СИГНАЛИТ ОДНОПЕРЕХОДНЫЙ ТРАНЗИСТОР

При всем многообразии устройств автоматического управления их функции, в конечном счете, сводятся к тому, чтобы при изменении контролируемого показателя (температуры, освещенности, текущего времени и т.д.) переводить исполнительные узлы из одного устойчивого состояния в другое. Нередко с дополнением в виде прерывистого светового или звукового сигнала. Обычно для этого используются группы биполярных полупроводниковых триодов, работающих в режиме усиления, либо логические ячейки интегральных микросхем, входы и выходы которых охвачены гибкими обратными связями.

А ведь ничуть не худшие результаты можно в ряде случаев получать на более простых устройствах с однопереходным транзистором.

Основой такого прибора служит кристалл полупроводника — база (б) — с электронной проводимостью. На удаленных от центра гранях имеются токосъемные поверхности с выводами, условно называемыми как база 1 (б1) и база 2 (б2). Между ними «пристроена» полупроводниковая область с дырочной проводимостью, именуемая эмиттером (э). На стыке здесь образуется р-п переход, обладающий выпрямительными (вентильными) свойствами.

Кристалл-база у «однопереходника» делится эмиттером на участки с сопротивлениями соответственно Rб1 и Rб2 (межбазовое сопротивление Rб1б2 составляет несколько кОм). По причине того, что вентильные свойства у этих участков (особенно во время работы) различаются и довольно существенно, данный транзистор называется еще и двухбазовым диодом.

Из анализа эквивалентной электрической схемы однопереходного транзистора нетрудно видеть следующее: с поступлением напряжения Uб1б2 на выводы баз оно будет распределяться в кристалле так, что на участке Rб1 станет запираться p-n переход. Если же на прибор подавать дополнительное напряжение Uэб1, постепенно увеличивая его номинал, то в момент, когда Uэб1 начинает превышать URб1, p-n переход вмиг становится проводящим. Иначе говоря, с притоком зарядов в область базы 1 скачком уменьшается сопротивление Rб1. По аналогии с электромеханическим реле, это электронное «замыкание контактов».

Принципиальная электрическая схема электронного квартирного ключа и самодельная конструкция на ее основе.

Выключается однопереходный транзистор при уменьшении тока эмиттера до уровня Iвыкл, несколько превышающего Iвкл. Порог этого срабатывания можно изменять, варьируя напряжения на электродах «э» и «б2».

Пожалуй, самой распространенной серией однопереходного транзистора является КТ117. Каждый из входящих в нее приборов имеет металлический корпус с язычком на донце, облегчающим ориентирование в выводах. Электрические параметры у этих транзисторов практически одинаковые. Исключение составляет лишь межбазовое сопротивление Rб1б2 величина которого у КТ117А и КТ117Б находится в диапазоне от 4 до 9 кОм, в то время как у КТ117В и КТ117Г — 8—2 кОм.

О том, насколько простой получается принципиальная электрическая схема генератора последовательности импульсов при использовании в ней однопереходного транзистора, можно судить по рисунку. Все «ужато до предела» и работает так, что совместно с нагрузкой — катушкой индуктивности L1 превращается в своеобразный электронный ключ для скрытной подачи (скажем, через входную дверь квартиры) условного сигнала либо открывания самого замка, если защелка у него сдвигается электромагнитом. Последний «оживляется» специальным устройством с такой же, как у названного ключа, катушкой.

Упрощенная структура, эквивалентная схема, типовая вольт-амперная характеристика, конструктивное оформление и условное изображение однопереходного транзистора.

Принцип работы электронного квартирного ключа простой. При замыкании кнопки SB1 ток от гальванической батареи GB1 проходит по цепи R1C1C2, заряжая конденсаторы. Напряжение URб1 по включению устройства выше Uэб1, и p-n переход будет заперт.

Однако по мере заряда конденсаторов напряжение на них и эмиттере возрастет настолько, что в некоторый момент p-n переход станет токопроводящим. Тут же через него, участок б1 и катушку пойдет электрический импульс. В результате напряжение Uэб1 снизится, транзистор выключится, а в конденсаторах начнется накопление новой порции зарядов.

Импульсы тока, возникающие при протекании рассмотренных выше процессов, создают благодаря L1 электромагнитное поле, которое индуцирует в катушке приемного устройства переменную ЭДС. Последнюю можно подавать на любой усилитель звуковой частоты с последующим выходом на динамик. При таком варианте использования самодельного устройства в схеме достаточно иметь вместо двух конденсаторов один, емкостью порядка 0,047 мкФ.

Вариант принципиальной электрической схемы и топология печатной платы устройства-посредника между электронным квартирным ключом и электромагнитной защелкой дверного замка; нумерация радиодеталей продолжает оцифровку, использованную на предыдущем рисунке.

Возможное схемное решение самодельного датчика-сигнализатора разряженности аккумуляторных батарей.

Резисторы для данного ключа самые распространенные — МЛТ-0,125. Конденсаторы тоже не дефицитные, КЛС. А в качестве источника электроэнергии GB1 подойдет батарея гальванических элементов 6PLF22 (типа отечественной «Кроны»).

Выключатель электропитания самодельный. Катушка L1 наматывается проводом ПЭВ2-0.15 внавал до заполнения каркаса, размещаемого в одной из чашек броневого сердечника из феррита 600НН диаметром порядка 9 мм. Ну а SB 1 выполняется из полоски упругой (гартованной) латуни. Ее предварительно отогнутый под углом 90° конец жестко крепится к футляру электронного квартирного ключа. При этом получается упругий Г-образный кронштейн. Снабженный пластмассовой, выступающей из корпуса штыревой кнопкой, он должен при нажиме образовывать контакт с плюсовым выводом гальванической батареи.

Чтобы дверной замок подчинялся электронному ключу, требуется устройство-посредник, принципиальная электрическая схема которого может иметь вид, изображенный на рисунке. Применяемая здесь нумерация деталей продолжает начатую ранее оцифровку.

Наведенная в катушке L2 (полем от L1) ЭДС поступает на базу транзистора VT2. Усиленные этим каскадом колебания переменного тока приоткрывают полупроводниковый триод VTЗ, в эмиттерной нагрузке которого находится VT4. Причем часть многократно усиленного сигнала снимается с коллектора VT3 и после выпрямления диодами VD1, VD2 вновь поступает на базу VT3, создавая постоянное отпирающее смещение.

Основные электрические параметры однопереходных транзисторов наиболее распространенной серии КТ117

Следствием существенного возрастания тока в цепи коллектор — эмиттер транзистора VT3 является отпирание мощного биполярного триода VT4, нагрузкой которого служит обмотка реле К1, шунтируемая (во избежание так называемого дребезга) диодом VD3 в обратном направлении.

Срабатывая, данное реле легко включает электромагнитную замочную защелку, ведь его контакты рассчитаны на коммутацию постоянного тока силой до 3 А при напряжении до 30 В, а также переменного (до 0,3 А, 220 В). Однако следует иметь в виду, что присоединять цепи электромагнита к бытовой осветительной сети должен специалист, хорошо знакомый с требованиями техники электробезопасности.

Как и в конструкции ключа, в рассмотренном устройстве-посреднике приемлемо использование резисторов МЛТ мощностью от 0,125 до 0,5 Вт. Конденсаторы желательны типа К50-6, реле — РЭС-6 РФО.452.107. Сборка выполняется на монтажной плате из 1,5-мм гетинакса или стеклотекстолита.

Самодельная катушка L2 аналогична катушке L1, хотя допустима намотка и более тонким проводом (число витков, помещаемых в чашку сердечника, можно несколько увеличить). Ток, потребляемый устройством в дежурном режиме, не должен превышать нескольких миллиампер (в момент отпирания замка он возрастает до 0,15 А) — это пригодится при выборе сетевого адаптера.

Однопереходный транзистор можно использовать также в качестве простого, но достаточно эффективного датчика — сигнализатора понижения напряжения до наперед заданного порогового уровня. В том числе как устройство, в ценности которого уже успели удостовериться многие автомобилисты, пуская двигатели при низких температурах.

Заслуженную популярность имеют датчики на основе однопереходных транзисторов и у владельцев земельных участков. Ведь практически у каждого дачника и садовода-огородника припасены аккумуляторные батареи как источник электроэнергии для освещения. Применение названных датчиков позволяет избежать разрядки аккумуляторов до опасно низкого уровня, предупреждая световым или звуковым сигналом.

Собрать столь нужное в хозяйстве устройство может любой по приведенной здесь электрической схеме. На страже напряжения на эмиттере однопереходного транзистора VT1 стоит стабилитрон КС156 (VD1), он обеспечивает четкое и надежное функционирование датчика-сигнализатора. Уровень его нормального срабатывания задается переменным резистором R2.

Питание — от источника контролируемого напряжения. Когда Uк снижается до заданного уровня (например, до 9В), включается транзистор VT1. При этом на резисторе R3 возникает падение напряжения, отпирающее транзистор VT2. Резко возрастающий коллекторный ток последнего заставляет вспыхивать светодиодный индикатор HL1 (электронный генератор звуковых сигналов или электромагнитное реле, отключающее нагрузку от подсевшего аккумулятора).

Принципиальная электрическая схема и монтажная плата миниавтомата «Праздничная иллюминация».

Однако нельзя не отметить, что создание порога срабатывания с помощью стабилитрона годится только для контроля сравнительно мощных источников. Ведь сам датчик-сигнализатор расходует порядка 35 мА. Почти на два порядка меньшую нагрузку можно получить, применяя в качестве стабилизирующего элемента переход база—эмиттер транзистора КТ363А в «обратном» включении (базой к одноименному электроду VT1). В этом случае номинал для резистора R1 следует выбирать равным примерно 50 кОм. Коллекторную же цепь транзистора VT2 придется питать не от источника контролируемого сигнала, а от «силовой» цепи.

Устанавливая порог срабатывания устройства, надо временно заменить светодиод резистором любого типа и мощности, но обязательно сопротивлением 200 Ом. Указанный же на схеме номинал R4 соответствует пороговому напряжению 9 В; при его превышении необходимо подобрать большее сопротивление, чтобы не допустить перегрузки светодиода.

Однопереходный транзистор можно применить и в качестве «задатчика ритма» для иных (с обеспечением дополнительных переключений) двухпозиционных исполнительных узлов. По такому принципу легко, например, собрать мини-автомат, управляющий праздничной иллюминацией на новогодней елке. Работа однопереходного транзистора VT1 здесь аналогична электронному квартирному ключу. Разница лишь в том, что вместо катушки индуктивности в цепь базы б1 включен резистор R3.

Импульсы напряжения положительной полярности, снимаемые с R3 в моменты включения VT1, поступают на управляющие электроды тринисторов VS1 и VS2, поочередно отпирая их и зажигая соответствующую группу светодиодов. Рассмотрим обстоятельнее, как это происходит.

Управляющие импульсы поступают одновременно на оба тринистора, один из которых в силу разброса характеристик включается первым. Допустим, таким лидером становится VS1. Тогда левая (на рисунке) обкладка конденсатора С4 оказывается под нулевым потенциалом «общего» провода схемы, а правая, отделенная от него запертым тринистором VS2, под напряжением источника питания. Как следствие этого начинается довольно быстрое заряжание емкости (через сопротивление связанных между собой светодиодов и резистора).

Следующий импульс управления не оказывает влияния на уже открытый тринистор VS1, но отпирает VS2. В результате правая обкладка конденсатора С4 «садится» на нулевой потенциал «общего» провода, а поскольку заряд электроемкости не может изменяться скачком, на левой обкладке С4 и аноде VS1 оказывается отрицательное напряжение, которое основательно запирает тринистор VS1.

Такое состояние будет продолжаться, пока конденсатор перезаряжается (с изменением полярности на обратную), а значит, и меняется группа «задействованных» светодиодов (прежняя гаснет до прихода следующего тактового импульса). Продолжая работать аналогичным образом, двух-позиционный прибор — триггер на тринисторах, коммутирующем конденсаторе С4 и однопереходном транзисторе станет и впредь циклически переключать все из одного устойчивого состояния в другое.

Для сборки рассмотренного миниавтомата помимо указанных на принципиальной электрической схеме «однопереходника» КТ117А, тринисторов КУ103А и полупроводниковых светоиндикаторов серии АЛ307 требуются резисторы МЛТ с номинальной мощностью рассеивания 0,125 Вт и конденсаторы К53-14 (С1), КЛС (С2, С3), К73-16 (С4). Причем для получения нарядной многокрасочной иллюминации наряду со светодиодами АЛ307Б можно рекомендовать использование модификаций с индексами В, Д, И в конце наименования. Тогда к красному свечению добавятся оранжевый, желтый и зеленый цвета.

Комбинируя полупроводниковые светоиндикаторы в собранном триггере, нельзя допускать, чтобы общее потребление тока в любом из его плеч превышало 70 мА. Достигается это подбором номиналов у резисторов, работающих вместе со связками светодиодов. Вариант монтажа печатной платы приводится на рисунке. В источнике питания мини-автомата «Праздничная иллюминация» могут использоваться гальванические батареи типа 3R12, каждая из которых дает на выходе напряжение 4,5 В.

Ю. ПРОКОПЦЕВ