Потенциометр R3 служит для получения максимальной помехоустойчивости замка, регулируя уровень полезного сигнала в диапазоне напряжения питания ключа.
Таблица 6.1 Частоты открывания замка при различных емкостях конденсаторов С4 и С5
Вариант | С4, мкФ | С5, мкф | f, кГц | В, Гц |
1 | 0,022 | 0,056 | 5,2 | 600 |
2 | 0,022 | 0,100 | 3,9 | 300 |
3 | 0,022 | 0,200 | 2,9 | 100 |
4 | 0,100 | 1,000 | 1,35 | 100 |
Цепочка R8, R9, во-первых, предназначена для ограничения возможного тока базы транзистора V8, при меньшем его усилении по току полный ток должен быть снижен. Во-вторых, в комбинации с конденсаторами С7 и С8 эта цепочка обеспечивает задержку включения и выключения электромагнита по меньшей мере на 1 с. Благодаря задержке, чтобы появилась более или менее значительная вероятность срабатывания замка, «посторонний генератор» должен работать долго. Если при установке замка на выдвижной ящик письменного стола обойтись, с помощью внешнего контакта, без усложняющих конструкцию пружин, то тогда ящик, после срабатывания замка, нужно открывать быстро (это также потребует большой емкости конденсатора в блоке питания, который должен находиться в ящике и обеспечивать достаточную задержку). К тому же замедленное выключение больше устраивает и с точки зрения защиты транзистора от индуктивных помех, возникающих при отключении напряжения.
Разумеется, вместо ввода сигнала отпирания с помощью контактов здесь можно использовать любой другой способ ввода: от микрофона, катушки индуктивности, фотоэлемента и т. д., если только частотный диапазон этого элемента соответствует резонансной частоте приемника. В построенном образце замка были успешно использованы частоты от 1 до 6 кГц при ограничении этого диапазона с помощью RС-цепочек. При уменьшении рабочей частоты диапазон частот, при которых происходит срабатывание устройства, заметно сужается, т. е. селективность растет. На границах диапазона требуется подстройка потенциометра R3.
Примененные здесь бумажные конденсаторы (можно использовать и современные их аналоги в полистироловых корпусах) обычно имеют большие разбросы номиналов (до ±20 %). Катушки в броневых сердечниках не всегда имеют подстроечники, кроме того, подстроечник вряд ли позволит изменить индуктивность более чем на 10 %. Поэтому не имеет смысла производить очень точную настройку контура на расчетную резонансную частоту (по формуле f=1/2п\/ LC ). Скорее следует производить настройку генератора. Но при этом необходимо знать, сколько витков катушки нужно намотать в броневом сердечнике для получения определенной индуктивности и какой наибольший диаметр провода может быть использован (чем толще провод, тем лучше заполнение катушки при заданном числе витков, т. е. лучше характеристики резонансного контура).
Каждый броневой сердечник характеризуется так называемым значением AL, которое лежит в пределах примерно от 100 (при самом большом воздушном зазоре между половинками сердечника) до 2200 нГн (при отсутствии зазора). Индуктивность катушки, заключенной в броневом сердечнике и имеющей W витков, почти полностью заполняющих камеру сердечника, рассчитывается по формуле L=W2 AL. Значение L в этой формуле получают в Гн, AL подставляют также в Гн, с коэффициентом 10~9. Например, при расчете числа витков для катушки, индуктивность L которой должна составлять 0,1 Гн, при AL=100 нГн=10~9- 100 Гн находят:
Рис. 6.17. Диаграмма для определения максимально возможного диаметра провода при необходимом числе витков катушки в броневых сердечниках 14X8; 18X11 и 22X13 мм
В продаже обычно имеются различные броневые сердечники. При номиналах конденсаторов, указанных на рис. 6.16, а также при требуемой полосе звуковых частот и характеристиках колебательного контура необходимую индуктивность, составляющую от 15 до 20 мГн, можно получить различными способами. На диаграмме рис. 6.17 для сердечников трех разных размеров указаны наиболее выгодные (т. е. максимально возможные) диаметры изолированных проводов, причем с точки зрения использования объема лучше применять однокамерные сердечники. Провод найденного по диаграмме диаметра (измеренный вместе с изоляцией) можно снять со старого реле, дросселя или трансформатора. При необходимости можно взять провод ближайшего меньшего диаметра. Следует помнить, что слева указаны витки для сердечника 14X8, а справа — для сердечников 18X11 и 22X13 мм. Крепление броневого сердечника к плате необходимо производить винтом из немагнитного материала, т. е. латунным или алюминиевым. Стальные винты можно применять только для сердечников без воздушного зазора. Но чтобы предотвратить слишком большую механическую нагрузку на сердечник, между головкой винта и сердечником следует положить картонную шайбу. Жесткая фиксация сердечника гарантирует постоянство индуктивности катушки. Еще лучше обезжирить половинки сердечника, нанести на них тонкий слой эпоксидной смолы, сдвинуть и оставить для отверждения смолы на сутки.
Питание замка должно осуществляться от сети через надежно изолированный трансформатор. Если возможно отключение сети, для повышения надежности замка можно использовать, например, постоянно подзаряжаемый аккумулятор. На случай выхода сети из строя на двери скрытно устанавливаются две клеммы, на которые подключается напряжение от «аварийного» источника питания. Кроме того, можно установить реле, которое свяжет эти клеммы с устройством только при отключении сети, предотвратив подачу извне напряжения, портящего замок.
Конечно, относительно дорогостоящим решением, но позволяющим получать различные напряжения, является, как уже говорилось, применение трансформатора от игрушечной железной дороги, например, типа F2 (от 2 до 12 В). Электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ и установка трансформатора на напряжение примерно 10 В при притянутом якоре электромагнита (в большинстве случаев этого достаточно для работы элементов, рассчитанных на номинальное напряжение 12 В) — все, что требуется для схемы по рис. 6.16. При этом источник питания будет размещен в отдельном корпусе, который следует поместить в сухом помещении. Необходимо также следить за полярностью напряжения. Чтобы совершенно исключить опасность неправильного подключения, между выходом и конденсатором можно установить диод.
Читателям, которые хотят подробнее разобраться в работе каскада Шумахера, помогут осциллограммы, приведенные на рис. 6.18. Они получены на замке по схеме рис. 6.16 (цифры в кружках на этом рисунке указывают точки съема осциллограмм). Следует учесть, что нулевые линии сетки соответствуют нулевым линиям напряжения, т. е. вплоть до рис. 6.18, е на осциллограммах можно замерить постоянную составляющую напряжения.
Рис. 6.18. Осциллограммы, снятые в соответствующих точках схемы по рис. 6.16 при подаче на нее резонансной частоты (масштаб времени 100 мкс/см, сторона квадрата сетки равна 0,5 см):
а — входные импульсы (точка 1), 1 В/см; б — ограничение диодами VI, V2 (точка 2), 1 В/см; в — напряжение на входе транзистора V5 (точка 3), 30 мВ/см; г — напряжение на выходе транзистора V5 (точка 4), 1 В/см; д — напряжение базы транзистора V6 с постоянной составляющей (точка 5), 0,3 В/см; е — напряжение базы транзистора V6, при подключении осциллографа через конденсатор, т. е. без постоянной составляющей (точка 5), 0,1 В/см; ж — напряжение на диоде V7 (точка 6), 1 В/см; з — напряжение на входе, частота которого отличается от резонансной. Осциллограмма получена для сравнения (точка 6, потенциометр ключа R7 имеет максимальное сопротивление), 500 мкс/см, 0,3 В/см
6.4.2. Электронный ключ для замка, описанного в разделе 6.4.1
Электронный ключ должен быть минимально возможных размеров и удобен в обращении, что потребует и малости размеров источника тока. Минимальное напряжение, необходимое для срабатывания замка, может быть обеспечено батареей. Ключ должен быть настроен на частоту замка, обусловленную его колебатальным контуром, так как в ином случае устройство значительно усложняется, хотя подстраиваемый ключ более надежен в эксплуатации, если возможны сильные колебания температуры или напряжения. Эта подстройка осуществляется с помощью резисторов в цепи базы регулируемого RС-мультивибратора; благодаря работе в режиме переключения (напряжение на его выходе периодически изменяется примерно от нуля до напряжения батареи) мультивибратор потребляет мало энергии.
Рис. 6.19. Принципиальная схема ключа для замка по рис. 6.16 (вместо транзисторов SS216D могут быть поставлены транзисторы SF136D или другие подобного типа)
При номиналах элементов, указанных на схеме рис. 6.19 (с дополнительной RС-цепочкой в цепи базы для улучшения формы кривой), с помощью потенциометра R7 можно перекрыть диапазон частот замка (см. раздел 6.4.1). Как видно из табл. 6.1, резонансные частоты замка лежат в диапазоне от 1,35 до 5,20 кГц, но мультивибратор должен быть настроен на какую-либо выбранную частоту в этом диапазоне (меньшее сопротивление резистора R7 соответствует более высокой частоте). Не следует использовать максимально возможное сопротивление потенциометра R7, так как в случае слишком большого сопротивления в цепи базы пропадет возможность получить достаточный размах регулировки при заданных значениях усиления по току и сопротивления резистора в цепи коллектора, что приведет к искажению формы прямоугольного напряжения. Иногда частота может даже снова возрасти. Изменить диапазон частот ключа проще всего с помощью изменения емкостей конденсаторов связи C1 и СЗ — чем меньше эти емкости, тем выше частота.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 |
Основные порталы (построено редакторами)