Светозвуковой индикатор включения приборов

В различной радиолюбительской литературе периодически появляются схемы индикаторов включенной нагрузки [1-4]. Эти схемы бывают очень разнообразной схемотехники, хотя и выполняют одну и ту же роль. Всё зависит от потребностей такой схемы, и конечно от знаний и представлений о радиоэлектронике авторов. Я давно интересовался этой темой, было много нарисовано «теоретических» схем, но вот конкретно собрать воедино все замыслы решил только недавно. Не всё получилось «что рисовалось», но что-то получилось.

Какие технические данные должны быть у индикатора нагрузки? Вот какие данные приводят авторы схем [1-4]:

оптимальным по версии [1] будет период подачи звуковых сигналов – 20…40 минут. При малом периоде звуковые сигналы станут слишком частыми и раздражающими, а при большом снизится эффективность сигнализатора. Выдаётся одиночный звуковой сигнал продолжительностью 1 секунда;

если сигнализатор предполагается использовать с электрокофеваркой, утюгом, кипятильником и другим электроприбором с коротким циклом работы говорится в [2], то период повторения сигналов желательно выбрать в интервале 0,5…2 минут, а если с электропаяльником, электроплиткой, измерительным прибором, – 5…15 минут. Один звуковой сигнал, наверное, с убывающей громкостью;

автор [3] конструкции уверяет, что период повторения паузы в 30 минут и звучащий один сигнал, продолжительностью примерно 2-4 секунды с убывающей громкостью, является неназойливым, но достаточно эффективным;

а вот автор [4] считает, что периодичность подачи звукового сигнала «Пи-пи» в 3,5 минуты является оптимальной (с возможность изменения периода времени паузы от 10 до 600 секунд). Сравнительно редкое напоминание объясняется тем, что частые сигналы обычно раздражают, а паяльник всегда работает длительное время.

И вот сравнив между собой конструкции и описания [1-4] я пришёл к выводу (хотя подобные выводы и ранее появлялись), что индикатор должен быть как можно меньших размеров, потреблять совсем мало тока, питаться от сети 220 вольт (перевести такой на низковольтное питание легко – нужно просто снять не нужные детали), обязательно иметь звуковую индикацию с возможностью несложной перестановки времени периода паузы между сигналами и по возможности световую (если не нужно будет, то просто её отключить, а не ломать голову как её вставить). О мощности индикаторов речь не идёт, так как потребитель должен обратить внимание на включенную нагрузку находясь рядом.

Схема ветозвукового индикатора включения приборов на К561ЛН2
Светозвуковой индикатор включения приборов на К561ЛН2. Схема

На рисунке 1 представлена моя первая схема. Она собрана на моей любимой микросхеме К561ЛН2. Схемотехника стандартна – три RC-генератора. Первый RC-генератор – импульсатор, собран на лог. элементах DD1.1 и DD1.2 и представляет собой генератор 0,75/0,75 Герц. Предназначен он для питания сверхъяркого светодиода через резистор R8, и прерывания звучания звукового генератора (DD1.5 и DD1.6) через диод VD3 с частотой резонанса пьезозуммера с резонирующей камерой BF1. У MSPS14A он равен 4000 Герц. Почему такой пьезозуммер? Да потому что, это единственный малогабаритный (диаметром 14 мм.) у меня такой (остался от мультиварки POLARIS). Подстроить частоту под имеющийся зуммер можно изменяя номиналы резистора R7 и конденсатора C3. Генератор паузы между сигналами собран на лог. элементах DD1.3 и DD1.4. Время паузы задаётся резистором R4 и конденсатором C2, а время звучания сигналов — резистором R5 и конденсатором C2. От величины резистора R5 зависит количество сигналов «Пии». При сопротивлении резистора в 9,1 кОм должно успеть пройти два сигнала. Они не убывающие, а чёткие – включились и выключились. Конечно всё можно сделать, но это будет вести к увеличению схемы. Генератор на лог. элементах DD1.3 и DD1.4. во время паузы своим лог. «0» через открытый диод VD2 срывает генерацию звуковых сигналов. Ёмкость конденсатора C2 должна быть не выше 220 мкФ. Дело в том, что, когда я устанавливал на его место конденсатор ёмкостью 470 мкФ и даже с повышенным рабочим напряжением, генератор начинал «зависать». Поэтому, не выше 220 мкФ! Напротив, же сопротивление резистора R4 можно устанавливать, наверное, любой величины. Я доводил сопротивление резистора R4 до 20 МОм и всё работало, просто выше – не было смысла. Итак, при конденсаторе ёмкостью 220 мкФ, устанавливая резисторы разной величины, можно добиться такого времени паузы, примерно:

Резистор R4, МОм   Время паузы, минут

2,4                                 5

5,1                                10

10,0                               20

15,0                               30

20,0                               40

При этом время звучания остаётся всегда одинаковым.

Светодиод HL1 должен быть сверхъярким, чтобы сопротивление резистора R8 было максимальным, и не перегружало схему питания.

Схема питания выполнена на ёмкостном делителе. При указанных номиналах конденсаторов C6 и C5 на последнем выделяется переменное напряжение примерно 10 вольт. Резистор R9 – защитный, а R10 – разрядный (вообще то он должен состоять из двух последовательных). Диодный мост VD4 – КД906А (можно заменить его и на четыре диода КД522Б). Когда его использовал, то понял, что в принципе он из SMD, нужно только выводы подвернуть «по SMDовски». Ёмкость конденсатора C4 должна быть не ниже 47 мкФ. На схему идёт примерно от 4,5 до 6,5 вольт.

Когда хотел посчитать потребляемую мощность индикатором и стал вычислять ёмкостные сопротивления конденсаторов, то оказалось, что Хс5 = 32 кОм, а Хс6 = 677 кОм! И да, расчётная мощность Pинд. = 0,07 Вт. И что меня удивило, так это сопротивление резистора R10 = 1 МОм. То есть этот резистор по номиналу почти такой же, как и ёмкостное сопротивление конденсатора в 4700 пикофарад! Я его использовал как разрядный, а он – гасящий! После получения таких результатов, методом несложных вычислений, я пришёл к выводу, что конденсаторы в этой схеме и не нужны! В последующих схемах я применил резисторные делители. Ничего не греется и всё работает, как и в первой схеме.

Схема светозвукового индикатора включения приборов на К561ТЛ1
Светозвуковой индикатор включения приборов на К561ТЛ1. Схема

На рисунке 2 представлена моя вторая схема. В этой схеме, у меня была цель использовать другую микросхему и избавиться от больших ёмкостей конденсаторов. Всё получилось. К561ТЛ1 – четыре элемента «2И-НЕ с триггерами Шмитта». На одном элементе можно сделать генератор. А здесь и используется три генератора и один элемент НЕ. DD1.1 – генератор паузы; DD1.2 – генератор – импульсатор 0,75/0,75 Гц; DD1.4 –  звуковой генератор. Конденсаторы уменьшены за счёт применения в роли высокоомных резисторов обратного сопротивления диодов.

В импульсаторе (DD1.2) применив два диода встречно-последовательно (VD2 и VD3) удалось применить емкость конденсатора C2 всего 3300 пикофарад. В звуковом генераторе (DD1.4) применить диоды не получилось. Конечно, можно было бы попробовать в нём германиевые диоды (к примеру – Д9Б), у них сопротивление поменьше будет, но ведь они монстры по сравнению с КД522. Поэтому схема стандартная.

Совсем другое дело получилось в генераторе паузы (DD1.1). В связи с тем, что генератор должен давать очень короткие импульсы включения зуммера, пришлось применить кроме диода VD1 и резистор R1, сопротивление которого и обеспечивает время этого импульса. В начале экспериментов диод VD1 я ставил наоборот (правда, и схема была немного другой). И всё работало, и при том стабильно держалось время паузы. Вот только одно «Но!» было не приятным – когда я только включал индикатор в работу, то пока заряжался конденсатор C1 через резистор R1 и открытый диод VD1, а это примерно 7-10 секунд, всё это время зуммер пищал… Сейчас, при включении индикатора лог. «1» на выходе DD1.1 долго заряжает конденсатор C1 через резистор R1 и закрытый диод VD1 (обратным током) и далее эта лог. «1» с выхода DD1.1 инвертируется элементом DD1.3, и он уже не даёт запуститься звуковому генератору по одному из входов «И».

Время паузы в генераторе не стабильно при включении. При номиналах конденсатора C1 и резистора R1 указанных на схеме оно такое: первая пауза длится 11 минут, вторая – 7 минут, третья и последующие – по 3,5 минуты. Зуммер даёт два импульса.

C1 = 2,2 мкФ; R1 = 2,2 МОм; 28 минут; 9 минут и далее по 6,5 минут; по 2 импульса.

C1 = 4,7 мкФ; R1 = 1 МОм; 50 минут; 16 минут и далее по 9 минут; по 2 импульса.

C1 = 10 мкФ; R1 = 470 кОм; 4 часа; 2 импульса… дальше и не проверял.

Может кому-то и понравится такой алгоритм работы. Как поётся – думайте сами, решайте сами…

Схема ветозвукового индикатора включения приборов на биениях
Светозвуковой индикатор включения приборов на биениях. Схема

Ещё одну схему (рисунок 3) не собирался выкладывать, но в период написания статьи подумал, что может и такой алгоритм работы кому-то понравится. Ведь писал же автор в [2], о периоде повторения сигналов в интервале 0,5…2 минуты для мощных и кратковременных нагрузок. Эту схему я придумал давно и на неё у меня были свои «виды». Но после сборки она показала очень большой разброс времени пауз, и при том, что увеличить время, увеличением емкости конденсаторов C1 и C2 не удалось – просто и тупо не срабатывала. Схема построена на биении двух одинаковых импульсных частот.

Ёмкости конденсаторов C1, C2 и сопротивления резисторов R1, R2 одинаковые. Соответственно и частоты генераторов одинаковые. Но они не могут быть совершенно идентичными… Пики импульсов всё время «мигрируют» относительно друг друга. Даже забавно наблюдать за тем как они догоняют другие, а когда догонят, то появляется звуковой импульс… Когда сойдутся вместе импульсы, то сработает лог. элемент И-НЕ DD1.3 и на его выходе появится лог. 0, а он в свою очередь откроет транзистор VT1. Но так как импульсы генераторов очень узкие, то без конденсатора C3 звуковой генератор и не успел бы сработать. А конденсатор C3 продлевает импульс запуска и появляется затянутый импульс с угасающей громкостью.

При ёмкостях конденсаторов C1 и C2 получаются такие временные паузы, в секундах: 23; 22; 90; 23; 112; 110; 60; 176; 44… Ёмкости 0,01 мкФ и 0,022 мкФ дают такие паузы, в секундах – 90; 150; 30; 150; 30; 90; 120; 90; 30; 90; 90… Ёмкости 0,022 мкФ и 0,022 мкФ дают такие паузы, в секундах – 3; 56; 33; 60; 9; 3; 1; 61; 3; 63; 33; 2… При ёмкостях 0,1 мкФ и 0,01 мкФ, я не услышал ни одного звука…

Если нужно будет уменьшить громкость пьезозуммера (его емкость оказалась 0,0104 мкФ), то можно последовательно включить конденсатор. Пробовал, получилось, но появились не очень приятные призвуки, поэтому ставьте последовательно резистор.

Диоды во всех схемах применял без подбора. При применении других по номиналу диодов, так же потребуется подбирать наново ёмкости конденсаторов. Пробовал в импульсаторе второй схемы применить сборку SMD диодов, но изменилась частота генератора.

P.S.: После публикации этого материала занялся своей паяльной станцией ZD-927. Схему «поднял» и вспомнил о том, что в ней требуется звуковой индикатор включения. Почему только звуковой? Да, потому, что световая индикация у паяльной станции есть.

Схема звукового индикатора включения приборов на К561ЛН2
Звуковой индикатор включения приборов на К561ЛН2. Схема

Схему только звукового индикатора выполнил на кусочке паяемой макетки (смотрите фото и схему). В этой схеме нет импульсатора. Есть генераторы паузы и звуковой частоты, а также упрощённый одновибратор. В генераторе паузы (DD1.1 и DD1.2) вместо высокоомного резистора применены диоды, включенные встречно-последовательно. Это дало возможность применить конденсатор довольно малой ёмкости – всего 1 мкФ. Время паузы, при этих деталях, примерно 15 минут. На лог. элементе DD1.3 выполнен одновибратор. Когда на левой обкладке конденсатора C2 появляется лог. «0», последний начинает заряжаться через резистор R2. На время заряда C2 на выходе DD1.3 появляется лог. «1» запирающая диод VD3, а он разблокирует генератор звука. Что даёт одиночный звуковой сигнал.

Плата звукового индикатора включения приборов на К561ЛН2 в паяльной станции ZD-927
Звуковой индикатор включения приборов на К561ЛН2 в паяльной станции ZD-927. Плата

Если посмотрите на фото, то можете увидеть, что резисторы R6 и R7 стоят другого номинала, чем на схеме. Это вызвано тем, что у меня не нашлось резисторов нужного номинала этой мощности. Для обеспечения электробезопасности платы, она была изолирована кусочком пластика от бутылки. Так же, этот пластик удерживает плату в корпусе паяльной станции. Пьезозуммер применён от нерабочего мультиметра.

Литература;

  1. Д. Турчинский. Звуковой сигнализатор «Паяльник включен». ж. Радио №10 2001
  2. А. Бутов. Сигнализатор включения в сетевой вилке. ж. Радио № 4, 2010
  3. Д. Усинов. Звуковой сигнализатор для паяльника. ж. РадиоКонструктор №1, 2011
  4. А. Ознобихин. Индикатор включенной нагрузки. ж. РадиоМир №12, 2013