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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Interruptores de guirlanda de árvore de Natal. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Instalações de cor e música, guirlandas Na véspera do Ano Novo, muitos radioamadores se preocupam com a questão: como reviver a árvore do Ano Novo? Abaixo estão várias opções para interruptores de guirlanda de árvore de Natal, diferindo no grau de complexidade e efeitos de iluminação implementados. O interruptor mais simples alterna alternadamente duas guirlandas (Fig. 38). Um gerador é feito nos elementos lógicos DD1.1, DD1.2 e os interruptores de alta tensão são montados nos transistores VT1, VT2 para controlar os trinistores VS1, VS2. A energia é fornecida ao microcircuito do estabilizador paramétrico R4VD1 com o capacitor C1. A tensão constante tanto para o chip DD1 quanto para as lâmpadas guirlanda EL1, EL2 é retirada da ponte retificadora VD2.
Para criar o efeito "Running Fire", você deve alternar pelo menos três guirlandas. O diagrama do interruptor (a primeira opção), que controla três guirlandas, é mostrado na fig. 39. A base do dispositivo é um multivibrador trifásico, feito em três elementos lógicos inversores do microcircuito DD1. Os circuitos de temporização são formados pelos elementos R1-R3, C1-C3. A qualquer momento, há uma tensão de alto nível em uma das saídas dos elementos lógicos, que abre a chave transistor-trinistor. Consequentemente, as lâmpadas de apenas uma guirlanda são acesas por vez. A troca alternada das lâmpadas das guirlandas EL1-EL3 permite obter o efeito de "Fogo corrido".
Os inversores dos microcircuitos das séries K555 e K155 podem funcionar no multivibrador. No segundo caso, a resistência dos resistores R1-R3 não deve exceder 1 kOhm. Você também pode usar microcircuitos CMOS (K176, K561), enquanto a resistência dos resistores de temporização pode ser aumentada em 100 ... 1000 vezes e as capacitâncias dos capacitores C1-C3 podem ser reduzidas na mesma quantidade. A alteração da frequência de comutação das guirlandas pode ser feita alterando a resistência dos resistores R1-R3. É difícil controlá-los ao mesmo tempo (a indústria não produz resistores variáveis embutidos para uso generalizado). Esta é uma desvantagem deste interruptor de guirlanda. Na fig. 40 mostra um diagrama de um interruptor de guirlanda (segunda opção) com uma velocidade ajustável do "Running Fire".
Como funciona este dispositivo? Nos elementos lógicos DD1.1, DD1.2, é montado um gerador de pulsos retangulares, cuja taxa de repetição é de 0,2 ... 1 Hz. Os pulsos são enviados para a entrada do contador, que consiste em dois D-flip-flops DD2.1 e DD2.2 chip DD2. Devido à presença de feedback entre o elemento DD1.3 e a entrada R do gatilho DD2.1, o contador tem um fator de conversão de 3 e a qualquer momento um dos transistores VT2-VT4 é fechado. Se, digamos, o VT2 estiver fechado, uma tensão positiva de seu coletor será aplicada ao eletrodo de controle do trinistor VS1, o trinistor abrirá e as lâmpadas da guirlanda EL1 acenderão. A frequência de comutação é regulada por um resistor variável R3 do gerador. No dispositivo, os microcircuitos da série K155 podem ser substituídos pelos análogos correspondentes da série K 133. Os transistores VT1-VT4 podem ser das séries KT315, KT3117, KT603, KT608 com qualquer letra. Trinistors VS1-VS3 podem ser tipos KU201, KU202 com as letras K-N. A fonte que alimenta os microcircuitos e transistores do aparelho deve ser projetada para uma corrente de no mínimo 200 mA. A desvantagem do interruptor é a necessidade de usar uma fonte de alimentação do transformador. Isso se deve à corrente relativamente grande consumida pelos microcircuitos K155LAZ e K155TM2. É possível reduzir significativamente o consumo de corrente usando microcircuitos CMOS, neste caso os microcircuitos podem ser alimentados a partir de um simples estabilizador paramétrico, como é feito em um interruptor de duas guirlandas (ver Fig. 38). O diagrama da troca de três guirlandas (terceira opção) nos microcircuitos da série K561 é mostrado na fig. 41, A. O gerador é feito nos elementos lógicos DD1.1, DD1.2 e o contador com um fator de conversão de 3 - em dois flip-flops D do chip DD2. Os gráficos de tensões nas saídas dos elementos lógicos são mostrados na fig. 41,6. Eles ajudarão a entender a lógica do dispositivo. As chaves do transistor-trinistor para controlar as guirlandas, um retificador e um estabilizador para alimentar os microcircuitos são as mesmas da chave de acordo com o diagrama da Fig. 39 (neste caso, você precisa usar KS1Zh ou D191V como diodo zener VD814).
Os dispositivos "Running Fire" descritos acima têm uma desvantagem comum: a imutabilidade da lógica do trabalho. Lâmpadas em guirlandas mudam apenas na ordem prescrita, você só pode alterar a frequência de comutação. Ao mesmo tempo, é desejável que a iluminação seja a mais diversa possível, e não incomode ou canse a visão. Isso significa que deve ser possível alterar não apenas a duração das lâmpadas, mas também a sequência de sua comutação. Na fig. 42 mostra um diagrama de um interruptor de guirlanda que atende a essas condições.
O "coração" do dispositivo é o chip K155RU2 - uma memória de acesso aleatório para 16 palavras de quatro bits (neste caso, uma palavra significa um conjunto de zeros e uns lógicos, por exemplo, 0110, 1101, etc.). Como funciona esse microchip? Suas quatro entradas (D1-D4) são projetadas para fornecer informações que precisam ser gravadas na memória. Essas entradas são chamadas de informativas. Quatro outras entradas (A1-A4) são fornecidas com um código binário do endereço da célula que você deseja selecionar para escrever ou ler informações. Essas entradas são chamadas de entradas de endereço. Ao alterar o código binário nessas entradas de 0000 para 1111, você pode acessar qualquer uma das 16 células. Ao aplicar um sinal à entrada W, o modo de operação desejado do microcircuito é selecionado: se a tensão na entrada W for baixa, a célula é gravada e, se a tensão for alta, as informações armazenadas nas células de memória de o microcircuito pode ser lido. Ao ler a informação é alimentada para as saídas C1-C4. As saídas do microcircuito são de coletor aberto e, se um 1 lógico for gravado na célula de memória, o transistor de saída correspondente será aberto (claro, uma carga - um resistor deve ser incluído em seu circuito coletor). Assim, para escrever um número em qualquer célula de memória, é necessário aplicar os níveis lógicos adequados às entradas D1-D4 e o código binário do endereço da célula desejada às entradas A1-A4. Em seguida, uma tensão de baixo nível é aplicada à entrada W - e as informações são registradas. Para ler as informações, é necessário aplicar uma tensão de alto nível na entrada W. Então, quando o código de endereço for alterado, os sinais correspondentes ao conteúdo das células correspondentes aparecerão nas saídas C1-C4. A entrada V é usada para habilitar o funcionamento do microcircuito: quando uma tensão de alto nível é aplicada a ele, a escrita e a leitura não são realizadas. Considere a operação do interruptor de acordo com seu diagrama de circuito. Usando os botões SB6 "Iniciar" e SB7 "Redefinir" defina o modo de operação necessário do dispositivo: após pressionar o botão "Redefinir", você pode gravar o programa nas células de memória do microcircuito e após pressionar o botão "Iniciar" botão, o programa gravado é lido. Quando você pressiona o botão SB7 "Reset" RS-flip-flops coletados nos elementos lógicos DD1.1 e DD1.2, DD1.3 e DD1.4,DD2.1 e DD2.2, DD2.3 e DD2.4, DD4.1 e DD4.2 serão colocados no estado inicial, no qual as saídas dos elementos lógicos DD1.1, DD1.3, DD2.1, DD2.3 e DD4.1 - baixa tensão. Chegando no pino 12 do elemento lógico DD4.4, desabilita o funcionamento do gerador de clock montado nos elementos lógicos DD4.3, DD4.4 e no transistor VT1. Então, usando os botões SB1-SB4, uma palavra binária é digitada para ser escrita na primeira célula de memória. Digamos que precisamos escrever 0111. Para fazer isso, pressione os botões SB2, SB3, SB4. Neste caso, os gatilhos DD1.3DD1.4, DD2.1DD2.2, DD2.3DD2.4 serão acionados e os LEDs HL2, HL3, HL4 acenderão. Depois disso, pressione o botão SB5 "Gravar". O pulso da saída do gatilho (pino 3 do elemento lógico DD3.1) através do circuito de diferenciação C2R13 e do elemento lógico DD3.3 é alimentado na entrada W do chip de memória DD6. O circuito diferenciador C2R13 e o elemento lógico DD3.3 funcionam de tal forma que, após pressionar o botão SB5 "Write", um pulso negativo curto (de vários nanossegundos) chega à entrada W, o que garante o registro das informações fornecidas ao as entradas de informação D1-D4 no endereço de acordo com o código binário nas entradas de endereço A1-A4. No momento em que o botão "Record" do SB5 é liberado, o pulso da saída do elemento lógico DD3.1 através do capacitor C1 irá redefinir todos os flip-flops RS nos quais a palavra binária foi escrita anteriormente. O pulso recebido da saída do elemento lógico DD3.4 para a entrada C1 do contador binário DD5 aumentará o endereço em um (cujo código binário é retirado dos pinos 12, 9, 8 e 11 do microcircuito em questão ). Observe que o contador do endereço DD5 não é zerado (os pinos 2 e 3 são conectados a um fio comum para garantir o modo de contagem). Depois disso, usando os botões SB1-SB4, uma nova palavra binária do programa é digitada, o botão SB5 "Record" é pressionado, etc. - até que todo o programa de 16 palavras binárias de quatro bits seja gravado no chip de memória. Após a gravação do programa, pressione o botão SB6 "Iniciar", o gatilho DD4.1 DD4.2 muda seu estado para o oposto, o gerador começa a trabalhar nos elementos lógicos DD4.3, DD4.4, cujos pulsos são alimentados ao contador DD5 e alteram as células do código de endereço. Na entrada W agora o tempo todo há um 1 lógico, porque a saída do elemento lógico DD4.2 é 0 lógico, que é alimentado na entrada do elemento lógico DD3.3. Nas saídas C1-C4 do chip K155RU2 aparecem níveis lógicos correspondentes às informações registradas nas células de memória. Os sinais das saídas C1-C4 são amplificados pelos interruptores transistorizados VT2-VT5 e então alimentados aos eletrodos de controle dos trinistores VS1-VS4. Trinistors controlam quatro guirlandas de lâmpadas, convencionalmente indicadas no diagrama EL1-EL4. Vamos supor que haja um 1 lógico na saída C6 do microcircuito DD0. Nesse caso, o transistor VT2 está fechado, a corrente flui pelo resistor R21 e o eletrodo de controle do trinistor VS1, o trinistor abre e acende as lâmpadas de a guirlanda EL1. Se a saída C1 for lógica 1, as lâmpadas EL1 não acenderão. Os microcircuitos do dispositivo são alimentados por um retificador estabilizado montado em uma ponte de diodos VD2-VD5, um diodo zener VD1 e um transistor VT6. As lâmpadas guirlanda EL1-EL4 são alimentadas por uma tensão retificada retirada da ponte de diodo VD6-VD9. O interruptor Q2 é usado para desligar as guirlandas, o interruptor Q1 é usado para desconectar outros elementos do dispositivo da rede. As seguintes peças são usadas no dispositivo. Os transistores VT2-VT5 podem ser qualquer uma das séries KT3117, KT503, KT603, KT608, KT630, KT801; VT1 - qualquer uma das séries KT503, KT312, KT315, KT316; VT6 - qualquer uma das séries KT801, KT807, KT815. Trinistors KU201L (VS1-VS4) pode ser substituído por KU202 com as letras K-N. Os diodos VD2-VD5, além dos indicados, podem ser dos tipos D310, KD509A, KD510A; você também pode usar pontes retificadoras KTs402, KTs405, KTs407 (com quaisquer índices de letras). Os diodos KD202K (VD6-VD9) podem ser substituídos por KD202 com as letras L-R, bem como por D232, D233, D246, D247 com quaisquer letras. Capacitores C1, C2 - tipo K10-7, K10-23, KLS ou KM-6; C3-C5 -K50-6, K50-16 ou K50-20. Todos os resistores fixos são do tipo MLT; resistor variável R 16 - SP-1, SP-0,4. O dispositivo pode usar botões como KM 1-1 ou KM D 1-1. Você também pode usar outros tipos de botões (por exemplo, P2K sem fixar a posição). Interruptores Q1 e Q2 - tipo "tumbler" (TV2-1, TP1-2, Tl, MT1, etc.). O transformador de potência 01 é feito em um circuito magnético de fita SHL 16x20. O enrolamento I contém 2440 voltas de fio PEV-1 0,08, o enrolamento II - 90 voltas de fio PEV-1 0,51. Você pode usar qualquer outro transformador com potência de 10 ... 20 W, com enrolamento secundário para tensão de 8 ... 10 V e corrente de 0,5 ... 0,7 A. Transformadores adequados TVK-70L2, TVK- 110LM, em que parte das voltas do enrolamento secundário deve ser removida para obter a tensão desejada. A maioria dos elementos do dispositivo é montada em uma placa textolite com dimensões de 120 x 145 mm (Fig. 43, a).
A instalação é feita com fios. O transistor VT6 é montado em um canto de duralumínio com uma área de cerca de 30 cm ^ 2 (serve como radiador). Os diodos VD6-VD9 e trinistores VS1-VS4 são instalados na placa sem radiadores, enquanto a potência total das lâmpadas comutadas não deve exceder 500 watts. Os botões SB1-SB7 (tipo KM1-1) são instalados: em uma cinta PCB (Fig. 43,6), que é presa à placa principal com dois parafusos M3. Fora da placa estão os seguintes elementos: transformador de potência T1, porta-fusível FU1, chaves de potência Q1 e Q2, resistor variável R16. Os elementos da placa são conectados a eles por um fio trançado. Os fios que conectam os ânodos dos SCRs VS1-VS4 com as lâmpadas EL1-EL4 são soldados diretamente nas pétalas do SCR. A seção transversal dos fios com os quais são feitos os circuitos de potência deve ser de pelo menos 1 mm2. O design do dispositivo é arbitrário. Na tampa superior do gabinete deve haver botões SB1-SB7, interruptores Q1 e Q2, LEDs de controle de gravação de programa HL1-HL4, bem como um botão de resistor variável R16, com o qual você pode alterar a velocidade de troca de guirlandas. Um porta-fusível FU1 e soquetes para conectar guirlandas são instalados na parede lateral do gabinete (eles não são mostrados no diagrama). Se todas as peças estiverem em boas condições e não houver erros na instalação, o dispositivo começará a funcionar imediatamente. Deve-se notar que os efeitos de iluminação alcançados dependem em grande parte da posição relativa das lâmpadas de guirlanda. O mais comum é o seu arranjo, quando a lâmpada da primeira guirlanda é seguida pela lâmpada da segunda guirlanda, depois a terceira, a quarta, etc. Na fig. 44 mostra um diagrama de tal inclusão de lâmpadas. A programação do switch é realizada da seguinte forma. Primeiro, um programa é compilado em papel, que é um registro do estado das lâmpadas de todas as quatro guirlandas em cada um dos 16 ciclos do dispositivo. O estado ligado da guirlanda é indicado pelo 1 lógico, o estado desligado é indicado pelo 0 lógico. Em seguida, pressionando o botão "Redefinir" do SB7, os chips do dispositivo são colocados em seu estado original. Em seguida, pressionando sucessivamente os botões SB1-SB4, digita-se a primeira palavra do programa, atentando para o acendimento dos LEDs HL1-HL4, e pressiona-se o botão “Gravar” SB5. É assim que as informações são registradas em todas as 16 células do microcircuito. Em seguida, pressione o botão SB6 "Iniciar" - o interruptor entra no modo de operação.
Ao programar, deve-se lembrar que as informações devem ser gravadas em todas as 16 células de memória do microcircuito, pois quando a energia é ligada, o estado dessas células é indeterminado. Na tabela. 3 mostra algumas opções para programar o interruptor guirlanda para obter uma variedade de efeitos de iluminação. Os 1s lógicos em cada palavra da esquerda para a direita indicam qual dos botões SB1-SB4, respectivamente, deve ser pressionado.
O primeiro e o segundo programas fornecem o efeito de "fogo em execução", o resto dos programas são efeitos mais complexos. O número de programas que podem ser implementados usando este dispositivo é grande e isso abre espaço para a imaginação do operador. Também deve ser lembrado que alterar a velocidade de troca de guirlandas abre amplas oportunidades para obter vários efeitos de iluminação. A potência total das lâmpadas comutadas pelo aparelho pode ser aumentada até 1500 W, enquanto os diodos VD6-VD9 devem ser instalados em radiadores com área de 40 ... 50 cm2 cada. Se um rádio amador tiver tiristores simétricos (triacs) da série KU208G à sua disposição, eles também poderão ser usados para controlar lâmpadas de guirlanda. Os Triacs devem ser conectados de acordo com o esquema mostrado na fig. 45 (um diagrama de apenas um canal é mostrado, os demais são semelhantes). A resistência dos resistores R21-R24 (ver Fig. 42) neste caso deve ser aumentada para 1 ... 3 kOhm. Os transistores KT605A podem ser substituídos por KT605B, KT940A, as pontes de diodo VD6 podem ser KTs402, KTs405 com as letras A, B, Zh, I.
A segunda versão do nó de comutação triac é mostrada na Fig. 46.
Sua diferença em relação ao anterior é que os interruptores de transistor VT2-VT5 com resistores R21-R24 (ver Fig. 42) são substituídos por elementos lógicos inversores do microcircuito DD7 (os resistores R17-R20 no circuito Fig. 42 são preservados). Esse projeto de circuito simplifica um pouco o projeto. A unidade de controle triac pode ser ainda mais simples usando relés eletromagnéticos (Fig. 47). Os enrolamentos do relé, como pode ser visto no diagrama, são incluídos no lugar dos resistores R21-R24. O interruptor pode operar qualquer relé que opere a partir de uma tensão de 8 ... 12 V a uma corrente de até 100 mA, por exemplo, RES-10 (passaportes RS4.524.303, RS4.524.312), RES-15 (passaportes RS4.591.003 .4.591.004, RS4.591.006, RS47), RES-4.500.049 (passaporte RF4.500.419, RF49), RES-4.569.424 (passaporte RSXNUMX). Além de um design de circuito simples, há outra vantagem - o isolamento galvânico da parte de baixa tensão do dispositivo da fonte de alimentação, o que aumenta a segurança do uso do interruptor. A desvantagem é uma vida útil mais curta causada pelo desgaste dos contatos do relé.
E, finalmente, mais uma recomendação. Quando a tensão da fonte de alimentação é desligada (mesmo que por um curto período de tempo - alguns segundos), o programa gravado no chip de memória é destruído. Portanto, é aconselhável prever a comutação de emergência dos circuitos de alimentação dos microcircuitos do dispositivo para a alimentação de uma bateria galvânica ou acumulador. Um esquema para implementar isso é mostrado na Fig. 48.
No modo normal, os microcircuitos do interruptor são alimentados por um retificador e a corrente flui pelo diodo VD11. Ao mesmo tempo, o diodo VD10 é fechado, pois uma pequena tensão reversa (0,5 ... 1 V) é aplicada a ele. Quando a energia elétrica é desligada, o diodo VD11 fecha, mas o diodo VD10 abre e o microcircuito é alimentado pela bateria GB1. O capacitor C6 amortece os pulsos de tensão que ocorrem ao alternar a energia da rede elétrica para a bateria e vice-versa e, assim, aumenta a imunidade ao ruído do dispositivo. Os diodos VD10, VD11 podem ser de qualquer tipo, permitindo uma corrente de pelo menos 300 mA (por exemplo, D226, KD105 com qualquer letra são adequados). Bateria GB1 - 3336L. Ao usar este nó no switch, você deve prestar atenção à tensão de saída do retificador: deve ser 5 ... 5,5 V (mas não menos que 5 V), caso contrário, a bateria GB1 pode descarregar constantemente. A duração da carga da bateria depende da sua capacidade. Com longas falhas de energia na rede (mais de 15 ... 20 minutos), essa fonte de alimentação de emergência é impraticável, pois as lâmpadas da guirlanda ainda não funcionam e um novo programa pode ser discado em apenas 3 ... 5 minutos .
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