Восемь схем на одном транзисторе

Познакомиться с работой различных электронных устройств лучше всего на примере простых транзи­сторных схем. В этой статье приво­дится описание восьми самоделок, выполненных всего на одном тран­зисторе.

С помощью пробника-индикатора (рис. 1) проверяют надежность со-, единений и целостность проводников в различных электрических цепях. Как работает такой прибор? Когда электрический контакт между щу­пами XI отсутствует, транзистор VT1 закрыт и тока в цепи лампочки HL1 нет. Но стоит только замкнуть контакт, как на базу транзистора по­ступит отрицательное напряжение, . он откроется и лампочка загорится, сигнализируя о том, что проверяемая электрическая цепь не нарушена. А для чего нужен резистор R1 в це­пи базы VT1? Представим себе на время, что резистор R1 отсутствует и база транзистора непосредственно соединена с одним из щупов XI. То­гда при замыкании щупов на базе окажется полное напряжение источ­ника питания. Большая часть тока в этом случае потечет через переход «база-эмиттер», так как его сопротив­ление намного меньше, чем сопротив­ление перехода «коллектор-эмиттер», в цепь которого включена лампочка HL1, поэтому она не загорится. При включении резистора R1 на 33 Ом ток между базой и эмиттером умень­шается, транзистор открывается и лампа загорается. Таким пробником можно «прозванивать» электрические цепи с сопротивлением до 150 Ом.

Очередной прибор — сторожевое устройство, его схема приведена на рисунке 2. Проводник, включенный между клеммами ХТ1, протягивают вокруг охраняемого объекта, а к кон­тактным пластинам КЫ реле К1 подключают сигнализирующее уст­ройство. При включении источника питания GB1 транзистор VT1 за­крыт положительным напряжением на базе. При обрыве проводника, подключенного к клеммам ХТ1, на базу VT1 с резистора R1 поступает отрицательное напряжение, которое открывает транзистор. В цепи «кол­лектор-эмиттер» возникает электри­ческий ток, приводящий к срабатыва­нию реле К1 и замыканию контакта К1.1, включающего сигнальное уст­ройство.

Переменным резистором R1 устанавливают ток срабатывания реле К1. Для этого проводник отсоединяют от клемм ХТ1 и, вращая движок R1, добиваются четкого срабатывания реле.

Простейший усилитель низкой ча­стоты (его можно использовать для прослушивания грамзаписей или при­менить в переговорном устройстве) представлен на следующей схеме (рис. 3). Разъем ХР1 служит для подключения усилителя к выходным гнездам проигрывателя или микрофо­на. В исходном состоянии на базу транзистора VT1 через резистор R1 подано начальное напряжение сме­щения, в результате чего сопротивле­ние перехода «коллектор-эмиттер» в этом случае несколько меньше, чем в закрытом состоянии транзистора. Когда с источника электрических сигналов отрицательное напряжение поступает на конденсатор С1, а с не^ • го на базу VT1, транзистор полно­стью открывается и через головные телефоны BF1 течет ток. При изме­нении полярности входного сигнала положительное напряжение также по­ступает на базу VT1, но теперь тран­зистор закрывается и ток в телефо­нах BF1 отсутствует. Таким образом, чередование отрицательного и поло­жительного напряжений (а именно так ведет себя электрический сигнал, поступающий с проигрывателя или микрофона) на входе усилителя при­водит к изменению напряжения на телефонах, которое приводит к ко­лебанию мембраны, а следовательно, к преобразованию электрических сиг­налов в звуковые. Оксидный конден­сатор С1 предотвращает попадание прямого тока на вход усилителя че­рез электрические цепи источника сигналов.

Проверить работоспособность лю­бого усилителя звуковой частоты, в том числе и описанного выше, мож­но с помощью генератора-пробника (рис. 4). При включении источника питания GB1 напряжение на коллек­торе транзистора VT1 скачкообразно изменится от 0 до некоторого значе­ния, определяемого сопротивлениями резисторов R3 и R4, создающих на­чальное напряжение смещения на ба­зе транзистора. При этом импульс тока, возникший в цепи коллектора VT1, поступает не только на выход генератора, но и на цепочку C1R1, C2R2, C3R4. В результате происхо­дит процесс последовательной зарядки конденсаторов, длительность его зависит от значений «мкостей и со­противлений элементов цепочки. Пос­ле того как зарядится конденсатор СЗ, на базе транзистора окажется положительное напряжение, посту­пившее с обкладки СЗ. Это лриво-а.ит к увеличению напряжения на коллекторе.

Теперь происходит обрат­ный процесс разрядки конденсаторов через резисторы, а следовательно, и уменьшение положительного напря­жения на коллекторе. Поскольку кон­денсатор С1 соединен с коллектором VT1, то за счет существующей об­ратной связи (то есть связи, при ко­торой напряжение на коллекторе VT1 влияет на заряд конденсаторов, а заряд конденсаторов, в свою оче­редь, оказывает влияние на напряже­ние коллектора VT1) процесс заряд­ки и разрядки конденсаторов стано­вится бесконечным во времени, и происходит самовозбуждение генера­тора. Таким образом, с конденсато­ра С4 на вход проверяемого устрой­ства будет поступать сигнал звуко­вой частоты.

Низкочастотный генератор можно собрать, используя частотозадающую цепочку RC, состоящую всего из од­ного резистора и одного конденсато­ра. Схема такого генератора для квартирного звонка представлена на рисунке 5. В устройстве применен выходной трансформатор Т1 с отво­дом от середины первичной обмотки. Он подключен к отрицательному по­люсу источника питания GB1. При замыкании кнопки SB1 начинает за­ряжаться конденсатор С1, и через верхнюю по схеме половину первич­ной обмотки Т1 течет ток. Когда конденсатор зарядится полностью, транзистор VT1 откроется и начнет­ся обратный процесс — С1 разря­жается через первичную обмотку трансформатора и коллекторно-эмит-терный переход VT1. Затем транзи­стор закроется положительным на­пряжением, поступающим с резисто­ра R1 на базу, и конденсатор вновь начнет заряжаться. Таким образом, ток в первичной обмотке все время будет менять свое направление с ча­стотой, определяемой емкостью С1 и сопротивлением R1. Звуковой сиг­нал поступает со вторичной обмотки Т1 на динамическую головку ВА1, тональность ее звучания изменяют переменным резистором R1. В случае необходимости звонок можно отклю­чить тумблером SA1, тогда даже при нажатой кнопке SB1 генератор рабо­тать не будет.

Следующая схема (рис. 6) во мно­гом схожа с предыдущей. Она пред­ставляет собой электронный метро­ном — прибор для развития чувства ритма у музыкантов. В этом уст­ройстве конденсатор С1 имеет зна­чительно большую емкость, чем у предыдущего. Причем процесс за­рядки конденсатора длится достаточ­но долго, а разряжается он почти мгновенно. В результате в динами­ческой головке ВА1 раздаются ха­рактерные щелчки, период следова­ния которых зависит от сопротивле­ния резистора R1.

Низкочастотные генераторы состав­ляют основу всех клавишных элек­тромузыкальных инструментов. Про­стейший одноголосый ЭМИ можно собрать по схеме, показанной на ри­сунке 7. Устройстве представляет со­бой низкочастотный генератор с на­бором частотозадающих резисторов R1 — RN и клавиатурой SI — SN. Число резисторов и клавиш выби­рается произвольно, в зависимости от того, в каком диапазоне частот будет работать ЭМИ. Тембр звучания инструмента можно изменить подбо­ром емкости конденсатора С2. Отли­чие этого устройства от двух пре­дыдущих в том, что на базу транзи­стора VT1 подается отрицательное напряжение смещения.

И наконец, последняя схема — ра­диоприемник с однокаскадным усили­телем звуковой частоты (рис. 8). В основе его уже хорошо знакомый низкочастотный усилитель; к его вхо­ду через диод VD1 подключена ка­тушка связи L2 колебательного кон­тура L1C1. Обе катушки намотаны на отрезке ферритового стержня. На­стройка на различные радиостанции производится вращением движка кон­денсатора переменной емкости С1. Диод VD1 служит для детектирова­ния высокочастотных колебаний. Для улучшения радиоприема к колеба­тельному контуру подключают вынос­ную антенну WA1 и заземление. С помощью конденсатора СЗ подби­рают тембр звучания приемника.

Во всех устройствах можно приме­нить постоянные резисторы ВС, МЛТ или ОМЛТ мощностью 0,125 Вт, пе­ременные резисторы и конденсато­ры — любых типов, важно только, чтобы оксидные конденсаторы были рассчитаны на напряжения не ниже указанных на схемах. Вместо реле РЭС47 можно применить любое дру­гое, рассчитанное на постоянное на­пряжение '5...Э В и ток срабатывания не более 30 мА. Телефоны ТА-56м допустимо заменить на ТОН-1 или ТА-4, транзисторы МП26 — на МП13 — МП16, МП20, МП21, МП25, МП39 — МП42 с любым бук­венным индексом. Диод VD1 — се­рий Д2, Д9 или Д18. Динамическая головка ВА1 — любого типа мощно­стью 0,1...0,5 Вт; лампа HL1 — МН6.3 на ток 0,1...0,3 А; Т1 — лю­бой малогабаритный выходной транс­форматор с отводом от середины пер­вичной обмотки — от транзисторного радиоприемника. Катушки L1 и L2 размещены на круглом ферритовом стержне марки 400НН или 600НН: L1 содержит 180 витков провода ПЭЛ или ПЭВ 0,1, намотанного вна-вал на бумажном каркасе с шестью секциями по 30 витков в каждой, L2 на отдельном бумажном каркасе содержит 25...30 витков того же про­вода 0 0,2 мм. Катушки распола­гают относительно друг друга так, чтобы громкость приема была мак­симальной. Источник питания — ба­тарея «Крона» или две последова­тельно соединенные батареи 3336Л. Антенной может служить провод длиной 1.5...2 м, заземлением — тру­ба теплоснабжения или водопро­вода.

Все устройства, описанные в ста­тье, не нуждаются в налаживании и при правильном монтаже и исправ­ных деталях начинают работать сра­зу после включения.

В. ЯНЦЕВ

Моделист-конструктор

OCR Pirat

Шесть самоделок на одной ИМС

В статье «Логика машин» (см. «М-К», 1989, № 11) рассказывалось об одном из «кирпичиков», слагающих фундамент современной цифровой техники,— микросхеме К155ЛАЗ. Она содержит в своем корпусе всего четыре логических элемента. Понятно, на таком приборе не соберешь сложную электронную конструкцию. И все же не спешите делать вывод, что возможности ИМС К155ЛАЗ ограничены. Проявив чуть-чуть изобретательности, можно собрать на элементах этой микросхемы много интересных самоделок. Чтобы убедиться в этом, предлагаем вашему вниманию шесть схем различных электронных устройств, каждое из которых выполнено всего на одной логической МС К155ЛАЗ.Србрав их, вы познакомитесь с принципами работы и построения простейших цифровых приборов.

На рисунке 1 представлена схема простейшего измерительного прибора — пробника для «прозвонки» электрических цепей. С помощью него можно определить надежность электрического контакта, найти обрыв в цепи, проверить исправность резисторов и полупроводниковых диодов. Прибор выполнен всего на одном элементе микросхемы К155ЛАЗ. Работает он следующим образом.

После включения питания при разомкнутых щупах XI и Х2 на входах 1, 2 элемента DD1.1 относительно общего провода устанавливается высокий логический уровень напряжения. Соответственно, на выходе 3 DD1.1 будет низкий логический уровень напряжения. При этом элемент индикации — светодиод VD1 гореть не будет. Если щупы замкнуть между собой, на входах 1, 2 DD1.1 установится низкий логический уровень напряжения, а на выходе 3 — высокий. При этом загорится светодиод, сигнализируя о наличии замыкания между XI и Х2. Таким образом, при подключении щупов к исправной электрической цепи будет загораться светодиод VD1. Если же светодиод не горит — значит, в цепи имеется обрыв. Данным пробником можно проверить исправность постоянных и переменных резисторов с сопротивлением до нескольких кОм.

Чтобы проверить исправность полупроводникового диода, необходимо подключать его к щупам в прямом и обратном направлениях. Когда вывод анода диода соединен с XI, а вывод катода с Х2, светодиод горит, а при обратном включении — нет. Если при обратном включении VD1 продолжает светиться, значит, проверяемый диод пробит. Когда же VD1 не светится как при прямом, так и при обратном включении проверяемого диода, это указывает, что в нем имеется обрыв.

Устройство, схема которого приведена на рисунке 2, также относится к измерительным приборам и представляет собой логический пробник. Он предназначен для определения логического уровня напряжения в электрических цепях цифровых приборов. Собирается пробник на двух элементах микросхемы, каждый из которых работает как инвертор. В исходном состоянии на входах 1,2 DD1.1 и выходе 6 DD1.2 устанавливается высокий логический уровень напряжения и светодиод VD1 горит. При подключении щупов XI и Х2 в цепь с напряжением, соответствующим уровню логической 1, состояние элементов DD1.1 и DD1.2 не изменится и VD1 продолжает гореть. Если же в проверяемой цепи низкий логический уровень напряжения, то элементы DD1.1 и DD1.2 переключаются в противоположное состояние, на выходе 6 DD1.2 появляется логический 0, и светодиод гаснет. Таким образом, свечение VD1 соответствует ' высокому, а гашение — низкому логическому уровню напряжения в проверяемой цепи.

На двух элементах микросхемы можно собрать простой низкочастотный генератор и использовать его в устройствах звуковой сигнализации, например, вместо обычного дверного звонка. Схема такого генератора (рис. 3) во многом сходна со схемой транзисторного симметричного мультивибратора. Элементы DD1.1 и DD1.2 включены симметрично относительно друг друга, то есть выход каждого элемента через соответствующий конденсатор соединен со входами соседнего.

После включения питания на выходах элементов DD1.1 и DD1.2 появляется высокий логический уровень напряжения, так как на их входы через резисторы R1 и R2 подано напряжение низкого логического уровня. Одновременно начинают заряжаться конденсаторы С1 и С2. Как только на одном из конденсаторов, например С2, напряжение достигнет уровня логической 1, элемент DD1.1 переключится и на его выходе установится низкий логический уровень напряжения. Конденсатор С1, не успев зарядиться до напряжения логической 1, начнет перезаряжаться. Когда процесс перезарядки С1 закончится, произойдет переключение элемента DD1.2, и на его выходе появится логический 0. Далее начнет разряжаться конденсатор С2, после чего на выходе DD1.1 вновь появится напряжение низкого уровня и DD1.1 переключится. Теперь, в свою очередь, разрядится конденсатор С1 и произойдет переключение элемента DD1.2. После этого на его выходе вновь появится логическая 1. Далее процесс перезарядки конденсаторов и переключения элементов микросхемы повторится заново. Более того, за счет существования положительной обратной связи между DD1.1 и DD1.2 он становится бесконечным во времени, и на выходе DD1.2 появляются низкочастотные импульсы прямоугольной формы. Максимальная величина амплитуды импульса равна величине напряжения высокого логического уровня, а минимальная — величине напряжения низкого логического уровня. Длительность каждого импульса равна половине периода следования и определяется величинами емкости конденсаторов Cl, C2 и сопротивлений резисторов Rl, R2. Динамическая головка ВА1 преобразует электрические импульсы в колебания звуковой частоты.

На всех четырех элементах микросхемы можно собрать имитатор звука сирены и установить его на действующую модель пожарной машины или «скорой помощи». Устройство (рис. 4) состоит из двух генераторов: тактовых импульсов и звуковой частоты. Первый выполнен на элементах DD1.1 и DD1.2, а второй — на DD1.3 и DD1.4. В отличие от предыдущего, симметричного мультивибратора, каждый из генераторов собран по несимметричной схеме. Поскольку принципы работы каждого из генераторов схожи, рассмотрим в действии только один из них, например, левый по схеме.

После включения питания на входах 1, 2 DD1.1 и на выходе 6 DD 1.2 установится напряжение логической 1, а на выходе 3 DD1.1 и входах 4, 5 DD1.2 — напряжение логического 0. При этом конденсатор С1 начнет заряжаться через резистор R1, а напряжение на входах 1,2 DD1.1 будет постепенно уменьшаться. Как только оно достигнет величины, соответствующей логическому 0, произойдет переключение элементов микросхемы в противоположные состояния. Далее конденсатор С1 начнет разряжаться через выходную цепь второго элемента, а напряжение на входах 1, 2 DD1.1 будет вновь увеличиваться. Когда оно достигнет высокого логического уровня, произойдет переключение элементов в первоначальное состояние. За счет существования положительной обратной связи процесс перезарядки конденсатора С1 и переключения элементов DD1.1 и DD1.2 носит непрерывный характер. В результате этого с выхода DD1.2 будут следовать прямоугольные импульсы, частота и длительность которых определяется емкостью конденсатора С1 и сопротивлением резистора R1.

По такому же принципу работает и правый по схеме генератор. Основное его отличие от тактового генератора — в величине емкости конденсатора С2, стоящего в цепи обратной связи.

Имитация звука сирены достигается за счет того, что тактовый генератор управляет работой генератора звуковой частоты. Динамическая головка ВА1 звучит в те промежутки времени, когда на входе 13 элемента DD1.3 появляется логическая 1.

На рисунке 5 показана схема простейшего одноголосого электромузыкального инструмента. Его музыкальный диапазон — примерно две полные октавы. Генератор ЭМИ выполнен на трех элементах DD1.1—DD1.3 микросхемы DDL Элемент DD1.4 используется в качестве усилителя звуковой частоты. Принцип работы трехэлементного генератора почти полностью сходен с принципом работы генератора на двух элементах. Основным его преимуществом является более высокая стабильность. Частота звучания ЭМИ определяется емкостью конденсатора С1 и сопротивлениями резисторов R1—RN. Клавиши SI—SN подключают в цепь обратной связи резисторы Rl—RN, сопротивлению каждого из которых соответствует строго определенная частота генерации.

На всех четырех элементах микросхемы К155ЛАЗ собран и простой игровой автомат (рис. 6). Однако, чтобы понять, в каких играх его можно использовать, познакомимся прежде всего с его работой. На первых трех элементах DD1.1—DD1.3 собран уже знакомый нам по предыдущей конструкции несимметричный мультивибратор, а элемент DD1.4 используется в качестве инвертора. После включения питания мультивибратор начинает вырабатывать прямоугольные импульсы, частота и длительность которых определяется параметрами конденсатора С1 и резистора R1. При этом светодиоды VD1 и VD2 поочередно мерцают. Поскольку частота генерации импульсов достаточно высокая, мерцание светодиодов человеческим глазом воспринимается как слабое непрерывное свечение. После замыкания кнопки SB1 элементы DD1.1 и DD1.2 оказываются закороченными и генерация прекращается. Если в момент остановки генератора на выходе 11 DD1.3 была логическая 1, то светодиод VD1 (красного цвета) загорается более ярко, а VD2 гаснет, так как на выходе 8 DD1.4 будет логический 0. Если же на выходе DD1.3 окажется 0, то на выходе DD1.4 будет 1. При этом VD1 погаснет, а гореть будет VD2 (зеленый цвет). Поскольку заранее невозможно предсказать, какое напряжение будет на выходе генератора после его остановки, включение светодиодов носит случайный характер. Следовательно, данное устройство с успехом можно применить в играх, основанных на угадывании какого-нибудь результата. Например, кому из двоих играющих при одинаковом числе попыток удастся точнее предсказать, который из светодиодов загорится большее количество раз.

О деталях. Вместо микросхемы К155ЛАЗ можно использовать идентичную ей К133ЛАЗ, светодиоды АЛ307 заменить на АЛ 102. Электролитические конденсаторы — К50-6, остальные — любого типа. Резисторы — ВС или ОМЛТ. Вместо динамической головки 0,5ГД-37 можно использовать любую другую мощность 0,1 — 1Вт. Кнопочный переключатель — П2К; тумблеры — любого типа, например ТЗ-С. Клавиши — самодельные, их конструкция может быть любой. Щупы XI и Х2 — стандартные от промышленных измерительных приборов. Щуп Х2 для удобства в работе можно снабдить зажимом типа «крокодил». Батарея GB1 напряжением 4,5 В (например, «Рубин») или три элемента по 1,5 В («Орион»).

Устройства, собранные по схемам, изображенным на рисунках 1—4, не нуждаются в налаживании и начинают работать сразу после включения питания. Налаживание ЭМИ (рис. 5) сводится к подбору величин резисторов Rl—RN для настройки генератора на частоты, соответствующие частотам нот музыкального диапазона. Для этого вместо постоянных резисторов впаивают подстроечные. Настройка производится в унисон с соответствующими частотами камертона вращением движков подстроечных резисторов. После этого измеряют их сопротивления и вместо них впаивают точно такие же постоянные резисторы.

Налаживание игрового автомата (рис. 6) заключается в подборе сопротивлений разисторов R2 и R3. Поскольку светодиоды АЛ307Б и АЛ 307В рассчитаны на разные рабочие напряжения и токи, при одинаковых величинах R2 и R3 яркость свечения окажется разной. Поэтому, оставляя величину сопротивления одного из резисторов, например R2, неизменной и подбирая значение R3, добиваются одинаковой яркости свечения диодов.

В. ЯНЦЕВ

«М-К» 1 90

OCR Pirat