МУЗЫКАЛЬНЫЕ СИГНАЛИЗАТОРЫ

Занятые домашними заботами или интересной беседой, мы забываем, например, о кипящем чайнике. Вовремя напомнить о нем может простой звуковой сигнализатор. Однако генераторы колебаний звуковой частоты (например, мультивибраторы), построенные на основе транзисторной логики либо на интегральных микросхемах, не всегда удовлетворяют своих создателей. Простейшие устройства дают ровный тональный сигнал, слабо различимый на фоне бытового шума, а неожиданный и громкий «бип-бип» более сложных конструкций способен напугать.

Другое дело, если сигнал мелодичный, как, например, у музыкальных поздравительных открыток, получивших ныне широкое распространение. Они содержат микросхему DD1 — синтезатор мелодии, миниатюрный источник питания, а также сверхтонкий пьезоэлектрический звукоизлучатель. Музыкальный сюрприз оживает, когда открытка раскрывается и замыкаются контакты выключателя электропитания.

Приспособить такой сигнализатор к тому, чтобы его мелодичное звучание своевременно напоминало забывчивым о возникновении той или иной ситуации, под силу любому. Достаточно блокировать управляемый ползунком выключатель SB1, присоединив параллельно ему выносной датчик, реагирующий на состояние бытового объекта, взятого под электронный контроль, замыканием цепи электропитания открыточного музыкального устройства. Последний легко отделить от бумаги, надрезав клейкие ленточки на створках открытки.

Чтобы перевести SA1 в состояние нормально разомкнутых контактов и связать с ним выносной датчик, поступим следующим образом. На место подвижного штатного язычка, управлявшего выключателем, поместим под пружинный контакт полоску из электроизоляционного материала, каждая плоскость которой снабжена своим электропроводящим слоем для припаивания проводников, идущих к выносному датчику.

Рис. 1. Электронная «начинка» современной музыкальной открытки

Рис. 2. Схемы для изготовления музыкальных сигнализаторов с контактным датчиком (а) и полевым транзистором (б) на входе

Такую вставку можно выпилить, скажем, из двусторонне фольгированного пластика или изготовить из плотного картона с последующим приклеиванием сверху и снизу облуженных медных (латунных) полосок. Рекомендуемые размеры — 13x6x1,5 мм. Для удобства компоновки в бытовом приборе музыкальное устройство вырежем вместе с прилегающим к нему участком открытки.

А теперь ознакомимся с некоторыми примерами практического использования музыкального сигнализатора.

У многих дома имеется электрочайник «Тефаль» или подобный ему водонагреватель со встроенным автоматом, который обесточивает прибор, как только вода в нем закипит. Но сопровождающий выключение щелчок бывает настолько слаб, что никто его не слышит.

Чтобы не пропустить момент готовности кипятка, можно дополнить электрочайник музыкальным сигнализатором по довольно простой схеме (рис. 2а). Позиция А1 относится к открыточному музыкальному устройству в целом, выводы 1 и 3 которого соответствуют одноименным электрическим контактам в конструкции, представленной на рисунке 1. Между этими контактами — вставка Х1, токопроводящие обкладки которой соединены с выводами геркона SF1, работающего на замыкание при приближении постоянного магнита.

Геркон можно взять самый распространенный (КЭМ1). Магнит — отдатчика охранной сигнализации «СМК» или иного распространенного аналога. Его целесообразно закрепить на рычаге включения электрочайника, а геркон — чуть выше, на пластмассовой полосе между боковых торцев ручки.

На этой же полосе рекомендуется установить и плату, и звукоизлучатель сигнализатора, и микротумблер SA2, назначение которого — выключить сигнализацию, когда вода в чайнике уже вскипела. Включается SA2 одновременно с нажатием на штатную кнопку чайника.

Поменяв геркон на модификацию с нормально замкнутыми контактами, музыкальное устройство можно приспособить, например, для сигнализации о неплотно прикрытой дверце холодильника. Трудозатраты — минимальные. Нужно лишь закрепить постоянный магнит на верхнем торце дверцы, а геркон и музыкальный сигнализатор — на корпусе холодильника. Примечательно, что при таком техническом решении нет необходимости в выключателе SA2, ведь большую часть времени дверца закрыта, контакты геркона разомкнуты, сигнализатор молчит — и электроэнергия от миниатюрного гальванического элемента не расходуется.

Музифицировать можно, оказывается, и кастрюлю с борщом. Правда, для этого придется изменить тип датчика. Подскажем его идею, предоставив интересующимся самим разработать конструкцию.

Даже школьники младших классов знают, что вода в обычных условиях кипит при 100 °С. Естественно, такой же нагрев будет и у стенок кастрюли, в которой эта вода находится. Прилежным старшеклассникам знаком и так называемый сплав Розе, состоящий (по массе) из 25 процентов свинца, 25 процентов олова, 50 процентов висмута и плавящийся при температуре, близкой к 95 °С. Так почему бы не использовать этот сплав в датчике для кастрюли с борщом, закипающим на газовой плите? Сплав Розе, переходя из твердого состояния в жидкое, способен замкнуть пару неподвижных контактов в цепи включения музыкального сигнализатора. Когда же звуковое оповещение услышано, корпус плавкого датчика можно отделить от стенки посуды и перевернуть, чтобы расплав вернулся в исходное положение и вновь отвердел.

Не исключено, что в распоряжении любителя мастерить окажется более доступный сплав Вуда, имеющий температуру плавления 75 °С. Такой материал тоже можно использовать для плавкого датчика. А правильного срабатывания легко достичь, помещая между датчиком и нагреваемой до 100 °С кастрюли с борщом пластинку, имеющую подходящее тепловое сопротивление.

Используя музыкальную открытку, можно построить сигнализатор (рис. 2б), реагирующий на сравнительно сильные электрические поля. Неоценимую помощь он окажет там, где имеют дело с бытовой техникой, работающей от электросети 220 В. В частности, позволит проверить, не находятся ли корпус и арматура электроприбора под опасным напряжением, что может явиться следствием старения либо механического повреждения изоляции. Хорош полевой зондаж и при выявлении нагруженных силовых цепей среди множества второстепенных.

Музыкальный блок А1 включается с помощью датчика — полевого транзистора VT1, который управляет биполярным полупроводниковым триодом VT2, используемым в схеме в качестве эмиттерного повторителя. Последний связан с цепью питания звукового устройства контактной вставкой Х1.

Пока изолированный антенный штырек WA1 не введен в электрическое поле, транзистор VT1 открыт Между стоком и истоком небольшое — порядка 300 Ом — сопротивление, которое «заземляет» базу VT2 на общий провод («минус» источника G1), удерживая «биполярник» в запертом состоянии. В присутствии электрического поля сопротивление перехода сток — исток у VT1 возрастает до нескольких кОм и более. Полупроводниковый триод VT2 получает через резистор R1 отпирающее смещение и включает сигнализатор, пропуская ток электропитания, примерно равный 2 мА

Заметим, что с некоторыми типами транзисторов серии КП103 рассмотренное устройство энергично реагирует на касание WА1 рукой. Столь характерная особенность позволяет использовать его в качестве чувствительного сенсора с музыкальной сигнализацией Соответственно, расширяется область применения вплоть до оригинального звукового оповещения о приходе гостей или зова к телефону.

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема музыкального электрозвонка с использованием «открыточного» генератора мелодии

Рис. 4. Топология печатной платы самодельного транзисторного усилителя с двухтактным выходом, нагруженным на динамик

Выше рассматривались звукосигнальные устройства, где электронная начинка от музыкальной открытки играла самостоятельную роль. Однако весьма привлекательно использование столь оригинального генератора мелодии как части современного электронного звонка, звуковая мощность которого достаточна, чтобы перекрыть другие сильные источники звука. В таком случае, наш музыкальный автомат должен быть дополнен усилителем, например, транзисторным, с двухтактным выходным каскадом (рис. 3).

Поскольку выход музыкального блока А1, развивающий «звуковое» напряжение около 1,2 В, рассчитан на весьма высокое сопротивление пьезоизлучателя, постольку соответствующее входное сопротивление должен иметь и усилитель. Значит, не обойтись без согласующего каскада. В данном случае предлагается выполнить его на полевом транзисторе VT1. С его низкоомной истоковой нагрузки R4 снимается сигнал, управляющий фазоинверсным каскадом на биполярном транзисторе VT2. Тот, в свою очередь, «раскачивает» двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности, собранный на транзисторах VT3, VT4 с разным типом проводимости (n-p-n и p-n-p).

Пока сигнала звуковой частоты нет напряжение на эмиттерах VT3 и VT4, а также на «минусовом» выводе конденсатора С4 должно равняться половине напряжения источника GB1. Требуемый режим достигается подбором резистора R5, задающего на базе транзистора VT2 такое смещение, что на плечах делителя, образованного резистором R7 и n-p переходом VT2, получаются примерно равные напряжения.

Благодаря падению напряжения на диоде VD3 базы VT3 и VT4 имеют небольшие отпирающие смещения. Это обеспечивает экономный ток покоя (2—4 мА в коллекторных цепях).

Приход на базу VT2 положительной полуволны звукового сигнала чуть больше приоткроет транзистор, вызвав некоторое увеличение коллекторного тока и падение напряжения на R7 при одновременном снижении коллекторного напряжения. Соответствующий отрицательный сдвиг получат напряжения на базах VT3 и VT4.

Транзисторы выходного каскада отреагируют на это весьма своеобразно: VT3 сильнее запрется, a VT4 дополнительно приоткроется, отчего напряжение на спаренных эмиттерах и «минусе» С4 устремится к нулевому уровню общего провода. В результате через звуковую катушку динамика ВА1 потечет ток от источника GB1, который качнет диффузор в одну сторону.

Однако состояния транзисторов VT3 и VT4 с приходом отрицательной полуволны сигнала поменяются. Напряжение на минусовом выводе С4 устремится к уровню напряжения источника, а через головку ВА1 потечет ток в обратном направлении, отклоняя диффузор в противоположную (по отношению к ранее рассмотренному случаю) сторону.

Разумеется, изложенное — лишь упрощенная картинка. Но и она позволяет уяснить, что работа «раскачиваемого» выходного двухтактного каскада по сути своей отдаленно напоминает слаженные движения напарников, орудующих двуручной пилой — механического аналога единой (для VT3 и VT4) нагрузки. Становятся понятнее процессы усиления как электрических колебаний типа «простейшей синусоиды», так и сложного музыкального сигнала, заставляющего динамик выдавать на выходе мелодию, по силе и мощи своей многократно превышающей исходную, поступающую от звукового сигнализатора.

Поскольку включение нашего музыкального звонка происходит при замыкании дверной кнопкой SB1 цепи общего источника электропитания GB1 типа 9-вольтной «Кроны», постольку и для «открыточного» музыкального блока А1 целесообразно получать его от той же батареи, а не от прежнего миниатюрного гальванического элемента. Для этого в принципиальной электрической схеме предусматривается использование резистивно-диодного делителя напряжений R1VD1VD2.

Цепь электропитания музыкального блока А1 со звонком стыкуется штатными токосъемниками 1 и 2 с помощью вставки Х1, равной по высоте замещаемому гальваническому элементу.

Если предполагается сделать музыкальный звонок с регулируемой громкостью, то в принципиальной схеме устройства следует заменить резистор R4 постоянного сопротивления на переменный с тем же номиналом (типа СП-0,4 или близкого к нему). В качестве остальных (неизменных) лучше подойдут широко распространенные МЛТ-0,25. Конденсаторы С1 и С2 — не менее доступные К73-П3, К73-9. Динамическая головка может быть любого типа, лишь бы имела мощность 0,5—2 Вт с сопротивлением звуковой катушки постоянному току порядка 8 Ом. Источник электропитания — «Крона», 9-вольтный аккумулятор или две соединенные последовательно гальванические батареи 3LR12.

Основная часть принципиальной электрической схемы музыкального звонка монтируется на псевдопечатной монтажной плате размерами 87x40x1,5 мм из односторонне фольгированного пластика. Корпусом для собранного устройства может служить пластмассовая коробка типа мыльницы подходящих размеров.

П. ЮРЬЕВ