У многих радиолюбителей со стажем или их наследников скопилось немало радиодеталей советских времен. Наиболее сообразительные Вандалы сдают их на драгметаллы за копейки. Более ответственные, имеющие понятие о ценности таких элементов, хранят их. И лежат вполне работоспособные детальки с неплохими характеристиками годами без дела в кладовках, покрываясь пылью.
Тем не менее, несмотря на развитие электроники, такие детали можно использовать и сегодня, оснащая самоделки полезными узлами или дорабатывая промышленные приборы. Сегодня я хочу предложить вам подборку схем электронных переключателей, выполненных на ходовых в свое время цифровых микросхемах серий 155, 133, 555 и более продвинутых 1533. А помогли мне в этом старые подшивки журналов «Радио».
Простой выключатель
Начнем с самой простой схемы, позволяющей включать и выключать нагрузку одной кнопкой. Устройство собрано на одной микросхеме К155ТМ2, состоящей из двух D-триггеров.
Первый (DD1.1) включен по схеме RS-триггера и служит для формирования управляющего сигнала и подавления дребезга контактов. Второй триггер работает в счетном режиме. Управляющий сигнал, поступает на тактовый вход С и перебрасывает DD1.2 каждый раз в противоположное состояние. Таким образом, при первом нажатии на кнопку SB1 на выходе 9 DD1.2 появится логическая единица, при следующем ноль, еще нажатие — снова единица. Цепочка R1 С3 служит для сброса DD1.2 в момент подачи питания. Это исключит включение нагрузки при активации выключателя.
Выходным сигналом можно управлять силовым устройством той или иной конструкции, коммутирующим нагрузку. Это может быть мощный транзистор, тиристор или электромагнитное реле. Поскольку нагрузочная способность триггеров невелика, электромагнитное реле включается через управляющий транзистор соответствующей мощности. Ниже в качестве примера приведена схема управления электромагнитным реле при помощи полевого транзистора. В принципе, в схеме можно использовать обычный биполярный структуры n-p-n — это намного дешевле, а результат тот же. Реле тоже можно взять отечественное с напряжением срабатывания 4.5-5 В и контактами, выдерживающим ток нагрузки. Подойдут, к примеру, РЭС-10 с паспортами РС4.524.303, РС4.524.317; РЭС-55А и РЭС-55Б с паспортами РС4.569.604, РС4.569.605, РС4.569.609, РС4.569.610 или РЭС-9 с паспортами РС4.524.219, РС4.524.229.
Важно! Обмотка электромагнитного реле обязательно должна шунтироваться диодом в обратном включении. Это исключит пробой транзистора обратной самоиндукцией обмотки реле при его переключении.
На месте DD1 может работать ТМ2 серий 133, 555 или 1533. При этом необходимо учитывать, что 133 серия самая прожорливая, 555 экономичнее 155 серии раза в 3-4, а 1533 потребляет меньше энергии в 8-10 раз. Зарубежные аналоги К155ТМ2 — 7474, SN7474N, SN7474J. При использовании серий 555 и 1533 вывод 10 микросхемы нужно подключить к положительному выводу питания через резистор 1-5 кОм.
В качестве блока питания удобно использовать зарядное пятивольтовое устройство от старого мобильника. Все равно его тока не хватит для зарядки современных гаджетов и наверняка оно валяется без дела. Но, конечно, можно использовать и источник питания самого прибора, в которое будет встраиваться выключатель. Если оно выше 5 В, то придется использовать пятивольтовый стабилизатор. К примеру, микросхему КР142ЕН5А (В) (зарубежный аналог 7805). Кнопка SB1– любая без фиксации с одной группой на переключение.
Выключатель с обычной кнопкой
Эта схема выполняет те же функции, что и предыдущая, но в ней можно использовать кнопку не на переключение, а на замыкание.
Здесь роль схемы устранения дребезга контактов исполняет узел задержки С1 R1 R2. В остальном принцип работы схемы тот же. Единственно добавлен индикатор включения нагрузки на светодиоде HL1, а узел автоматического сброса не показан.
Переключатель с зависимой фиксацией
Эту схему можно использовать вместо блока переключателей П2К с зависимой фиксацией. Суть его работы заключается в том, что при включении одного выключателя, активный отключается. На схеме для простоты изображено две кнопки, но количество их может быть любым.
Устройство состоит из набора RS-триггеров, собранных на логических элементах 2И-НЕ и узла сброса на транзисторе VT2 и триггере Шмидта (логические элементы DDК.3 и DDК.4). Каждый RS-триггер управляется своей кнопкой SB1-SBn, имеет выходы на устройство управление нагрузкой и индикацию включения, собранную на светодиодах HL1-HLn. Рассмотрим работу схемы.
В исходном состоянии все триггеры сброшены, на их выходах Вых.1 … Вых.N низкие логические уровни. Предположим, нам нужно активировать Вых.1, за который отвечает триггер, собранный на элементах DD1.1, DD1.2 и кнопка SB1. При нажатии на кнопку начнется заряд конденсатора С1 через резистор R8 и одновременно на вход элемента DD1.1 поступит низкий логический уровень (заряжающийся конденсатор имеет низкое сопротивление), переключая триггер. При этом на Вых.1 появится логическая 1.
Как только напряжение на конденсаторе С1 увеличится примерно до 0.6 В, откроется транзистор VT2, а триггер Шмидта (элементы DDК.3 DDК.4) сформирует короткий импульс. Этот импульс поступит на входы сброса всех триггеров, устанавливая их в нулевое состояние. Не сбросится лишь DD1.1 DD1.2, поскольку на его приоритетном входе установки 0.6 В, поступающие через все еще нажатую кнопку SB1, а такое напряжение для ТТЛ микросхем является логическим нулем. Таким образом, нажимая на любую из кнопок, мы сбрасываем все триггеры в нулевое положение и активируем только тот, который соответствует нажатой кнопке.
Как и в предыдущих конструкциях в схеме можно использовать микросхемы серий 133, 555 и 1533. Зарубежный аналог К155ЛА3 - 7400PC. Кнопки любые на замыкание без фиксации. О силовых ключах и питании я писал выше. Транзистор любой кремниевый малой мощности соответствующей структуры. К примеру, КТ315 с любой буквой.
Важно! При использовании на месте VT1 транзистора с малым коэффициентом передачи возможно придется увеличить емкость конденсатора С1 и уменьшить номинал R1.
Приоритетный переключатель с зависимой фиксацией
Предыдущая конструкция достаточно проста и надежна, но имеет существенный недостаток (им, кстати, болеет и механический на П2К). При одновременном нажатии на несколько кнопок, защелкиваются все активированные каналы. Этот переключатель повторяет функции предыдущего, но кнопки имеют каждая свой приоритет. Даже при одновременном нажатии на несколько кнопок, включается канал с более высоким приоритетом, остальные не срабатывают, а активные сбрасываются.
Основой устройства является приоритетный шифратор К155ИВ1 (DD1). При нажатии на одну из кнопок SB1-SB7 Микросхема на входах 1-2-4 (выводы 9, 7, 6) устанавливает двоичный код соответствующей кнопки. Далее этот код поступает на регистр-защелку DD2. Одновременно шифратор формирует импульс на выводе G (вывод 15), который заставляет триггер защелкнуть поступивший на него код и одновременно выдать его на выход — выводы 3, 6, 11. При отпускании кнопки на выходах шифратора устанавливаются нули, но код уже защелкнут в буфере DD2 и поступил на вход двоично-десятичного дешифратора DD3. В зависимости от поступившего кода дешифратор активирует один из выходов 0-7, выставив на нем логическую единицу. При этом зажигается один из индикаторных светодиодов HL0-HL7.
Такое состояние схемы будет сохраняться до следующего нажатия на одну из кнопок. Далее процесс повторится. Шифратор выставит код, триггер его запишет, сбрасывая предыдущие данные, дешифратор активирует соответствующий канал. Поскольку шифратор приоритетный, при нажатии одновременно на несколько кнопок, на выходе появится код лишь той, которая имеет меньший номер (расположена выше по схеме). Остальные игнорируются.
На месте DD1 могут работать микросхемы сери 133 и 555. В серии 1533 такого шифратора нет. Зарубежный аналог ИВ1 — SN74148N. DD2, DD3 — можно заменить на серии 133, 555, 1533. Зарубежный аналог ТМ8 — 74175PC, ИД4 — SN74155N. Кнопки любые на замыкание, светодиоды любые индикаторные.
Питание микросхем
Этот раздел я написал специально для начинающих радиотехников. Как вы заметили, ни на одной из схем не обозначены выводы питания микросхем. При повторении устройств необходимо подать питание на следующие выводы:
- микросхемы с четырнадцатью выводами: 7 — минус (общий), 14 — плюс 5 В;
- микросхемы с шестнадцатью выводами: 8 — минус (общий), 16 — плюс 5 В;
- микросхемы с двадцатью четырьмя выводами: 12 — минус (общий), 24 — плюс 5 В.
На сегодня, пожалуй, все. В следующей части продолжим создавать полезные узлы и устройства из радиодеталей, которые многие крутые «спецы» безосновательно похоронили.