Простые реле времени для электрифицированных игрушек

14.11.16

[Домашняя]

 

Помимо электромеханического привода, современные электрифицированные игрушки обычно имеют в своём составе устройства для создания различных световых и звуковых эффектов. Если для управления ими использовать не обычные механические выключатели, а электронные, например, реле времени, включаемые опять же не обычной нажимной кнопкой, а, скажем, герконом, управляемым небольшим магнитом, сенсорным или инерционным датчиком, то интерес ребёнка к игрушке, утраченный из-за слишком простого управления ею, появится вновь. О том, как всё это реализовать в игрушке практически, рассказывается в статье. Предлагаю вниманию радиолюбителей несколько простых реле времени, которые можно применить в электромеханических игрушках для управления устройствами, создающими световые и звуковые эффекты. Встроив в одну игрушку несколько таких реле (а схемная простота делает это вполне возможным), можно повысить игровую занимательность игрушки. На рис. 1 изображена схема реле времени на полевом транзисторе серии КП504.

Работает оно следующим образом. При кратковременном замыкании контактов кнопки SB1 конденсатор С1 успевает зарядиться до напряжения батареи питания GB1 и транзистор VT1 открывается, подключая управляемое устройство А1 игрушки к источнику питания. После отпускания кнопки конденсатор разряжается через резистор R1. Когда напряжение на конденсаторе (а значит, и на затворе относительно истока) станет меньше порогового напряжения транзистора, он закроется и отключит питание от устройства А1. Им может быть как штатное устройство игрушки, создающее световые и (или) звуковые эффекты, так и самодельное. Описания таких устройств неоднократно публиковались на страницах журнала "Радио". Для запуска реле времени можно применить любую нефиксируемую в нажатом положении кнопку с нормально разомкнутыми контактами, расположив её толкатель в доступном для ребёнка месте. В мягких игрушках установка такой кнопки затруднена, поэтому в них можно применить любой инерционный датчик, например, такой, схематическое устройство которого показано на рис. 2

Он состоит из неподвижного контакта 4, согнутого в виде цилиндра из белой жести и посредством стоек 2 установленного на плате 1 из фольгированного материала, и подвижного контакта 5, представляющего собой пружину, одним концом впаянную в печатный проводник 6. На свободном конце пружины расположен груз 3 — капля припоя. На свободном конце пружины расположен груз 3 — капля припоя. Любое изменение положения игрушки с таким датчиком вызывает замыкание контактов 4 и 5 и срабатывание реле времени. Малогабаритную пружину можно извлечь из одноразовой газовой зажигалки (она поджимает кремень). Заменив кнопку SB1 герконом SF1 (изображён на рис. 1 штриховыми линиями), управляемым магнитным полем, можно разнообразить применение игрушки. Для включения реле времени к игрушке (точнее, к геркону) необходимо поднести скрытый (в "бочонке мёда" — для медвежонка, в "морковке" — для кролика и т. д.) постоянный магнит. Если должным образом "залегендировать" применение игрушки, то для управления реле времени можно применить сенсорное устройство на транзисторе структуры п-p-n рис. 3 или р-п-р (к точке А подключают его коллектор, а к точке Б — эмиттер).

Современные транзисторы имеют очень малый обратный ток коллектора, и при низком напряжении питания их работа в режиме с "оборванной" базой вполне безопасна. Реле времени с таким сенсорным датчиком работают следующим образом. При прикосновении к сенсорному контакту Е1 наведённое в теле человека напряжение детектируется на р-п переходе транзистора VT1. Возникающий при этом базовый ток усиливается им, и конденсатор С1 заряжается. В результате открывается транзистор VT2 и встроенное в игрушку устройство А1 подключается к батарее питания GB1. После убирания руки конденсатор разряжается через резистор R1, и когда напряжение на нём становится меньше порогового напряжения транзистора, он закрывается, выключая нагрузку А1. Двуханодный стабилитрон VD1 защищает устройство от возможных проявлений статического электричества. Для упрощения пользования все рассмотренные реле времени не имеют выключателя питания — в режиме ожидания (по сути, в выключенном состоянии) потребляемый ими ток не превышает долей микроампера, что сравнимо с током саморазрядки гальванических элементов батареи питания. Длительность выдержки описанных реле формируется за счёт разрядки времязадающего конденсатора. На рис. 4 показана схема реле времени, рабочий интервал которого формируется при зарядке конденсатора С1.

В исходном состоянии он заряжен, и ток через резистор R1 не течёт, поэтому напряжение на затворе транзистора VT1 (относительно истока) равно нулю, он закрыт, и устройство А1 отключено. При кратковременном замыкании контактов кнопки SB1 (или инерционного датчика, показанного на рис. 2) конденсатор С1 разряжается, а после размыкания начинается его зарядка. При протекании зарядного тока на резисторе R1 возникает падение напряжения, открывающее транзистор VT1. Через некоторое время конденсатор заряжается и транзистор закрывается. На рис. 5 изображена схема реле времени с более сложным алгоритмом работы.

Его применение обыграно в игрушке "Накорми кролика". В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт. Чтобы "покормить" кролика, необходимо к геркону SF1, расположенному в области головы игрушки, поднести замаскированный под "морковку" постоянный магнит. При замыкании геркона через конденсатор С1 протекает зарядный ток и созданное им падение напряжения на резисторе R2 открывает транзистор VT1. В результате исполнительное устройство А1 подключается к источнику питания — кролик восторженно пищит (работает звуковой сигнализатор со встроенным генератором НА1), загораются его глаза — светодиоды HL1 и HL2. Через несколько секунд зарядный ток уменьшается, транзистор начинает закрываться, громкость звука снижается. Ещё через несколько секунд зарядный ток конденсатора С1 уменьшается настолько, что транзистор закрывается, выключается звук, гаснут глаза- светодиоды. Дальнейшее "кормление" эффектами не сопровождается — кролик "сыт". Если убрать "морковку"-магнит, то контакты геркона SF1 разомкнутся и начнётся процесс разрядки конденсатора С1 через резисторы R1 и R2. При попытке "покормить" кролика через несколько секунд частично разряженный конденсатор С1 быстро заряжается и, коротко пискнув, кролик на "морковку" не реагирует — не успел "проголодаться". Лишь спустя несколько десятков секунд, после полной разрядки конденсатора, у кролика вновь появляется хороший "аппетит". Конденсаторы применены импортные керамические малогабаритные. В сенсорном устройстве (реле по схеме на рис. 3) можно применить любой кремниевый транзистор соот­ветствующей структуры со статическим коэффициентом передачи тока базы h21Э более 200. Полевые транзисторы при напряжении пита­ния до 3 В — серий КП504, КП505 с пороговым напряжение до 2 В, при напряжении питания свыше ЗВ — серий КП501, КП504, КП505 с любым буквенным индексом. Если в качестве исполнительного устройства А1 применён электродвигатель с током потребления свыше 0,1 А, то полевой транзистор следует применить более мощный — например, IRLR024N, IRLR2705, IRLR2905.

Звуковой сигнализатор со встроенным генератором НА1 в реле времени по схеме на рис. 5 может быть любой с напряжением питания 5 В, например, НРМ14А, НРМ14АХ. Светодиоды HL1, HL2 — любого типа зелёного цвета свечения. Малогабаритные высокоомные резисторы приобрести довольно сложно, поэтому я их изготавливаю самостоятельно. Для этого из обрезков фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5—2 мм ножницами по металлу нарезаю полоски шириной 2...4 мм, которые затем делю на заготовки длиной 8... 10 мм. На концах заготовок 1 рис. 6 цапонлаком закрашиваю контактные площадки 2.

Незащищённые участки фольги вытравливаю, как обычно, в растворе хлорного железа. Продолжительность травления выбираю немного больше необходимой, чтобы началось подтравливание контактных площадок — так обеспечивается плавный переход от фольги к подложке. Смыв лак, зачищаю контактные площадки чернильной резинкой (ластиком). Выводы 3 будущего резистора изготовляю из медного лужёного провода диаметром 0,4...0,6 мм, намотав по 3...4 витка ближе к концам заготовки. Выводы припаиваю к контактным площадкам с минимальным количеством спиртоканифольного флюса. Токопроводящий слой 4 получаю, заштриховывая изоляционный промежуток между контактными площадками 2 карандашом твёрдостью Т или 2Т. Сопротивление контролирую мегомметром или, что чаще, измеряя параметры устройства, в котором применяется этот резистор. Излишки нанесённого графитного слоя удаляю карандашной резинкой. Добившись нужного сопротивления, для защиты от дестабилизирующих факторов покрываю резистор клеем БФ-2, разведённым в этиловом спирте в пропорции 1:1 (раствор храню в отмытом пузырьке от лака для ногтей). Как показала практика, такие резисторы в низковольтных цепях способны работать сравнительно стабильно. Налаживание описанных реле времени сводится к установлению необходимого времени выдержки подбором ёмкости конденсатора и сопротивления резистора времязадающей цепи.

Радио №3 2015г стр. 49

Домашняя

Дата последнего изменения этого узла 14.11.2016