Схема мощной звуковой сирены на пьезоизлучателе

 

Как работает принципиальная схема сирены

Электрическая схема генерирует сигнал фиксированной частоты порядка килогерца, который циклически прерывается. Генерируемый звук неоднороден, поэтому наш слух гораздо лучше на него реагирует. Принципиальная схема электронного устройства представлена ​​на рисунке ниже. Элементы US1C и US1D имеют подключенные входы, поэтому ведут себя как инверторы сигнала. Резистор R2 и конденсатор С4 определяют рабочую частоту созданного таким образом генератора прямоугольных импульсов. Его частота низкая, порядка одного герца, и он используется для запуска второго генератора.

Роль резистора R1 заключается в ограничении тока на входах US1C. Отрицательные импульсы, возникающие при переключении заряженного конденсатора C4 с задним фронтом на выходе элемента US1D, вызовут очень большой ток на входах US1C.

Резистор R1 ограничивает ток небольшой величиной, не слишком нарушая работу цепи. Генерируемые здесь частоты настолько малы, что скорость перезарядки входной емкости US1C не имеет значения.

Второй генератор, основанный на элементах US1A и US1B, работает по тому же принципу, что и предыдущий, с той разницей, что один вход каждого элемента управляется выходом предыдущего генератора. Благодаря этому, при наличии на этих входах состояния «0» на выходах устанавливается «1» (ноль — доминирующая составляющая логического произведения), а при переключении входов на «1» эти элементы начинают действовать как обычные логические инверторы.

С выходов элементов US1A и US1B поступают прерывистые сигналы с частотами порядка килогерца. Они инвертированы относительно друг друга при работе генератора, а при его выключении устанавливаются в «1». Тот факт, что они инвертированы, очень полезен для управления пьезоэлектрическим преобразователем. Благодаря этому на его клеммах можно индуцировать в два раза большую разность потенциалов — по сравнению с ситуацией, когда одна клемма постоянно подключена на корпус.

Поскольку такой преобразователь имеет емкость от единиц до нескольких десятков нанофарад, то быстро перезарядить его непосредственно с выходов КМОП-микросхемы будет невозможно. Их токовая эффективность составляет порядка нескольких миллиампер. По этой причине были добавлены два комплементарных повторителя на биполярных транзисторах.

Они повышают токовую эффективность выходов и ускоряют перезарядку, что усиливает субъективное ощущение громкости. Резисторы R5 и R6 ограничивают токи, протекающие через транзисторы Т1-Т4 в момент переключения. Транзисторы необходимо выбирать с наибольшим коэффициентом усиления по току.

Электрическая схема рассчитана на питание напряжением, соответствующим применяемым микросхемам, т.е. 3…15 В. Диод D1 защищает от обратного включения питания. Диод SS14 был использован потому, что, в отличие от кремниевых диодов или небольших диодов Шоттки, он имеет низкое прямое падение напряжения. Потребление тока зависит от напряжения, частоты сигнала и мощности преобразователя. В опытном образце потребляемый ток был на уровне 5 мА при напряжении 12 В.

Таблица 1

Выбор частоты звучания сирены
Частота излучения, ГцСопротивление резистора R4, кОм
110043
240018
350013
380012
400011
150010
48009,1

Управляющая частота пьезоэлектрического преобразователя должна быть как можно ближе к его резонансной частоте. Только в таких условиях мы получим самое громкое звучание сигнализации. Это достигается подбором резистора R4. Приблизительная формула, описывающая полученную частоту:

 

В таблице 1 приведены примеры номиналов резистора R4 для конкретных резонансных частот пьезоэлемента при сохранении номинала конденсатора С5 неизменным. Опытный образец был настроен на частоту звукового сигнала 2,4 кГц.

Таблица 2

Период повторения сигнала
Период сигнала, мССопротивление резистора R2, кОм
10047
20091
400180
600270
800360
1000470
2000910

Аналогичным образом можно изменить сопротивление R2, отвечающее за период повторения звуковых сигналов. В испытанном устройстве оно составляет примерно 400 мс. В таблице 2 приведены примеры номиналов этого резистора.

Контроллер сирены собран на двухсторонней печатной плате размерами 36×15 мм, расположение элементов представлено ​​на рисунке выше. На плате имеется место для конденсатора С3. Ни один из элементов заметно не нагревается, поэтому можно не беспокоиться об охлаждении системы, если Вы хотите поместить ее в герметичный корпус.

Перечень элементов электронного устройства

При сборке своими руками очень удобно иметь сводный перечень элементов устройства, который и представлен ниже:

  • R1, R3 — 100 кОм;
  • R2 — 180 кОм (см. описание в тексте);
  • R4 — 18 кОм (см. описание в тексте);
  • R5, R6 — 4,7 Ом;
  • C1 — 100 нФ;
  • C2, C4 — 1 мкФ;
  • C3 — 100 мкФ/25 В;
  • C5 — 10 нФ;
  • D1 — SS14;
  • T1, T2 — BC817-40;
  • T3, T4 — BC807-40;
  • US1 — CD4011;
  • J1, J2 — разъемы 2,54 мм;
  • пьезоизлучатель 2,4 кГц (см. описание в тексте).
Оцените статью:
1 балл из 52 балла из 53 балла из 54 балла из 55 баллов из 5
Loading...Loading...
Поделитесь с друьями!
Практическая электроника и технические поделки для начинающих
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: