В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

7.4.2 Электронный мини-кегельбан[8]

Электронный вариант мини-кегельбана в одинаковой мере интересен как начинающим радиолюбителям, так и опытным. Устройство несложно в изготовлении и может быть выполнено в виде компактной конструкции, удобной для пользования в домашних условиях, при поездках за город. Не лишне будет предупредить юных радиолюбителей, чтобы они не приносили игру в школьные классы. Название игры выбрано условно, но оно отражает ее основные моменты. При бросании шара в настоящем кегельбане можно сбить все кегли или только часть их. В электронном варианте мини-кегельбана при нажатии и отпускании кнопки, имитирующем бросание «шара», будет высвечиваться различное число светодиодов, указывающее на число сбитых «кеглей».

Принципиальная схема устройства приведена на рис. 7.17. Ее реализация в практическую конструкцию не требует особых познаний и дефицитных радиоэлементов — необходимы три широко распространенные цифровые микросхемы, по девять транзисторов и светодиодов, да еще несколько резисторов.

Рис. 7.17. Схема игрушки «Электронный миникегельбан»

Четыре логических элемента микросхемы DD2 образуют генератор прямоугольных импульсов с частотой, определяемой элементами R1 и С1. С вывода 8 элемента DD1.4 сигнал через кнопку SB1 подают на микросхему DD2 — двоичный счетчик с выходом в коде 1-2-4-8. При отпускании кнопки SB1 счетчик запоминает состояние, которое было при приходе последнего импульса от генератора.

Микросхема DD3 (в своей основе дешифратор семисегментного светодиодного индикатора) управляет работой дискретных светодиодных индикаторов HL1— HL9 через буферные транзисторы VTI–VT9. На выходе микросхемы DD3 к выводам 10 и 11 подключены по паре цепей индикации. Таким образом возможны 16 состояний элементов индикации, которые отображают различные варианты попаданий при бросании шара в кегельбане.

На игровом поле корпуса устройства располагают кнопку SB1, нажатие на которую имитирует бросание шара, и девять светодиодов (кегли), размещенных в соответствии с рисунком в левой части.

Питание устройства осуществляется от стабилизированного источника тока с напряжением 5 В, но устройство сохраняет работоспособность и при питании от батареи с напряжением 4,5 В.

Примечание: в устройстве можно применить отечественные микросхемы K155ЛA3 (DD1), К155ИЕ5 (DD2), К514ИД1 (DD3), транзисторы КТ342А и светодиоды AЛ307A. При выполнении конструкции с автономным питанием следует применить батарею типа 3336.

7.4.3. Ультразвук против грызунов[9]

Различные устройства, излучающие ультразвук, уже пытались применять для отпугивания комаров, москитов, мокрецов и других кровососущих насекомых. К сожалению, они не всегда оказывались действенными. Об этом, в частности, уже сообщалось. И дело, вероятно, вовсе не в том, что ультразвук в принципе не эффективен, а в том, что известные звукоизлучающие устройства обычно работают лишь на одной, строго фиксированной частоте.

Поясним это. Представьте себе, что вместо ультразвука устройство излучает звуковые колебания, а объект «отпугивания» — сам человек. Тогда постоянно звучащий тон, хотя и надоедлив, но вполне терпим. Иное дело, если тон переменный, например, звук двух- или трехтональной сирены либо сирены с периодически изменяющейся частотой. Воздействие таких источников звука на животных, не говоря уже о человеке, неизмеримо сильнее. Эффективность возрастает, если частота модуляции звуковых колебаний совпадает с частотой некоторых жизненно важных биоритмов. Подобные сирены способны вызвать даже у диких животных чувство тревоги, испуга и страха. Вероятно, ультразвуковые излучатели отпугивающих устройств тоже должны воспроизводить колебания не постоянной, а каким-то образов промодулированной частоты. Поскольку на человека сильнее воздействует звук переменной высоты, то, видимо, на животных более эффективно будет влиять именно частотная модуляция ультразвука. По такому принципу, кстати, работает появившееся в продаже устройство «Сирена», предназначенное для отпугивания мышей, крыс, полевок и других грызунов. Предлагаемое устройство (рис. 7.18) представляет собой ультразвуковой генератор, частота колебаний которого промодулирована инфразвуковыми колебаниями частотой 6…9 Гц.

Рис. 7.18. Схема устройства против грызунов

Генератор инфразвуковой частоты образуют элементы DD1.1, DD1.2, резисторы R1, R2 и конденсатор С1. Цепочка из резисторов R3, R4, R6, конденсатора С2, диодов VD1, VD2 и транзистора VT1 предназначена для периодического «увода» частоты ультразвукового генератора — симметричного мультивибратора, собранного на элементах DD1.3, DD1.4, резисторах R5, R7 и конденсаторах С5, С6. Его частота периодически, с частотой 6…9 Гц, изменяется от 25 до 50 кГц. Транзисторы VT2—VT5, каждый из которых включен эмиттерным повторителем, образуют двухтактный мостовой усилитель, нагрузкой которого служит динамическая головка ВА1 — она излучает ультразвук с частотной модуляцией. Диод VD3 и конденсаторы С3, С4 — это фильтр в цепи питания микросхемы DD1. Диод VD3, кроме того, предохраняет микросхему от выхода из строя в случае ошибочной полярности включения источника питания всего устройства.

Каков принцип работы ультразвуковой сирены? Если, допустим, эмиттерный переход транзистора VT1 замкнуть проволочной перемычкой, он будет постоянно закрыт, поэтому диоды VD1 и VD2 тоже будут закрыты, а ультразвуковой генератор станет работать с постоянной частотой около 25 кГц. Поскольку номиналы резисторов R5, R7 и конденсаторов С5, С6, входящих в мультивибратор, равны между собой, этот генератор формирует строго симметричные прямоугольные импульсы, обеспечивающие головке ВА1 работу без «перекоса». Это — низшая частота работы устройства. Если теперь верхний (по схеме) вывод резистора R3 переключить на плюсовый проводник источника питания, а перемычку с эмиттерного перехода транзистора VT1 удалить, то транзистор постоянно будет в открытом состоянии. В этом случае диоды VD1 и VD2 станут поочередно открываться с частотой 50 кГц — удвоенной частотой ультразвукового генератора, являющейся высшей частотой устройства.

В целом же устройство работает следующим образом. Когда сигнал низкого уровня на выходе элемента DD1.2 скачком сменяется высоким, примерно в течение 30 мс частота ультразвукового генератора изменяется (за счет плавного открывания транзистора VT1) с 25 до 50 кГц, после чего в течение 35 мс остается равной 50 кГц. Затем, когда сигнал высокого уровня на том же выходе элемента DD1.2 снова сменяется низким, генератор в течение 30 мс уменьшает свою частоту (из-за плавного закрывания транзистора VT1) с 50 до 25 кГц, после чего 35 мс формирует импульсную последовательность низшей частоты. Далее работа устройства циклически повторяется. Частоту инфразвукового генератора можно изменять подборкой резистора R2, время нарастания и спада частоты ультразвукового генератора — подборкой резистора R3, а значение высшей частоты устройства — резистора R6. При необходимости изменения низшей частоты (обычно в сторону ее уменьшения вплоть до 20 кГц) одновременно подбирают резисторы R5 и R7. соблюдая при этом равенство их номиналов. Чтобы оценить на слух работу такого «беззвучного» устройства, частоту ультразвукового генератора придется уменьшить.