ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА ИЗ ДЕТСТВА

Железная дорога фирмы PIKO (ГДР) для большинства советских детей была одной из самых желанных игрушек. Среди доступной нам тогда модельной продукции не было ничего другого, пожалуй, сравнимого с ней по степени детализации и реализма. И неудивительно, что эти наборы — локомотивы, вагоны, стрелки и рельсы — во многих семьях сохраняются в рабочем состоянии до сих пор. Встречаются они и на вторичном рынке, всегда вызывая интерес как у людей старшего поколения, так и у молодежи. Кстати, не все знают, фирма PIKO существует и сейчас. Правда, ее производственные подразделения переехали в Китай, а изделия немного видоизменились. Колеса, например, покрытые некогда блестящей гальваникой, стали серыми, сцепки вагонов — пластмассовыми. Зато рельсы теперь еще больше похожи на настоящие.

С самого детства я воспринимал эту дорогу как благодатное поле для грядущего творчества в области электроники. Несколько лет назад для этого пришло время, и в этом материале я хочу рассказать о некоторых своих самоделках. Надеюсь, что эти разработки пригодятся и другим энтузиастам. Причем, не только владельцам PIKO но и Roco или других производителей.

ВНИМАНИЕ, ПОЕЗД ОТПРАВЛЯЕТСЯ

Прежде чем заниматься какими-то усовершенствованиями, железную дорогу надо «оживить». Сделать это порой бывает непросто из-за регуляторов, сломанных или утраченных за многие годы. Они бывают двух типов: с регулятором скорости и отдельным переключателем направления движения или лишь с одним органом управления — «крутилкой». Команде «стоп» соответствует ее среднее положение. Вращением же ручки в ту или иную сторону состав приводится в движение в прямом или обратном направлении.

О регуляторах первого типа говорить особенно нечего — это простой стабилизатор с плавно или ступенчато регулируемым от 0 до 9 — 12 В выходным напряжением. Могу только посоветовать прикрепить снизу к его ручке диск с вырезанным сектором, открывающим доступ к переключателю направления лишь при минимальном напряжении. Это исключит случайное переключение полярности на полном ходу, ведущее к возможным поломкам.

А простейший регулятор второго типа на два направления и пять положений можно сделать на основе галетного переключателя. Напряжение, при котором миниатюрный состав надежно трогается, зависит от типа локомотива. Модели с червячной передачей, вроде дешевого «пиковского» BR-80, хорошо стартуют и при 4 В благодаря простому механизму с небольшим трением. Однако у большинства других локомотивов с двумя поворотными колесными тележками принято ставить только один мотор в центре рамы модели, вращение которого раздается на тележки при помощи кулачковой или карданной передачи. Такой механизм требует для проворачивания колес большее усилие и, соответственно, большее питающее напряжение. Исходя из этого, для первой ступени регулятора разумно выбрать напряжение в 6 В. А конденсатор, подключенный к выходу регулятора, должен быть рассчитан на напряжение не ниже 200 В, так как индуктивность обмоток мотора может приводить к выбросам ЭДС самоиндукции довольно высокого напряжения.

Если же у вас найдется сдвоенный переменный резистор с линейной характеристикой в 1,5 кОм, то можно изготовить регулятор практически неотличимый по своему действию от фирменного. (При использовании резистора с мощностью рассеивания 0,5 Вт и более, его лучше взять сопротивлением в 1 кОм.)

Регулятор представляет собой мост из четырех эмиттерных повторителей. Схема защищена от коротких замыканий. Напряжение между эмиттером и базой транзисторов верхних плечей моста благодаря цепочке диодов ограничено на уровне около 1,2 В. Этого более чем достаточно для свободного открытия транзистора. По мере роста выходного тока из этой величины вычитается падение напряжения на низкоомном резисторе в цепи эмиттера. И при достижении тока в 0,5 А остаток напряжения становится не вполне достаточным для открытия транзистора. Таким образом, повышение тока нагрузки свыше 0,5 А уже сильно сдерживается, что предотвращает мгновенное выгорание схемы в случае замыкания ее выхода.

Диоды должны быть обычными кремниевыми, приборы с барьером Шоттки не годятся. Пригодны либо маломощные выпрямительные диоды, либо достаточно мощные импульсные. Помимо указанных на схеме, могут быть применены старые советские Д220, Д223 или импортные 1N4148.

Хотя мощных транзисторов в схеме четыре, радиаторов для них всего два. На одном установлены приборы верхних плечей, на другом — нижних, благо, что их коллекторы по схеме соединены. Это весьма экономно, поскольку оба транзистора в каждой паре никогда не работают одновременно, так что радиаторы можно рассчитывать на мощность рассеивания только одного из них.

ДА БУДЕТ СВЕТ!

Итак, нормальная работа дороги налажена. Что еще может сделать радиолюбитель для придания ей большей реалистичности? Конечно же, оборудовать освещением здания на макете! И сделать это на основе простого фотореле, автоматически включающего или выключающего свет в зависимости от общей освещенности в комнате. Это особенно удобно в случае макета, состоящего из нескольких отдельных стыкуемых между собой блоков. Не понадобится соединять многочисленные провода управления — достаточно только подать на модуль питание, а уж решение о включении освещения он примет сам. При наличии нескольких модулей и неизбежной разнице в настройке их фотореле, фонари на макетах станций и других сооружений при плавном изменении внешней освещенности будут загораться неодновременно, что сделает световую картину более разнообразной. Впрочем, благодаря компактности этой платы, ее могут применять и те, кто не строит большие макеты на едином основании, а лишь расставляет жилые дома, складские постройки и вокзалы рядом с собранной для игры железной дорогой — достаточно только подвести к ним питание.

Схема нехитрая. При желаемом пороговом уровне освещенности подстроечным резистором R2 напряжение на базе VТ1 устанавливается на границе его открывания. Если вы предполагаете настроить порог включения на достаточно низкий уровень освещенности, то R2 следует взять большего сопротивления. VD1 стабилизирует напряжение питания светочувствительной цепочки и первого каскада, благодаря чему схема остается работоспособной даже при значительных колебаниях питающего напряжения. Конденсатор С1 предотвращает сбои от кратковременных вспышек света или пропаданий контакта в подстроечном резисторе. Схема может быть запитана любым напряжением постоянного тока, применяемого в железных дорогах: от 12 до 18 В. К коллектору VT2 присоединяется необходимый набор отдельных светодиодов и их цепочек с токоограничивающими резисторами. В применении VТ2 мощного транзистора нет нужды, поскольку при нынешней эффективности светодиодов нескольких десятков миллиампер достаточно для освещения макета даже большого здания.

УМНЫЙ ШЛАГБАУМ

А это устройство заинтересует в первую очередь любителей макетов. Неотъемлемая часть любой железной дороги — переезды со шлагбаумами. Купить их недорогие наборы для самостоятельной сборки совсем нетрудно. Но куда интереснее сделать их действующими!

Для начала подготовим комплектующие. Расточите при необходимости и смажьте жидкой силиконовой смазкой оси вращения шлагбаумов, чтобы они свободно падали под собственным весом. Под задним концом противовесов шлагбаумов просверлите отверстие диаметром 1-1,5 мм. Смажьте его «эпоксидкой». После ее отверждения стенки отверстия станут твердыми и гладкими, благодаря чему нить привода шлагбаума будет легко скользить, не перетираясь. Прикрепите нить к нижней части противовеса и пропустите ее в подмакетное пространство.

Датчики в данной системе применены самые простые и надежные — видимого света, работающие на просвет. Комплект состоит из светодиода и фоторезистора, установленных по разные стороны железнодорожного полотна. Расстояние до дороги должно быть минимальным, но таким, чтобы даже самые длинные вагоны при прохождении по любым путям гарантировано не задевали их. Датчиков должно быть два, расположенных в 10 — 15 см по обе стороны от переезда. Система дает четкий сигнал, но некоторые меры по защите от внешних боковых засветок все-таки желательны. Идеально размещение фотодатчиков в тоннелях -там и фоторезистор будет защищен от внешнего света, и 3-мм белый светодиод уместен в качестве лампы освещения тоннеля. Также фоторезисторы удобно монтировать под мостами, в нишах зданий или слегка утопленными в кустарнике. Светодиод может быть оформлен в виде обычного прожектора или фар автомобиля на стоянке. Элементы оптопар следует надежно закрепить на высоте вагонных рам таким образом, чтобы никакие манипуляции с идущими к ним проводами не вызывали их смещения.

Для питания схемы необходимо двуполярное напряжение 4,5 В. Оно создается в два этапа. Сначала из питающего напряжения железной дороги, которое может быть от 12 до 18 В, при помощи стабилизатора DA1 получается напряжение 9 В, а затем каскад на транзисторах VT4 и VT5 вырабатывает напряжение средней точки.

Перейдем к настройке фотодатчиков. Для этого в их створе не должно быть никаких вагонов. Подключите вольтметр к коллектору VT1 и вращайте R2, добиваясь, чтобы напряжение на коллекторе поднялось почти до напряжения питания. А затем плавно начинайте крутить в обратную сторону до того момента, как напряжение упадет ниже 1 В. Проверьте, чтобы и в ночных условиях напряжение не поднималось. Таким образом, тока фоторезистора хватает на открытие VТ1, но без особого запаса. Как только в створе фотодатчика окажутся вагоны, света уже не хватит, транзистор закроется, и напряжение подскочит. Аналогично настраивается второй фотодатчик. Их сигналы суммируются при помощи VD1, VD2. Эта цепь не так проста, как могла бы показаться. В нее включен конденсатор С1. Так как сопротивление R3 или R6 намного меньше, чем сопротивление R7, то шлагбаумы опускаются практически мгновенно, а поднимаются с некоторой задержкой. Благодаря этому они не будут дергаться вверх от просветов между вагонами или если через переезд проедет один лишь локомотив. Время задержки можно подбирать, изменяя емкость конденсатора С1.

В итоге мы имеем четкий сигнал: низкий уровень — опускание шлагбаумов, высокий — поднятие. Сигнал подается на плату УРМ от систем радиоуправления семейства «Каната», описанных в «М-К» (см. №1,2, 9-2019). Модуль может быть любой модификации, даже самой старой. Сигнал подается на левый по схеме вывод R3 или R4. Входные детекторы и каскады на VТ1, VТ2 можно не монтировать. Поскольку сигнал весьма «размашистый» и поступает постоянно, чтобы мотор привода не пытался вращаться и после крайнего положения, выводы потенциометра механической обратной связи следует подключить непосредственно к шинам питания.

Остается завершить работу с механической частью. Качалки изготовлены из пластмассы толщиной 3 мм, продольная тяга — из 2-миллиметровой полоски закаленного дюралюминия. Осями служат винты М3, для чего в одних деталях сделаны отверстия М3, пройденные только первым метчиком, а в других -отверстия диаметром 3,2 мм. Продольная тяга устанавливается в такое положение, чтобы верхние плечи качалок немного — на 3-5 мм — не доходили до основания макета. К качалкам подвязаны нити от шлагбаумов и зафиксированы каплями клея: они должны быть натянуты, но так, чтобы не приподнимали шлагбаумы. Промежуточная тяга к рулевой машинке изготовлена из медной проволоки диаметром около 0,8 мм. С одной стороны проволока сложена вдвое, образуя ушко для соединения с продольной тягой. Длина промежуточной тяги регулируется подгибанием по наиболее четкому движению шлагбаумов. Погоняв систему два-три раза, потрогайте мощные транзисторы в модуле УРМ и в формирователе средней точки питания, а также микросхему стабилизатора напряжения. Если какие-то из этих элементов заметно нагреваются, имеет смысл установить дюралевые пластинки-радиаторы. Но, скорее всего, этого не понадобится.

Еще одна заметная часть переезда — перемигивающийся при опущенных шлагбаумах красный светофор. Поначалу я подумал об использовании комбинации мультивибратора и триггера. Однако ради упрощения конструкции вспомнил радиолюбительское детство и спаял мультивибратор на двух транзисторах — он справляется с такой работой как нельзя лучше.

Конечно, фотодатчиков может быть и больше — они придадут системе еще большего реализма. Если есть возможность, то можно поставить, например, еще один в непосредственной близости от переезда, чтобы избежать поднятия шлагбаума, когда по переезду неторопливо поедет короткий маневровый локомотив.

Обычно железнодорожные макеты компонуются достаточно плотно. Но если подъезды к переезду у вас более-менее свободные, то еще одну пару фотодатчиков . можно установить на большем удалении от переезда. Также несложно сделать, чтобы светофоры срабатывали перед опусканием шлагбаумов от всех датчиков, а сами шлагбаумы — только от внутренних.

Александр ЛИСОВ, г. Иваново