на звук. Но чтобы ни электро­магнитные помехи, ни случайные шумы (при использовании микрофона в качестве датчика) не приводили к его срабатыва­нию, чувствительность и время реакции должны иметь соответ­ствующие значения. Выходной каскад должен быть рассчитан так, чтобы к нему могла быть подключена нагрузка, максимальный постоянный ток которой составляет около 200 мА.

Рис. 4.32. Электронный включа­тель с чувствительным входом и ми­нимальным потреблением тока в состоянии покоя (около 40 мкА в за­висимости от напряжения питания и сопротивления резисторов R3 и R6)

Основным назначением описанного ниже включателя являет­ся обеспечение связи будильника с радиоприемником без вмеша­тельства в конструкцию самого приемника. Он просто устанавли­вается рядом с будильником или на нем. Выход подключается к цепи питания радиоприемника, т. е. здесь должен быть преду­смотрен соответствующий разъем.

В зависимости от типа будильника на входе включателя должен быть установлен микрофон (например, капсюльный) или катушка индуктивности. Последняя необходима в случае исполь­зования широко распространенных малогабаритных будильников типа «Sumatic», генератор звуковой частоты которых — независи­мо от громкости звучания — при включении создает сильное магнитное поле [Для этой цели можно использовать электронно-механические и электрон­ные будильники. — Прим. пер.]. Благодаря самоудержанию электронного включателя при его срабатывании он остается включенным даже пос­ле окончания работы звонкового устройства будильника и отклю­чается только после нажатия на клавишу останова, но при отсутствии сигнала. В комбина­ции с электронным многотональ­ным генератором этот включа­тель (теперь уже без устройства самоудержания) может найти применение в качестве устройства подачи вторичного телефонного вызова (см. также раздел 4.4.3). Схема по рис. 4.32 содержит элементы, которые устанавлива­ются не во всех ее вариантах. Их номиналы указаны приблизи­тельно и должны окончательно определяться при настройке. Ре­зистор R1 необходим только при напряжении питания 4 В, при выборе его номинала, а также номиналов резисторов R2 и R5 необходимо учитывать указания по рис. 4.33. Конденсатор С6 нужен только при работе с пе­реносным приемником. Учитывая большой разброс усиления по току кремниевых транзисторов, поступающих в продажу, сборку следует начинать с пробных схем, с помощью которых мож­но найти оптимальные номиналы схемных элементов. Некоторые трудности при этом вызывает настройка усилителя низкой час­тоты. Из-за малости тока питания использование электролитических конденсаторов для связи исклю­чено, так как вследствие обрат­ного тока коллектора транзисто­ра они подавали бы на него ток, намного превышающий тре­буемый ток базы. Кроме того, расчет на срабатывание вклю­чателя при воздействии пере­менного магнитного поля часто­той 50 Гц электросети и подключенных к ней приборов, как правило, нежелателен. Бумажные кон­денсаторы, играющие роль фильтров верхних частот, довольно хорошо подавляют это влияние. Однако при использовании вклю­чателя для телефонных вызовов необходима его реакция именно в области нижних частот, так как частота колебаний ударника те­лефонного звонка составляет лишь 25 Гц, правда, при относительно большой амплитуде. То есть здесь конденсатор связи должен иметь относительно малую емкость. При использовании же звонка в ка­честве сигнала схема должна быть рассчитана на оценку значи­тельно более высоких частот.

Но как же правильно найти режим работы устройства? Рас­смотрим вариант схемы с напряжением питания 2 В, в котором между коллектором и базой для установки рабочей точки исполь­зованы только резисторы. Для настройки необходим амперметр со шкалой около 50 мкА, падение напряжения на котором извест­но (его необходимо учитывать при настройке). С помощью резисто­ра в цепи базы, который вначале заменяют потенциометром, устанавливают рабочий ток, как это показано на рис. 4.33. Изме­нения сопротивления резистора R2 в обе стороны должны при­водить к четким изменениям тока.

Если резисторов достаточно большого сопротивления, необхо­димых для установки в цепь базы при высоких усилениях по току, в наличии нет, то можно снизить сопротивления резисторов в цепи коллектора. Но это приведет к повышению тока покоя, поэтому лучше устанавливать резисторы параллельно участку база-эмит­тер, как это необходимо, например, при напряжении литания 4 В. Диапазон температур, при котором возможна стабильная работа включателя, должен незначительно отличаться от темпера­туры, при которой производилась настройка, так как напряжение между базой и эмиттером при определенном токе базы падает с ростом температуры примерно на 2 мВ/К.

Рис. 4.33. Установка рабочей точки УНЧ (при R_i>0,1 R_k в знаменателе долж­но стоять 2Rk + Ri)

На входе усилителя низкой частоты установлена клемма, кото­рая в состоянии покоя подключает катушку индуктивности, вхо­дящую в состав усилителя, ко входу. Эта катушка содержит при­мерно 1000 витков медного покрытого эмалью провода диа­метром около 0,3 мм, намотанного на ферритовый стержень диаметром 8 мм и длиной примерно 60 мм. Сигнал, поступаю­щий на усилитель с катушки или с микрофона, усилива­ется так, чтобы он был до­статочным для переключе­ния входящего в схему каскада усиления на тран­зисторах со взаимно дополняющими структурами. Сигнал на этот каскад поступает через конденсатор емкостью 0,022 мкФ и цепочку диодов, производящих его детектирование, причем положительные полуволны использу­ются для управления работой последующего каскада усиления на транзисторе V3, а отрицательные замыкаются на массу. Ток транзистора V3, таким образом, содержит усиленные положитель­ные полуволны сигнала низкой частоты, которые накапливаются конденсатором емкостью 22 мкФ, параллельным участку база-эмиттер р-n-р транзистора, благодаря чему на этот транзистор по­стоянно подается потенциал отпирания. В свою очередь, его кол­лекторный ток на резисторе нагрузки создает постоянное напря­жение, открывающее транзистор выходного каскада. Для контроля рабочего состояния этого транзистора в его коллекторную цепь вначале была включена лампочка на напряжение 3,8 В и ток 0,7 А, но она остается включенной лишь до тех пор, пока на выходе усилителя низкой частоты имеется достаточно большое переменное напряжение. Обратная связь (осуществляемая резисто­ром сопротивлением около 10 кОм, включенным последовательно с диодом GA100 и предотвращающим короткое замыкание входа по переменному току) обеспечивает, однако, самоудержа­ние. Как только конденсатор С5, включенный в цепь обратной связи, заряжается через резистор R9, он удерживает открытым первый (р-n-р) дополняющий транзистор усилителя. Гашение лампочки обеспечивается клавишей, контакт которой параллелен этому конденсатору (контакт клавиши возврата K постоянно за­мкнут в режиме самоудержания). Но это возможно, если вход оконечного транзистора дополнительно не нагружен. Ко входу при необходимости можно параллельно подключить еще один конденсатор, что целесообразно, если, например, необходимо включать радиоприемник, который в ином случае издает гул, продолжающийся до момента полного включения.

Повышение сопротивления резистора в цепи обратной связи необходимо, когда питание схемы должно осуществляться напря­жением, равным напряжению питания включаемого объекта (чаще всего превышающему 2 В). В этом случае необходим был бы трехжильный провод, а также изменение номиналов схемных элементов усилителя низкой частоты. При более высоком напряжении питания иногда достаточно чувствительным может быть даже однокаскадный усилитель. В некоторых случаях, как уже говорилось, желательно отключение обратной связи. Для этого достаточно клавишу дополнить фиксатором или ввести выключатель в цепь обратной связи.

В устройстве по схеме на рис. 4.32 транзисторы VI, V2 и КЗ должны быть кремниевыми n-р-n со статическим коэффициентом передачи тока не менее 100, например КТ373А, КТ373Б, КТ373В. Можно также использовать отдельные экземпляры более доступных транзисторов КТ312Б и КТ315Г. Транзистор V7 также должен быть кремниевым n-р-n, но его статический коэффициент передачи тока может быть меньше, до 40...50. Транзистор V6 — германиевый, р-n-р, со статическим коэффициентом передачи тока не менее 30, например МП25Б, МП26Б, МП41, МП42Б. Диоды V4 и V5 — германиевые, Д18 или Д20, но можно Д9В или Д9Д.