Индикатор включенной нагрузки

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Индикаторы

Опубликовано: 18.03.2017 08:26

Просмотров: 2701

А.ОЗНОБИХИН, г.Иркутск.
В радиолюбительской практике нередко случается, что требуется периодически напоминать о каком-нибудь работающем приборе. Например, о включенном паяльнике, который не имеет собственного светового индикатора. Предлагаемый индикатор включенной нагрузки (ИВН) является устройством с сетевым питанием, которое через 3,5 минуты после включения издает сдвоенный тональный сигнал "Пи-пи". Этот сигнал периодически (через каждые 210 с) повторяется, напоминая, что паяльник или другая сетевая нагрузка находится под напряжением.

Сравнительно редкое напоминание от ИВН объясняется тем, что частые сигналы обычно раздражают, а паяльник всегда работает длительное время. При необходимости периодичность повторения сигналов можно изменять в широких пределах(от 10 с до 10 мин).
Основное достоинство ИВН — повышенная узнаваемость сигнала среди других звуков (от будильника, телефонов, зарядных устройств и другой бытовой электроники).
 
ИВН состоит из:
-  бестрансформаторного блока питания на элементах R2, С2, R10, VD2, VD3, С5, С6, С11, С12, DA2;
-  формирователя "искусственной средней точки" на R19, С13, С14;
- тактового генератора на R1, R3, R4, R6...R8, VD1, DA1.1 с времязадающим конденсатором СЗ;
трех дифференцирующих цепочек (формирователей коротких импульсов — ФКИ) — C7-R14, C1-R9 и С8-R15, вырабатывающих короткие импульсы отрицательной полярности по отрицательному перепаду на их входах;
- первого одновибратора (ОВ1) на R12, R16, С9, DA1.3 с времязадающей цепочкой R16-C9, запускаемого коротким импульсом отрицательной полярности;
- второго одновибратора (ОВ2) на R5, R11, С4, DA1.2 с времязадающей цепочкой R11-C4;
- третьего одновибратора (ОВЗ) на R13, R17, С10, DA1.4 с времязадающей цепочкой R17-C10;
- смесителя (логического элемента 2ИЛИ) на диодах VD4 и VD5;
- активного (с встроенным генератором) зуммера BF1 с фильтрующим конденсатором С15 и токоограничительным резистором R8.
Входные точки ИВН (-220 В) подключаются параллельно сетевой вилке паяльника или к точкам, расположенным после сетевого выключателя контролируемого устройства (например, регулятора напряжения паяльника). Поэтому после включения в сеть контролируемого устройства напряжение сети поступает на вход бестрансформаторного блока питания ИВН. Большая часть напряжения гасится на балластном конденсаторе С2, а остальная подается на однополупериодный выпрямитель, составленный из стабилитрона VD2 и выпрямительного диода VD3. Резистор R2 ограничивает бросок тока при включении питания, a R10 разряжает конденсатор С2 после его выключения.
Положительные полуволны ослабленного по амплитуде сетевого напряжения снимаются с катода VD3 и сглаживаются конденсатором С6 большой емкости. Постоянное напряжение с обкладки "+" С6 поступает на вход (вывод 3) интегрального стабилизатора DA2, а с его выхода стабилизированное напряжение (+5 В) — на обкладку "+" С12. Керамические конденсаторы С5 и С11 являются элементами типовой схемы включения DA2 и обеспечивают надежный запуск и работу стабилизатора.
Стабилизированное напряжение .+5 В подается на верхний (по схеме) вывод подстроечного резистора R19 формирователя "искусственной средней точки". Искусственная средняя точка (+2,5 В) выставляется движком подстроечного резистора R19.
При включении питания выход (вывод 7) ОУ DA1.1 находится в состоянии отрицательного ограничения (О В относительно общего провода). Управляющее напряжение (Uynp), снимаемое с движка R1, через резисторы R4 и R8 медленно заряжает конденсатор СЗ. Когда напряжение на прямом входе (выводе 5) DA1.1 становится более положительным, чем на инвертирующем входе (выводе 6) DA1.1, ОУ переключается, и его выходное напряжение становится положительным. Диод VD1 открывается, и тактовый генератор на DA1.1 начинает работать, формируя прямоугольные импульсы амплитудой 3 В. Период следования импульсов задан времязадающим конденсатором СЗ и составляет 210 с.
Стабильность генерации определяется соотношением глубины положительной обратной связи (ПОС) и отрицательной обратной связи (ООС). Глубина ООС определяется отношением R7/R3, а глубина ПОС — соотношением пар резисторов R8/ R4 и R8/R6. Глубина ПОС должна быть больше ООС, а для выполнения этого условия сопротивления резисторов выбираются из условия: R7/R3>(R8/R4+R8/R6).
Первый отрицательный перепад напряжения на выходе (выводе 7) DA1.1 появляется приблизительно через 200 с после включения питания, а последующие — через стабильные отрезки времени 210+1 с. Эти перепады управляют работой двух одинаковых блоков, каждый из которых содержит ФКИ и ОВ.
Рассмотрим более подробно работу ФКИ1 (C7-R14) и ОВ1 (R12-R16-C9-DA1.3). При отрицательном перепаде напряжения на входе ФКИ1 заряженный конденсатор С7 разряжается, и на его правой обкладке (выходе ФКИ1) формируется короткий импульс отрицательной полярности, запускающий по входу (выводу 2 DA1.3) ОВ1. Так как в момент появления импульса напряжение на инвертирующем входе DA1.3 становится более отрицательным, чем на прямом входе, на выходе DA1.3 формируется положительный перепад напряжения. За счет положительной обратной связи через R16-С9 возникает лавинообразный процесс, который удлиняет (по сравнению с длительностью короткого входного импульса) время выходного импульса DA1.3. Время возврата DA1.3 в исходное состояние зависит от времязадающей цепи R16-C9 и при указанных номиналах составляет около 300 мс. То есть на выходе ОВ1 формируется импульс положительной полярности длительностью 0,3 с, который проходит через диод VD4 и резистор R18 на зуммер BF1. Зуммер BF1 издает первый сигнал "Пи" (0,3 с). Конденсатор С15 является фильтром постоянного тока и способствует стабильному запуску зуммера BF1.
Отрицательные перепады напряжения с выхода DA1.1 также поступают на вход ФКИ2 (левую обкладку С1) и, укоротившись им, запускают ОВ2. На выходе ОВ2 (выводе 8 DA1.2) формируется импульс положительной полярности длительностью 0,6 с, определяемый параметрами времязадающей цепи R11-C4. С выхода ОВ2 отрицательный перепад напряжения проходит через ФКИЗ и запускает ОВЗ.
На выходе ОВЗ (выводе 14 DA1.4) также формируется импульс положительной полярности длительностью 0,3 с (определяется номиналами R17-С10). Этот импульс через VD5 и R18 запускает зуммер BF1, который издает второй сигнал "Пи" (также 0,3 с). Длительность паузы между сигналами "Пи" зависит от длительности импульса ОВ2.
Далее наступает длительный режим "молчания" зуммера BF1, который длится около 209 с до появления очередного (второго, третьего и т.д.) отрицательного перепада напряжения на выходе DA1.1.
Детали. В ИВН применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, С2-33. Подстроечные — СПЗ-38а. Конденсатор С2 типа К73-17 с рабочим напряжением 400 В (в крайнем случае — 250 В) можно заменить на К73-11, К73-16В или на аналогичные. Конденсаторы "СЗ, С6, С12...С15 — оксидные, зарубежного производства. Конденсатор СЗ должен иметь малый ток утечки. Рабочее напряжение С6 не должно быть менее 16 В. Остальные конденсаторы — керамические, типа KM, K10-17. Диоды VD1, VD4, VD5 — кремниевые, типов КД510, КД520...КД522. Диод VD3 КД522Б можно заменить КД102Б, 1N4007. Стабилитрон VD2 — Д814В, Д814Д, КС512А, 2С512А. Микросхема DA1 LM324 (LM324N, DV324) имеет отечественный аналог К1401УД2 (выводы 4 и 11 следует поменять местами). Микросхема DA2 78L05 имеет отечественный аналог КР1157ЕН502А. Возможная замена зуммера BF1 TR-1203y (3B, 20 мА) — зуммер НМВ-06 STAR.
Схема ИВН выполнена на макетной плате и показала хорошие результаты при эксплуатации. ПлатаИВН размещена в прямоугольном пластмассовом корпусе подходящих размеров,
Настройка ИВН заключается в следующем:
1) До включения питания устанавливают движки подстроечных резисторов ориентировочно в среднее положение.
2) Временно делают разрыв в точке соединения выхода (вывода 1) DA2 с остальной частью схемы и с лабораторного блока питания на верхний (по схеме) вывод R19 подают напряжение +5 В (потребляемый ток дежурного режима не должен превышать 2 мА).
3) Вращением шлица R19 корретируют напряжение на среднем выводе R19 (+2,5 В).
4) Для ускорения запуска задающего генератора временно уменьшают . емкость СЗ до 0,047 мкФ (частота выходных импульсов составит 10 Гц). Подключают щуп осциллографа к выходу DA1.1 и вращением шлица R1 добиваются возникновения генерации. Напряжение на среднем выводе R1 должно быть около +2,5 В. Зуммер BF1 при этом может хаотически включаться.
5) Увеличивают емкость СЗ до 5... 10 мкФ и проверяют работоспособность всех трех ФКИ и ОВ. При необходимости изменения длительностей импульсов ОВ рекомендуется изменить емкости С9, С4 и С10. Не следует устанавливать длительность паузы менее 1 ...2 длительностей первого сигнала "Пи" во избежание слияния сигналов. В этом случае ОВ2 не будет успевать восстанавливаться и запуска ОВЗ не будет.
6)  Увеличивают емкость СЗ до 220 мкФ и проверяют работу ИВН в реальном времени. Сигналы должны следовать через каждые 210 с. Если хорошая временная стабильность не требуется, резисторы R1 и R4 можно исключить. При этом частота следования сигналов уменьшится в 2.. .3 раза.
7)  По окончании настройки низковольтной части ИВН отключают лабораторный блок питания и восстанавливают соединение выхода DA2 с остальной частью схемы. На вход ИВН подают напряжение 220 В. Проверяют вольтметром постоянного тока напряжения на входе и на выходе DA2 (10 и 5 В соответственно).
8) При включенном напряжении дожидаются (в течение 410с) прохождения не менее двух сигналов, убеждаясь в работоспособности ИВН от сети.