Автоматическое бесконтактное переключающее устройство

Автоматическое бесконтактное переключающее устройство (АБПУ) предназначено для последовательной коммутации до десяти электрических цепей. Оно может оказаться хорошим помощником в световой организации демонстрационных и выставочных залов, клубов, дискотек, а также может быть с успехом использовано радиолюбителями для коммутации различных цепей. Частоту переключения цепей в АБПУ можно изменять в широких пределах. Предусмотрена также возможность в процессе переключения зафиксировать любой канал на длительное время, продолжить коммутацию либо вернуться в начальное положение с любого положения и с этого положения продолжать коммутацию в прежней последовательности. Номер каждого включенного капала высвечивается светодиодным индикатором, что позволяет непосредственно наблюдать за частотой переключения каналов.

Отличительной особенностью устройства является отсутствие каши бы то ни было механических контактных групп, склонных к обгоранию при коммутации цепей с повышенным током нагрузки, что обеспечивает повышенную надежность, а также отсутствие в процессе коммутации радиопомех.

Рис. 1. Принципиальная схема АБПУ

Питание АБПУ производится от встроенного стабилизированного выпрямителя с выходным напряжением Б В+10 %. Потребляемый устройством ток от источника питания при токовой нагрузке на каждый канал до 3 А не превышает 100 мА. Поэтому его можно питать также и от набора сухих гальванических элементов, имеющихся в широкой продаже.

Принципиальная- схема АБПУ приведена на рис. 1. Устройство собрано на пяти микросхемах серии К . 1 5 5 и одной — К514. На элементах DD1.1—DD1.3 выполнен генератор прямоугольных импульсов. С помощью переменного резистора R1 можно вручную изменять частоту генерации. Импульсы с выхода генератора поступают на вход делителя частоты, который состоит из двух последовательно включенных делителей на 2 (D-триггеры микросхемы DD2) и делителя на 10 (DD3). Таким образом, коэффициент деления равен 40. Импульсы с частотой повторения в 40 раз меньшей частоты задающего генератора поступают далее на двоично-десятичный 4-разрядный счетчик DD4, работающий в коде 1 — 2 — 4—8, выходы которого подключены к дешифраторам D D 5 и DD6. Дешифратор DD5 управляет контрольным семисегментным светодиодным индикатором 1IG1, а к выходам дешифратора D D 6 подключены блоки десяти транзисторных ключей. В процессе счета импульсов транзисторные ключи поочередно открываются, управляя включением тех и л и иных цепей.

Рис. 2. Схемы транзисторного ключа: а — первый вариант ключа; б — схема мощного ключа; в — схема ключа для коммутации головных телефонов

При подаче уровня логического Она вход S элемента DD2.1 нажатием кнопки с фиксацией SB2 счет прекращается, и счетчик хранит ранее полученную информацию. Таким образом, на неограниченное время остается включенным тот транзисторный ключ, который был включен в момент нажатия кнопки. При повторном нажатии кнопки SB2 на вход S элемента DD2.1 поступает уровень логической 1, счет импульсов возобновляется и происходит дальнейшее переключение транзисторных ключей.

При нажатии на кнопку без фиксации SB1 делители DD2, DD3 и счетчик DD4 устанавливаются в нулевое состояние и после отпускания этой кнопки, если кнопка SB2 разомкнута, счет начинается с 1.

Блоки транзисторных ключей могут быть реализованы по самым различным схемам в зависимости от характера коммутируемой нагрузки — номинальных значений напряжения и тока. На рис. 2 показаны некоторые возможные варианты схемного выполнения транзисторных ключей.

Транзисторный ключ, схема которого показана на рис. 2, а, рассчитан на ток нагрузки до 1 А, однако в том случае, если выходной транзистор будет снабжен тепло-отводом, ток нагрузки может быть увеличен до 3 А. Если вместо транзистора КТ315А использовать КТ315И,

номинальное напряжение нагрузки и напряжение питания ключа может быть увеличено до 60 В. Допустим, что вход этого ключа присоединен к выходу 3 дешифратора D6. Когда на входы дешифратора будет подан код, соответствующий десятичному числу 2, на выходе 3 дешифратора окажется низкий потенциал, соответствующий уровню логического 0. Транзистор VT1.1 окажется заперт, а транзистор VT2.1 открыт до насыщения, и нагрузка окажется под током. При смене кода на входе дешифратора на его выходе 3 появится высокий потенциал, соответствующий уровню логической 1. Транзистор VT1.1 откроется, а транзистор VT2.1 закроется. Нагрузка будет выключена. Сопротивление резистора R2.1 подбирается таким, чтобы насытить выходной транзистор в открытом его состоянии. В качестве нагрузки на схеме показана лампа накаливания, но молено использовать и другие потребители.

На рис 2, б показана схема мощного ключа, выходной каскад которого собран на транзисторе П210А. Для использования выходного p-n-р транзистора здесь понадобилось добавить к предыдущей схеме один инвертирующий каскад. При указанных на схеме сопротивлениях резисторов ключ обеспечивает в нагрузке ток 0,6 А. При уменьшении сопротивления резистора R2.2 увеличивается ток базы транзистора VT2.2 при запертом транзисторе VT1.2, уменьшается сопротивление коллектор — эмиттер VT2.2, что приводит к увеличению тока базы выходного транзистора и соответствующему увеличению тока нагрузки. При сопротивлении резистора R2.2, равном 1 кОм, ток нагрузки достигает 1,8 А. Для дальнейшего увеличения тока нагрузки нужно уменьшать сопротивления всех трех резисторов с соответствующим увеличением их мощности рассеяния.

На рис. 2, в показана схема одного из вариантов транзисторного ключа для коммутации головных телефонов. На транзисторе VT2.3 собран однокаскадный усилитель звуковой частоты. Транзистор VT1.3 используется в ключевом режиме. Вход 1 блока подключается к источнику звукового сигнала, а вход 2 — к одному из выходов дешифратора DD6. Когда на выходе дешифратора, к которому подключен блок, потенциал соответствует уровню логического 0, транзистор VT1.3 заперт, на работу схемы не влияет и входной сигнал усиливается усилителем. Когда же на вход 2 поступает потенциал, соответствующий уровню логической 1, транзистор VT1.3 отпирается. При этом выходной транзистор запирается и сигнал на выход не проходит. Если головные телефоны подключены к выходам нескольких блоков транзисторных ключей, входы 2 которых соединены с выходами дешифратора, можно будет поочередно прослушивать звуковые сигналы от разных источников, подключенных ко входам 1 ключей, выбирая тот сигнал, который необходим.

Конструктивно АБПУ может быть выполнено либо в виде отдельного устройства, либо в виде составного модуля какого-либо аппарата, в зависимости от выбранного назначения. Расположение элементов схемы произвольное. Конденсаторы С2—С4 должны быть подключены непосредственно к выводам питания микросхем DD2, DD3 и DD4 для обеспечения помехоустойчивости. Индикатор, кнопки управления и переменный резистор регулировки скорости коммутации целесообразно вывести на переднюю панель. Блоки транзисторных ключей при необходимости могут быть выполнены на отдельных платах и располагаться непосредственно около нагрузок. При этом они соединяются с цифровой частью АБПУ жгутом проводов, длина которого во избежание сбоев не должна превышать 10 м. Если выходные транзисторы ключей необходимо установить на теплоотводах, необходимо либо изолировать корпус транзистора от теплоотвода слюдяной прокладкой (при этом тепло-отвод может быть электрически соединен с общей шиной), либо изолировать теплоотвод от общей шины (при этом транзистор может быть электрически соединен своим корпусом с теплоотводом). В последнем случае обеспечивается лучший отвод тепла.

Налаживание АБПУ начинают с проверки правильности монтажа согласно принципиальной схеме, после чего подключают питание с соблюдением полярности. Блоки транзисторных ключей пока не подключают. Правильно собранная цифровая часть устройства обычно начинает работать сразу, необходимо лишь с помощью осциллографа убедиться в наличии на выходе 8 элемента DD 1 прямоугольных импульсов. В противном случае необходимо подобрать емкость конденсатора С1. Индикатор должен высвечивать периодически сменяющиеся цифры от 0 до 9, скорость переключения которых должна плавно регулироваться переменным резистором R1.

Рис. 3. Печатная плата АБПУ (I часть)

При нажатии кнопки Запись счет должен прекратиться, а индикатор должен высветить какую-либо цифру. Допустим, что высвечивается цифра 8. Тогда с помощью осциллографа и л и вольтметра нужно проверить наличие уровня логического 0 на выходе 9 дешифратора D D 6 и уровня логической 1 на остальных выходах этого дешифратора.

Рис. 4. Печатная плата А Б П У (II часть)

При повторном нажатии на кнопку Запись вновь должна начаться поочередная смена цифр на индикаторе. Остановив счет на другой цифре, опять проверяют уровни на выходах дешифратора DD6. Так проверяются все 10 выходов этого дешифратора, причем уровень логического 0 должен быть только на том выходе, который соответствует цифре, высвеченной индикатором. При нажатии кнопки Сброс индикатор должен высвечивать цифру 0. После этого несколько раз выключают и вновь включают питание. Генератор должен надежно запускаться, в противном случае следует заново подобрать емкость конденсатора С1.

После налаживания цифровой части АБПУ можно к выходам дешифратора подключить блоки транзисторных ключей с их нагрузками. При налаживании ключей в зависимости от напряжения и тока нагрузки может понадобиться подбор сопротивлений резисторов для получения насыщенного состояния выходного транзистора в открытом состоянии.

Налаживание транзисторного ключа, схема которого показана на рис. 2, в, производится следующим образом. Не подавая на вход 1 сигнал, устанавливают кнопкой Запись на входе 2 ключа уровень логического 0 и подбором сопротивления резистора R2.3 добиваются получения напряжения на коллекторе транзистора VT2.3, равного +3 В. Затем подают на вход 1 сигнал от какого-либо источника и убеждаются в его неискаженное™ при помощи осциллографа, подключенного к головным телефонам. Уровень входного сигнала подбирается соответствующим регулятором уровня источника. Затем кнопкой Запись устанавливают на входе 2 ключа уровень логической 1. Звук в телефонах должен полностью исчезнуть. При этом может понадобиться подбор сопротивления резистора R1.3. На этом процесс налаживания заканчивается.

Чертеж печатной платы АБПУ приведен на рис. 3,4.

Усовершенствование шестифазного переключателя гирлянд

В сборнике В помощь радиолюбителю, выпуск 88, с. 71—73 был описан шестифазиый переключатель гирлянд, который можно легко усовершенствовать добавлением в схему лишь одного тумблера и использованием инверсного выхода последнего триггера. Изменения п о -казаны на схеме рис. 1. Вход первого триггера переключается тумблером с прямого на инверсный выход последнего триггера.

В верхнем по схеме положении дополнительного тумблера схема работает так, как это описано в указанной статье. Если же тумблер переключить, работа схемы изменяется. Теперь после нажатия кнопки Сброс и установки переключателя S2 (ВРЛ № 88) в нижнее положение, как и раньше, происходит поочередное зажигание гирлянд, но при зажигании очередной гирлянды предыдущие не гаснут, а продолжают гореть. После того как зажгутся все шесть гирлянд, последовательно, начиная с первой, они будут гаснуть, пока не погаснут все шесть. Далее процесс повторяется. Зажигание или погасание очередной гирлянды происходит с каждым импульсом тактового генератора.

Рис. 1. Схема добавки