PRACTICAL ELECTRONICS

Детектор влажности Схема предназначен для определения влажности почвы в горшечных растений. Используя два электрода, изготовленных из медной проволоки, датчик можно вставить в горшок с любым растением, за которым вы хотите наблюдать. Пока почва в горшке достаточно влажная, схема бездействует. Но когда почва высыхает ниже определённого порога (который можно настроить в соответствии с используемой почвой и наблюдаемым растением), он начинает «пищать», напоминая о поливке. Чтобы датчик не начал пищать посреди ночи, на помощь приходит солнечный элемент: с одной стороны, он используется для питания схемы, делая её полностью автономной; с другой стороны, отсутствие энергии, вырабатываемой в темноте, означает, что схема автоматически отключается ночью. Схема очень простая, на одной КМОП-микросхеме 4093, которая содержит четыре триггера Шмитта. Первый элемент, IC1a, подключен как автоколебательный генератор с очень низкой частотой. Когда его выход находится в состоянии высокого логического уровня, что происходит регулярно, он активирует IC1b, который также подключен как автоколебательный генератор, но на звуковой частоте. Затем сигнал с IC1b должен пройти через IC1c, что возможно только при отсутствии соединения выводов E1 и E2, что позволяет подтянуть соответствующий вход к высокому логическому уровню. E1 и E2 – это электроды, вставленные в почву, и поэтому они не будут соединены, если последняя недостаточно электропроводна, то есть, когда она начнет высыхать. Порог включения IC1c регулируется с помощью P1. В зависимости от того, питается ли схема напряжением выше или ниже 3 В (что зависит от используемого солнечного элемента), пьезоэлектрический излучатель может быть подключен либо непосредственно между выходом IC1c и положительным источником питания, либо между выходами IC1c и IC1d, что реализовано как простой инвертор, позволяющий удвоить выходное напряжение.

Шестипозиционный переключатель CD40106 – это универсальный 6-канальный инвертирующий триггер Шмитта. Он может быть использован для реализации набора переключателей с аппаратным подавлением дребезга контактов. Для каждого переключателя нужны только кнопка, резистор и два конденсатора. Работает он следующим образом. Выходной конденсатор ёмкостью 1 мкФ заряжается или разряжается через резистор сопротивлением 1 МОм в зависимости от выходного уровня инвертора. Нажатие кнопки приводит к изменению входного уровня, что, в свою очередь, вызывает переключение выходного уровня. Конденсатор ёмкостью 10 нФ определяет состояние выхода после подачи напряжения питания. Можно подключить его к шине питания или к земле. При удерживании кнопки нажатой выходной сигнал будет представлять собой прямоугольный импульс с частотой, определяемой постоянной времени RC-цепи, которая составляет приблизительно 1 секунду.

Двухтональный оповещатель Простая схема может найти множество применений, например, в качестве устройства оповещения или сигнализации. Схема построена на двух таймерах 555, которые работают как генераторы, создавая чёткий двухтональный звук. Обратите внимание, что в каждом генераторе используется только один резистор и конденсатор. Генератор IC1 работает на более низкой частоте, чем IC2. Низкочастотный сигнал, генерируемый IC1, модулирует частоту IC2, что изменяет звуковой тон. Выходной сигнал IC2 (вывод 3) поступает на базу p-n-p-транзистора TR1, который усиливает звук и управляет динамиком LS1. Резистор R4 ограничивает ток коллектора. Модулирующая и тактовая частота каждого генератора зависят от R1C1 для IC1 и от R3C2 для IC2. При изменении номиналов этих компонентов можно менять тон звучания.

Однофазный регулятор мощности Схема регулятора мощности (рис. 1) основана на компараторе LM311 (IC1) и двух моностабильных таймерах 555 (IC2 и IC3). Формы сигналов в различных точках схемы показаны на рис. 2. В схеме используется понижающий маломощный трансформатор T1 для питания и синхронизации. Двухполупериодное выпрямленное (но не сглаженное) напряжение V1 сравнивается с постоянным напряжением (устанавливаемым резисторами R3/R4) для получения прямоугольного сигнала. Полученный прямоугольный сигнал V2 используется для запуска IC2. Время запуска зависит от внешнего управляющего входного напряжения Vc на выводе 5, которое поступает с потенциометра VR1. Коэффициент заполнения выхода IС1 является нелинейной функцией входного напряжения. Второй таймер с фиксированным коэффициентом заполнения, IC3, запускается выходом (V2) первого. Выходной сигнал V4 имеет частоту 50 Гц, но его задержка зависит от внешнего входного сигнала. Он используется для управления оптоизолированным тиристором MOD3020, который, в свою очередь, управляет сильноточным симистором CSR1 T6411M, установленным на радиаторе. Форма сигнала на нагрузке (VL) для резистивной нагрузки также показана на рис. 2. Этот простой однофазный регулятор мощности может использоваться для управления нагревательным элементом или коллекторным двигателем переменного тока (схему нельзя использовать для управления синхронными двигателями или двигателями с экранированными полюсами, поскольку они зависят от частоты).

Зарядное устройство для одного литиевого элемента • Предназначено для одного литиевого элемента • Подходит для всех литиевых элементов с конечным напряжением 4,1 В или 4,2 В (литий-ионные, литий-кобальтовые, литий-марганцевые и литий-полимерные) • Входное напряжение от 4,5 В до 10 В (в зависимости от тока заряда) • Ток заряда до 1,2 А (настраивается с помощью шунтирующего резистора) • Линейная топология регулятора • Функция предварительной зарядки глубоко разряженных элементов • Индикация состояния заряда двумя светодиодами Отдельные элементы питания доступны для приобретения у основных поставщиков по каталогу, но гораздо более дешёвым вариантом является восстановление элементов питания из вышедших из строя аккумуляторов ноутбуков. В большинстве случаев неисправны только несколько элементов. Для схемы зарядного устройства требуется входное напряжение 5 В. Процесс зарядки начинается с подзарядки малым током. Когда напряжение на клеммах элемента достаточно высоко, зарядное устройство переключается на более высокий постоянный ток зарядки. Зарядка прекращается, когда напряжение элемента достигает заданного предела («конечного напряжения»). Описанное здесь зарядное устройство подходит для аккумуляторов с конечным напряжением 4,1 В или 4,2 В, настроенных с помощью перемычки JP1: контакт 9 подключается к земле для выбора 4,1 В или к Vcc для выбора 4,2 В. Ток заряда определяется и контролируется входным шунтирующим резистором R1. Значение 0,1 Ом даёт ток заряда IL = 1 А: общая формула: IL = 0,1V/R1. В данном примере входное напряжение не должно превышать 5,3 В, чтобы гарантировать не превышение максимально допустимой рассеиваемой мощности IС. При токе заряда 0,5 А (R1 = 0,2 Ом) максимально допустимое входное напряжение составляет 7,6 В. Схема обеспечивает ограничение времени заряда и контроль температуры аккумулятора. Ограничение времени заряда устанавливается с помощью перемычки JP2. Если перемычка не установлена, зарядка прекратится в течение трёх часов, даже если элемент не достиг своего конечного напряжения. Если перемычка установлена так, чтобы контакт 13 был подключён к Vcc (напряжению питания), время зарядки составляет четыре с половиной часа, а если контакт 13 подключён к земле, время зарядки, составит шесть часов. Если конечное напряжение будет достигнуто раньше, зарядка, естественно, прекратится до истечения этого времени. Светодиоды позволяют контролировать процесс зарядки. Красный светодиод D1 горит во время зарядки и мигает, указывая на обнаружение неисправности. Когда элемент заряжен более чем на 90%, красный светодиод гаснет, а загорается зелёный светодиод. Вывод 7 (APG/THM) является входом двухпорогового компаратора с нижним порогом 0,56 В и верхним порогом 1,5 В. Если напряжение на этом выводе превышает 1,5 В или ниже 0,56 В, IС расценивает это как неисправность и прерывает процесс зарядки. Зарядка возможна только при напряжении на выводе, находящемся между двумя пороговыми значениями. Компаратор может использоваться как для контроля напряжения питания микросхемы, так и для контроля температуры литиевого элемента. В показанной схеме мы используем вход в конфигурации контроля температуры: напряжение на выводе 7 определяется делителем напряжения, состоящим из R2, R3 и NTC-термистора, который предназначен для измерения температуры литиевого элемента и подключен параллельно R3 через разъем K2. На выводе 12 (CR) присутствует опорное напряжение 2,85 В; для обеспечения возможности зарядки в нормальных условиях термистор и делитель напряжения, частью которого он является, должны быть подобраны таким образом, чтобы напряжение на выводе 7 находилось в пределах диапазона напряжений компаратора при работе элемента при безопасной температуре. Указанные значения R2 и R3 позволяют осуществлять зарядку, если сопротивление термистора находится в пределах от 4,8 кОм (верхний предел температуры) до 26,6 кОм (нижний предел температуры). При использовании термистора на 10 кОм зарядка будет происходить до тех пор, пока температура элемента находится в диапазоне от 5 °C до 43 °C.

Электронный метроном Помимо использования музыкантами, этот прибор может быть использован теми, кто занимается аэробикой или другими ритмичными упражнениями. Его индикация представляет собой ряд светодиодов. Они мигают по одному, последовательно слева направо, непрерывно повторяясь. Поворотным переключателем выбирается количество мигающих светодиодов, равное количеству ударов в такте и позволяет пользователю выбирать между размерами 2/4, 3/4 и 4/4: 1, 2, 1, 2, 1, 2, ... 1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3, ... 1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4, ... Темп (частота) задаётся переменным резистором и охватывает диапазон от Largo до Presto. Схема также оснащена аудиовыходом и пьезоэлектрическим излучателем, который издаёт короткий звуковой сигнал в начале каждого такта, то есть на счёт «один», когда загорается крайний левый светодиод. Основной темп задаётся таймером IC1. Это, по сути, сдвоенная версия известного таймера 555. Другой таймер IC1 используется для включения пьезоэлектрического излучателя WD1 при срабатывании. Таймер, управляющий темпом, подключен как автоколебательный мультивибратор, что означает, что он генерирует непрерывную серию импульсов с определённой частотой. Его частота регулируется VR1. При значениях, показанных на рис. 1, частота автоколебательного мультивибратора варьируется от чуть более 1 Гц до 6 Гц. Выходной сигнал с вывода 9 автоколебательного мультивибратора поступает на тактовый вход (вывод 14) делителя на восемь IC2. Счётчик увеличивается на единицу по переднему фронту каждого импульса. Он имеет восемь выходов, один из которых переходит в состояние высокого логического уровня при каждом отсчёте. Остальные остаются в состоянии низкого логического уровня. Для работы счётчика его вход сброса (вывод 15) должен удерживаться в низком состоянии. Кратковременное появление высокого уровня на входе сброса запускает сброс счётчика в ноль. По мере счёта выходы переходят в состояние высокого уровня в порядке от 0 до 7, повторяясь. Однако в этой схеме мы используем только первые пять выходов. Например, если установить переключатель тактов S2a на четыре такта, выходы IC2 0, 1, 2 и 3 перейдут в состояние высокого уровня в указанном порядке. Затем, когда выход 4 переходит в состояние высокого уровня, высокий уровень поступает через S2 на выход сброса (вывод IC2 15). Таким образом, как только выход 4 (который будет соответствовать значению 5) переходит в состояние высокого уровня, счётчик сбрасывается в состояние нуля. Это занимает всего несколько миллисекунд, поэтому кажется, что счетчик переходит сразу от счета 4 к счету 0. Аналогично мы можем использовать S2a для выбора выходов 3 и 2, чтобы сбросить счетчик при счете 4 и 3 для 3/4 и 2/4 раз. Звуковой сигнал, отсчёт один, издаётся пьезоэлектрическим излучателем WD1. Для создания короткого «пика» используется второй таймер микросхемы IC1, подключенный как моностабильный мультивибратор. При выбранных значениях резистора R2 и конденсатора C2 моностабильный мультивибратор выдаёт одиночный импульс высокой длительности 0,05 с каждый раз, когда на его входе запуска (вывод 6) появляется низкий уровень. Чтобы сигналы совпадали с первым отсчётом каждой последовательности, нужно запускать таймер, когда светодиод гаснет на последнем отсчёте каждой последовательности. Например, если в такте четыре удара, моностабильный мультивибратор запустится по завершении счёта три. Необходимые соединения выполняются переключателем S2b. Полюс (p) или движок S2b подключен через конденсатор (C1) к триггерному выводу (вывод 6) IС1. Этот вход поддерживается высоким уровнем подтягивающим резистором R1. Низкого уровня на полюсе S2b достаточно, чтобы снизить входное напряжение ниже 2 В на время, достаточное для срабатывания моностабильного генератора.