Рис. 3.30.Принципиальная схема электронной сирены
К выходу первого мультивибратора подключена интегрирующая цепочка R5C3, на выходе которой имеется пилообразное напряжение. Этим напряжением управляется второй мультивибратор, в результате чего на резисторе-нагрузке R9 получается последовательность импульсов различной длительности, имитирующих и телефонах звук механической сирены. Постоянная времени цепи наряда интегрирующей цепи τ3= (R4 + R5)∙C3 = 1,12 с, а разряда τp = (R5 + Rэк VT2)∙С3 = 0,6 с.
С учетом того, что за время t3 конденсатор С3 заряжается до 63 % от максимума, можно считать, что за время действия импульса мультивибратора (T/2 ~= 0,5) напряжение на нем увеличивается почти линейно. Разряжается конденсатор почти в два раза быстрее, чем заряжается.
Транзисторы в сирене могут быть серий МП39-МП42 со статическим коэффициентом передачи тока 30…50, резисторы - мощностью от 0,125 Вт, конденсаторы - любого типа с номинальным напряжением более 9 В.
Частота повторения сигнала сирены определяется сопротивлением резисторов R2, R3 и емкостью конденсаторов C1, С2, а тональность звучания зависит от сопротивления резисторов R7, R8 и емкости конденсаторов С4, С5. Номиналы выше указанных резисторов и конденсаторов могут быть и иными по сравнению с указанными на схеме.
Период колебаний симметричного мультивибратора определяется по формуле:
Т = 1,4R6C = 1,4∙110∙10∙10∙10 = 1,54 с.
Схема УЗЧ, к которому можно подключить электронную сирену, приведена на рис. 3.31.
Рис. 3.31.Принципиальная схема УЗЧ к электронной сирене
На входе усилителя стоит частотно-зависимый делитель напряжения R1C1, где R1 одновременно выполняет роль регулятора громкости. Предварительный усилитель выполнен на транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером. Его нагрузкой является резистор R3 (сопротивление диода VD1 в прямом направлении мало, им можно пренебречь). Он не только усиливает сигнал, но и обеспечивает усилителю мощности двухтактный режим работы. Затем - на усилитель мощности, собранный по двухтактной схеме. Затем сигнал подается на предоконечный каскад, собранный на транзисторах VT2 и VT3. Этот каскад нужен для того, чтобы обеспечить двухтактный режим работы выходного каскада. Для облегчения этой задачи и упрощения схемы каскада в нем использованы транзисторы разной структуры - VT2 структуры р-n-р и VT3 - структуры n-р-n. При этом транзистор VT2 усиливает отрицательные полуволны, a VT3 - положительные.
С нагрузок каскада (резисторы R4 и R5) сигналы поступают далее на транзисторы VT4 и VT5 выходного каскада усиления мощности. Мощные колебания звуковой частоты со средней точки (точки симметрии) поступают через конденсатор С3 к головке ВА1 громкоговорителя и преобразуются в звуковые колебания.
Емкость конденсатора С3 должна быть возможно большей, чтобы не оказывать заметного сопротивления колебаниям низких звуковых частот.
Диод VD1 обеспечивает устранение переходных искажений типа "ступеньки". Суть искажений состоит в том, что выходной сигнал с транзистора отслеживает входной сигнал с разницей на величину падения напряжения Uбэ; на положительном интервале входного сигнала выходное напряжение примерно на 0,6 В меньше, чем входное, на отрицательном интервале - наоборот (рис. 3.32).
Рис. 3.32.Иллюстрация переходных искажений типа "ступеньки"
Коллекторный ток транзистора VT1 создает на этом диоде падение напряжения в доли вольта, которое вместе с усиливаемым сигналом подается на базы транзисторов VT2 и VT3. При этом на базе транзистора VT2 имеется отрицательное напряжение смещения, а на базе транзистора VT3 - положительное. В результате транзисторы несколько приоткрываются и уменьшают искажение слабого сигнала, т. е. усилитель работает в режиме АВ.
С точки симметрии выходных транзисторов постоянное и переменное напряжения через резистор R2 подаются на базу транзистора VT1, за счет чего создается ООС, которая стабилизирует работу всего усилителя.
Питается усилитель совместно с электронной сиреной от источника GB1, составленного из двух последовательно соединенных батарей 3336Л. Чтобы исключить возможность самовозбуждения усилителя через источник питания, последний зашунтирован конденсатором С4.
В усилителе использованы постоянные резисторы МЛТ-0,25, переменные - СП-1, конденсаторы К50-6. Транзисторы МП39 можно заменить любыми другими из серии МП39-МП42, транзистор МП38 - любым из серии МП35-МП38, транзистор П213Б - аналогичными транзисторами средней мощности (например, П213-П217) с возможно большим коэффициентом передачи тока. Вместо диода Д9Д подойдет другой диод этой серии. Динамическая головка ВА1 мощностью 3–4 Вт и сопротивлением звуковой катушки 5…10 Ом. Причем наибольшую выходную мощность, а значит, и громкость звука удастся получить с головкой, обладающей меньшим сопротивлением. Большинство деталей размещены на печатной плате, которая показана на рис. 3.33.
Рис. 3.33. Печатная плата электронной сирены
Выходные транзисторы устанавливают на радиаторы, изготовленные по размерам на рис. 3.34 из алюминия толщиной 1,5…2 мм.
Рис. 3.34.Размеры радиатора для транзистора
На радиаторе как можно точнее нужно разметить места отверстий под выводы транзисторов. Поверхность радиатора, с которой должен соприкасаться транзистор, зачищают мелкозернистой наждачной бумагой или лезвием ножа. Выводы эмиттера и базы не должны касаться стенок отверстий. Окончательно транзистор к радиатору прижимают фланцем. Чем лучше контакт между корпусом транзистора и радиатором, тем меньше будет нагрев транзистора и тем большую мощность удастся получить от усилителя.
Хорошим пластинчатым радиатором может быть металлический корпус прибора или его внутренние перегородка. Для обеспечения хорошего теплового контакта необходимо поверхность транзистора, прилежащую к радиатору, смазать невысыхающей смазкой, например силиконовой. Это позволит снизить тепловое сопротивление контакта в полтора-два раза. А если радиатор содержит раковины или другие изъяны, удалить которые невозможно, можно использовать свинцовую прокладку. Для этого пластину свинца аккуратно раскатывают или расплющивают между двумя гладкими плоскими брусками до толщины около 0,5 мм и вырезают прокладку необходимых размеров и формы. Мелкозернистой наждачной бумагой зачищают обе ее стороны, устанавливают под транзисторы и туго сжимают узел винтами. Прокладка не должна быть толще 1 мм, так как теплопроводность свинца не высока.
Радиаторы с транзисторами крепят к корпусу прибора с помощью отверстий в их отгибах. Платы усилителя и электронной сирены укрепляют в корпусе подходящих размеров. На передней стенке корпуса устанавливают динамическую головку, переменный резистор и выключатель питания.
Напротив диффузора головки в стенке вырезают отверстие и закрывают его неплотной тканью. Входные зажимы усилителя и выходные зажимы электронной сирены размещают на задней стенке корпуса.
При налаживании усилителя в первую очередь измеряют напряжение в общей точке соединения эмиттера транзистора VT4 и коллектора транзистора VT5 - оно должно быть равно половине напряжения источника питания. Точнее это напряжение устанавливают подбором сопротивления резистора R2. Далее проверяют ток покоя коллекторов выходных транзисторов, включив миллиамперметр в цепь коллектора любого из транзисторов. Наилучший режим - не более 20 мА - устанавливают подбором диода. Так, если ток значительно превышает указанное значение, устанавливают диод с меньшим прямым сопротивлением или включают параллельно ему такой же диод. При малом значении тока понадобится диод с бóльшим прямым сопротивлением, либо включить последовательно с диодом резистор и подбором сопротивления резистора установить нужный ток. На этом налаживание заканчивается.
При большой громкости звучания усилитель совместно с электронной сиреной потребляет значительный ток и источника питания из двух батарей хватит на 2…3 часа непрерывной работы. Поэтому включать прибор надо на непродолжительное время.
Переходное искажение типа "ступеньки" можно наблюдать с помощью осциллографа. Для этого подать на вход усилителя с генератора звуковых частот напряжение частотой 1 кГц и такой величины, чтобы выходное напряжение усилителя, т. е. напряжение на эквиваленте нагрузки - резисторе сопротивлением, равным сопротивлению динамической головки, - было равно 0,5…1 В. Если теперь закоротить выводы диода VD1, появятся искажения типа "ступеньки".