Часто у радіоаматора виникає потреба а електронному таймері - пристрій, що включає або відключати зовнішнє навантаження а заданий момент часу. Схеми таких пристроїв не раз публікувалися в радіоаматорських виданнях. Вони відрізняються один від одного за ступенем складності, функціональним можливостям, конструктивної реалізації. В опублікованій статті автор пропонує ще одну, дуже просту конструкцію, виконану на базі дешевих електронних годин китайського виробництва.
Більшість відомих таймерів виконано або у вигляді приставки до серійним електронним годинником, або вже містять у собі електронні годинники (наприклад, на базі БІС К145ИК1901). Загальним недоліком більшості відомих пристроїв є порівняно велике число елементів, наявність окремого джерела живлення, а часто також і додаткового корпусу, нерідко досить великих розмірів. Всі це ускладнює завдання виготовлення таймера.
Особливість пропонованої конструкції в тому, що всі деталі таймера поміщаються в корпусі базових електронних годин, причому необхідні доробки конструкції годин мінімальні. Крім того, таймер містить невелику кількість елементів і споживає малий струм, що дозволило відмовитися від додаткового джерела харчування (використовується батарея годин).
Таймер виконує функцію замикання зовнішньої ланцюга в заздалегідь встановлений час. Повернення в початковий стан здійснюється вручну. Зміною налаштувань пристрої також можна отримати функції розмикання зовнішньої ланцюга і короткочасного замикання або розмикання зовнішньої ланцюга (наприклад, для подачі сигналу запуску якої-небудь автоматики).
В якості базових годин можуть бути використані будь-які електронні годинники з живленням від гальванічного елемента напругою 1,5 В, що мають функцію будильника і електродинамічне звуковий індикатор. У описуваної конструкції були застосовані кишенькові електронні годинник з будильником "TRAVEL CLOCK" гонконгського виробництва.
Принципова схема таймера показана на рис. 1.
Додані елементи зображені лінією збільшеної товщини. Пристрій містить вхідну ланцюг R1C1, підсилювач постійного струму на транзисторі VT2 і вихідний ключ, виконаний на реле К1. Таймер забезпечує замикання (розмикання) зовнішньої ланцюга при спрацьовуванні будильника годин. Гальванічна розв'язка з вихідний ланцюгом, що підключається до гнізда Х1, забезпечує високу завадостійкість пристрою.
Особливість таймера в тому, що в ньому застосоване спеціальне реле, зване реле з магнітною фіксацією. Воно відрізняється від звичайного тим, що його якір здатний залишатися як у відпущеному, так і в притягнутий стані навіть при відсутності струму в обмотці. Отже, енергія джерела живлення споживається тільки при зміну стану реле, що значно підвищує економічність пристрою.
Принцип дії такого реле полягає в наступному. Характеристика будь-якого реле володіє яскраво вираженим гістерезисом. Це означає, що для спрацьовування реле потрібна велика магніторушійна сила (МДС), ніж та, що достатня для утримання якоря в притягнутий стані. Схематично така характеристика зображена на рис. 2.
Тут по осі абсцис відкладена величина МДС обмотки F, а на осі ординат умовно зображені точки, відповідні притягнутого (1) і отпущенному (0) станом якоря реле. У звичайному реле МДС спрацьовування Fср і МДС відпускання Fотп більше нуля і, отже, при відключеній обмотці воно може перебувати тільки у відпущеному стані.
В реле з магнітною фіксацією, крім МДС обмотки, існує ще додаткова МДС, створюване постійним магнітом, причому її величина більше МДС відпускання, але менше МДС спрацьовування. Отже, при відключеній обмотці реле може перебувати як у відпущеному стані якоря, так як МДС магніту недостатня для спрацьовування, так і в притягнутий, оскільки МДС магніту достатня для утримання якоря в притягнутий стані.
Для перекладу реле з одного стану в інше необхідно пропустити через його обмотку короткий імпульс струму того чи іншого знака. При цьому МДС обмотки або складається з МДС магніту і результуюча МДС стає достатньою для спрацьовування реле, або віднімається - в цьому випадку результуюча МДС стає менше МДС відпускання. Характеристика реле з магнітною фіксацією показана на рис. 3.
Таймер працює так. Коли сигнал від базових годин не подається, транзистор VT2 закритий, струм через обмотку реле не протікає і воно знаходиться в одному з стійких станів (наприклад, розімкнутому, далі для наочності буде розглядатися випадок, коли таймер працює на включення). Конденсатор С2 заряджається через резистор R2 до напруги живлення.
Коли спрацьовує будильник базових годин, на їх звуковий індикатор ВА1 починають подаватися серії прямокутних імпульсів з частотою близько 1 кГц. Ці імпульси проходять через ланцюг VD2R1C1 і відкривають транзистор VT2-В результаті конденсатор С2 розряджається на обмотку реле К1, формуючи імпульс струму. При цьому реле спрацьовує, його контакти До1.1 замикаються і залишаються в замкнутому стані, оскільки якір притягнутий магнітним потоком постійного магніту. Після розрядки конденсатора струм через обмотку падає до значення, обмеженого великим опором резистора R2, чим і досягається висока економічність всього пристрою.
Для розмикання контактів реле (повернення в початковий стан) використовується додатковий зовнішній постійний магніт, який підноситься до реле зовні корпуси годинників так, що його МДС віднімається із загальної МДС реле, викликаючи його відпускання.
Діод VD1 запобігає перенапруги в обмотці звуковипромінювача ВА1. При відсутність діода можливі збої в роботі пристрою в результаті впливу на БІС годин імпульсних перенапруг. Аналогічну функцію виконує діод VD3.
В таймері застосовані наступні деталі: резистори УЛМ, конденсатори KM (С1), К53-14 (С2). Вони можуть бути замінені на інші малогабаритні з відповідними параметрами. Конденсатор С2 повинен мати мінімальну витік. Діод VD2 повинен бути германиевым, так як кремнієвий діод може не відкритися при малій амплітуді сигналу (наприклад, при частково розрядженому елементі), інші діоди - будь-які малогабаритні, наприклад, серій КД503, КД509, КД521, КД522, Д220. Транзистор VT2, крім малих габаритів, повинен мати малий зворотний струм колектора і, бажано, мале напруга насичення. Підходять, наприклад, транзистори серій КТ209, КТ3107. Ці вимоги визначаються мінімізацією споживаного струму.
Реле саморобний, на базі геркона КЕМ-2А. Обмотка реле намотується на каркас із щільного паперу і містить 1500 витків дроту ПЕВ діаметром 0,1 мм Довжина намотування (відстань між щічками каркаса) - 17 мм, внутрішній діаметр каркаса - 3 мм. Каркас з обмоткою надівається на середину колби геркона. Опір обмотки вийшло близько 70 Ом. Для створення постійного зміщення використовується малогабаритний постійний магніт.
Монтаж таймера показано на фотографії (рис. 4).
Реле укладається у вільний простір близько звукового випромінювача і фіксується компаундом (наприклад, парафіном). Інші елементи пристрою розташовуються поверх плати годин. Монтаж навісний, з застосуванням жорстких монтажних проводів. Кріплення елементів на платі і одночасно електричне з'єднання з базовими годинами здійснюється з допомогою висновків елементів С2, R2 і VD2. Висновки пропускають через просвердлені в платі отвори і з зворотного боку припаюють до відповідних друкованим доріжках. Якщо монтаж виявиться недостатньо жорстким, елементи можуть бути додатково закріплені з допомогою компаунда. Розташування елементів і отворів у платі необхідно уточнити стосовно розведення друкованих доріжок на платі конкретного екземпляра годин.
Для підключення зовнішньої ланцюга в корпусі годин встановлений малогабаритний штепсельний роз'єм, наприклад, колодка МГК1-1. Її корпус акуратно сошліфовивают до товщини 5 мм і приклеюють в кришці годин, попередньо вирізавши в ній виїмки для гнізд. З'єднання з висновками геркона здійснюється парою гнучких проводів. Можливо також і нерозбірна з'єднання з зовнішньої ланцюгом, без застосування роз'єму.
Зовнішній постійний магніт, який використовується для повернення реле в початковий стан, бажано виконати, наприклад, у вигляді брелока, конструкція якого забезпечує його піднесення до реле одним і тим же полюсом. Конструкція брелка не наводиться, так як вона залежить від розмірів і форми застосовуваного магніту.
Налаштування таймера зводиться до підбору положення постійного магніту. Для цього до контактів геркона підключають омметр-пробник і повільно підносять до магніт геркона. В момент замикання контактів відзначають положення магніту і повільно відсувають магніт від геркона. Відзначають положення магніту в момент розмикання контактів і потім закріплюють магніт на платі між двома мітками.
Потім перевіряють роботу реле наступним чином. При встановленої батареї живлення короткочасно замикають висновки емітера і колектора транзистора VT2, при цьому реле має спрацювати і залишитися в притягнутий стані. Якщо спрацювання не відбувається, то необхідно поміняти місцями виводи обмотки. Остаточну перевірку таймера проводять при подачі сигналу базовими годинами. У деяких типів годин є режим примусової подачі сигналу, наприклад, у години "TRAVEL CLOCK" він викликається при одночасному натисканні на ліву і середню кнопки, при цьому світяться всі сегменти індикатора і подається звуковий сигнал.
Для того щоб таймер працював на розмикання, необхідно поміняти місцями висновки обмотки реле. Тоді при спрацьовуванні таймера буде відбуватися розмикання геркона, попередньо замкнутого зовнішнім магнітом.
Для отримання функції короткочасного замикання контактів магніт встановлюють так, щоб його МДС була недостатня для утримання контактів замкнутими (за другою міткою). У цьому випадку реле К1 працює як звичайне поляризоване реле. Функцію короткочасного розмикання отримують, встановивши магніт перед першою міткою (так, щоб його МДС була достатня для спрацьовування геркона) і помінявши місцями виводи обмотки.
Оскільки в останніх двох випадках реле має більший струм спрацьовування, слід перевірити надійність його роботи при зниженій напрузі живлення і, в разі необхідності, перемотати обмотку більш товстим дротом (для зменшення її опору). Якщо час замкнутого (розімкнутого) стану недостатньо, слід застосувати конденсатор С2 більшої ємності.
Необхідний час спрацьовування таймера встановлюють звичайним чином - вибором відповідного часу на будильнику годин. Включення і вимикання таймера здійснюються включенням/виключенням сигналу на базових годинах. Зважаючи малого споживання струму таймером (у режимі очікування він визначається лише витоками) окремого вимикання живлення не передбачено. Необхідно простежити, щоб на годиннику були вимкнені всі інші функції, що дають звукові сигнали (наприклад, подача сигналу кожну годину), в іншому випадку відбудеться помилкове спрацьовування. Повернення реле зовнішнім магнітом слід проводити після припинення подачі годинником звукового сигналу, в іншому випадку відразу після повернення відбудеться повторне спрацювання таймера.
Таймер може бути використаний, наприклад, в якості будильника (коли гучності штатного звукового випромінювача недостатньо), при цьому контакти реле включаються в ланцюг зовнішнього звукового випромінювача. Можливе також використання двохобмотувальні дверного дзвінка, тоді контакти підключаються до його вторинної (низьковольтної) обмотці.
Увага!!! Ізоляція реле не розрахована на подачу напруги. При необхідності керувати високовольтними навантаженнями слід використовувати додатковий комутатор.
Автор: Д. Вовків, р. Шахти Ростовської обл.