wlacznik dzwiekowy
Transkrypt
wlacznik dzwiekowy
1/2001 Elektronika domowa 33 W³¹cznik dŸwiêkowy Zdalne sterowanie ma doœæ d³ug¹ historiê. Pierwsze „piloty” zdalnego sterowania posiada³y przewód ³¹cz¹cy je z urz¹dzeniem sterowanym. Tego typu rozwi¹zania mo¿na spotkaæ nawet dziœ na budowach lub w zak³adach przemys³owych, co wcale nie œwiadczy o zacofaniu technologicznym tych urz¹dzeñ. Drugim etapem „pilotyzacji” sprzêtu, ju¿ bezprzewodowym by³o sterowanie przy pomocy ultradŸwiêków. „Piloty” ultradŸwiêkowe wydawa³y charakterystyczny cichy stukot wynikaj¹cy z przesy³anych z czêstotliwoœci¹ akustyczn¹ paczek impulsów ultradŸwiêkowych. Kolejnym etapem rozwoju technik by³o zastosowanie w pilotach podczerwieni, które króluje do dziœ. Artyku³ cofa nas nieco w czasie do ery sterowania akustycznego. Wielka zalet¹ uk³adu jest to ¿e nie trzeba budowaæ „pilota”, mog¹ nim byæ nasze usta. Wystarczy tylko zbudowaæ doœæ prosty odbiornik. Zdalne sterowanie sprzêtem powszechnego u¿ytku tak naprawdê zaczê³o siê z chwil¹ wprowadzenia na prze³omie lat szeœædziesi¹tych i siedemdziesi¹tych ubieg³ego wieku (jak to staro brzmi) pilotów ultradŸwiêkowych. W systemach tych jako noœnik informacji wykorzystano akustyczn¹ falê ultradŸwiêkow¹. Urz¹dzenia te by³y oparte na zasadzie pracy wieloczêstotliwoœciowej, co oznacza, ¿e ka¿demu rozkazowi by³a przyporz¹dkowana okreœlona czêstotliwoœæ fali. Uk³ady pilotów ultradŸwiêkowych pracowa³y na czêstotliwoœciach z zakresu 30÷40 kHz. W koñcu lat siedemdziesi¹tych na naszym rynku pojawi³y siê produkowane na Dalekim Wschodzie akustyczne breloczki do kluczy, reaguj¹ce na gwizdanie. By³o to bardzo wygodne urz¹dzenie. Gdy klucze zapodzia³y siê gdzieœ, wystarczy³o tylko zagwizdaæ a breloczek odpowiada³ „æwierkaniem”, co pozwala³o zorientowaæ siê gdzie te nieszczêsne klucze le¿¹. Innym przyk³adem zastosowania fal dŸwiêkowych by³ bodaj¿e francuski film tak¿e z tamtych lat. W jednej ze scen g³ówny bohater wielokrotnie policzkuje towarzysz¹c¹ mu partnerkê. W rytm suchych odg³osów uderzeñ w pokoju zapala siê i gaœnie œwiat³o. By³ to niezamierzony efekt dzia³ania akustycznego w³¹cznika œwiat³a. Wszystkie opisane powy¿ej urz¹dzenia dzia³a³y bez modulacji fali akustycznej. W pierwszym z nich informacja by³a przekazywana za poœrednictwem czêstotliwoœci, innej dla ka¿dego z kana³ów. W drugim i trzecim urz¹dzeniu odbierano tylko g³oœnoœæ sygna³u o okreœlonej czêstotliwoœci. Nieco inaczej wygl¹da kodowanie informacji w pilotach wykorzystuj¹cych podczerwieñ. Stosowana tu jest podwójna modulacja. Fal¹ noœn¹ jest wi¹zka œwiat³a podczerwonego zmodulowanego przebiegiem o czêstotliwoœci 30÷40 kHz. Z kolei ten przebieg podlega modulacji impulsowej, która niesie informacjê u¿yteczn¹. Proszê zwróciæ uwagê, ¿e w przypadku sygna³ów radiowych i telewizyjnych wystêpuje jedna modulacja elektromagnetycznej fali noœnej, na któr¹ na³o¿ona jest przekazywana informacja. Przy stacjach radiowych UKF elektromagnetyczna fala noœna ma czêstotliwoœæ z przedzia³u 88÷108 MHz, która jest bezpoœrednio modulowana sygna³em akustycznym. Œwiat³o podczerwone jest tak¿e fal¹ elektromagnetyczn¹, któr¹ niestety jest bardzo ciê¿ko wzmocniæ. W odbiorniku podczerwieni stosowane s¹ elementy reaguj¹ce na œwiat³o podczerwone – pó³przewodnikowe diody odbiorcze. Uk³ady odbiorcze nie wzmacniaj¹ samej fali noœnej (czyli œwiat³a). Wzmocnieniu ulega tylko sama fala moduluj¹ca na³o¿ona na strumieñ œwiat³a o czêstotliwoœci 30÷40 kHz, z której poprzez detekcjê otrzymuje siê informacjê u¿yteczn¹. Jako ciekawostkê mo¿na podaæ fakt, ¿e do wzmacniania samej wi¹zki œwietlnej stosowane s¹ fotopowielacze, ale to ju¿ odrêbna historia. W opisywanym urz¹dzeniu do w³¹czania œwiat³a wykorzystano fale akustyczn¹. Urz¹dzenie stanowi mieszankê opisanego breloczka i w³¹cznika reaguj¹cego na klaskanie. Uk³ad co prawda nie odpowiada dŸwiêkowo na gwizdanie, ale za to zapala i gasi œwia- t³o. Reakcjê na gwizd wybrano ze wzglêdu na du¿¹ odpornoœæ na akustyczne sygna³y zak³ócaj¹ce. Drugim czynnikiem przemawiaj¹cym za takim rozwi¹zaniem by³a ³atwoœæ w realizacji uk³adu elektronicznego. Dlaczego gwizdanie? OdpowiedŸ jest prosta po obejrzeniu sygna³u gwizdania na ekranie oscyloskopu. Okazuje siê, ¿e jest to prawie idealna sinusoida. Oznacza to, i¿ prawie ca³a energia akustyczna sygna³u skupiona jest na jednej czêstotliwoœci. Natomiast inne dŸwiêki: ha³asy, g³oœna rozmowa posiadaj¹ znacznie szersze widmo sygna³u. Mimo, ¿e jakiœ dŸwiêk wydaje siê g³oœny „wyciêta” czêœæ widma tego sygna³u z regu³y nie posiada zbyt du¿ej amplitudy. Dziêki temu faktowi na wejœciu uk³adu wystarczy zbudowaæ odpowiednio selektywny filtr pasmowy, który bêdzie wy³apywa³ gwizdanie które powinno mieæ odpowiedni¹ czêstotliwoœæ. Pozosta³e zaœ dŸwiêki bêd¹ skutecznie t³umione. Jako czêstotliwoœæ na któr¹ reaguje uk³ad wybrano tu 800 Hz. Jest to ton le¿¹cy nieco poni¿ej g³ównego widma mowy ludzkiej, czyli przypadaj¹ca na t¹ czêstotliwoœæ energia jest stosunkowo ma³a. Ten ton tak¿e jest ³atwo zagwizdaæ. Dla osób maj¹cych problemy z gwizdaniem (nie ma potrzeby gwizdania na palcach) podano kilka wariantów filtru pasmowego. Opis uk³adu Na wejœciu w³¹cznika akustycznego znajduje siê tani mikrofon pojemnoœciowy zintegrowany ze wzmacniaczem. Wiêkszoœæ tego typu mikrofonów cha- W³¹cznik dŸwiêkowy 220V AC ¯ A2 G 120W R16 6 V2 MOC3043 2 3 R14 1,5k 3 1 C R 4 7 Q 2 US3A 5 4 11 R15 470W C R 10 A1 BT 136-600V 12 Q 13 Q US3B 8 S D 9 6 14 S 1 Q D 5 7 4 US2B R18 22k C9 22mF C8 220mF LM 78L12 R8 100k C7 47n TS2/028 100mA 220V AC M B1 TR1 R2 100k R3 2,4k 2 4 PR1 GB008 100k 10k R6 220W P1 R4 4,3k US4 5 47n 6 US1B 7 +12V R9 100k C6 4,7mF R10 22k R17 22k +12V C5 1mF 6 5 R12 22k TL082 2 3 US2A 8 1 220k R11 18k* +12V CD4013 1 Oba wzmacniacze operacyjne US1A i US1B polaryzowane s¹ przez rezystory R2 i R8 z pomocniczego Ÿród³a napiêcia o wartoœci równej po³owie napiêcia zasilania. Rozwi¹zanie takie upraszcza zasilacz sieciowy, nie jest jednak polecane w uk³adach o wysokiej czu³oœci i dok³adnoœci. W³¹cznik dŸwiêkowy na szczêœcie nie nale¿y do tej kategorii i mo¿na stosowaæ w nim pojedyncze napiêcie zasilaj¹ce. Wzmocniony i wydzieliny przez filtr sygna³ który odebra³ mikrofon doprowa- US1A [nF] 47 47 47 47 47 33 33 33 100n [kW] 100 82 75 68 62 82 75 68 D1 1N4148 [W] 240 220 200 180 160 200 200 180 C4 2,2mF [kW] 4,7 4,3 3,6 3,3 3,0 3,9 3,6 3,3 R7 82k [Hz] 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 C3 C2, C3 C2 47n R5 R7 TL082 R5 8 R6 3 Czêstotliwoœæ C1 Tabela 1 – Wartoœci elementów filtru pasmowego dla ró¿nych czêstotliwoœci œrodkowych, Au=20 dB, Q=10 Wyjœcie Q przerzutnika D US3A stedzony jest do prostownika pó³okresoweruje bezpoœrednio diod¹ LED znajduj¹c¹ go sk³adaj¹cego siê z diody D1 i kondensiê w optotriaku. Zapalenie siê diody posatora C5. Bez sygna³u wejœciowego na woduje wyzwolenie optotriaka co z kolei kondensatorze C5 wystêpuje napiêcie poci¹ga za sob¹ w³¹czenie triaka Ty1, równe po³owie napiêcia zasilaj¹cego. Jest który zapala ¿arówkê. Optotriak zapewono doprowadzane przez rezystor R10. Przy obecnoœci sygna³u na wejœciu w³¹cznika akustycznego na kondensatorze C5 pojawia siê napiêcie proporcjonalne do amplitudy sygna³u wejœciowego. Za prostownikiem umieszczono komparator US2A. Do wejœcia nieodwracaj¹cego komparatora doprowadzono napiêcie referencyjne z dzielnika R11, R12, nieco wiêksze od po³owy napiêcia zasilaj¹cego. Natomiast do wejœcia nieodwracaj¹cego doprowadzone zosta³o napiêcie z prostownika. Przy braku sygna³u na wejœciu wyjœcie komparatora US2A jest w stanie niskim. Gdy na wejœciu pojawi siê sygna³ o odpowiednio du¿ej amplitudzie komparator zmienia stan na przeciwny. Narastaj¹ce zbocze sygna³u na wyjœciu komparatora powoduje zmianê stanu przerzutnika typu D US3A. Przerzutnik ten pracuje w uk³adzie dzielnika przez dwa. Tak ¿e ka¿de kolejne dodatnie zbocze z wyjœcia komparatora zmienia stan przerzutnika na przeciwny. Drugi przerzutnik D zawarty w uk³adzie US3B nie jest wykorzystywany. Jego wszystkie wejœcia s¹ po³¹czone z plusem zasilania, co zapobiega fa³szywym przerzutom. Rys. 1 Schemat ideowy akustycznego w³¹cznika oœwietlenia R13 rakteryzuje siê czu³oœci¹ ok. 10 mV/Pa i pasmem czêstotliwoœci 100 Hz do 10 kHz. Dlatego te¿ za mikrofonem umieszczono wzmacniacz operacyjny US1A. Wzmocnienie wzmacniacza mo¿e byæ regulowane przy pomocy potencjometru w zakresie od 5 V/V do 47 V/V. Za wzmacniaczem znajduje siê aktywny filtr pasmowy. Zrealizowano go na wzmacniaczu operacyjnym US1B. Jest to filtr kwadratowy, który charakteryzuje siê du¿¹ dobroci¹ (selektywnoœci¹) i stabilnoœci¹. Charakterystyka filtru jest symetryczna wzglêdem czêstotliwoœci œrodkowej (rys. 2). Filtry tego typu, w których zastosowano pojedynczy wzmacniacz operacyjny nie wymagaj¹ elementów o ma³ej tolerancji pod warunkiem, ¿e dobroæ i wzmocnienie dla czêstotliwoœci œrodkowej nie przekraczaj¹ wartoœci: Q – 10 i Au – 10 V/V. Tak te¿ post¹piono w opisywanym filtrze. Jeszcze jedn¹ zalet¹ filtru kwadratowego jest to, ¿e stosuje siê w nim dwa identyczne kondensatory. Jak ju¿ wczeœniej wspomniano osoby które maj¹ trudnoœci z gwizdaniem mog¹ wykonaæ filtr o innej czêstotliwoœci œrodkowej. Wartoœci elementów dla ró¿nych wersji filtru podano w Tabeli 1. 1/2001 R1 10k 34 W³¹cznik dŸwiêkowy 1/2001 identyczne z napiêciem wejœciowym zadanym przez dzielnik R17, R18. [dB] +20 Monta¿ i uruchomienie +10 0 –10 –20 –30 10 35 [Hz] 100 1k 10k Rys. 2 Charakterystyka kwadratowego filtru pasmowego o dobroci Q=10 i wzmocnieniu czêstotliwoœci œrodkowej 10 V/V nia konieczn¹ w takich przypadkach separacjê galwaniczn¹ pomiêdzy uk³adem elektronicznym w³¹cznika a obwodem triaka który znajduje siê pod pe³nym napiêciem sieci energetycznej 220 V. Na rysunku 3 zamieszczono przebiegi w punktach uk³adu (Uwaga! Na rysunku dla poprawy czytelnoœci nie zachowano skali amplitud). Na dwóch górnych przebiegach widaæ bli¿ej nieokreœlone paczki sygna³u akustycznego. Umówmy siê, ¿e jest to doœæ nieudolne gwizdanie (dwie skrajne paczki) i przypadkowy sygna³ zak³ócaj¹cy (œrodkowa paczka). Na trzecim przebiegu pokazano sygna³ na wyjœciu filtru pasmowego. Z sygna³u wejœciowego dziêki filtrowi zosta³a wyodrêbniona tylko jedna czêstotliwoœæ 800 Hz. Dlatego te¿ amplituda paczki œrodkowej jest mniejsza ni¿ amplituda paczek skrajnych, które zawieraj¹ znacznie wiêcej czystego tonu 800 Hz. Na wyjœciu prostownika otrzymuje siê sygna³ o wartoœci zale¿nej od amplitudy przebiegów z filtra. Skrajne paczki powoduj¹ zmianê stanu komparatora US2A, co w konsekwencji poci¹ga za sob¹ zmianê stanu przerzutnika US3A. Efektem koñcowym jest w³¹czenie optotriaka i zapalenie ¿arówki. Przy nastêpnym gwizdniêciu (skrajna prawa paczka) nastêpuje zgaszenie ¿arówki. Zastosowanie optotriaka w³¹czanego w zerze napiêcia sieci podyktowane jest dwoma czynnikami. Pierwszy z nich to mnimalizacja zak³óceñ wnoszonych przez triak. Przypadkowe w stosunku do przebiegu napiêcia w sieci w³¹czenie szybkiego triaka spowoduje gwa³towny narost pr¹du p³yn¹cego przez zimn¹ ¿arówkê i powstanie zak³ócenia elektroma- 100k Uk³ad wraz z transformatorem sieciowym mieœci siê na p³ytce drukowanej. Ze wzglêdu na to, ¿e do p³ytki doprowadzone zosta³o napiêcie sieci nale¿y szczególnie starannie zamontowaæ elementy pracuj¹ce pod napiêciem 220 V. Triak Ty1 mo¿na wyposa¿yæ w niewielki radiator wykonany z blaszki aluminiowej. W takim przypadku wskazane jest nasun¹æ na nó¿ki triaka rurkê izolacyjn¹ aby, ¿adna z nó¿ek nie mog³a zetkn¹æ siê z radiatorem. Je¿eli obci¹¿eniem w³¹cznika bêdzie ¿arówka o mocy nie przekraczaj¹cej 100 W radiator jest zbêdny. Po zamontowaniu wszystkich elementów koniecznie nale¿y sprawdziæ poprawnoœæ monta¿u i jakoœæ lutów. Nastêpnie pozostaje w³¹czenie urz¹dzenia do sieci. Pierwsz¹ czynnoœci¹ kontroln¹ jest pomiar napiêcia zasilaj¹cego, które powinno wynosiæ +12 V. Nastêpnie mo¿na zmierzyæ napiêcie sta³e na wyjœciach wszystkich wzmacniaczy operacyjnych. Wartoœæ tego napiêcia +6 V. Teraz mo¿na ju¿ sprawdziæ, czy uk³ad zapala œwiat³o przy gwizdniêciu. Na pocz¹tku pewn¹ trudnoœæ mo¿e sprawiæ dobór tonu jaki jest niezbêdny do zadzia³ania w³¹cznika. Czu³oœæ ustawia siê ekspery- gnetycznego. Optotriak w³¹czany w zerze napiêcia sieci automatycznie zapewnia synchronizacjê w³¹czania ¿arówki z sieci¹. ¯arówka zapala siê gdy napiêcie w sieci nie przekracza wartoœci 20 V. Drugim czynnikiem przemawiaj¹cym za stosowaniem optotriaka w³¹czanego w zerze jest ochrona triaka przed przeci¹¿eniami spowodowanymi udarem pr¹dowym w momencie w³¹czania ¿arówki. Zwyk³a ¿arówka o mocy 100 W posiada rezystancjê ok. 480 W, przy której p³ynie pr¹d 0,45 A. Jest to rezystancja gor¹cego w³ókna w czasie gdy ¿arówka œwieci siê. Jako, ¿e ¿arówka jest elementem nieliniowym jej rezystancja przy zimnym w³óknie jest znacznie mniejsza i wynosi oko³o 40 W. Zatem w pierwszej chwili po M w³¹czeniu przez ¿arówkê pop³ynie niebagatelny pr¹d oko³o 5,5 A. Co WY prawda triak jest w stanie US1A bez problemu wytrzymaæ tak¹ wielkoœæ pr¹du, ale na pewno skraca to jego WY ¿ywotnoœæ. US1B Do zasilania uk³adu elektronicznego zastosowano miniaturowy stabiKatoda D1 lizator US4 dostarczaj¹cy napiêcia +12 V. Pomocnicze napiêcie o wartoœci WY +6 V wytwarzane jest US2A w dzielniku aktywnym ze wzmacniaczem operacyjnym US2B. Wzmacniacz ZAPALONA ZGASZONA WY Q ten pracuje w uk³adzie CD4013 wtórnika napiêciowego. Na jego wyjœciu otrzymuje siê zatem napiêcie Rys. 3 Przebiegi w punktach uk³adu W³¹cznik dŸwiêkowy 1/2001 R13 R12 R10 P1 US3 R17 R7 R9 R6 R4 R3 R2 D1 US2 R11 PR1 ~ – C7 C6 C9 C8 + US4 ~ R14 MOC 3043 ARTKELE 573 CD4013 US1 C5 TL 082 TL 082 C1 C2 C3 C4 R5 R18 R1 M R8 36 375 ELEKTRA TS 2/028 R15 R16 100mA 220V ¯ Rys. 4 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów mentalnie przy pomocy potencjometru P1. Je¿eli oka¿e siê, ¿e czu³oœæ jest niezadowalaj¹ca mo¿na zmieniæ (zwiêkszyæ do 20 kW) wartoœæ rezystora R11. Podczas eksperymentów z w³¹cznikiem zalecam zachowanie szczególnej ostro¿noœci jako, ¿e fragmenty uk³adu pracuj¹ pod pe³nym napiêciem sieci. Wykaz elementów Pó³przewodniki US1, US2 US3 US4 V2 Ty1 PR1 D1 – – – – – – – TL 082 CD 4013 LM 78L12 MOC 3043 BT 136-600 GB 008 1 A/100 V 1N4148 EPROM CZÊŒCI ELEKTRONICZNE ul. Parkowa 25 51-616 Wroc³aw tel. (071) 34-88-277 fax (071) 34-88-137 tel. kom. 0-90 398-646 e-mail: [email protected] Czynne od poniedzia³ku do pi¹tku w godz. 9.00 - 15.00 Oferujemy Pañstwu bogaty wybór elementów elektronicznych uznanych (zachodnich) producentów bezpoœrednio z naszego magazynu. Rezystory R6 R16 R15 R14 R3 R5 R1, R4 R11* R10, R12, R17, R18 R7 R2, R8, R9 R13 – – – – – – – – 220 W/0,125 W 120 W/0,125 W 470 W/0,125 W 1,5 kW/0,125 W 2,4 kW/0,125 W 4,3 kW/0,125 W 10 kW/0,125 W 18 kW/0,125 W – – – – 22 kW/0,125 W 82 kW/0,125 W 100 kW/0,125 W 220 kW/0,125 W Kondensatory C2, C3 C7 C1 – 47 nF/63 V MKSE-20 – 47 nF/50 V ceramiczny – 100 nF/63 V MKSE-20 Posiadamy w sprzeda¿y miêdzy innymi: PAMIÊCI EPROM, EEPROM, RAM (S-RAM; D-RAM) UK£ADY SCALONE SERII: 74LS..., 74HCT..., 74HC..., C-MOS (40..., 45...). MIKROPROCESORY, np.:80.., 82.., Z80.., ICL71.., ATMEL89.., UK£ADY PAL, GAL, WZMACNIACZE OPERACYJNE, KOMPARATORY, TIMERY, TRANSOPTORY, KWARCE, STABILIZATORY, TRANZYSTORY, PODSTAWKI BLASZKOWE, PRECYZYJNE, PLCC, LISTWY PIONOWE, LISTWY ZACISKOWE, PRZE£¥CZNIKI SWITCH, Z£¥CZA, OBUDOWY £¥CZ, HELITRYMY, LEDY, PRZEKANIKI, GALANTERIA ELEKTRONICZNA. C5 C4 C6 C9 C8 – – – – – 1 mF/50 V 2,2 mF/50 V 4,7 mF/50 V 22 mF/25 V 220 mF/16 V Inne M1 – mikrofon piezoelektryczny B1 – WTAT 100 mA/250 V TR1 – TS 2/028 p³ytka drukowana numer 573 P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zaliczeniem pocztowym. P³ytki mo¿na zamawiaæ w redakcji PE. Cena: p³ytka numer 573 - 6,20 z³ + koszty wysy³ki (10 z³). à Micha³ Tomaszek POSIADAMY TAK¯E W SPRZEDA¯Y PODZESPO£Y KOMPUTEROWE: NOWE I U¯YWANE (NA TELEFON) P£YTY G£ÓWNE, PROCESORY, PAMIÊCI SIMM/DIMM, WENTYLATORY, KARTY MUZYCZNE, KARTY VIDEO, MYSZY, FAX-MODEM-y, FLOPP-y, DYSKI TWARDE, CD-ROMy, KLAWIATURY, OBUDOWY, ZASILACZE, G£OŒNIKI I INNE. Programujemy EPROMy, FLASH/ EEPROMy, GALe, PALe, procesory 87.., 89.. oraz inne uk³ady programowalne. Na ¿yczenie przeœlemy ofertê. Mo¿liwoœæ sprzeda¿y wysy³kowej.