Миниатюрный электронный телеграфный ключ MINI CW KEY на микроконтроллере ATtiny13
Этот простой электронный телеграфный ключ разработан Александром Денисовым (RA3RBE) из г. Тамбова. Подробное описание этой конструкции выложено на сайте автора . Кроме того, там Вы сможете ознакомиться с другими не менее интересными его конструкциям, а также задать вопросы.
При разработке этого телеграфного ключа ставилась задача сделать устройство очень простое, доступное для повторения радиолюбителями любого уровня подготовленности, от начинающих до профи.
Кроме этого работа этого устройства должна удовлетворять и малоопытного телеграфиста и радиолюбителя, посвятившего работе на ключе долгие годы.
Принципиальная схема ключа очень проста, ядром этой схемы является микроконтроллер ATTiny13. Он формирует выходной телеграфный сигнал с соотношением 1:3, регулирует скорость передачи в широком диапазоне скоростей, обеспечивает самоконтроль через подключенный миниатюрный капсюль. На выходе ключа стоит MOSFET которым можно управлять непосредственно передатчиком или можно включить в его сток реле, для управления через контакты реле.
Размеры печатной платы ключа: 47х39 мм. Переменный резистор и гнездо для подключения телеграфного ключа установлены таким образом, чтобы плату можно было закрепить к передней панели устройства непосредственно гайками гнезда и переменного резистора "Скорость". На печатной плате имеется джампер для отключения звукосигнализатора, при необходимости. Наборы для самостоятельной сборки укомплектованы уже запрограммированным микроконтролером и панелькой для его установки.
Краткую инструкцию по сборке и состав набора можно увидеть
Стоимость печатной платы (размеры платы 47х39 мм): 50 грн.
Стоимость набора для сборки: 160 грн.
Стоимость собранной и проверенной платы: 190 грн.
Небольшое видео, демонстрирующее работу ключа:
Для покупки наборов обращайтесь (обратите внимание, что в окошке "Код безопасности" необходимо ввести числовой результат указанной арифметической операции) или
Всем удачи, мирного неба, добра, 73!
Е. КРОЧАКЕВИЧ, ( VQ 2 LE )
Одним из примеров применения логических интегральных микросхем (ИМС) в радиолюбительской практике является предлагаемый вниманию читателей автоматический телеграфный ключ, отличающийся малыми габаритами, высокой надежностью и удобством в эксплуатации.
Для его построения могут быть использованы как диодно-транзисторные, так и транзисторно-транзисторные логические ИМС двух типов: многовходовые логические элементы И-НЕ (вентили) и тактируемые фронтом JK-триггеры.
Рис. 1. Принципиальная схема автоматического телеграфного ключа
Принципиальная схема ключа приведена на рис. 1. Устройство содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ), построенный на вентилях D1.1 и D1.2, триггеры D3 и D4, схему управления триггерами на элементах D1. S и D1.4, монитор, собранный на вентилях D2.1, D2.2 и D2.3, и оконечный каскад на базе элемента D2.4 и транзисторов V7 и V8. Эпюры напряжений в схеме, иллюстрирующие ее работу, приведены на рис. 2.
Рис. 2. Эпюры сигналов в схеме
Триггеры D3 и D4 ключа работают в счетном режиме и делят частоту тактовых импульсов (рис. 2, а), следующих с периодом Т, на 2. К оконечному каскаду сигналы с выходов D3 и D4 поступают через схему D2.4, осуществляющую операцию И. Таким образом, триггер D3 формирует точки и интервалы длительностью Т (рис. 2, б), а добавление с выхода D4 сигнала, показанного на рис. 2, в, длительностью 2Т обеспечивает формирование тире, длительность которых составит, очевидно, ЗТ. Суммированный сигнал (см. рис. 2, г) с выхода D2.4 поступает на вход оконечного каскада - на базу транзистора V7.
В процессе передачи манипулятором коммутируют входы вентилей D1.3 и D1.4, при этом к триггерам с выходов элементов D1.3 и D1.4 поступают сигналы, разрешающие их переключения. Связь инверсного выхода триггера D4 с входом вентиля D1.3 необходима для разрешения работы триггера D3 в режиме счета при формировании сигнала тире независимо от положения манипулятора во время передачи этого знака. В схему предлагаемого ключа введена также дополнительная связь выхода ГТИ с входом J 4 триггера D4, исключающая возможность одновременного формирования сигналов С 3 = 0 и J 4 = 1, что привело бы к вероятности ложной передачи тире вместо точки (подстрочный индекс названия входа триггера соответствует порядковому номеру триггера).
Для оценки преимуществ схемы автоматического телеграфного ключа с применением тактируемых фронтом JК-триггеров существенно то обстоятельство, что для переключения JK-триггера из нуля в единицу не обязательно длительное присутствие единицы на входе J. Чтобы изменить его состояние, достаточно хотя бы кратковременного совпадения по времени сигнала J = 1 и вершины тактового импульса. Таким образом, совпадение сигналов J = 1 и С = 1 при последующих J = 0 и С = 1 обеспечивает запоминание поступившего управляющего сигнала и, следовательно, память положения манипулятора. В данном случае тактовые импульсы поступают со скважностью, равной 2 (длительность паузы равна длительности импульса), и положение манипулятора запоминается здесь в течение той половины интервала между двумя знаками сообщения, которая непосредственно примыкает к началу очередного знака. Замыкание манипулятора в интервале времени, когда С 3 = О, не будет иметь отклика. Отметим, что при передаче сообщения с малой скоростью, когда реальная длительность прижатия манипулятора может быть много короче точки (или интервала) между знаками сообщения, обеспечение памяти положения манипулятора требуется во всем интервале, чтобы гарантировать надежный отклик на каждое замыкание манипулятора. Наоборот, при высоких скоростях передачи сообщений реальная длительность прижатия манипулятора может быть несколько длиннее точки. В этом случае память положения манипулятора вообще не нужна (по крайней мере, во всем интервале), так как при ее наличии даже самая малая передержка манипулятора приведет к отработке лишнего знака. Таким образом, построение предлагаемого ключа с памятью положения манипулятора именно в половине интервала между знаками сообщения является решением, в известной мере удовлетворяющим одновременно обоим этим противоречивым требованиям.
ГТИ предлагаемого ключа построен по простой схеме симметричного мультивибратора на вентилях D1.1 и D1.2 с хронирующими конденсаторами С1 и С2. Частоту следования тактовых импульсов и, следовательно, скорость передачи сообщений устанавливают регулировкой R3 в зависимости от желания или квалификации оператора. При конструировании ключа следует иметь в виду довольно острую зависимость в такой схеме ГТИ частоты генерации от величины питающего напряжения. Так, например, когда положение регулировки R3 соответствует максимальной скорости передачи сообщения (движок R3 на корпусе), изменение напряжения питания на 1 % вызывает изменение частоты следования тактовых импульсов на 3 - 5%. Это обстоятельство предъявляет определенные требования к стабильности источника питания. В процессе наладки ГТИ иногда наблюдается срыв или неустойчивость генерации. Суть этого явления состоит в том, что при одновременном заряде конденсаторов С1 и С2 до одинакового напряжения, на входы обоих вентилей мультивибратора поступают уровни логического нуля, а на выходах оказываются уровни логической единицы, и генерация, следовательно, отсутствует. Если в процессе настройки в ГТИ произошел такой срыв генерации, следует отключить питание и разрядить оба конденсатора. С точки зрения устойчивой генерации ГТИ напряжение питания в схему ключа следует подавать резким фронтом, например с помощью тумблера. Диоды VI и V2 предназначены для защиты входов вентилей D1.1 и D1.2 от отрицательных полуволн напряжения, образующихся при перезаряде конденсаторов С1 и G2. Отсутствие этих диодов может привести к сбоям в работе ключа.
Как уже говорилось, в устройстве, изображенном на рис. 1, на выходе ГТИ формируются импульсы со скважностью, равной 2 (меандр), что обеспечивает память положения манипулятора в половине интервала между знаками сообщения. В пределах этого интервала память может быть увеличена или сокращена по желанию конструктора. Для этого достаточно нарушить симметрию плеч мультивибратора путем изменения емкостей конденсаторов С1 и С2.
Наличие в схеме ключа монитора, хотя бы в виде макета, существенно упрощает процесс наладки устройства, а использование монитора в окончательной конструкции не ухудшает общей надежности и помехоустойчивости ключа, но зато облегчает работу оператора.
В данном случае монитор - низкочастотный генератор сигналов прямоугольной формы, собран по схеме мультивибратора на логических элементах D2.1 и D2.2. В состав монитора входит также ключевой буферный каскад на вентиле D2.3. К входу монитора могут быть подключены один высокоомный или ряд низкоомных наушников. Наиболее эффективно применение микротелефона ТМ-2М.
Выходной каскад телеграфного ключа можно строить по различный принципиальным схемам, как с использованием транзисторов, так и микросхем. На рис. 3 приведен вариант построения выходного каскада ключа с применением микросхем серии К155, а на рис. 4 и 5 - с применением транзисторов, например КТ315. Каждый из этих вариантов обладает своими достоинствами и недостатками, которые следует учитывать при конструировании. В частности, при построении транзисторного варианта выходного каскада для его питания можно использовать относительно высокие напряжения, ограничиваемые лишь величиной предельно допустимого напряжения «коллектор - эмиттер» применяемого транзистора, - отсюда широкий выбор типов реле Р1, номинальные токи срабатывания которых не должны превышать 100 мА (применительно к транзисторам КТ315). К тому же площадь монтажа, занимаемая двумя транзисторами КТ315, меньше площади, занимаемой микросхемой. При построении же интегрального варианта выходного каскада питание реле и логических микросхем должно осуществляться одним и тем же напряжением, а ограничение максимального выходного тока каждого вентиля (15 - 30 мА) затрудняет выбор реле с надлежащими уровнями напряжения и мощности срабатывания. Кроме того, конструкция в этом варианте загружается достаточно большим количеством навесных элементов (R10 - R13 на рис. 3) для равномерного распределения нагрузки на каждый вентиль.
Рис. 3. Вариант построения выходного каскада ключа на логических микросхемах
Рис. 4. Вариант построения выходного каскада ключа на транзисторах (срабатывание на замыкание реле Р1)
Рис. 5. Вариант построения выходного каскада ключа на транзисторе (срабатывание на размыкание реле P 1)
Применять микросхемы в выходном каскаде ключа целесообразно лишь в тех случаях, когда вся оперативная автоматика радиостанции выполнена на логических элементах с тем же напряжением питания (+ 5 В), причем источник питания обладает достаточной выходной мощностью. Применение транзисторных каскадов, изображенных на схемах рис. 4 и 5, обосновано в случаях, когда с целью сокращения количества микросхем из конструкции исключены монитор и вентиль D2.4. В остальных случаях целесообразно построение оконечного каскада по схеме рис. 1.
Рис. 6. Принципиальная схема ГТИ
Особый интерес представляет использование в составе телеграфного ключа ГТИ, принципиальная схема которого изображена на рис. 6. Здесь с помощью резистора R3 одновременно регулируется частота и скважность тактовых импульсов. Это позволяет при малых скоростях передачи работать с памятью положения манипулятора практически во всем интервале между знаками сообщения, обеспечивая тем самым однозначный отклик ключа на любое кратковременное замыкание манипулятора. При максимальной же скорости работы ключа память положения манипулятора в интервале между смежными знаками сообщения практически отсутствует, что исключает отработку лишних знаков сообщения при возможных передержках манипулятора. Отметим, что в середине диапазона регулирования скорости память положения манипулятора, как и в схеме ключа рис. 1, охватывает половину интервала между смежными знаками сообщения.
Параметры навесных элементов и номера выводов микросхем указаны на рисунках для случая применения ИМС серий К155 или К136. В качестве вентилей D1.1 - D1.4 и D2.1 - D2.4 можно использовать К155ЛАЗ или К136ЛАЗ, а в качестве триггеров D3 и D4 - ИМС К155ТВ1 или К136ТВ1. Таким образом, схема построена на четырех интегральных микросхемах. Однако, исключив из схемы монитор и изменив построение выходного каскада, можно обойтись тремя микросхемами, а применение ИМС, содержащих два JK-триггера в одном корпусе, например К134ТВ14, сокращает количество микросхем до двух.
Можно применять любые кремниевые или германиевые малогабаритные диоды с малыми токами утечки, но удачнее всего с микросхемами сочетаются микроминиатюрные диоды КД102 или КД104 с любыми буквенными индексами.
Некоторые входы микросхем при построении схемы ключа остаются незадействованными. В общем случае для повышения помехоустойчивости ключа на незадей-ствованные входы следует подавать напряжение логической единицы (+ 2,5 - Ь4 В), а также шунтировать выводы питания каждой микросхемы в месте ее установки конденсатором емкостью 0,1 мкФ. Однако, учитывая отсутствие в схеме рис. 1 длинных линий, разводящих мощные импульсы с крутыми фронтами, и достаточно большие мощности срабатывания элементов серий К155 и К136, вполне допустимо незадействованные входы оставлять неподключенными (как, например, установочные входы R и 5 триггеров D3 и D4). Незадействованные входы J и К триггеров можно также оставлять неподключенными, либо объединять между собой незадействованные входы J с одним из задействованных входов J или же с выходом Q; а входы К - с выходом каждого триггера, тем более что конструктивно входы J большинства интегральных JK-триггеров расположены рядом с выходом Q, а входы К - с выходом Q. Это решается в каждом конкретном случае в процессе составления монтажной схемы. Незадействованные входы вентилей 2И-НЕ объединяются с рабочими. В стадии макетирования и наладки, однако, незадействованные выводы подключать не рекомендуется; тогда в случае выхода из строя одного из рабочих входов можно будет использовать ранее незадействованный.
Для повышения общей помехоустойчивости ключа в случаях недостаточно эффективно экранированного выходного каскада передатчика или при наличии других помех в местах подключения к устройству проводников от движка потенциометра R3 и электродов манипулятора при необходимости следует установить развязывающие конденсаторы С р емкостью 0,022 - 0,068 мкФ. Диод V4 установлен для защиты входа вентиля D1.3 от наводок положительной полярности, что повышает помехоустойчивость по цепям манипуляции. Конденсатор С5 необходим для исключения воздействия на схему ключа коммутационных помех, возникающих при работе реле PL Контакты реле Р1 в цепи манипуляции передатчика шунтированы RС-цепью для исключения их искрения, а также для электрической нейтрализации вибрации контактов в момент коммутации. Это требование не является специфическим в связи с применением микросхем в конструкции ключа; его, однако, важно иметь в виду, особенно при попытках имитировать кнопкой действие ГТИ, для проверки действия логической части схемы ключа. Конденсатор С п емкостью 0,047 - 0,068 мкФ включен на шины питания для предотвращения импульсных всплесков напряжения в моменты переключения элементов схемы в процессе работы ключа.
СПОРТИВНАЯ АППАРАТУРА
Экономичный
Среди радиолюбителей широко распространены электронные телеграфные ключи на микросхемах ТТЛ Для них характерны сравнительно большое потребление электроэнергии и. как правило, необходимость стабилизации на пряжения питания Все это затрудняет их питание от батарей. Такая проблема не возникает, если ключ выпол йен на экономичных микросхемах КМОП-структурЫ, например, серии
сопротивление меньше указанного на схеме Элемент DD1.3 обеспечивает раз ряд конденсатора О через резисторы Rl. R2 для выравнивания длительности первого импульса относительно последующих
Триггер DD2.I формирует «точки». «Тире» получают путем сложения в эле менте DD3.I «точки» и «двойной точки», формируемой триггером DD2.2.
На логических элементах DD3.2 - DD3.4 выполнен генератор самоконтро ля. сигнал которого можно слушать через головной телефон BFI или через ре- uicTop R10 подать на усилитель звуковой частоты приемника. Частоту генера-
ШИ КП6ЛЕ5; Ж КП6ТМГ, Ж КЛ6ЛА7
ним UK:^ тах. Резне гор R9 можно
уменьшить до 1 кОм для обеспечения ключевого режима работы транзистора VT2.
В качестве DD2 можно применить микросхему К176ТМ2. при этом ее выходы S (выводы б и 8) нужно соединить с общим проводом. Диоды VDI-VD5 - любые малогабаритные кремниевые, транзисторы VTI-VT3 КТ315 с любым буквенным индексом
Детали телеграфного ключа размещены на печатной плате (рис. 2), изготовленной из одностороннего фоль- гированного материала размерами 65X35 мм
KI76. Принципиальная схема такого ключа приведена на рис. 1.
Тактовый генератор, работающий в ждущем режиме, собран на микросхеме DD1. Резистором R2 регулируют скорость передачи в пределах от 60 до 200 знаков в минуту Если есть необходимость работать с меньшими скоростями, то надо взять резистор R2 с большим номиналом. Если же требуется поднять верхний предел ско ростн, то резистор RI должен иметь
тора устанавливают резистором R5. Его можно не использовать, ио при этом надо подобрать RC по желаемой высоте тона.
Ключ рассчитан дли безконтактной манипуляции передатчика с помощью транзистора VT2 В коллекторную пень VT2 можно включить манипуляционное реле, обмотку которого шунтируют диодом. Реле можно питать и повы шейным напряжением, применив в качестве VT2 транзистор с более высо-
В режиме покоя ключ практически не потребляет электроэнергии, поэтому выключатель питания может отсутствовать.
Работоспособность электронного телеграфного ключа сохраняется при снижении напряжения мигания до 4 В. лишь немного сдвигается шкала ско* роегей н снижается частота тонального генератора
пос. Выхма X. РАУДСЕПП
Эстонской ССР
РАДИО N9 4, 1986 г
Большое число схем телеграфных ключей опубликовано в средствах периодической печати и в Интернете, но не все способны удовлетворить привередливого телеграфиста. То ключ собран на большом числе комплектующих элементов, то эти элементы слишком "серьёзны" для такой несложной конструкции.
Например, если ключ выполнен на микроконтроллере, потребуются его приобретение и программирование, что не всегда доступно. А то схема слишком простая, и устройство, собранное по ней, обладает не всеми требуемыми возможностями.
Принципиальная схема
Поискав уже "готовую простенькую" схему ключа для своего нового будущего трансивера, я так и не смог найти желаемую (ни в периодической печати, ни в Интернете). Мало того, в Интернете встретил немало постов с вопросами, именно по этой теме. Однако моё внимание всё же привлекла схема одного телеграфного ключа, уже давно ставшая почти классической .
Собран он на трёх микросхемах К176ЛЕ5, К176ЛА7 и К176ТМ1. И минимальный сервис у ключа в наличии, и схема не очень сложная, и питание - 9 В, поэтому не нужно отдельного источника питания в трансивере для телеграфного ключа. А если применить микросхемы серии К561, то подойдёт и 12 В, что ещё удобнее.
Хотя мне и встретилась схема ключа, выполненного всего на двух микросхемах К561ИЕ11 и К561ЛЕ5 , но вот отзывы пользователей о его работе были не очень лестные, к тому же микросхема К561ИЕ11 не столь распространена, как хотелось бы. Поэтому я предпринял попытку упростить схему ключа , выполненную на трёх микросхемах, которая взята в качестве прототипа.
Рис. 1. Электронный телеграфный ключ, схема.
В результате этой модернизации был разработан телеграфный ключ, схема которого показана на рис. 1 и основные параметры которого практически совпадают с параметрами прототипа.
Использовано то же самое напряжение питания, скорость передачи - 30...270 знаков в минуту, её интервал немного расширен вниз с целью получения минимальной скорости, принятой в качестве начальной при профессиональном обучении телеграфной азбуке.
Применены широко доступные микросхемы малой степени интеграции и, кроме всего прочего, их число, как и транзисторов и диодов, меньше.
При этом устройство снабжено как звуковой, так и световой сигнализацией допускает подключение внешнего реле для управления различными узлами с гальванической развязкой и позволяет управлять работой телеграфных гетеродинов.
Имеется выход на УЗЧ приёмника для организации самопрослу-шивания во время передачи телеграфных сигналов, возможно и управление другими устройствами с помощью логических уровней.
Звуковой контроль формируемых сигналов осуществляется с помощью телефонного капсюля BF1, визуальный - с помощью светодиода HL1.
На элементах DD1.1, DD1.2 собран импульсный RC-генератор с регулируемой частотой. Резистором R2 можно регулировать скорость передачи в указанном выше интервале. На триггере DD2.1 собран формирователь точек, на триггере DD2.2 совместно с триггером DD2.1 - формирователь тире.
На диодах VD3, VD4 собран элемент ИЛИ, на логических элементах DD1.3, DD1.4 - генератор звуковой частоты, на транзисторе VТ1 - ключ.
Работает ключ следующим образом. В нейтральном положении манипулятора SA1 на один из входов (вывод 2) элемента DD1.1 и на один из входов (вывод 6) элемента DD1.2 через резистор R3 поступает напряжение, соответствующее уровню лог. 1, поэтому импульсный генератор заторможен и на входе С (вывод 3) триггера DD2.1 - лог.
0. Одновременно лог. 1 на входе R триггера DD2.2 устанавливает такой же уровень и на его инверсном выходе (вывод 12). При переводе манипулятора SA1 в положение "Точки" (влево по схеме) на выводы 2 и 6 микросхемы DD1 поступает лог.
0, и импульсный генератор начинает работать. Его выходные импульсы поступают на вход С (вывод 3) триггера DD2.1, который формирует сигнал точки, поступающий через диод VD3 на базу транзистора VТ1, последний периодически открывается, и светодиод HL1 начинает светиться в такт этим сигналам.
Инвертированные импульсы с коллектора транзистора VТ 1 через резистор R7 поступают на вход (вывод 9) элемента DD1.3. В результате звуковой генератор начинает формировать телеграфные посылки 34 сигнала с частотой около 1 кГц. Частота звукового генератора определяется номиналами элементов R8 и С7. Состояние триггера DD2.2 при этом не изменяется, поскольку на его вход R (вывод 10) через резистор R4 поступает уровень лог. 1. Ключ обеспечивает формирование сигнала точки нормальной длительности даже при кратковременном замыкании манипулятора SA1.
При переводе манипулятора SA1 в положение "Тире" (вправо по схеме) генератор импульсов и триггер DD2.1 работают, как и в положении "Точки", однако на входе R триггера DD2.2 присутствует лог. 0, поэтому он изменяет своё состояние под действием импульсов с выхода триггера DD2.1.
Импульсы с выходов триггеров DD2.1 и DD2.2 через диоды VD3, VD4 поступают на резистор R5, где суммируются, формируя сигнал тире. Ключ обеспечивает передачу тире нормальной длительности даже при кратковременном замыкании манипулятора. Длительность точки равна длительности паузы, длительность тире - длительности трёх точек.
Конденсатор С4 блокирует цепи управления по ВЧ, он подавляет наводки, что позволяет вынести светодиод на некоторое удаление от каскада, например, на переднюю панель, конденсатор С5 обеспечивает мягкость передачи телеграфной посылки (в случае электронного управления телеграфным гетеродином), от его ёмкости зависят фронт и спад телеграфной посылки. Устройство собрано на макетной печатной плате с применением проводного монтажа. Микросхемы серии К176 можно заменить аналогичными серии К561 (К564), при этом напряжение питания можно увеличить до 15 В. Резисторы - МЛТ, С2-23, оксидные конденсаторы - К50-35 или импортные, остальные - керамические К10-17 или плёночные серии К73.
Транзистор - любой серий КТ315, КТ3102. Реле можно применить любое малогабаритное с номинальным напряжением, соответствующим напряжению питания ключа, и током срабатывания не более 100 мА. Подойдут, например, отечественные РЭС10 (паспорт РС4.524.303 или РС4.524.312), РЭС15 (исполнение РС4.591.002 или ХП4.591.009), РЭС49 (исполнение РС4.569.421 -02 или РС4.569.421-08).
Светодиод можно применить маломощный любого свечения, его желательно разместить на передней панели трансивера. Телефонный капсуль BF1 - ТА56М с сопротивлением катушки 1,6 кОм, можно применить аналогичный высокоомный капсуль ТОН-2.
Потребляемый устройством ток в режиме молчания - 0,3 мА, в режиме "Точка" - 10 мА, в режиме "Тире" - 15 мА, что несколько больше, чем у прототипа, но того "требуют" световая и звуковая сигнализации.
Телеграфные гетеродины
Ключ может управлять кварцевыми телеграфными гетеродинами по цепи коллектора (рис. 2), истока (рис. 3) и эмиттера (рис. 4). Все три генератора выполнены по схеме ёмкостной трёхточки.
Рис. 2. Схема кварцеванного телеграфного гетеродина.
Рис. 3. Схема кварцеванного телеграфного гетеродина (вариант 2).
Рис. 4. Схема кварцеванного телеграфного гетеродина (вариант 3).
Подстроечные конденсаторы, включённые в цепь кварцевого резонатора, обеспечивают подстройку частоты генерации, а такие же конденсаторы, установленные на выходе, обеспечивают регулировку уровня сигнала, поступающего на последующие каскады.
Владимир РУБЦОВ (UN7BV), г. Астана, Казахстан. Радио-12-17.
Литература:
- Раудсепп X. Экономичный телеграфный ключ. - Радио, 1986, № 4, с. 17.
- Васильев В. Ключ на двух микросхемах. - Радио, 1987, № 9, с. 22, 23.
Как уже отмечалось ранее, существуют десятки и сотни самых разнообразных цифровых микросхем. Живописному описанию каждой их них можно было бы посвятить немало страниц.
Однако в целях экономии бумаги и для демонстрации неограниченных возможностей применения всего одной микросхемы из множества других ниже будут рассмотрены простейшие устройства, использующие только одну микросхему — К561ЛЕ5.
Сенсорный пульт управления
Сенсорный пульт управления, позволяющий включать/выключать нагрузку, разработан И.А. Нечаевым (рис. 1) [Р 1/85-49]. Устройство содержит генератор, вырабатывающий импульсы частотой 300...500 Гц.
Их скважность (отношение длительности импульса к паузе) составляет 1:40 и определяется отношением сопротивлений R1 и R2. Если к сенсорной пластинке Е1 приложить палец, начнет заряжаться конденсатор С2.
Скорость и время заряда этого конденсатора зависит от сопротивления между контактами. В соответствии с заряд-но-разрядными процессами будет изменяться величина управляющего сигнала, проходящего через схему управления.
Рис. 1. Схема сенсорного пульта управления.
Изменяя силу и время прижатия пальцев к сенсорным площадкам Е1 и Е2, можно управлять уровнем выходных сигналов, интенсивностью свечения светодиодов HL1 и HL2.
Для настройки схемы при использовании сенсорных площадок различной конфигурации и площади, возможно, придется подобрать емкости конденсаторов С2 и СЗ.
Цветорегулятор
Несложный цветорегулятор можно собрать используя генератор импульсов управляемой скважности (рис. 2). Изменяя соотношение пауза/импульс с помощью потенциометра R2 можно управлять средней силой тока, протекающего через светодиоды HL1 и HL2.
Рис. 2. Схема цветорегулятора.
Если эти светодиоды отличаются по цвету свечения, объединив их под общим светособирающим экраном, можно добиться плавного изменения цвета суммарного свечения. В качестве нагрузки можно включить лампы накаливания, получив таким образом регулятор света. Для этого придется выполнить выходные каскады на более мощных транзисторах.
На рис. 3 показана схема сенсорного выключателя конструкции И.А. Нечаева [Р 4/89-62]. Прикосновение к площадкам Е1 и Е2 позволяет включать или выключать ток в нагрузке (светодиоды HL1 и HL2).
Рис. 3. Схема сенсорного выключателя.
Работает сенсорный выключатель следующим образом: в момент включения питания конденсаторы С1 и С2 разряжены, на входах соответствующих логических элементов устанавливаются логический нуль (выводы 1, 2 микросхемы DD1) и логическая единица (выводы 3, 5, 6 микросхемы DD1).
Соответственно, на выходе второго логического элемента установится логический нуль, а на выходе третьего — логическая единица, четвертого — снова нуль. Следовательно, один из элементов нагрузки — светодиод — будет включен, другой — выключен.
Резистор R3 создает цепь положительной обратной связи, обеспечивающей устойчивое состояние сенсорного выключателя. Для того чтобы переключить нагрузку, достаточно коснуться пальцем до сенсорных площадок Е1 и Е2.
С конденсатора С2 уровень логической единицы окажется поданным через сопротивление пальца и резистор R1 на вход первого логического элемента.
Поскольку на входе первого элемента устанавливается значение логической единицы, все остальные логические элементы одновременно изменят свое состояние. Выходные каскады переключатся.
На конденсаторе С1 установится значение логической единицы, на конденсаторе С2 — логического нуля. Для повторного переключения элементов схемы необходимо снова прикоснуться к сенсорным площадкам.
Это прикосновение приведет к очередной перезарядке конденсаторов С1 и С2 и переключению схемы в другое устойчивое состояние.
Сенсорный выключатель устойчиво работает в диапазоне питающих напряжений от 6 до 12 6. Взамен светодиодных индикаторов или параллельно им может быть включена и иная нагрузка, например, обмотка реле, управляющего работой бытовой техники, генератор звуковых или световых сигналов и т.п.
Модель электронного светофора
Модель электронного светофора (рис. 4) позволяет поочередно переключать разноцветные светодиоды, имитируя работу настоящего светофора [Рл 10/98-15].
Времязадающая цепь генератора (R2, С2) определяет частоту переключения зеленого и красного светодиодов, а цепь R1, С1 определяет время свечения желтого светодиода. Продолжительность свечения зеленого и красного светодиодов составляет около 10 сек и определяется постоянной времени R2C2, где сопротивление выражено в МОм, а емкость — в мкФ.
Рис. 4. Схема электронного «светофора».
Светофон
Светофон (рис. 5) представляет собой электронную игрушку — звуковой генератор [Р 1/90-60]. Частота генерации определяется уровнем освещенности чувствительного к свету (hv) элемента R1 (фотосопротивления, фотодиода) при приближении к нему руки. Для того чтобы звучание происходило по желанию «музыканта», включение звука происходит при отпускании пальца от сенсорных площадок Е1 и Е2.
Рис. 5. Схема светофона.
При использовании фоточувствительных приборов различного типа вероятно потребуется подбор емкости конденсатора С1, а также включение параллельно (или последовательно) фоточувствительному элементу (фотосопротивлению, фотодиоду) резисторов, задающих диапазон изменения генерируемой звуковой частоты.
Отметим попутно, что при самостоятельной доработке устройства в качестве управляющего элемента (рис. 5) можно использовать термосопротивление, имеющее малую тепловую инерцию, например, бусинкового типа.
Устройство, полученное при этом, можно наименовать термофоном или эолофоном (от греческого aiolos — ветер и phone — голос, звук) — оно будет изменять частоту звука при обдувании терморезистора.
Электромузыкальный прибор, управляемый наэлектризованным предметом (электронофон), можно получить, включив полевой транзистор вместо резистора R1.
Терменвокс
Идея терменвокса была предложена в эпоху раннего «средневековья» радиоэлектроники — на рубеже 20-30-х годов XX века изобретателем и музыкантом Львом Терменом.
В основу действия этого электромузыкального инструмента заложен принцип сопоставления (вычитания) частот двух генераторов.
Один из генераторов является эталонным, второй — управляется приближением (удалением) ладони руки. Чем ближе ладонь, тем заметнее уход частоты второго генератора, тем выше звук на выходе устройства.
Рис. 6. Схема простого самодельного терменвокса.
Модель терменвокса, одного из самых первых электромузыкальных инструментов, может быть собрана по схеме на рис. 6. Это устройство является упрощенной модификацией схемы Э. Апрелева [М 6/92-28].
Сигналы двух генераторов вычитаются в специальном смесителе сигналов. Разностная частота поступает на звукоизлучатель или усилитель низкой частоты.
Исходная частота работы генераторов близка к 90 кГц. Антенной устройства является медный или алюминиевый прут диаметром 2...4 мм длиной 25...40 мм.
Разумеется, представленная на рис. 6 схема формирования звука заметно упрощена. В частности, для «реального» инструмента обязательно необходима регулировка громкости звучания инструмента. Для этого обычно используют аналогичный второй канал.
Изображенная на рис. 6 наиболее упрощенная модель терменвокса построена на основе двух генераторов, выполненных на микросхеме.
Начальная частота генерации обоих генераторов одинакова и устанавливается конденсатором СЗ и потенциометром R1. Выходные сигналы с генераторов через диоды VD1 и VD2 поступают на вход усилителя низкой частоты (транзистор VT1).
При приближении руки к антенне WA1 изменяется частота работы верхнего по схеме генератора, что вызывает появление звука изменяющейся тональности в телефонном капсюле.
Оригинальный металлоискатель, реагирующий на появление металлического (токопроводящего) предмета в поле антенны устройства также может быть собран по схеме на рис. 6.
В сочетании с обычным металлоискателем это позволит более уверенно распознавать различные предметы (магнитные, диамагнитные, токопроводящие и токонепроводящие), попадающие в поле действия поисковой катушки или электрода.
Электромузыкальный инструмент
На микросхеме DD1 К561ЛЕ5 (рис. 7) может быть собран электромузыкальный инструмент [Рл 9/97-28]. Генератор импульсов на трех инверторах микросхемы DD1 управляется ключами S1 — Sn.
Генератор прямоугольных импульсов будет работать на частоте, определяемой подключаемыми к общей шине резисторами R1 — Rn (десятки, сотни кОм).
Рис. 7. Схема электромузыкального инструмента на микросхеме.
Ключи-клавиши S1 — Sn и ключ S2 должны замыкаться единовременно (зависимо). Как упростить коммутацию, исключив ключ SA2, следует подумать самостоятельно. Сигнал звуковой частоты через усилительный каскад (транзистор VT1) поступает на телефонный капсюль BF1 или внешний усилитель.
Индикатор электрического поля
Индикатор электрического поля или искатель электропроводки простейшего типа может быть собран по схемам, представленным на рис. 8 и 11 [Рл 9/98-16].
Входы неиспользуемых инверторов /ШОГ7-микросхем необходимо соединить с общим проводом или шиной питания (рис. 8). При приближении индикатора к сетевому проводу в первой схеме вырабатываются звуковые сигналы, воспроизводимые пьезокерамическим излучателем, во второй схеме устройство реагирует на переменное электрическое поле звуковыми сигналами.
Рис. 8. Схема искателя электропроводки.
Рис. 11. Схема индикатора электрического поля.
Фотореле, термореле
Фото- или термореле может быть выполнено по схеме, приведенной в книге Л.Д. Пономарева и А.Н. Евсеева (рис. 9). Устройство содержит регулируемый резистивный делитель напряжения, состоящий из резистора-датчика R1 и потенциометра R2.
К средней точке этого делителя подключен вход триггера Шмитта, составленный из двух логических элементов КМОП-млк-росхемы. К выходу триггера подсоединены эмиттерный повторитель и тиристорный коммутатор постоянного тока. Вместо тиристора может быть использован его транзисторный аналог.
Рис. 9. Схема фотореле, термореле.
При изменении сопротивления датчика триггер Шмитта переключается из одного устойчивого состояния в другое.
Соответственно, выходной сигнал через согласующий эмиттер-ный повторитель подается на управляющий электрод тиристора VS1. Происходит включение тиристора, срабатывает реле К1 или иная нагрузка. Для отключения нагрузки необходимо «сбросить» состояние тиристора, т.е. кратковременно отключить питание.
Такая схема может быть использована для контроля технологических и иных процессов, предупреждения критических и аварийных ситуаций, оповещения персонала о нештатном режиме работы оборудования и т.д.
Для того чтобы устройство самостоятельно включалось и отключалось, вместо тиристора следует установить кремниевый транзистор, рассчитанный на ток нагрузки.
Индикатор перегорания предохранителя
Индикатор перегорания предохранителя Л. Тесленко (рис. 10) содержит генератор импульсов на микросхеме и светодиодный индикатор [Р 11/85-44].
Рис. 10. Схема индикатора перегорания предохранителя.
Когда предохранитель цел, на вход инвертора (вывод 8 микросхемы DD1) подается напряжение высокого уровня, запрещающее работу генератора.
Стоит перегореть предохранителю, вывод 8 через сопротивление нагрузки оказывается присоединенным к общей шине. Генератор начнет работать, при этом светодиод мигает с частотой около 5 Гц.
Для индикации перегорания предохранителя при «оборванной» нагрузке параллельно сопротивлению нагрузки желательно включить резистор величиной около 1 МОм.
Простой металлоискатель
Металлоискатель на микросхеме DD1 K561ЛE5, выполненный по традиционной схеме сравнения частот опорного и поискового генераторов [Р 8/89-65], показан на рис. 12.
Рис. 12. Схема металлоискателя.
Частота опорного генератора определяется емкостью конденсатора С1 и суммарным сопротивлением резисторов R1 и R2.
Частота поискового генератора зависит от параметров LC-контура поисковой катушки (L1, С2). При приближении поисковой катушки к металлическому предмету ее индуктивность меняется, изменяя частоту генерации поискового генератора.
Сигналы с обоих генераторов через развязывающие конденсаторы С4 и С5 поступают на диодный детектор, выполненный по схеме удвоения напряжения.
Нагрузкой детектора является высокоомный телефонный капсюль BF1, и в нем выделяется сигнал разностной частоты. При использовании низкоомного телефонного капсюля может потребоваться дополнительный каскад усиления. Конденсатор С6 шунтирует на общий провод высокочастотные составляющие смешиваемых сигналов.
Поисковая катушка размещена внутри алюминиевого или медного незамкнутого кольца диаметром 200 мм. Диаметр трубки — 8 мм. Для намотки использован провод, например, ПЭЛШО диаметром 0,5 мм.
Количество витков определяется по принципу «сколько войдет». Выводы катушки присоединяют к схеме, а саму трубку соединяют с общей шиной.
Налаживание металлоискателя заключается в установке частоты опорного генератора до появления в телефонном капсюле звуковых сигналов низкой частоты. При этим, возможно, придется подобрать емкость конденсатора С1 или С2.
Устройство для рефлексотерапии
Схема прибора — электронного устройства для рефлексотерапии, разработанного И. Скулкиным — показана на рис. 13 [Рл 2/97-26]. Узел поиска биологически активных точек (БАТ) содержит усилитель на составном транзисторе VT1 — VT3 и генератор импульсов на микросхеме DD1.
Рис. 13. Схема прибора для рефлексотерапии.
Поисковый (активный) электрод (А) представляет собой закругленную иглу диаметром 1 мм. Пассивный электрод (П) состоит из отрезка телескопической антенны.
При поиске БАТ на теле человека этот электрод зажимают в руке. Когда поисковый электрод попадает на БАТ, сопротивление участка кожи резко уменьшается, а устройство реагирует на это включением светодиода.
Полярность напряжения, прикладываемого к биологически активной точке, можно изменять переключателем SA1, а переключатель SA2 переводит устройство из режима поиска БАТ в режим воздействия на них. Частоту и ток воздействия задают потенциометры R2 и R4, соответственно.
Для проверки готовности прибора к работе следует в режиме «Поиск» (SA2) установить максимальный ток воздействия и замкнуть электроды. При этом должен загореться светодиод HL1.
Электронный телеграфный ключ
Электронный телеграфный ключ на одной микросхеме K561J1E5 (рис. 14) выполнен по традиционной для таких ключей схеме [Рл KB и УКВ 1/96-23]. Релаксационный генератор собран на логических элементах с разными RC-цепями, ответственными за формирование посылок тире и точек.
Рис. 14. Схема электронного телеграфного ключа.
При нажатии на телеграфный ключ (замыкании зарядной цепи) заряжается группа конденсаторов С1 — СЗ (тире) или С2, СЗ (точка). Когда напряжение на входе логического элемента DD1.1 превысит определенный пороговый уровень, произойдет его переключение, и на выходе установится значение логического нуля.
Процесс заряда конденсаторов прервется, и они начнут разряжаться через сопротивления R2 и R3. При снижении напряжения на конденсаторах ниже определенного значения первый логический элемент вновь переключится, и процесс зарядки/разрядки конденсаторов повторится.
Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока замкнута контактная группа телеграфного манипулятора. Длительность точек и тире определяется постоянными времени зарядных и разрядных цепей (RC). Конденсаторы С1 — СЗ должны иметь малые токи утечки.
Для звуковой индикации генерируемых телеграфных сигналов предназначен генератор, выполненный на третьем и четвертом элементах микросхемы.
Генератор нагружен на пье-зокерамический излучатель типа ЗП-19. При использовании индуктивного излучателя (телефонного капсюля) последовательно с ним необходимо включить разделительный конденсатор емкостью более 0,1 мкФ.
Одновременно со звуковой, в схему введена световая индикация на светодиоде НИ (АЛ307), что позволяет визуально контролировать наличие телеграфных посылок. Для коммутации цепей передающего устройства использован буферный каскад на транзисторе VT1 (КТ315), нагруженный на реле.
Как и для других простейших телеграфных ключей, использующих подобный способ формирования точек и тире, данной конструкции присущи те же недостатки: необходимость подстройки соотношения продолжительности точек/тире сопротивлением R1 при изменении скорости передачи.
Механическая часть манипулятора может быть изготовлена из отрезка ножовочного полотна с примыкающими к нему контактными группами. В качестве таких контактов можно воспользоваться контактами разобранного крупногабаритного реле.
Многоголосый имитатор звуков
«Многоголосый» имитатор звуков, описанный М. Холодовым (рис. 15), содержит два последовательно включенных и управляемых генератора [Р 7/87-34]. Один из них работает на частоте 1...3 Гц, второй вырабатывает колебания частотой 0,2...2 кГц.
Если в цепь управления (клеммы XS1 и XS2) подключить рези-стивно-емкостной датчик, то на выходе устройства можно получить различные звуковые эффекты, разнообразие проявления которых ограничено только фантазией экспериментатора.
Если ко входу имитатора подключить переменное сопротивление 100 кОм и вращать его ручку, на выходе устройства звук будет напоминать трели соловья, затем щебетание воробья, кряканье утки, кваканье лягушки...
Устройство собрано на микросхеме К561ЛА7 (элементы И-НЕ). Имитатор при желании можно выполнить и на элементах ИЛИ-НЕ (К561ЛЕ5). Для этого потребуется самостоятельная переработка схемы.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.
