В. Кривопалов, Радио №2/1970, ст.49
Несложные электронные устройства позволяют придавать привычным предметам домашнего обихода совершенно новые качества. Например, обычную осветительную электрическую лампочку можно сделать «волшебной», послушно зажигающейся от короткого звука. Изготовив такое устройство, вы не будете искать в темноте выключатель — достаточно хлопнуть в ладони, как электрическая лампа на столе, в люстре или торшере мгновенно включится. Еще хлопок — и свет гаснет.
Несмотря на кажущуюся сложность (в устройстве 5 транзисторов и три диода, не считая других деталей), звуковой выключатель уместится в корпусе настенной электрической розетки.
Блок-схема такого выключателя показан на рис. 1. Звук хлопка преобразуется микрофоном М в слабые электрические колебания звуковой частоты с затухающей амплитудой. Первое колебание усиленного сигнала запускает спусковое устройство, формирующее электрический импульс прямоугольной формы. Этот импульс поступает на дифференцирующую цепь, где он преобразуется в два остроконечных импульса противоположной полярности. Положительный выброс продифференцированного импульса срезается диодом. Оставшийся импульс отрицательной полярности вызывает опрокидывание триггера, в результате чего срабатывает электромагнитное реле, которое своими контактами включает или выключает питание нагрузки.
Весь автомат питается от сети через бестрансформаторный выпрямитель. Избыточное напряжение сети гасится на реактивном сопротивлении конденсатора С.
Принципиальная схема звукового выключателя изображена на рис. 2. Короткая очередь затухающих синусоидальных электрических колебаний, созданных микрофоном М, усиливается транзистором Т1 и с его нагрузочного резистора R2 через конденсатор С2 подается на вход спускового устройства. Резистор R1 служит для подачи смещения на базу транзистора T1 от общего источника питания.
Спусковое устройство состоит из транзисторов T2, T3 и относящихся к ним резисторов R3, R5— R8 и конденсатора C4. В ждущем состоянии спускового устройства транзистор T2 закрыт, а транзистор T3 открыт. В это время напряжение на коллекторе T2 равно полному напряжению источника питания, а на коллекторе T3 — около нуля. Как только на вход спускового устройства начнет поступать напряжение сигнала, его первая отрицательная полуволна откроет транзистор T2. В этот момент напряжение на его коллекторе падает до нуля и транзистор T3, база которого соединена непосредственно с коллектором транзистора T2, мгновенно закроется, и напряжение на его коллекторе возрастет до напряжения источника питания. В это время начинает заряжаться конденсатор C4 через резисторы R8, R6 и открытый эмиттерный переход транзистора T2. По мере заряда конденсатора C4 напряжение на базе транзистора T2 становится все менее отрицательным, а это приводит к тому, что в какой-то момент транзистор T2 закрывается, а T3 — открывается.
Процесс перехода транзисторов T2 и T3 из одного состояния в другое происходит почти мгновенно, поэтому на коллекторе транзистора T3 образуется прямоугольный импульс напряжения, длительность которого определяется емкостью конденсатора C4 и сопротивлением резистора R6. Длительность прямоугольного импульса должна быть в несколько раз больше длительности очереди звуковых колебаний, отрицательные полупериоды которых способны открывать транзистор T2 спускового устройства. За это же время должно сработать и электромагнитное реле P1, иначе щелчок его якоря может вызвать ложное срабатывание выключателя.
Однако если прямоугольный импульс такой длительности подать непосредственно на триггер, то его опрокидывание может происходить дважды. Поэтому прямоугольный импульс необходимо продифференцировать. Эту задачу выполняет цепочка C6R10. Для опрокидывания триггера достаточно только одного импульса отрицательной полярности. Поэтому положительный выброс замыкают на общий положительный проводник через диод Д1.
Триггер образуют совершенно одинаковые и симметричные каскады на транзисторах T4 и T5. Работает он следующим образом. Когда включено питание, то за счет какой-то незначительной разницы в параметрах каскадов триггера один из его транзисторов будет открываться, а другой за счет положительной обратной связи закрываться. Допустим, что открывается транзистор T4. Напряжение на его коллекторе по мере увеличения тока через него уменьшается и при полностью открытом транзисторе приближается к нулю. Это напряжение через резистор R12 подается на базу транзистора T5 и закрывает его. Триггер будет находиться в этом устойчивом состоянии до тех пор, пока оно не изменится под действием какого-либо внешнего фактора. Таким фактором будет импульс, поступающий на общую точку соединения базовых конденсаторов C7 и C8 триггера.
При поступлении на триггер с дифференцирующей цепи отрицательного импульса произойдет переброс триггера в другое устойчивое состояние. Это состояние сохранится до тех пор, пока на базовые конденсаторы не поступит следующий импульс, вызывающий переброс триггера в предыдущее устойчивое состояние.
Если транзистор T4 открыт, а T5 закрыт, обмотка реле P1 обесточена, и его контакты разомкнуты. При перебросе триггера транзистор T4 закроется, а T5 откроется. Теперь через обмотку реле пойдет коллекторный ток транзистора T5, реле сработает и его контакты, замкнувшись, включат нагрузку.
Выпрямитель звукового выключателя собран на диодах Д3 и Д4. Избыточное напряжение сети гасится конденсатором C13. Конденсаторы C3, C5 и C11 совместно с резисторами R4 и R9 образуют ячейки фильтров, сглаживающие пульсации выпрямленного напряжения. Они, кроме того, защищают автомат от ложного срабатывания при попадании помех из сети. Диод Д2 предохраняет транзистор T5 от пробоя, который может произойти от экстратоков, возникающих в обмотке реле при быстром перебрасывании триггера. Конденсатор C12 гасит искру, возникающую при размыкании контактов реле, предохраняя их от обгорания.
Автомат (рис. 3) собран на круглой плате из листового текстолита (гетинакса или другого изоляционного материала) толщиной 1,5—2 мм. Внешний диаметр монтажной платы (55 мм) определяется внутренним диаметром корпуса карболитовой настенной электрической розетки. Контактная система розетки не используется.
В отверстия в корпусе розетки, предназначавшиеся ранее для вилки сетевого шнура, устанавливают металлические контактные гнезда для включения настольной лампы, радиоприемника и т. п. Эти гнезда гибкими проводами соединяют с контактами реле на монтажной плате. Контакты реле включают в разрыв провода, соединяющего одно гнездо на розетке с контактным штырем, укрепленным с обратной стороны монтажной платы. Диаметр штырей и расстояние между ними должно соответствовать размерам стандартной сетевой вилки, чтобы переключатель можно было включать как переходную колодку в настенную штепсельную розетку.
Монтажную плату вставляют в корпус и привинчивают одним или двумя болтами. Монтажная плата должна полностью входить в корпус. При этом следует еще предусмотреть место для фальшпанели — пластинки из изоляционного материала, закрывающей снизу корпус и монтажные проводники.
Поскольку в корпусе розетки места очень мало, все детали должны быть малогабаритными, и монтировать их следует вертикально. Реле, использованное в описываемом автомате, типа РЭС-10 (паспорт РС4.524.300). Роль микрофона может выполнять малогабаритный телефон от слухового аппарата или от приемников «Микро», «Эра». В корпусе розетки против него надо просверлить несколько отверстий диаметром 2—3 мм для лучшего прохождения звуковых волн.
Конденсатор С13, гасящий избыточное напряжение сети, подобран опытным путем. Он составлен из двух конденсаторов типа МБМ емкостью 0,5 и 0,25 мкф на напряжение 160 в, соединенных параллельно. Это для напряжения сети 127 в. Для сети напряжением 220 в емкость этого конденсатора должна быть около 0,5 мкф на рабочее напряжение не менее 300 в. В выпрямителе вместо диодов Д2Ж можно использовать диоды старых выпусков типа ДГ-Ц27.
Налаживать выключатель проще всего с помощью осциллографа. Кривые напряжения в различных каскадах, которые должны быть на экране осциллографа, показаны на принципиальной схеме (рис. 2). Режимы работы транзисторов по постоянному току устанавливают резисторами R1, R3 и R7. Иногда при налаживании выключатель может ложно срабатывать из-за щелчка, возникающего при резком притягивании якоря реле. Если подбором режима работы спускового устройства этого избежать не удается, то на сердечник реле следует наклеить тонкую полоску ткани для амортизации.
