Текст книги "Современная электроника в новых практических схемах и конструкциях"

2.1.4. Выбор выносного микрофона

Электретный микрофон наиболее подходит для данных целей. Среди электретных микрофонов хорошие электрические характеристики в совокупности с небольшой стоимостью (300–400 руб.) в авторских экспериментах показал микрофон Минор-06, внешний вид которого представлен на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Выносной высокочувствительный микрофон Минор-06

Этот микрофон с зажимом для фиксации на одежде предназначен для записи слаборазличимых звуков от удаленных источников. Он хорошо работает с любыми диктофонами, в том числе с теми, которые имеют голосовое управление. Микрофон снабжен выключателем на шнуре. В положении, когда видна красная точка на корпусе выключателя, микрофон активен.

2.1.5. Последовательность действий по подключению выносного микрофона

Чтобы подключить выносной микрофон (например, Минор-06 и аналогичный) к кассетному диктофону, снабженному только разъемом для подключения наушников необходимо сделать 5 практических шагов.

1. Аккуратно вскрываем диктофон, открутив 4 винта с задней крышки.

На рис. 2.3 представлен вид на печатную плату внутри диктофона (со снятой задней крышкой и с закрепленным на ней динамиком).

Рис. 2.3. Вид на печатную плату внутри диктофона (со снятой задней крышкой и с закрепленным на ней динамиком).

2. Отвинчиваем 1 крепежный болт, крепящий печатную плату диктофона к устройству лентопротяжного механизма – ЛПМ), и поднимаем печатную плату. Этот крепежный болт находится близко к центру печатной платы в районе пассика, натянутого на шкив электродвигателя ЛПМ.

Внимание, важно!

Данный болт является «контактным», он соединяет питание платы с ЛПМ. При отсутствии болта диктофон работать не будет.

Для поднятия печатной платы (выемки ее) придется отпаять проводники, идущие к встроенному в диктофон микрофону и динамику.

Внешний вид устройства, наглядно иллюстрирующий этот шаг, представлен на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Вид на устройство при снятой (поднятой) печатной плате

3. На печатной плате перерезаем (монтажным скальпелем) дорожки, ведущие к трем контактам разъема для подключения наушников (с надписью EAR на корпусе диктофона).

4. Нормально замкнутые (пока в разъем не вставлена ответная часть) контакты подключаем в разрыв красного проводника, идущего к штатному встроенному микрофону. От синего проводника штатного микрофона устанавливаем перемычку (проводом МГТФ-0,6 или аналогичным) к третьему (общему) контакту разъема EAR.

5. Красный проводник, идущей к динамической головке от печатной платы (от контакта бывшего разъема для наушников EAR) подключаем к точке указанной стрелкой на рис. 2.3.

Теперь при подключенном к разъему с надписью EAR внешнему микрофоне аудиосигнал будет поступать с него (благодаря чему удается достигнуть отличного качества речи, разборчивости даже в части слабых сигналов). При отключении выносного микрофона, автоматически подключается штатный встроенный в диктофон микрофон.

Таким же методом можно повысить чувствительно аналогичных диктофонов, правильно подключив к ним высокочувствительный электретный микрофон.

Главное, чтобы диктофон был снабжен разъемом для наушников (часто они подписываются надписью EAR на корпусе диктофона).

На рис. 2.5 показан вид на печатную плату (со стороны проводников – дорожек) после окончательной коммутации (перерезанных дорожек и перепайки проводников).

Рис. 2.5. Вид на печатную плату по завершению процедуры усовершенствования диктофона

2.1.6. Практические рекомендации по улучшению качества воспроизведения информации встроенным динамиком

Установленный в диктофоне штатный высокочастотный динамик сопротивлением 4 Ома не самый лучший вариант для такого устройства. Поэтому, в связи с возможностью установить вместо штатной, лучшую динамическую головку, автор именно это и рекомендует сделать.

Например, отличные результаты по полосе воспроизводимых частот и громкости звука (воспроизводимой мощности) покажет динамическая головка типа YD40–02 или YD80–04 (обе с сопротивлением 4 Ома и мощностью соответственно 0,4 и 0,8 Вт). Эксперимент автора с этими динамическими головками (высота 3,8 мм) практически подтвердил их отличное качества и обоснование для замены в диктофонах.

2.1.7. Критические замечания по переделке диктофона

К сожалению, редко можно что-то усовершенствовать, при этом, не нарушив другие характеристики (положительные отличительные качества) электронного устройства.

В данном случае, к штатному разъему для подключения наушников теперь подключен выносной микрофон.

Теряется возможность перезаписи уже зафиксированной на пленку информации на другой (в том числе цифровой источник).

Поэтому, при рекомендованном усовершенствовании конструкции диктофона, необходимо четко определиться – что важнее: улучшенная запись слабых звуков при скрытном ношении диктофона или возможность быстрого преобразования полученной информации в цифровой вид (например, с помощью персонального компьютера).

В любом случае, для перезаписи на другой источник (теперь) потребуется вновь перепаять разъем EAR.

*Иные случаи предполагают любые возможные варианты, даже самые неправдоподобные.

2.2. Цифровой диктофон с устройством дополнительного усиления

Радиолюбитель постоянно что-то конструирует, ремонтирует и усовершенствует. Как творческие натуры, радиолюбители в хорошем смысле – неугомонны и неутомимы. В результате многолетней творческой деятельности запасы деталей и электронных узлов радиолюбителя постоянно пополняются. Это происходит само собой: вполне исправные части (блоки) пришедшего в негодность сложного многофункционального устройства, могут работать отдельно, применяться как самостоятельные электронные узлы в других конструкциях. Так происходит, например, когда электронное устройство нерентабельно ремонтировать (относительно затрат на труд и новые радиодетали).

Другой причиной «накопления запасов», вышедших из активной эксплуатации электронных устройств, является вполне понятная логика людей, стремящихся заменить старую радиоаппаратуру более совершенной и современной (апгрейд). Чаще всего апгрейду подвергается бытовая и компьютерная техника. Старые невостребованные электронные устройства неизбежно оседают в закромах радиолюбителя. Не выкидывать же устройство, если оно хорошо работает, только потому, что оно сделано в прошлом веке.

2.2.1. Слуховой аппарат в качестве устройства многократного усиления слабых сигналов

Одними из таких неликвидных запасов являются старые (выпуска конца 90 гг. ХХ века) слуховые аппараты. Эти устройства многократно усиливают звук и оснащены высокочувствительными микрофонами типа Сосна-3М, МЭК3–221 (и аналогичными), поэтому их рекомендуют людям с ослабленным слухом. Рассмотрим один из таких слуховых аппаратов К-12С, представленный на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Слуховой аппарат К-12С

Слуховой аппарат снабжен скобой для фиксации на одежде, включателем питания, регулятором громкости, встроенным микрофоном, а также разъемом для подключения наушника (сопротивлением не менее 250 Ом). Разъем настолько необычен, что уместно его рассмотреть наглядно на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Выходной разъем слухового аппарата для подключения наушника

Очевидным «минусом» устройства является отсутствие разъема для выносного микрофона (который разумнее было бы снабдить зажимом для крепления на одежде, вместо того, чтобы ставить скобу крепления на корпус слухового аппарата). Однако, этот «минус» легко превратить в «плюс» если представить, что сам слуховой аппарат в компактном корпусе может являться портативным выносным микрофоном для любой аудиоаппаратуры, например, усилителей, диктофонов и даже радиожучков.

В качестве автономного источника питания применяют элемент типа АА, с номинальным напряжением 1,5 В. Ток потребления устройства очень мал, поэтому время работы на максимальной громкости в наушнике (максимальная громкость не всегда нужна) более 300 часов беспрерывной работы.

Умело использовав высокую чувствительность встроенного микрофона, и высокий коэффициент усиления слухового аппарата, дополнив к нему цифровой диктофон, можно получить результат, превосходящий по параметрам современные портативные аудиосистемы многократного усиления звука.

Сегодня популярны компактные цифровые диктофоны с высокочувствительными микрофонами, автономным питанием, простым управлением и адаптированные для работы с компьютером. Продолжительность записи звука у некоторых моделей достигает 10 суток (стоит такой диктофон 9 000 руб)!

Аудио и видео материалы принимаются в качестве доказательств в суде, помогают всем заинтересованным людям на лекциях, семинарах, выставках и во многих сходных случаях. Диктофоны свободно продаются, однако стоят по – разному. Каждому хочется получить эффективный аппарат, улавливающий даже «далекий» звук, и экономить здесь нельзя. Для большинства (к нему себя относит и автор) пользование цифровым диктофоном носит периодический характер, поэтому покупать очень дорогую «игрушку» не рекомендую (процесс «морального» старения электронных устройств стремителен, тем более что с каждым годом появляются новые и более совершенные системы).

2.2.2. Особенности подключения и налаживания

Можно решить проблему иным путем, например, имея цифровой диктофон с объемом встроенной памяти 512—2048 Мб, и подключив к нему (вместо выносного микрофона) слуховой аппарат.

Подходящий цифровой диктофон представлен на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Цифровой диктофон фирмы Sony

Для совмещения цифрового диктофона и слухового аппарата потребуется экранированный звукочастотный кабель, разъем от наушника слухового аппарата (см. рис. 2.7) и разъем WS-12 для подключения выносного микрофона к диктофону. Как правило, дополнительный микрофон в комплект диктофона не входит, и его приобретают отдельно. Еще лучше, если уже есть готовый выносной микрофон, например, Минор-06, снабженный зажимом крепления на одежде, выключателем на проводе и разъемом WS-12 От этого микрофона можно взять все перечисленное, кроме самого микрофона: стандартный разъем (подключают к входу диктофона, к гнезду «выносной микрофон»), провод и включатель. На другом конце провода подключают разъем для слухового аппарата (рис. 2.7).

Микрофон Минор-06 представлен на рис. 2.2.

2.2.3. Почему люди неодинаково слышат разные источники звука

Это объяснение заложено в физиологии человека. Даже совершенно здоровый (нет здоровых, есть недостаточно обследованные) человек неодинаково воспринимает источники звука, воздействующие на него с разных сторон.

Мозг человека анализирует разницу амплитуд, как звука, достигшего внешнего уха, так и разницу амплитуд в слуховом канале после ушной раковины для определения местоположения источника звука. Ушная раковина человека создает нулевую и пиковую модель звучания между ушами; эта модель совершенно разная в каждом слуховом канале. Разница между сигналами в ушах представляет эффективную функцию для определения, как частоты, так и местоположения источника звука.

Однако, даже если источник звука неподвижен, например, телевизор, (хотя при этом амплитуда звука может увеличиваться) ушная раковина уже плохо воспринимает тыловой звук (источник звука находятся за спиной слушателя). Вот почему можно часто наблюдать человека с ослабленным слухом, «заворожено» смотрящего телевизор и не воспринимающего голос за его спиной, например, с кухни (или дверной звонок).

Определение местоположения источника звука – это процесс наложения звуковых сигналов с частотой, отфильтрованной головой слушателя и ушными раковинами на мозг с использованием соответствующих координат в пространстве. Так как происходит наложение координат только слышимых сигналов, ассоциируемых с визуальным восприятием местоположения источников звука, то мозг «записывает» координаты источников звука, и в дальнейшем определение их местоположения происходит на основе слышимых сигналов. Но видим мы только впереди. Врожденной реакцией человека на неожиданный звук является поворот головы в его сторону (мозг получает дополнительную информацию для локализации в пространстве источника звука). Если сигнал от источника звука не содержит особую частоту, мозг использует данные из памяти и сопоставляет информацию о местоположении известных источников звука в полусферической области.

Глава 3. Связь по проводам и без

3.1. Блокиратор телефонной линии

Блокиратор на микросхеме КР1059КН2

Казалось бы, с наступлением нового тысячелетия и расселением коммунальных квартир проблемы спаренных телефонов ушли из жизни людей. Однако, проблемы спаренных телефонов остаются актуальными, особенно там, где анахронизм эпохи – телефонные аппараты с дисковыми номеронабирателями применяются по – прежнему – в государственных учреждениях: медицинских поликлиниках, тюрьмах, психических больницах, библиотеках. В этих и других местах, находящихся на государственном финансировании, спаренные телефонные аппараты существуют по сей день. Чтобы эффективно управлять ими, придумано несложное устройство на специализированной отечественной микросхеме КР1059КН2.

Микросхема КР1059КН2 специально создана как электронный коммутатор двух параллельных телефонных аппаратов. Принципиальная схема блокиратора приведена на рис. 1.

Рис. 1. Электрическая схема коммутатора на КР1059КН2

Если снять трубку на телефонном аппарате (ТА) ТА1, то внутренний тиристор в КР1059КН2 откроется, и телефон ТА1 подключится к линии. Падение напряжения на тиристоре микросхемы составляет не более 2 В. Одновременно запирается тиристор в цепи второго ТА, что позволяет отключить на время телефон ТА2, пока не будет опущена трубка на ТА1. Если на момент «отбоя линии» ТА1 трубка ТА2 окажется снятой, то произойдет перекоммутация аппаратов на линию.

Ток потребления одного ТА от линии при опущенной трубке не более 0,4 мА, иначе тиристоры микросхемы не закроются после окончания разговора. Во время набора номера на одном из аппаратов (в момент разрыва шлейфа линии) происходит кратковременное отключение этого ТА от линии. Чтобы снятие трубки одного ТА на этом интервале времени не вызывало перекоммутацию телефонов, в цепь управления включены конденсаторы С2 и СЗ, формирующие задержку переключения телефонов. Емкость их может быть в пределах 5—10 мкФ. Светодиоды HL1 и HL2 предназначены для индикации состояния ТА, находящегося в разговорном режиме. При поступлении вызова с автоматической телефонной станции АТС (напряжение в диапазоне 70–90 В) «звонят» оба телефонных аппарата.

С помощью предлагаемого устройства можно расширить возможности «ветхозаветных» государственных телефонных коммуникаций.

3.2. Будущее – за импульсными источниками питания

Источник питания – это промежуточная схема, которая подает питание с требуемыми параметрами от основного источника электроэнергии на нагрузку, требования которой не соответствуют характеристикам основного источника.

Таким образом, источник питания (ИП) согласует нагрузку с основным источником электроэнергии.

Например, первичный ИП может быть однофазной сетью с переменным напряжением 220 В, 50 Гц, как в России (или, например, в Великобритании). Нагрузка может быть логической схемой в персональном компьютере (ПК), которая требует для питания стабилизированного питания 5 В постоянного тока. Между этими двумя устройствами необходим преобразователь.

Источник питания иногда называют преобразователем, а процесс —

преобразованием электроэнергии. Иногда его называют также

стабилизатором, а процесс – стабилизацией питания.

Типичная область применения источников питания – преобразование исходного питания в управляемое, или стабилизированное по напряжению и (или) по току питание для работы электронной аппаратуры.

Источники питания относятся к силовой электронике – приборам, где электронные схемы используются для управления и преобразования электроэнергии.

Особое значение в части ИП занимают импульсные (ИИП). В них

питание нагрузки осуществляется через компоненты с малыми потерями (конденсаторы, индуктивности и трансформаторы), и в которых используются переключатели с двумя состояниями – «включено» или «выключено». Преимущество ИИП состоит в том, что преобразование может происходить с минимальными потерями, то есть с высокой эффективностью.

Ранее для обозначения импульсных источников питания широко применялся термин «коммутационный» (switchmode). Так было до тех пор, пока компания Motorola, Inc., выпустившая на рынок импульсные источники питания под торговой маркой SWITCHMODE™, не стала защищать свою торговую марку. Тогда пришлось искать другие термины и определения, чтобы избежать нарушения авторских прав.

Так начали использовать термины switching-mode и switching, последний из которых приобрел большую популярность.

Термин switching regulator означает «импульсный стабилизатор».

Импульсный стабилизатор – коммутационная схема, работающая в замкнутом контуре и регулирующая выходные параметры ИП.

Рассмотрим один из ее примеров.

Тема разработки мощных импульсных источников питания до сих пор является актуальной. На рис. 3.2 приведена схема полумостового преобразователя напряжения, реализованного на современной элементной базе с одной первичной обмоткой.

Рис. 3.2. Электрическая схема полумостового преобразователя напряжения

Цепи входного выпрямителя определяются выходной мощностью преобразователя. При выходной мощности до 100 Вт, в качестве диодного моста можно использовать DB107. При увеличении мощности можно использовать мосты типаBR310 и более мощные. Выпрямитель во вторичной обмотке импульсного трансформатора можно выполнить по любой схеме, в зависимости от параметров и характера нагрузки. Подстроечный резистор R4 предназначен для изменения частоты автогенератора в широких пределах.

В качестве автогенератора используется одна микросхема IR2153 (можно использовать любую из микросхем: IR2151D, IR2152D, IR2155D, IR21531D). Отличительная особенность рассматриваемых микросхем с индексом «D» от микросхем без индекса – в первом случае в автогенератор уже встроен высоковольтный диод для питания цепи управления выходного транзисторного ключа.

Внешний вид типичного ИИП представлен на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Внешний вид типичного ИИП

Автогенератор IR2153 имеет внешнее регулирование частоты (R4), фиксированную паузу 1,2мкс, миниатюрный DIP-8 корпус. В автогенератор встроен стабилитрон на напряжение 15,6 В, который стабилизирует напряжение питания, получаемое через токоограничительный резистор R2 от цепи основного питания.

В качестве выходных ключей необходимо использовать мощные MOSFET транзисторы с встроенным диодом защиты, например IRFBC40. При питании от сети 220 В допустимое напряжение сток – исток MOSFET транзистора должно быть не менее 400 В. Величина его тока определяется необходимой мощностью преобразователя. Фактически выходная мощность определяется только применяемыми выходными транзисторами (выбор MOSFET транзисторов огромен, диапазон токов – от единиц до сотен Ампер).

Токоограничительные резисторы R5 и R6 в цепях затвора предназначены для ограничения выходного тока управления при перезаряде входной емкости MOSFET транзисторов. При выходной мощности 50 Вт и более, мощные MOSFET транзисторы необходимо устанавливать на радиаторы.

Рабочая частота автогенератора задается одной RC – цепью. Рекомендуется использовать резистор сопротивлением не менее 5 кОм. Частота генерации определяется формулой:

F=1/1,38×(R1+75)×C1,

Где R1 – в Омах, C1 —в Фарадах.

При сборке платы необходимо обеспечить электростатическую защиту MOSFET транзисторов. Запаивать в плату их надо в последнюю очередь.

Выбор рабочей частоты и расчет выходного трансформатора подробно приведен в различной литературе.

Для регулировки в широком диапазоне времени паузы между импульсами подходят микросхемы – автогенераторы IR2156 или IR21571.

Глава 4. Устройства бытовой техники

4.1. Устройство домофонов

Год назад мои родные установили в нашей квартире аудиодомофон (далее – домофон), воспользовавшись услугами одной из компаний, работающей в данном сегменте рынка (Цифрал – Сервис) с тем, чтобы привнести в дом комфорт и рациональное решение по пропуску с улицы гостей. Однако, жизнь бесконечно преподносит каждому из нас новые сюрпризы, и вместе с удобством и комфортом, мы получили уже не одну побочную реакцию на свою инициативу годичной давности.

Электронный домофон состоит из двух частей: вызывной панели, устанавливаемой обычно рядом с входной дверью с внешней стороны (на улице) и переговорной аудиотрубки (далее – трубки) внутри помещения.

Если вандалы рядом не ходят, то дешевле и проще всего смонтировать накладную пластмассовую аудиопанель (далее – панель), например, из типового ряда DS-2D, AVC-105, AVC-108, AVC-109.

Более защищены от внешних механических воздействий врезные панели AVC-102. Панели AVC-102, AVC-105, AVC-108 имеют посадочное место (при необходимости) для установки камеры SK-1004CP (с плоским объективом «pin-hole»).

Между собой – вызывная панель и внутренняя трубка соединяются двумя проводами. Причем, если рядом нет сетевого провода, то в качестве соединительного достаточно любого неэкранированного провода. При нажатии кнопки на вызывной панели трубка, установленная в помещении, издает мелодичную трель два раза подряд (могут быть варианты).