Мультивибратор в радиоигрушках

Генератор электрических колебаний прямоугольной формы—мультивибратор, широко используемый в различных областях радиоэлектроники, находит применение и в радиотехнических играх и игрушках, аттракционах, сувенирах.

Об этом красноречиво говорят многие экспонаты сегодняшних школьников, демонстрировавшиеся на 25-й Всесоюзной выставке творчества радиолюбителей-конструкторов ДОСААФ. Посетители выставки, и не только юные, интересовались устройством этих занятных, вызывающих одобрительную улыбку, радиотехнических устройств, спрашивали, где можно найти их описания. С подобными же вопросами обращаются в редакцию и читатели журнала.

Ниже рассказывается о трех игрушках, в основе которых лежит мультивибратор.

Кот — лакомка

На небольшой подставке, слегка наклонив голову, сидит белый, с огромным бантом на шее кот

Если к его носу поднести кусочек вареного мяса, кол басы или сыра, кот тут же начинает сверкать глазами и, как бы прося лакомый кусочек, мяукать. Автор этой забавной игрушки — Александр Па нов, занимающийся в радиокружке школы № 1 г. Южи Ивановской области.

Принципиальная схема игрушки показана на рис. 2. Она состоит из трех блоков: генератора Мяу на транзисторах Т1—Т4, усилителя тока на транзисторах 7*5 и Т6 и генератора световых импульсов на транзисторах 77 и Т8, имитирующего мигание глаз. Генератор Мяу, в свою очередь, состоит из мультивибратора на транзисторах T1 и Т2, генерирующего колебания с периодом примерно 3 с, и RC генератора на транзисторе ТЗ, генерирующего колебания звуковой частоты около 800 Гц. Второй генератор возбуждается и создает с частотой первого генератора чередующиеся пачки плавно увеличивающихся по амплитуде и тут же затухающих колебаний низкой частоты. Эти колебания усиливаются транзистором Т4 и преобразуются громкоговорителем Гр1 в звуковые колебания, воспринимаемые как звуки мяукающего кота. Генератор Мяу начинает работать сразу после замыкания контактов PHI электромагнитного реле PL

Генератор световых импульсов, представляющий собой несимметричный мультивибратор на транзисторах разной структуры (Т7 — п-р-п, Т8 — р-п-р), генерирует колебания с периодом около 3 с. Через такие промежутки времени вспыхивают и гаснут лампочки Л1 и Л2 (глаза кота), являющиеся нагрузкой транзистора Т8. Включается генератор при замыкании контактов Р1/2 реле PL

Секрет игрушки заключается в контактах 1 и 2 на входе усилителя тока. Это отрезки тонкой неизолированной проволоки, тщательно замаскированные на мордочке фигурки кота. При замыкании их кусочком мяса (можно, разумеется, просто ваткой, смоченной подсоленной водой), сопротивление этого лакомства шунтирует резистор R9, резко повышая отрицательное напряжение на базе транзистора Т5. Увеличивающийся при этом ток базы усиливается транзисторами Т5 и Т6, в результате чего срабатывает реле Р1, которое контактами P1/1 замыкает цепь питания генератора Мяу, а контактами Р1/2 — цепь питания генератора световых импульсов.

Блоки игрушки смонтированы в фанерном ящичке-подставке. Громкоговоритель Гр1, функции которого выполняет телефонный капсюль ДЭМ-4М, находится против задрапированных отверстий в передней стенке подставки. Лампочки Л1 и Л2 (глаза), рассчитанные, на напряжение I В и ток накала 75 мА, и контакты 1 и 2 различителя запаха, вмонтированные в головку фигурки кота, соединены с генератором световых импульсов и входом усилителя отрезками многожильных изолированных проводников.

Трансформатор Tp1 генератора Мяу — согласующий трансформатор транзисторного приемника. Реле Р1 типа РС-13 (паспорт РС4.523.017), пружинные контакты которого ослаблены, чтобы реле срабатывало при напряжении источника питания 6— 8 В. Коэффициент В_ст транзисторов может быть 30—60.

Блок питания игрушки образуют две соединенные последовательно батареи Б1 и Б2 3336Л. Генератор световых импульсов питается от одной батареи Б2.

Тембровая окраска звука генератора Мяу определяется сопротивлениями резисторов R5, R6 и емкостью конденсатора СЗ, а высота звука — емкостями конденсаторов С4, С6 и сопротивлениями резисторов R7 и R8. Частоту миганий глаз, соответствующую частоте звуковых сигналов игрушки можно подобрать резистором R11 и конденсатором С7.

Сопротивление резистора R9 в базовой цепи транзистора Т5 должно быть таким, чтобы при разомкнутых

контактах 1 и 2 коллекторный ток покоя транзистора Т2 был немного меньше тока отпускания реле PL

В генераторе световых импульсов можно применить лампочки накаливания от карманного фонаря (3,5 В X X 0,26 А) и питать его, как и генератор Мяу, от всей батареи (9 В). В этом случае реле Р1 может быть с одной группой нормально разомкнутых контактов (например, РЭС-10), которые бы включали одновременно оба генератора. Тогда во втором каскаде усилителя целесообразно использовать транзистор МП42, а в генераторе световых импульсов — транзистор П201 (или любой другой средней или большой мощности структуры р-п-р).

В цепь базы транзистора Т5, между контактом 2 и базой, необходимо включить резистор сопротивлением 15—-20 кОм, который бы ограничивал ток в этой цепи при случайном коротком замыкании контактов 1 а 2.

Утка с утятами

Внешний вид этого экспоната показан на рис. 3. На подставке, верхняя пластмассовая панель которой имитирует гладь воды, как бы плывут гуськом и перекликаются утка с утятами. Голос утки грубее, утят — нежнее. Алекандр Неволин, сконструировавший эту игрушку, занимается в кружке Краснодарского дворца пионеров и школьников (руководитель П. М. Дмитриенко).

Игрушка представляет собой три взаимно связанных мультивибратора. Симметричный мультивибратор на транзисторах Т6 и 77, генерирующий колебания звуковой частоты порядка 800—1000 Гц, является основным. Несимметричный мультивибратор на транзисторах Т4 и Т5, генерирующий короткие импульсы с паузами длительностью 2—2,5 с, выполняет роль электронного выключателя, управляющего работой первого мультивибратора. Происходит это следующим образом. Во время пауз, когда транзистор Т5 закрыт и сопротивление его участка эмиттер — коллектор большое, верхний (по схеме) вывод резистора R11 в базовой цепи транзистора Т6 через резистор R8 соединен с минусовым проводом источника питания. В эти промежутки времени основной мультивибратор генерирует колебания НЧ, которые усиливаются транзистором Т8 и преобразуются громкоговорителем Tpl в звуковые колебания. Во время же коротких импульсов, когда транзистор Т5 открывается, резистор R11 через малое сопротивление открытого транзистора оказывается соединенным с плюсовым проводом источника питания и генерация основного мультивибратора срывается. В результате звук прерывается с частотой следования импульсов второго мультивибратора.

Третий мультивибратор на транзисторах Т1 и Т2 генерирует сравнительно длинные (4—5 с) импульсы с относительно короткими паузами между ними. Во время импульсов электромагнитное реле Р1, включенное в коллекторную цепь транзистора ТЗ, срабатывает, а его контакты, замыкаясь, подключают параллельно конденсатору С5 конденсатор С6. В результате основной мультивибратор становится несимметричным, тон прерывистого звука в громкоговорителе изменяется, чем и достигается имитация голосов утки с утятами.

Источником питания игрушки могут быть две батареи 3336Л, соединенные последовательно, батарея Крона или аккумуляторная батарея 7Д-0.1. Роль громкоговорителя выполняет телефонный капсюль ДЭМ-4М, включенный в коллекторную цепь транзистора Т8. Электромагнитное реле Р1 типа РСМ-2 (паспорт Ю. 171.81.31) или другое малогабаритное реле, срабатывающее при напряжении 6—8 В. Величина коэффициента Вст транзисторов практически не имеет существенного значения и может быть в пределах от 15 до 80.

Налаживание игрушки сводится к проверке работы мультивибраторов. Чтобы проверить основной мультивибратор, надо временно отключить два других мультивибратора, разорвав, например, плюсовой проводник в точке а (см. схему). При этом звук должен быть непрерывным. А если точку соединения разисторов R11 и R8 соединить с плюсовым проводом, звук должен пропасть. Затем, отключив только третий мультивибратор (разорвав временно плюсовой проводник в точке б), проверяют совместную работу первых двух мультивибраторов. Теперь звук должен стать прерывистым, а после включения третьего мультивибратора — имитировать кряканье уток.

Электронные соловьи

Так Николай Зеленое, кружковец Тейковской городской станции юных техников Ивановской области, назвал сконструированное им (под руководством В. Г. Крайнева) автоматическое устройство, имитирующее голоса поющих соловьев. Правда, звуки больше напоминали трели кенареек, но это нисколько не охлаждало любопытство посетителей выставки.

При первом взгляде на принципиальную схему (рис. 5) игрушка кажется сложной — 19 транзисторов. Но при более внимательном знакомстве с экспонатом это впечатление рассеивается. Да, транзисторов в игрушке больше, чем, скажем, в усилителе НЧ или приемнике средней сложности, но в целом она проще их. Да и транзисторы могут быть с коэффициентом В_ст всего 10—20.

Электрическая часть соловьев состоит из двух принципиально одинаковых генераторов колебаний звуковой частоты с громкоговорителями на выходе и электронного переключателя. В первом генераторе работают транзисторы Т1—Т8, во втором генераторе — транзисторы Т12—Т19, в переключателе— транзисторы Т9—Т11. Первый генератор, являющийся ведущим для имитации голосов пернатых, работает непрерывно, второй периодически включается электронным переключателем.

Первый генератор, как и в предыдущей игрушке, состоит из трех взаимосвязанных мультивибраторов. Один из них (на транзисторах Т6, Т7) с усилителем на транзисторе Т8, генерирует колебания частотой около 2000 Гц. Работа этого мультивибратора периодически прерывается импульсами от второго мультивибратора на транзисторах Т4 и Т5 (так же, как в Утке с утятами). Третий мультивибратор (на транзисторах Т1 и Т2) с усилителем на транзисторе ТЗ контактами P1/1 реле Р1 периодически подключает резистор R8 параллельно резистору R7 в базовой цепи транзистора Т4 второго мультивибратора и тем самым несколько увеличивает его частоту. Таким образом третий мультивибратор управляет работой второго, а второй — первого. Создается эффект пения птицы.

Точно так же работает и второй генератор колебаний звуковой частоты, с той лишь разницей, что трели его несколько иные, так как номиналы резисторов и конденсаторов отличаются от номиналов аналогичных деталей первого генератора. Вместе же они имитируют пение двух птиц.

Роль электронного выключателя так же выполняет мультивибратор (транзисторы Т10 и Т11), генерирующий колебания с периодом 5—6 с. Импульсы тока усиливаются транзистором Т9, в результате чего срабатывает реле Р2 и контактами P2I1 периодически замыкает и размыкает цепь питания второго генератора.

Электромагнитные реле Р1—РЗ, использованные в игрушке, РЭС-10 (паспорт РС4.524.303), трансформаторы Tp1 и Тр2 — выходные трансформа-горы от любых транзисторных приемников с трансформаторным выходом, громкоговорители Гр1 и Гр2 — 0,1ГД-6. Электролитические конденсаторы и резисторы могут быть любых типов.

В описываемой радиоигрушке генераторы и переключатель смонтированы на самостоятельных платах. В качестве примера на рис. 6 показана схема соединений первого генератора. Однако блоки можно смонтировать и на одной общей плате.

Сначала, как и при налаживании Утки с утятами, надо проверить первый, затем второй и третий мультивибраторы каждого генератора, а потом — совместную работу обоих генераторов. Корректировать трели можно изменением частот генераторов путем подбора конденсаторов и резисторов в базовых цепях транзисторов.