ТАЙМЕРЫ НА МИКРОСХЕМАХ

Таймер на микросхемах (МС) разработан для модели подводной лодки с двумя электромоторами — слегка упрощенной копии атомного ракетоносца «Дельта-III», которая была выполнена по чертежам, опубликованным в № 8 журнала «Моделист-конструктор» за 1992 год. Но как показала практика, это МС-устройство без каких-либо изменений можно успешно использовать на моделях надводных кораблей и судов, чему в немалой степени способствуют… правила судомодельных соревнований, предписывающие на моделях судов-прямоходов с длиной корпуса более 600 мм обязательное наличие таймера, отключающего ходовой двигатель после прохождения моделью дистанции.

В моем первом варианте принципиальной электрической схемы таймера (рис. 1а) задающий генератор секундных импульсов собран на трех логических элементах 2И-НЕ микросхемы DD1 (К561ЛА7). Установка частоты — подстроечным резистором R1 и выбором соответствующего номинала конденсатора С1.

Разумеется, задающий генератор можно было бы собрать на «часовых» счетчиках К176ИЕ5, К176ИЕ1 2, К176ИЕ17 или МС с кварцевой стабилизацией. Однако предпочтение отдано именно микросхемам серии К561. Во-первых, потому что они работают в более широком диапазоне питающего напряжения. Во-вторых, таймеру для судомоделей, на которые действуют ветер, волна, течение и так далее, сверхвысокая точность не нужна. Наконец, в-третьих, сама конструкция на К561 значительно проще и дешевле, чем на МС других серий.

Итак, секундные импульсы поступают на два десятичных счетчика-делителя DD2 и DD3 (К561ИЕ8), включенных последовательно. То есть время, которое отрабатывает таймер, можно устанавливать от 0 и до 99 с. Этого вполне достаточно для прохождения моделью дистанции в 60 метров. С целью упрощения монтажа и оперативного изменения выдержек счетные выводы МС DD2 и DD3 выносятся на двухрядную колодку (по 10 гнезд под штырьки).

Как наиболее подходящий вариант — используется часть старого компьютерного разъема СПН34С с удалением «архитектурных излишеств» и третьего ряда гнезд. Два штырька, устанавливаемые в гнезда (один в верхний ряд — «секунды», другой в нижний — «десятки секунд»), соединяются проводниками с четвертым логическим элементом 2И-НЕ микросхемы DD1, выход которого благодаря делителю R5R6 гальванически увязывается с транзисторным ключом VT1 (КТ972), где в качестве нагрузки выступает реле К1 (РЭС48, паспорт РСЗ.081.182).

Цепочка из резисторов R2, R3 и конденсатора С2 формирует импульс сброса на счетчики-делители DD2 и DD3 при подаче электроэнергии на устройство. Для повышения точности таймера и исключения влияния помех от электромоторов на микросхемы DD1 — DD3 служит стабилитрон VD1. Диод VD2 нужен для ограничения тока, протекающего через геркон SF1, и устранения залипания контактов в момент запуска таймера.

С приближением магнита к геркону герметизированные контакты SF1 замыкаются и на схему подается напряжение питания. Благодаря резисторам R2, R3 и конденсатору С2 формируется импульс сброса (обнуления) счетчиков-делителей DD2 и DD3. Если входы четвертого элемента микросхемы DD1 не соединяются в данный момент с нулевыми выводами МС DD2 и DD3, то на выходе 4 DD1.4 появляется логическая «1» — высокий уровень, открывающий транзисторный ключ VT1.

Включается реле К1, контактная группа которого действует в режиме «самоподхвата». То есть К1.1 замыкаются, подавая на схему напряжение питания. Генератор начинает выдавать секундные импульсы, а счетчики-делители их считать до тех пор, пока на обоих входах четвертого элемента микросхемы DD1 не появляются логические «1» (высокий уровень). Тогда на выходе 4 DD1.4 возникает логический «0» (низкий уровень). Транзисторный ключ VT1, соответственно, закрывается, контакты К1.1 размыкаются и схема полностью обесточивается (отключается).

Правильно собранный на печатной плате таймер в наладке практически не нуждается. Единственное — приходится с помощью подстроечного резистора R1 выставлять частоту генератора на МС DD1, равную 1 Гц.

Сверхсложных приборов здесь не требуется, вполне хватает и секундомера или даже обычных часов с секундной стрелкой. Времязадающие штырьки устанавливаются в гнезда панельки, соответствующие выдержке 99 секунд (чем она дольше, тем выше точность настойки). К геркону подносят магнит, и одновременно с этим запускают секундомер. По шуму электромотора или вспышке подключаемой вместо него лампочки (светодиода) замеряют время работы таймера. Поворотом движка подстроечного резистора R1 добиваются совпадения задаваемого временного интервала с показаниями секундомера.

Убеждаются, что электрическая схема таймера работает при большеёмкостных источниках электропитания достаточно надежно. К тому же в ждущем режиме она практически не потребляет энергии (мизерный ток, обусловленный сопротивлением изоляции проводников и утечками между контактами реле, в расчет можно не принимать).

С переводом же устройства на питание от шести малогабаритных аккумуляторов Д-0,55 картина после пяти — шести успешных испытаний может выглядеть несколько иначе. Из-за повышенного потребления энергии в момент запуска бортовых электродвигателей напряжение на клеммах батареи GB1 начинает зачастую заметно снижаться (до 5-6 В). И хотя электронная часть таймера еще сохраняет свою работоспособность даже при таком режиме питания, то для электромагнитного реле РЭС48, похоже, наступает предел. Не в силах удерживать включенными свои контакты, оно отсоединяет таймер от GB1 сразу после удаления магнита от геркона.

Сама собой напрашивается мысль о необходимости замены РЭС48 на реле с низким напряжением срабатывания. Один из вариантов — сделать электропитание раздельным. Для таймера, например, желательно использовать компактную и доступную 9-вольтную «Крону». А реле заменить на недорогое, но достаточно мощное РЭС9, паспорт РС4.524.202, имеющее две группы контактов (рис. 2а).

Перспективным может оказаться компромиссное решение (рис. 2б): оставив электропитание единым, скорректировать саму базовую схему. В частности, транзистор VT1 заменить более мощным КТ829 и вместо реле нагрузить коллектор этого полупроводникового триода непосредственно на ходовые моторы. А входные выводы первого генератора, собранного на МС DD1, разделить. Оставив вывод 2 DD1.1 с времязадающими элементами R1 и С1 без изменений, навести перемычку от вывода 1 DD1.1 к выводу 11 4-го элемента той же микросхемы. То есть DD1.4 помимо работы с транзисторным ключом должен стать еще и блокиратором работы задающего генератора.

Геркон же надо соединить с «+» шиной питания и цепью сброса счетчиков-делителей DD2, DD3. Диод VD2 можно убрать. И на всякий случай параллельно стабилитрону включить конденсатор С3 емкостью 10 мкФ для сглаживания возможных помех, создаваемых электромоторами.

Принцип действия данного варианта принципиальной электрической схемы, как и методика ее наладки, остаются по сути неизменными. Устройство вполне надежно функционирует, сохраняя работоспособность до падения напряжения, равного 3 В. И это здорово, ведь при столь низком напряжении даже электромоторы отказываются работать! Единственное, о чем можно сожалеть — таймер в ждущем режиме все-таки потребляет ток, хотя и незначительный.

Теперь о конструкции модели. Таймер разрабатывался для уменьшенной копии подводной лодки с двумя электромоторами, отсюда и запуск постоянным магнитом с помощью геркона. Последний, согласно общему замыслу, должен устанавливаться в небольшом углублении надводной части модели — в районе рубки или моторного отсека, чтобы можно было дотягиваться до герметизированного контакта рукой. Сверху такой геркон заклеивают полоской ватмана с последующей покраской и лакировкой, дабы исключить просачивание воды, грозящее произвольным срабатыванием контактов.

На моделях надводных кораблей и судов вместо геркона с магнитом целесообразно устанавливать на корме выключатель-кнопку. Если внешний вид копии не хочется портить пусть даже миниатюрными кнопками, то можно довольствоваться и электромеханическим решением. В корме модели просверливается отверстие диаметром 2,2-2,5 мм, через которое наружу выводится конец штыря-толкателя диаметром 2 мм. Другой же его конец будет замыкать контакты запуска (рис. 3а).

В заключение еще одна идея: снабдить модель подводной лодки автопилотом для удержания на перископной глубине. Правда, существующими правилами судомодельных соревнований пока запрещено устанавливать на моделях подводных лодок подобную автоматику. Только ведь запреты не вечны!..

Суть идеи в том, что в рубку модели подводной лодки вклеивается два гнезда от разъема типа ЖР или им подобные (рис. 3б). К гнездам подключаются электромоторы «на разрыв», а «перископы» являются контактами, работающими на замыкание.

В надводном положении перископы-контакты замкнуты. После погружения модели задний перископ под действием набегающего потока воды слегка изогнется (материал с нужной упругостью легко подобрать, к тому же и сами контакты можно подпружинить, а для увеличения гидравлического сопротивления припаять по бокам «уши»). Контактная пара разомкнётся, моторы отключатся, и модель подвсплывет. Когда давление потока уменьшится, задний перископ выпрямится. Контактная пара замкнется, и после нового включения ходовых моторов рассмотренные выше процессы опять повторятся столько раз, сколько потребуется для удержания копии подводной лодки на перископной глубине. Ну а если арбитры соревнований воспротивятся этому новшеству, модель легко превратить в обычную, вставив вместо перископов-контактов перемычку.

В. САВЕЛЬЕВ, руководитель судомодельного кружка ЦДТ, г. Радужный, Владимирская обл.