Электронный кодовый ключ

Электронный кодовый ключ — это устройство, позволяющее при помощи специального кода, который можно периодически менять, приводить в действие то или иное исполнительное устройство. Структурная схема ключа изображена на рис. 1.

При нажатии первой кнопки кода (допустим, Кн1) на дифференцирующую цепь подается электрический импульс отрицательной полярности и прямоугольной формы. Этот импульс преобразуется дифференцирующей цепью в два остроконечных импульса противоположной полярности, причем первым формируется отрицательный импульс, который, поступая на вход заторможенного мультивибратора Mel, вызывает его опрокидывание. Поступающий затем на мультивибратор Mel положительный импульс не оказывает на него воздействия, так как в мультивибраторе в это время еще не завершились переходные процессы. На выходе мультивибратора формируется прямоугольный импульс отрицательной полярности длительностью 0,5 с. Этот импульс поступает на первый вход элемента совпадения И1. При нажатии второй кнопки кода (например, Кн2) импульс отрицательной полярности поступает на второй вход элемента И1. В результате совпадения этих импульсов по времени происходит логическое умножение, и на выходе элемента И1 появляется импульс отрицательной полярности, поступающий на вход второго заторможенного мультивибратора Мв2. Мультивибратор Мв2 опрокидывается и формирует импульс длительностью 0,5 с отрицательной полярности, поступающий на первый вход второго элемента совпадения И2.

При нажатии третьей кнопки кода (например, Кн4) импульс отрицательной полярности с дифференцирующей цепи поступает на второй вход элемента И2, В результате совпадения по времени этих двух импульсов на его выходе появляется импульс отрицательной полярности, опрокидывающий третий заторможенный мультивибратор МвЗ, на выходе которого появляется импульс отрицательной полярности длительностью 3 с. Этот импульс поступает на вход ключевого каскада, отпирая его. Через реле потечет ток, реле сработает и замкнет контакты Р1/1, удерживая их в замкнутом состоянии в течение всего времени действия импульса на входе ключевого каскада. Контакты реле включены в цепь исполнительного устройства, например, мощного электромагнита.

Через 3 с действие импульса закончится, и ключевой каскад вернется в исходное состояние, обесточивая обмотку реле. Исполнительное устройство также будет обесточено и вернется в исходное состояние.

Так происходит работа при правильном наборе кода. Если же код набирается неправильно, например, первой нажата кнопка Кн2, отрицательный импульс подается на второй вход элемента совпадения И1, а на его первом входе импульса нет, следовательно, на выходе напряжение равно нулю, мультивибратор Мв2 не опрокинется, и в каком бы мы порядке ни нажимали кнопки, устройство не сработает. Даже если код будет набран правильно, но время между нажатием кнопок превышает 0,5 с, ключ также не сработает. Это объясняется тем, что длительность импульсов, действующих на первых входах элементов совпадения, равна 0,5 с, и если за это время на второй вход не поступит импульс, устройство, естественно, не сработает.

Теперь попробуем открыть кодовый ключ, нажимая все кнопки одновременно. В этом случае мультивибратор Mв1 опрокинется, но импульс на второй вход элемента Й1 придет одновременно с началом опрокидывания, когда на первом входе импульса еще не будет, а так как импульс от дифференцирующей цепи имеет малую длительность (десятки микросекунд), на выходе элемента И1 импульса не будет, и ключ не сработает.

В кодовом ключе предусмотрены также конопки сброса КнЗ и Кн5, которые при нажатии мгновенно возвращают мультивибраторы Мв2 и Мв 3 в исходное состояние, предотвращая возможность случайного подбора кода.

Принципиальная схема кодового ключа изображена на рис. 2. Отрицательный импульс, получившийся после нажатия и отпускания кнопки Кн1, проходит через дифференцирующую цепь, образованную конденсатором С1 и резистором R2. Отрицательный импульс поступает на базу транзистора Т1. Транзисторы Т1 и Т2, резисторы R1—R6 и конденсатор С2 образуют мультивибратор с эмиттерной связью, работающий в заторможенном режиме. Диод Д1 служит для разряда конденсатора С1 после размыкания кнопки. В исходном состоянии транзистор Т1 закрыт, а Т2 открыт. Конденсатор С2 заряжен до напряжения, близкого к 24 — Iк2 • R6B, где Iк — коллекторный ток транзистора Т2. При подаче запускающего импульса отрицательной полярности на базу транзистора Т1 последний начинает отпираться, а конденсатор С2 начинает разряжаться через резисторы R4, R6 и переход эмиттер — коллектор транзистора Т1. Разрядный ток, протекая через резистор R4, создает на нем падение напряжения, которое запирает транзистор Т2. В мультивибраторе возникает лавинообразный процесс, в результате которого происходит полное запирание транзистора Т2 и отпирание транзистора Т1.

При дальнейшем разряде конденсатора С2 базовое напряжение транзистора Т2 становится равным нулю, транзистор Т2 открывается, напряжение на резисторе R6 возрастает, и это обуславливает возникновение нового лавинообразного процесса, приводящего к запиранию транзистора Т1 и отпиранию Т2. Начинается заряд базового времязадающего конденсатора С2 от коллекторного источника через резистор R6, переход эмиттер — база транзистора Т2 и резистор R3. После окончания заряда мультивибратор готов к очередному запуску.

Коллекторные импульсы транзистора Т1 имеют положительную, а Т2—отрицательную полярность. В данном устройстве используется отрицательный импульс длительностью 0,5 с, подаваемый с коллектора транзистора Т2 через конденсатор СЗ на первый вход диодно-резистивного элемента совпадения, состоящего из диодов ДЗ, Д4 и резисторов R7—R9, В исходном состоянии через параллельную цепь, состоящую из последовательно включенных диодов и резисторов Д3, R7 и Д4, R9 и резистор R8 протекает ток, равный 24 мкА. В точке соединения диодов ДЗ и Д4 напряжение по отношению к общему проводу равно 0,24 В. При поступлении на первый вход отрицательного импульса диод ДЗ подзапирается и сопротивление цепочки U3R7 резко возрастает. Но эта цепь шунтируется открытой цепочкой Д4R9, и на выходе напряжение практически не меняется. Если же во время действия импульса на первом входе нажать вторую кнопку кода Кн2, то отрицательный импульс дифференцирующей цепи C4R9 подзапирает диод Д4 и сопротивление параллельной цепи Д3R7 и Д4R9 станет достаточно большим. Напряжение на выходе возрастет до величины второго импульса отрицательной полярности. Этот импульс через цепочку С5Д6 поступает на базу транзистора ТЗ второго заторможенного мультивибратора и опрокидывает его.

Диод Д2 служит для срезания импульса положительной полярности, который формируется при проходе отрицательного импульса через цепь C3R7. Диод Д6 не пропускает импульс положительной полярности, формируемый дифференцирующей цепью C4R9. Назначение диодов Д5, Д7, Д12, Д13 аналогично Д1, то есть через них происходит разряд конденсаторов диффернцирующих цепей.

Переходные процессы во втором и третьем ждущих мультивибраторах происходят точно так же, как и в первом. Разница заключается только в том, что емкость времязадающего конденсатора С12 третьего мультивибратора равна 50 мкФ, а длительность импульса, формируемого на коллекторе транзистора Т6, равна 3 с.

Далее работа устройства происходит следующим образом. После опрокидывания второго ждущего мультивибратора с коллектора транзистора Т4 снимается отрицательный импульс и через конденсатор С8 подается на первый вход второго элемента совпадения на диодах Д9, Д10, совершенно идентичного первому.

При нажатии кнопки кода Кн4 на второй вход поступает остроконечный отрицательный импульс, диоды подзапираются и на выходе появляется отрицательный импульс, который через цепочку С19Д11 поступает на базу транзистора Т5. В третьем мультивибраторе происходит лавинообразный процесс, и на коллекторе транзистора Т6 формируется импульс отрицательной полярности с длительностью около 3 с. Диоды Д8, Д11 предназначены для срезания импульсов положительной полярности.

Отрицательный импульс с коллектора транзистора Т6 через резистор R25 поступает -на вход ключевого каскада на транзисторе Т7. В исходном состоянии транзистор практически заперт, ток через него равен 0,15—0,2 мА. При поступлении на базу транзистора отрицательного импульса транзистор отпирается, реле Р1 срабатывает и находится в рабочем состоянии в течение всего времени действия на входе транзистора отрицательного импульса, то есть 3 с, после этого ключевой каскад возвращается в исходное состояние. Диод Д14 служит для предотвращения пробоя транзистора ЭДС самоиндукции, возникающей в момент действия реле.

Кнопки Кн3 и Кн5 являются кнопками сброса. В момент возникновения лавинообразного процесса, а также в момент формйрорания импульса нажатие этих кнопок приводит к возвращению второго и третьего ждущих мультивибраторов в исходное состояние. В этом случае отрицательный импульс подается на базу запертого транзистора Т4 или Т6, через конденсаторы С7, С12 и отпирает их. В мультивибраторах происходит обратный лавинообразный процесс, и они возвращаются в исходное состояние.

В конструкции использованы распространенные радиодетали (рис. 3). Транзисторы (Т1—17) МП21Б можно заменить на МП20, МП25, МП26 с любыми буквенными индексами. Диоды Д1 — Д14 — Д9Г или Д9Ж. Электролитические конденсаторы — К50-6. Конденсаторы CI, C4, С5, С6, С9, СЮ, СИ — КТ или КД. Резисторы — ОМЛТ или УЛМ мощностью 0,125 Вт, за исключением резисторов R5, R14, R23 — их мощность равна 0,25 Вт. Реле Р1 — РЭС-10, паспорт РС4.524.305. Однако можно использовать и другие малогабаритные реле с током срабатывания не больше 12 мА и сопротивлением обмотки в пределах 1200—1800 Ом. Кнопки изготовлены из микропереключателей типа МП-11. Их конструкция показана на рис. 4.

Корпус кодового ключа изготовлен из листового алюминия толщиной 0,5 мм, его размер 185x85X50 мм. Все детали смонтированы на печатной плате из фольгированного гетинакса толщиной 1,5 мм, размером 180X80 мм. Коммутатор кода изготовлен из штырьков и гнезд штепсельного разъема.

Плата на стойках прикреплена к основанию, сверху закрывается крышкой и закрепляется винтами так, чтобы был доступ к коммутатору кода. Код набирают перестановкой штырьков в соответствующие гнезда. Количество кнопок можно увеличить, например, поставить кнопку звонка. Звонок можно питать общим для всех кнопок напряжением и включить в цепь реле, которое своими контактами будет его включать. Если поставить на плату дополнительный разъем для шестой кнопки, число комбинаций значительно увеличится.

Налаживание кодового ключа сводится к установке режимов транзисторов по постоянному току соответ-ствующими базовыми резисторами. Значения токов указаны на схеме. При использовании транзисторов других типов важно помнить, что для устойчивой работы мультивибраторов ток коллектора правого транзистора должен составлять Iк2 — (5—l0)Iк1. Если появится необходимость увеличить длительность импульсов мультивибраторов, необходимо увеличить емкость базовых времяза-дающих конденсаторов С2, С7, С12, а также переходных конденсаторов СЗ, С8.

Налаживание ключевого каскада сводится к установлению тока покоя равным-0,15—0,2 мА.