Простое самодельное охранное устройство на микросхеме к561ле10 (cd4025)

Детали

В схемах на рис. 1 и 2 в качестве динамика BF1 можно использовать любую высокочастотную динамическую головку сопротивлением не ниже 4 Ом, желательно рупорную. Микросхему CD4093 можно заменить отечественным аналогом — К561ТЛ1 или любым другим аналогом типа «4093».

Светодиод HL1 — любой индикаторный сверх яркий светодиод. Чем больше его яркость, тем шире расстояние может быть между ним и фоторанзистором. Фототранзистор 2N5777 можно заменить любым другим фототранзистором или даже фоторезистором. При этом может потребоваться подбор сопротивления резистора R2. Диоды 1N4148 можно заменить на КД522, КД521 или другие аналоги.

Транзисторы ВС557 можно заменить на КТ3107, транзистор ВС547 — на КТ3102, транзисторы ТІР61 можно заменить на транзисторы КТ815 или КТ817.

В процессе налаживания резистором R4 можно установить задержку после вклю-чния. Резистором R3 можно установить продолжительность сигнализации. Резистором R5 можно установить периодичность повторения сигнальных звуков. Резистором R6 — тон звучания.

На всех схемах для ясности сохранена общая последовательность нумерации деталей принятая на рисунке 1, поэтому на рисунках 2 и 3 некоторые позиции пропущены.

Горчук Н. В. РК-2017-02.

Налаживание

Налаживание металлоискателя следует начинать с настройки опорного генератора и проверки работоспособности компаратора напряжения. Для этого ротор конденсатора С3 установить в положение средней емкости и подстроечником катушки L1 изменять частоту опорного генератора до появления в телефоне звукового сигнала.

Затем этим же подстроечником следует добиться «нулевых биений» — «щелчков» в телефоне, следующих с частотой в несколько герц. Бывает, что достигнуть этого не удается. Причиной тому могут быть неполадки в компараторе.

В таком случае надо проверить работоспособность остальной части устройства — к выходу элемента DD3.1 подключить высокоомный телефон (на пример, ТОН-2) и тем же подстроечником катушки L1 добиться звукового сигнала.

В противном случае придется искать ошибку в монтаже генераторов или неисправные детали.

Настройка компаратора заключается в подборе резистора R9, показанного на рис. 1 штриховыми линиями. Его сопротивление может быть в пределах 300 кОм…1 МОм.

Если на выходе компаратора (выводы 10, 11 микросхемы DD3) напряжение высокого уровня, то этот резистор включают между выводами 5 и 6 элемента DD3.2 и общим проводом.

После настройки опорного генератора подстроечник катушки L1 необходимо зафиксировать в каркасе каплей клея. Для удобства работы с металлоискателем его выносную катушку лучше всего снабдить деревянной или пластмассовой ручкой. Можно, кроме того, сделать несколько выносных катушек разного диаметра.

Охранное устройство с фотодатчиком

На рисунке 1 показана схема сигнального устройства, которое можно установить на проход или тропинку. Срабатывает оно на пересечение луча света, излучаемого сверх ярким светодиодом индикаторного типа. При пересечении луча включает звуковая сигнализация, которая звучит около 15 секунд.

Звуковая сигнализация представляет собой звук частотой около 2000 Гц прерывающийся с частотой около 2 Гц. Включение и выключение с помощью выключателя, работающего наоборот (замкнули — выключено, разомкнули -включено). После включения около 15 секунд схема не реагирует на датчик.

HL1 — это сверх яркий индикаторный светодиод. Ток на него подается через резистор R1 от общего источника питания. Ток постоянный. Вторая часть датчика -фототранзистор 2N5777. В рабочем состоянии светодиод и фоторанзистор строго нацелены друг на друга.

Желательно чтобы фототранзистор был закрыт блендой в виде трубки. Это уменьшит вероятность попадания на него прямого солнечного света, что может помешать работе сигнализации.

Рис. 1. Схема сигнализации реагирующей на пересечение луча света.

Пока никто луч не пересекает фототранзистор FT1 под его действием открыт. И на вывод 2 D1.1 поступает через него напряжение логической единицы. На выходе D1.2 тоже единица. Диод VD1 открыт и блокирует мультивибратор на элементе D1.3. Ноль с его выхода блокирует мультивибратор на D1.4.

На его выходе единица, поэтому ключ на разноструктурных транзисторах VТ1 и VТ2 закрыт, ток через динамик BF1 не протекает.

При пересечении луча фототранзистор закрывается, и напряжение на выводе 2 D1.1 падает до логического нуля. Это вызывает запуск одновибратора на элементах D1.1 и D1.2, который формирует на выходе D1.2 нулевой перепад длительностью около 15 секунд. При этом VD1 закрывается и запускает мультивибратор на D1.3, вырабатывающий импульсы частотой около 2 Гц.

По фронту каждого его импульса запускается мультивибратор на D1.4, вырабатывающий импульсы частотой около 2 кГц. Они через транзисторный ключ на VТ1 и VТ2 поступают на высокочастотную рупорную динамическую головку BF1.

Для включения и выключения служит выключатель S1. Для того чтобы выключить сигнализацию его нужно включить. При этом через него разряжается конденсатор С2, и остается в таком состоянии. На выводе 6 D1.2 удерживается логический ноль, поэтому на его выходе всегда будет логическая единица, независимо от состояния датчика. После включения сигнализации путем выключения S1 схема еще 15 секунд не будет реагировать на датчик, пока С2 заряжается через R4 до напряжения логической единицы.

Детали и монтаж

Почти все (кроме S1) собрано на небольшой печатной плате с односторонней разводкой. На плате есть одна перемычка. Плата рассчитана под следующие детали: Резисторы R1-R4 мощностью 0,125W, микросхема К561ЛЕ5 или К561ЛА7 или импортный аналог в корпусе DIP-14.

Реле типа WJ118 с обмоткой на 14V сопротивлением 300 Ом, транзистор КТ503, конденсаторы С1, С2 -миниатюрные аналоги К50-35, C3 — типа К73-17, стабилитрон в пластмассовом корпусе с торцевыми выводами, выпрямительные диоды типа 1 N4007. Транзистор VT1 можно заменить на ВС547 или с несколько уменьшением надежности, — КТ315, КТ3102. Стабилитрон КС515А можно заменить любым одноваттным стабилитроном на напряжение 12-15V.

Рис. 2. Печатная плата для выключателя освещения.

Диоды 1N4007 можно заменить на КД209. Диод 1N4148 — на КД522, КД521, КД 102, КД103, КД209. Реле можно заменить другим реле с обмоткой на 12-15V сопротивлением не менее 200 Ом, например, на устаревшее реле КУЦ-1 от отечественных цветных телевизоров 80-90х годов выпуска.

Детали

Светодиод HL1 служит не только индикатором включенного состояния, он так же необходим и для ускорения разряда электролитических конденсаторов после выключения питания схемы. Детали устройства смонтированы на куске макетной печатной платы. Специальная плата не разрабатывалась.

Микросхему К561ЛЕ10 можно заменить на CD4025 или другой вариант «…4025» (другого производителя). Оптрон МОС3062 можно заменить на МОС3043, МОС3063 или другой аналог. Вместо пары — U1 / VS1 можно применить мощный оптосимистор. Транзистор VT1 можно заменить любым маломощным транзистором р-п-р структуры, например, КТ361. Диоды 1N4148 можно заменить диодами КД521, КД522 или другими аналогами.

Все конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 10V. Светодиод HL1 — любой индикаторный.

Исаев С. РК-02-2016.

Принципиальная схема

Схема показана на рисунке в тексте, орган управления — S1 (кнопка либо выключатель). Таймер выполнен по очень простой схеме на микросхеме D1 типа К561ЛЕ5 (или К561ЛА7, что не критично), по простой схеме с RC-цепью. Цепь, задающая интервал состоит из резистора R1 и конденсатора С1. S1 включается параллельно С1 и при включении его замыкает, разряжает.

Рис. 1. Принципиальная схема выключателя освещения с задержкой по времени.

Что происходит быстро, а вот зарядка конденсатора С1 длительная, она происходит через резистор R1 большого сопротивления.

Когда схема находится в дежурном режиме конденсатор С1 уже заряжен через резистор R1. Напряжение на С1 на уровне логической единицы. При этом на выходе D1.3 будет логический ноль, и транзистор VТ1 будет закрыт.

Контакты реле К1 выключены, и через них напряжение от электросети на лампу Н1 не поступает. Если S1 включить, то через контакты S1 конденсатор С1 разряжается. Напряжение на входах D1.1 падает до нуля. При этом на выходе D1.3 появляется логическая единица.

Транзистор VT1 открывается и реле К1 своими контактами подает напряжение от электросети на лампу Н1. Использование реле в данном каскаде по сравнению с более привычными тиристорными выходными каскадами оправдано тем, что желательно было сделать устройство, способное работать с любыми видами осветительных ламп, как ламп накаливания, так и люминесцентных ламп и компактных люминесцентных ламп (в цоколе которых встроенный электронный балласт), светодиодных ламп.

Как известно, такие лампы (с электронной начинкой) нежелательно использовать с тиристорными каскадами, так это может привести к выходу из строя электронного балласта или драйвера светодиодов.

После выключения S1 конденсатор С1 начинает медленно заряжаться через резистор R1, и, соответственно, медленно на нем растет напряжение. В определенный момент напряжение на нем становится в зоне логической единицы. При этом на выходе D1.3 устанавливается логический ноль и свет выключается.

Но, не все так просто, дело в том, что микросхемы типа К561ЛЕ5 или К561ЛА7 не имеют встроенных триггеров Шмитта, поэтому, в процессе медленного увеличения напряжения на С1, элемент D1.1 где-то на пороге между нулем и единицей может оказаться в линейном аналоговом режиме. Что приводит к нестабильности работы схемы, так как напряжение на его выходе будет не определенного уровня.

Чтобы это не оказывало влияния на работу схемы, в неё добавлен триггер Шмитта на элементах D1.2 и D1.4, который может принимать только четкое значение — ноль или единица. Гистерезис триггера Шмитта на D1.2 и D1.4 устранит нестабильность, вносимую в схему элементом D1.1, находящимся в пограничном состоянии (между нулем и единицей).

Электронная схема питается напряжением 15V от бестрансформаторного источника на гасящем конденсаторе. Сетевое напряжение через конденсатор C3 поступает на выпрямительный мост VD3-VD6. Схема C3-VD3-VD6 вместе со стабилитроном VD2 образует параметрический стабилизатор, объединенный с выпрямителем, в котором реактивное сопротивление C3 служит сопротивлением на котором падает избыток напряжения, а стабилитрон VD2 — стабилизирующим элементом.

Конденсатор С2 сглаживает пульсации полученного постоянного напряжения величиной 15V. Этим напряжением и питается схема.

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

   Второй элемент, который мы с вами разберём, называется «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ». В науке он называется по-разному (и очень мудрёно):  Сложение по модулю 2 (логическое сложение, строгая дизъюнкция, XOR, поразрядное дополнение, побитовый комплемент, жегалкинское сложение). В теории он выглядит так:

   Обозначение на электрических схемах:

   Логика этого элемента очень сложная и объясняется так: если на одном из входов единица, то будет один. Если-же на всех входах будут одинаково или нули или единицы, то на выходе будет ноль. В интернете видел ещё одно объяснение – «Жизненный пример: Есть мужчины (М) и женщины (Ж) – у МЖ и ЖМ могут быть дети, у ММ и ЖЖ нет». Реализована эта логика в микросхеме К176ЛП2 и К561ЛП2 – двухвыводной элемент. Назначение выводов такое – же, как и у К176ЛА7ЛЕ5. Схемы, которые давал в примеры – можно построить на этой микросхеме.

   В общем множество принципиальных схем с этими элементами вы сможете найти как на нашем сайте, так и на просторах Сети. А с вами был Antracen. 

   Обсудить статью ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ — 3

Принципиальная схема

Теперь о работе схемы. В основе схемы микросхема К561ЛЕ10. Микросхема К561ЛЕ10 содержит три логических элемента. Здесь на двух из них собран RS-триггер с одним дополнительным входом, и на одном из них — индикатор состояния.

На элементах D1.1 и D1.2 сделан триггер, работающий с датчиком и сиреной. После включения питания начинается зарядка конденсатора С1 через резистор R1. Первое время, пока С1 не заряжен, на R1 имеется напряжение логической единицы. Это напряжение поступает на вывод 12 D1.1 и фиксирует триггер в состоянии логического нуля на выходе D1.1.

Рис. 1. Схема самодельного охранного устройства на микросхеме К561ЛЕ10.

При этом на состояние датчика SD1 триггер не реагирует. А ключ на VT1 и VT2 держится закрытым. Сигнализации нет. Данное состояние индицируется горением светодиода HL1.

После того как С1 зарядился, схема переходит в режим охраны. При этом HL1 гаснет, но загорается HL2, индицируя что сигнализация активна. Триггер D1.1-D1.2 находится в состоянии с логическим нулем на выходе D1.1. Ключ на транзисторах VТ1 и VТ2 закрыт, и питание на сирену F1 и реле не поступает. В таком состоянии схема будет до момента срабатывания датчика.

Как только контакты датчика SD1 замыкаются, цепь C4-R4 создает импульс, который переключает триггер D1.1-D1.2 в противоположное состояние, когда на выходе D1.1 логическая единица. Транзисторы VТ1-VТ2 открываются и дают питание на сирену F1 и обмотку реле К1. В это же время единица с выхода D1.1 «переползает» через резистор R5 на емкость С2.

Конденсатор С2 постепенно заряжается, и примерно через половину минуты напряжение на нем достигает логической единицы. Это напряжение оказывается на выводе 11 D1.1. В результате триггер переключается в исходное состояние. Транзисторы VТ1-VТ2 закрываются, и сирена перестает работать.

Теперь о работе кнопочной панели. Код задают соответствующим соединением кнопок. Кнопки нужно соединить так, чтобы одна цепь замыкалась только в том случае, когда нажаты три кнопки кодового числа. А вторая цепь должна замыкаться при любом количестве нажатых «неправильных» кнопок.

То есть, кнопки цифры которых, соответствуют коду нужно включить последовательно, а все остальные — параллельно друг другу. На схеме показано соединение кнопок для кода «012». Чтобы выключить охранную систему нужно эти кнопки (SO, S1, S2) нажать тремя пальцами одновременно. Замкнется цепь, по которой через резистор R2 будет разряжен конденсатор С1.

Практически, это будет соответствовать состоянию схемы сразу после включения питания. То есть на вывод 12 D1.1 поступит напряжение высокого логического уровня, и триггер будет удерживаться в нулевом состоянии.

Если код набрать неправильно будет одно из двух, либо цепь R2-S0-S1-S2 не замкнется, либо будут нажаты какие-то кнопки из числа S3-S9 которые не входят в кодовое число. При этом разрядка С1 не происходит.

Если даже нажать все кнопки одновременно, будут нажаты кнопки S3-S9, которые не входят в кодовое число. При этом С1 не только не разрядится, но даже еще более зарядится через эти кнопки.

ИЛИ

   На схемах его обозначают так:

   Вообще-то у этого элемента входов может быть сколько угодно, но наш пока будет с двумя. Логика элемента «ИЛИ» такова: на выходе будет «0», если на всех входах «0». Если же на каком-то из входов будет 1, то на выходе тоже будет 1. Для вашего понимания этот элемент можно представить так:

   Если любой из выключателей замкнут (лог. 1), то лампа Y будет гореть (лог.1). В схемотехнике нету такого чистого элемента (может был). Есть только объединенная — функция «ИЛИ-НЕ». В теории он выглядит таким образом:

   На схемах обозначают элемент так:

   Обратите внимание на этот кружочек на выходе – на схемах так показывается инверсия. Логика элемента «ИЛИ-НЕ» обратна логике «ИЛИ» — на выходе будет 1, если на всех входах будут нули

Реализована эта логика в микросхеме К176ЛЕ5 и К561ЛЕ5 – двухвыводной элемент. Вот назначение выводов:

Типичные схемы

   1.  Тот-же самый генератор. Тоже для ознакомления:

   Расчет немного другой (по ж.Радио): F~0,44/R1*C1, где

   R1 – в Омах,
   C1 – в Фарадах.

   Резистор R1 должен быть в пределах от нескольких килоОм до 10 мегаОм. Конденсатор С1 – в пределах от нескольких десятков пФ до многоФарад, только не электролитический.

   2. Схема на этой же схеме генератора – лёгкая пищалка:

   Z1 – любой пьезоизлучатель без встроенного генератора. Попробуйте сами рассчитать номиналы резистора и конденсатора, если область звуковых частот – от 20 Гц до 20 кГц.

Отечественные КМОП микросхемы и их зарубежные аналоги

Представлена таблица с отечественными микросхемами КМОП-серии (К176, К561, КР1561) и их зарубежными аналогами.

Серии КМОП микросхем:

• К176 — CD4000 (питание 5-12В, номинальное 9В),
• К561 — CD4000A (питание 3-15В),
• КР1561 — CD4000B (питание 3-15В),
• 564 (питание 3-15В),
• 1564 (питанеи 2-6В).

Данные микросхемы имеют очень низкое энергопотребление в режиме бездействия — примерно 0,1… 100 мкА, что позволяет применять их в экономичной элекронной аппаратуре. Данные микросхемы являются быстродействующими и хорошо защищены от помех.

Примечание: «—» — значит что микросхема не имеет соответствующего аналога. Не все отечественные микросхемы присутствуют в сериях К176, К561, КР1561.

Детали и конструкция металлоискателя

Монтажную плату и источник питания (батарея «Корунд») лучше разместить в металлическом корпусе подходящих размеров, например, спаянном из пластин фольгированного текстолита.

Если корпусом будет служить пластмассовая коробка, то по краям платы, а также в местах, обозначенных на рис. 1 штриховыми линиями, надо припаять вертикально полоски медной фольги шириной 7—10 мм.

Микросхемы K561ЛE5 можно заменить на К176ЛE5, К176ЛА7, К561ЛА7. Конденсатор С3 — КП-180 или другой, с максимальной емкостью 180—240 пФ. Конденсаторы С8—С10 — оксидные К50-6 или серий К52, К53, остальные—КМ, КЛС.

Рис 2. Печатная плата для металлоискателя повышенной чувствительности на микросхемах К561ЛE5.

Резистор R8 — СПЗ-Зв, остальные — ВС, MЛT. Разъемы X1 и Х2 — любые малогабаритные. Для повышения термостабильности конденсаторы С1, С2, С4 и С5 надо использовать с ТКЕ не хуже MI500.

Катушка L1, содержащая 300 витков провода ПЭВ-2 0,08, должна быть намотана на каркасе контура ПЧ радиоприемника «Альпинист-407».

Выносную катушку L2 поискового генератора (рис. 3) рекомендуется выполнить в такой последовательности:

1. на оправке диаметром 240—250 мм намотать 30 витков провода ПЭВ-2 0,6 мм;
2. получившийся жгут скрепить в 10—12 местах тонкой прочной ниткой;
3. нагревая катушку над пламенем газовой плиты до температуры 50—60 °С, пропитать эпоксидной смолой;
4. после отверждения смолы катушку обмотать лакотка-нью или (в крайнем случае) изоляционной лентой;
5. готовую катушку заэкранировать, обмотав тонкой медной фольгой с таким расчетом, чтобы в передней части образовался небольшой, длиной 5—10 мм, незамкнутый участок экрана катушки (можно, конечно, использовать и алюминиевую фольгу);
6. готовую выносную катушку и ее экран соединить (через разъем X1) с конструкцией металлоискателя двужильным экранированным проводом.

Рис. 3. Выносная катушка поискового генератора металлоискателя.

Принципиальная схема

Рис.1. Принципиальная схема охранного устройства на микросхеме К561ЛЕ10.

Звучать оповещающее устройство будет около одной минуты. Затем, если цепь датчиков замкнута, перейдет в охранное состояние, и будет готова сработать снова, если опять будет размыкание цепи датчиков. На принципиальной схеме (рис.1) показано три герконовых датчика (SG1, SG2, SG3), но их может быть любое количество.

Питание подается через разъем Х1, это стандартный разъем USB, в котором работают только контакты питания. Источником питания электронной схемы служит готовый сетевой адаптер с USB-разъемом. В настоящее время цена такого готового источника питания ниже себестоимости самодельного на основе силового трансформатора.

При включении питания начинается заряд конденсатора С1 через резистор R1, на что уходит 15-20 секунд (точно устанавливается при налаживании подбором сопротивления R1).

Пока конденсатор С1 не заряжен до логической единицы, триггер на элементах D1.1-D1.2 не восприимчив к изменению уровня на выводе 5 D1.2. Как только напряжение на С1 достигает логической единицы, на выводе 1 D1.1 устанавливается напряжение логического нуля, и триггер D1.1-D1.2 будет готов к реакции на единицу на выводе 5 D1.2.

При размыкании цепи датчиков на вывод 5 D1.2 через резистор R3 поступает напряжение высокого логического уровня. Триггер D1.1-D1.2 переключается в устойчивое состояние с логической единицей на выходе D1.1. Теперь через резистор R4 начинается заряд конденсатора C3.

Примерно через 7-15 секунд (точно устанавливается при налаживании подбором сопротивления R4) напряжение на нем достигает логической единицы. Как только это произойдет, на выходе D1.3 установится логический ноль, и транзистор VT1 откроется. Через него поступит ток на светодиод оптопары U1, и она откроет симистор VS1, который подаст ток на осветительный прибор Н1 и оповещающее устройство Р1.

В то же время, происходит зарядка конденсатора С2 через резистор R2. Примерно через минуту (точно устанавливается при налаживании подбором сопротивления R1) напряжение на нем достигает логической единицы, и триггер D1.1-D1.2 возвращается в исходное положение. А еще через 7-15 секунд (время на разрядку С3 через R4) закроется транзистор VT1 и выключится осветительный прибор Н1 и оповещающее устройство Р1. Но это только в том случае, если все датчики замкнуты. В противном случае, сигнализация будет продолжаться циклически.

Принципиальная схема

Опорный генератор собран на элементе DD1.1, а поисковый — на элементах DD2.1 и DD2.2. Частота колебаний опорного генератора, определяемая данными его контурной катушки L1 и конденсаторов С1 и С2, и при указанных номиналах составляет 100 кГц (рис. 1).

Частота поискового генератора, колебательный контур которого образуют выносная катушка L2 и конденсаторы C3—С5, близка к частоте опорного генератора. Ее плавно изменяют конденсатором переменной емкости С3 в пределах одного-двух килогерц.

Элемент DD1.2 выполняет функцию каскада, служащего для развязки между генераторами по переменному напряжению. Микросхемы DD1 и DD2 металлоискателя питаются от источника постоянного тока GB1 через развязывающие фильтры R6C8 и R7C9.

Элемент DD3.1 — смеситель сигналов генераторов. На его выходе формируются колебания с суммарными и разностными частотами генераторов и их гармоник. Для выделения сигналов разностной, т. е. звуковой частоты предназначен фильтр низких частот (НЧ) R3C6.

Такое схемотехническое построение металлоискателя позволяет получить биения генераторов частотой в несколько герц.

Чтобы обеспечить прослушивание сигналов столь низких частот на головные телефоны использовано преобразование синусоидального, а точнее — треугольного сигнала в короткие импульсы с удвоенной частотой следования. Достигается это с помощью компаратора напряжения, собранного на элементах DD3.2 — DD3.4.

Рис. 1. Принципиальная схема металлоискатель повышенной чувствительности на трех микросхемах К561ЛE5.

За один период частоты биений компаратор дважды переключается из одного логического состояния в другое. Формируемые им прямоугольные импульсы дифференциируюгся цепью C7R8.

Поэтому на телефоны, подключенные к разъему Х2, поступают короткие импульсы напряжения и громкость звукового сигнала мало зависит от его частоты.

В телефонах, которые могут быть как высокоомными, так и низкоомными, слышатся «щелчки». Громкость их регулируют переменным резистором R8 (он совмещен с выключателем питания SA1).

Все детали, кроме разъемов и контурной катушки поискового генератора, нужно разместить на печатной плате из двустороннего фольгированного материала (рис. 2).

Монтаж односторонний — со стороны печатных проводников. Фольга другой стороны, которую по краям платы соединяется с общим проводом питания, выполняет роль экрана.