Пропонований увазі читачів блок живлення призначений для роботи спільно з радіоприймачами, магнітолами та іншою побутовою апаратурою середнього класу, що не має вбудованого таймера. Крім того, він може бути використаний як таймер з фіксованим часом спрацьовування для управління будь-якими пристроями, питаемыми від освітлювальної мережі.
Від аналогічних пристроїв блок живлення відрізняється підвищеними експлуатаційними якостями: зручним кнопковим керуванням, повним відключенням від мережі з будь-якого режиму (кнопкою, за сигналом таймера, при короткому замиканні на виході), включаються і регульованим однією кнопкою таймером.
Основні технічні характеристики
- Коефіцієнт стабілізації вихідної напруги, не менше......130
- Максимальний струм навантаження, А .....1
- Вихідна напруга, В .....9
- Споживаний струм, мА, не більше.....15
- Час спрацьовування таймера, хв.....5/10/15/20/25
Пристрій (рис. 1) складається з власне блоку живлення на трансформаторі Т1, діодному мосту VD1, микросхемном стабілізаторі напруги DA1: вузла ручного і автоматичного відключення від мережі, що включає симистор VS1, реле К1, транзистор VT1, і таймера з времязадающими R8-R12C7 і розрядними VT2R4 ланцюгами, а також вузла управління на мікросхемі DD1.
Відмітна особливість блоку живлення - наявність відключає вузла, виконаного на симисторе VS1, включеному в ланцюг первинної обмотки мережевого трансформатора ТТ. Завдяки цьому досягається відключення всього пристрою від мережі з боку живлячої напруги, причому застосоване схемне рішення набагато простіше і надійніше, ніж, наприклад, описане в статті [1]. Станом симістора VS1 керують кнопка SB1 "Вкл" і блокуючі контакти реле К1.1. Конденсатори С1 - С4 усувають мультиплікативний фон і перешкоди мережі.
Реле К1 із супутніми елементами працює у вузлі автоматичного відключення блоку. Для включення реле використаний імпульсний принцип, що дозволяє суттєво зменшити споживаний струм. Вимикання реле, в результаті якого відбувається відключення всього пристрою від мережі, можливо у трьох випадках: вручну - кнопкою SB2 "Викл"; за сигналом таймера - транзистором VT1, підключеним паралельно кнопці; при перевантаженні або замиканні на виході або на вході стабілізатора DA1.
В якості порогового елемента застосований польовий транзистор VT1 з великою крутизною передатної характеристики і малим опором відкритого каналу, що сприяє чіткому спрацьовування таймера. До затвору транзистора через резистивныи дільник R2R3 підключений времязадающий конденсатор С7. Наявність дільника обумовлено прагненням отримати максимальний час витримки при невеликих номіналах елементів зарядного ланцюга. Його ефективність ілюструє промоделированная в Micro-Cap 7.1.0 зарядна характеристика конденсатора С7 (рис. 2), яка отримана для першої ступені таймера при R12 = 300 кОм, С7 = 470 мкФ.
На графіку видно, що без дільника транзистор VT1 відкривається при напрузі на затворі 1,8 В (точка 1 на графіку), а час витримки одно 31 с. З дільником R2R3 цей час збільшується майже в 10 раз (точка 2), оскільки заряджається конденсатор С7 тепер до майже у чотири рази більшої напруги. Для інших ступенів постійну часу визначають включені в цей момент резистори R8-R12 матриці вузла керування. Транзистор VT2 призначений для швидкої розрядки тимча-мяэадающего конденсатора С7 перед кожним новим циклом роботи таймера.
Основна відмінність таймера - оригінальне пристрій управління, виконане на десятковий лічильник DD1. Керують лічильником по входу CN, до якого підключена кнопку SB3. У свою чергу, виходи мікросхеми з'єднані з резистивно-діодним матрицею R8-R12VD2-VD6. Діоди VD2-VD6 необхідні для розв'язування активного виходу мікросхеми (на якому присутній високий рівень), від інших, з'єднаних в цей момент із загальним проводом. Призначення ланцюга C11R7 - установка лічильника в нульовий стан при включенні. Конденсатор С10 пригнічує "брязкіт" контактів кнопки SB3 і запобігає проникнення на вхід CN зовнішніх перешкод, здатних викликати помилкове спрацьовування лічильника.
Пристрій працює наступним чином. Щоб включити блок живлення, натискають на кнопку SB1, в результаті чого симистор VS1 відкривається і на пристрій надходить живляча напруга. Імпульс струму зарядки конденсатора С6 включає реле К1, контакти якого К1.1 блокують кнопку SB1, залишаючи все пристрій під включеному стані. Резистор R1 задає струм утримання реле К1 на рівні приблизно 10 мА.
В такому режимі блок забезпечує живлення магнітоли або радіоприймача стабілізованою напругою 9 Ст. При цьому він повністю захищений від перевантаження і короткого замикання: у разі різкого збільшення струму навантаження напруга на вихід мікросхеми DA1 падає, струм утримання реле К1 стає недостатнім і реле, вимикаючись, знеструмлює всі пристрій, закриваючи симистор VS1.
Для "ручного" (без витримки часу) виключення блоку і живиться ним апаратури швидко натискають на кнопку SB2. Це призводить до вимикання реле К1, контакти якого К1.1 розмикають керуючу ланцюг симістора VS1, а останній, закриваючись, відключає пристрій від мережі.
Робота таймера потребує окремого пояснення. При включенні живлення таймер встановлюється в нульовий стан подачею на вхід R лічильника DD1 короткого імпульсу скидання через конденсатор С11. Після цього на виході 0 (висновок 3) з'являється одиничний сигнал, на всіх інших виходах - нульовий. Напруга високого рівня з виходу 0 через резистор R4 надходить на базу транзистора VT2, відкриваючи його. Транзистор VT2 ділянкою колектор-емітер шунтує конденсатор С7 і розряджає його, якщо на ньому був залишковий заряд. Це - цикл підготовки таймера до роботи.
Подальша робота таймера забезпечується управлінням всього однією кнопкою, без жодних додаткових перемикань, характерних для інших пристроїв, наприклад, [2]. Режим роботи задається східчасто, кількістю короткочасних натискань на кнопку SB3. Кожне натискання приводить до перемикання лічильника на один крок і установці відповідної витримки часу. Після першого натискання на кнопку SB3 лічильник DD1 відраховує один імпульс, в результаті чого на виході 1 (висновок 2) встановлюється одиничний сигнал. Транзистор VT2 закривається, а напруга з виходу 1, близьке до напруги живлення, через діод VD6 і резистор R12 надходить на конденсатор С7, заряджаючи його. Інші виходи мікросхеми DD1 в цей момент розв'язані закритими діодами VD2-VD5, що перешкоджає розрядці конденсатора на загальний провід.
У міру зарядки конденсатора С7 напруга на затворі транзистора VT1 зростає. Постійна часу ланцюга R12С7 першої ступені обрана такою, що час досягнення порогового рівня становить близько 5 хв. Після закінчення цього часу транзистор VT1 відкривається і шунтує обмотку реле К1, яке, вимикаючись, вимкнути пристрій, як описано вище.
При подвійному натисканні на кнопку SB3 одиничний сигнал з'являється вже на виході 2 (висновок 4). Відповідно, тепер зарядна ланцюг утворена двома послідовно включеними резисторами R11 і R12, що збільшує час витримки до 10 хв. Натискаючи на кнопку SB3 кілька разів (до п'яти), програмують таймер на потрібний час роботи у межах 5/10/15/20/25 хв. Останнім натискання зупиняє лічильник, забороняючи подальший рахунок, оскільки встановлено максимальний час витримки. Це досягається подачею на вхід CP лічильника DD1 одиничного сигналу з виходу 5 (висновок 1).
Кілька ускладнивши вузол керування, можна отримати ще більш зручне циклічне управління з індикацією. Як це зробити, показано на рис. 3. Алгоритм роботи лічильника змінено подачею одиничного сигналу з виходу 6 (висновок 5) мікросхеми DD1 на вхід R. Крім того, тепер виходи лічильника 1-5 з'єднані з вузлом індикації, зібраний на транзисторах VT3-VT7 і світлодіоди HL1-HL5.
У цьому пристрої кожне натискання на кнопку SB3, крім перемикання режиму витримки, призводить до включення одного з світлодіодів, індиціюється відповідний режим. П'яте натискання не фіксується, а наступне шосте - знову переводить лічильник в нульовий стан. При цьому конденсатор С7 розряджається і ні один світлодіод не світиться - таймер вимкнений. Далі, натискаючи на кнопку SB3 і орієнтуючись по світлодіодів HL1-HL5, можна знову запрограмувати таймер на потрібний час. Таким чином, тут реалізований нескінченний цикл управління з індикацією, дуже зручний на практиці.
В блоці живлення, розрахований на струм навантаження 1 А, застосований стандартний мережевий трансформатор Т10-3 (Т1), вторинні обмотки якого з'єднані послідовно. Зрозуміло, можна використовувати і будь-який інший трансформатор, напруга на вторинної обмотки якого під навантаженням не менше 8,5 Ст. Замість симістора КУ208Г допустимо застосування ТС106-10, розрахованого на більший струм і має менші габарити. Мікросхема К561ИЕ8 замінима аналогами з серій 564, К176. У пристрої застосовано реле РЭС55А виконання РС4.569.600-01, але його можна замінити іншим малогабаритним герконовим реле з напругою спрацьовування 4...6 В і струмом утримання не більше 7 мА. Всі три кнопки управління - нефиксируемые на основі мікроперемикачів МП7. Транзистори КТ315Б можна замінити на КТ315Г, причому, для того щоб яскравість світлодіодів в пристрої рис. 3 була однаковою і достатньою, транзистори VT3 - VT7 слід підібрати за коефіцієнтом передачі струму һ21Э = 100...120. Використовувати транзистори з коефіцієнтом передачі більше 140 не рекомендується, оскільки в цьому випадку струм світлодіодів перевищить максимально допустиме значення (6 мА). Замість червоних світлодіодів КИПД05А-1К допустимо застосування КИПД05Б-1Л (зелені), КИПД05В-1Ж (жовті), але слід мати на увазі, що яскравість свічення індикатора зменшиться приблизно вдвічі.
Універсальність запропонованого пристрою полягає і в тому, що воно може бути використано як окремий таймер, керуючий побутовими електроприладами по сіткової напруги. У цьому випадку навантаження потужністю до 1 кВт (для симістора КУ208Г) або до 2 кВт (для симістора ТЗ 106-10) підключають паралельно первинної обмотки трансформатора Т1, як показано на рис. 1. Блок живлення в цьому випадку необхідний тільки для харчування самого таймера, відповідно, потужність мережевого трансформатора Т1 може бути зменшена до декількох ватів, ємність конденсатора С5 зменшена приблизно в десять разів, а конденсатор С9 зовсім виключений. Замість мосту VD1 можна встановити малопотужні кремнієві діоди. Всі описані вище функції в цьому разі зберігаються, але комутація навантаження здійснюється з "високовольтної сторони", причому відключення від мережі і навантаження і таймера відбувається одночасно.
Налагодження пристрій не вимагає. Єдине, що може знадобитися - регулювання часу спрацьовування таймера резисторами R8-R12 на рис. 1 (R12-R16 на рис. 3), особливо на верхніх щаблях, де струм зарядки порівнюється з струмом витоку конденсатора С7 і струмом дільника R2R3.
На закінчення відзначимо, що запропонований таймер допускає широкі можливості модернізації. Так, число ступенів регулювання може бути збільшено до десяти (за кількістю виходів мікросхеми DD1), а час витримки кожної щаблі змінено будь-яку сторону підбором резисторів R8-R12.
Література
Автор: А. Пахомов, р. Зерноград Ростовської обл.