ЗВУКОВОЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению лабораторно-практической работы № 1
по дисциплине:
Основы конструирования и технологии производства РЭС
КАЗАНЬ 2014
Цель работы: в первой части работы я познакомилась с методикой проведения звукового переключателя, выбором элементной базы; во второй части я познакомилась с порядком разработки, выполнения и правилами оформления конструкторской документации с использованием программных средств.
АНАЛИЗ СХЕМЫ ЗВУКОВОГО ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ
Проводится для выяснения возможности конструктивного исполнения или компановки с учетом ограничений (тепловых, электрических, магнитных и электромагнитных взаимовлияний).
При анализе необходимо определить:
Тип функционального узла, а также принцип его работы;
Параметры, влияющие на компановку электро радиоизделия (ЭРИ), конструкцию узла печатной платы, в частности, диапазон рабочих частот, быстродействие, большая рассеиваемая мощность, коэффициент усиления, высокая чувствительность, величины действующих напряжений и токов;
Типы электрических цепей;
Путь распространения полезного сигнала;
ЭРИ, чувствительные к внешним помехам;
Допустимые уровни токов и напряжений сигнала помехи на входах;
Напряжение и силу тока источников электропитания;
Уровни логических нулей и единиц в цифровых устройствах.
МЕТОДИКА. Проведем анализ схемы звукового переключателя
Звуковые сигналы принимаются микрофоном, в качестве которого может служить любой кристаллический микрофонный капсюль. Звук хлопка ладоней обычно громче, чем любой другой звук, который может возникнуть в жилом помещении, и такой звук обычно имеет более широкий спектр колебаний. Транзистор VT1 усиливает сигналы, микрофона, уровень которых составляет несколько милливольт. Емкости конденсаторов С1 и С2 выбираются относительно небольшими, чтобы не допустить усиления на более низких частотах. Большинство резисторов, используемых в этом каскаде, обладают большим сопротивлением, чем резисторы, которые обычно применяются для схем такого типа. Это повышает входное сопротивление устройства. Что обеспечивает согласование входных цепей усилительного каскада с микрофоном. При этом повышается и выходное сопротивление каскада, однако это не имеет существенного значения, так как КМОП-микросхема, управляемая выходным сигналом этого каскада, имеет более высокое входное сопротивление. Выходной сигнал усилительного каскада, значение которого при резком хлопке составляет от 1 до 3 В, через конденсатор С3 поступает на входы КМОП- микросхемы. Кроме этого сигнала на входы микросхемы через переменный резистор RP1, используемый для регулировки чувствительности схемы, подается постоянное напряжение. Переменный резистор можно настроить таким образом, что уровни сигналов на входах микросхемы будут близки к пороговому напряжению срабатывания. Таким образом, входной сигнал КМОП- микросхемы состоит из постоянной составляющей и наложенной на нее переменной составляющей сигнала, поступающего с коллектора транзистора VT1. Если амплитуда положительного сигнала превышает входное пороговое напряжение микросхемы, переключатель срабатывает.
Постоянный (рабочий) ток микросхемы сравнительно небольшой (около 0,3 мА при напряжении питания 9 В), и поэтому данную схему можно использовать в устройствах с питанием от батареек. Однако для создания источника питания от сети переменного тока в схеме дополнительно используются два диода VD1 и VD2, предназначенные для выпрямления переменного напряжения, снимаемого с выхода небольшого трансформатора с выводом от средней точки. Тиристор, на управляющий электрод которого подается сигнал с эмиттера транзистора VT2, через ограничительный резистор подключает и отключает электрическую сеть.
Рисунок 1. Схема звукового переключателя
ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
При анализе элементной базы изучают:
Совместимость интегральных микросхем (ИМС), электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и поверхностно монтируемых компонентов (ПМК) по электрическим, конструктивным, электромагнитным, тепловым и др. параметрам, а также по условиям эксплуатации;
Совместимость ЭРИ и ПМК по надежности;
Соответствие ЭРИ и ПМК условиям эксплуатации, хранения, транспортировки, указанным в исходных данных на проектирование
В состав звукового переключателя схемы (Рисунок 1) входят следующие компоненты:
Таблица 1. Перечень электро радиокомпонентов
| Элемент | Обозначение | Номинал | Размерность |
| резистор | RP1 (переменный) | МОм | |
| резистор | R1, R3 | МОм | |
| резистор | R2 | 4,7 | МОм |
| резистор | R4 | кОм | |
| резистор | R5 | кОм | |
| резистор | R6 | МОм | |
| резистор | R7 | Ом, 1Вт | |
| конденсатор | С1 | 0,01 | мкФ |
| конденсатор | C2, C3, С4 | 0,1 | мкФ |
| конденсатор | С5 (электролитический) | мкФ, 25В | |
| диоды | VD1, VD2 | ||
| транзисторы | VT1, VT2 | ||
| микросхема | D1 |
Таблица 2. Перечень электро радиокомпонентов
| Наименование | Обозначение | Вид | Установленный разиер | № количество | SE,мм 2 | ||
| XU,мм | YU,мм | ZU,мм | |||||
| резистор | RP1 (переменный) | P1-25 | 2,45 | 6,2 | 15,19 | ||
| резистор | R1, R3 | MO-25 | 5,5 | ||||
| резистор | R2 | P1-40 | 8,8 | 18,5 | 162,8 | ||
| резистор | R4 | _ | 5,25 | ||||
| резистор | R5 | - | 5,25 | ||||
| резистор | R6 | C2-29B | 1,6 | 3,1 | 4,96 | ||
| резистор | R7 | C1-4 | 0,54 | 5,8 | 2,2 | 3,132 | |
| конденсатор | С1 | _ | 38,5 | ||||
| конденсатор | C2, C3, C4 | ||||||
| конденсатор | С5 (электролитический) | C-EL | - | 6,3 | 6,3 | ||
| диоды | VD1, VD2 | 1N4007 (КД223, КД220Г) | 3,8 | 30,4 | |||
| транзистор | VT1, VT2 | BC 184L(КТ3102Д) | 4,95 | 5,3 | 13,5 | 26,235 | |
| микросхема | D1 | CD4011B(564ЛА7) | 1,97 | 7,3 | 14,381 |
По конструктивному оформлению все ЭРИ различают:
Корпусные с планарными выводами, лежащими в плоскости основания корпуса, с осевыми и штыревыми, перпендикулярными основанию;
Корпусные без выводов, с укороченными планарными выводами, уходящими под корпус, в виде матрицы шариковых выводов из припоя и др.
Бескорпусные ЭРЭ и ИС.
По конструктивно-технологическому признаку все корпуса подразделяются на металлостеклянные, керамические, пластмассовые, металлополимерные.
Элементы выбираем исходя из функционального назначения, заданных параметров и условий эксплуатации печатного узла.
Исходными данными для подбора элементной базы являются диапазон температур, в которых будет работать устройство, наименьшие габариты, вес и доступность.
Микросхема D1 CD 4011В(К564ЛА7)
К564ЛА7 – четыре логических элемента 2И-НЕ. Основные электрические параметры при температуре (25 ± 5)°С:
Выходное напряжение низкого уровня – не более 0,01В;
Выходное напряжение высокого уровня – не менее 9,99В;
Входной ток низкого уровня и высокого уровня – не более 0,05 мкА;
Выходной ток низкого уровня при: Uо=0,5 В – не менее 0,45мА;
Выходной ток высокого уровня при: Uо=9,5 В – не более 20,55 мА;
Ток потребления выходного напряжения низкого уровня и высокого уровня - не более 0,10 мкА;
Время задержки распространения сигнала при включении и выключении при: СL = 50 пФ – не более 80 нс;
Остальной режим измерения при: Ucc = 10 В; UIH = 10 В; UIL = 0.
Резисторы RP1
Резистор R1
Резистор R2
Резисторы R4,R5,R8,R9
Резистор R6
Резистор R7
Конденсаторы С1, С2, С3
Схема простого самодельного селектора входов для подключения нескольких источников сигнала к телевизору. Сейчас в стране вовсю развивается цифровое телевидение. Как известно, для его приема нужен либо специальный телевизор с цифровым радиоканалом, либо нужно купить цифровую приставку и подключить её по НЧ входам к любому телевизору. Но, у многих недорогих телевизоров есть только один НЧ-вход.
Либо два. Чаще бывает, что НЧ-входов как бы два («скарт» и «азия»), но на деле они просто дублируют друг друга. В общем, НЧ-входов стало катастрофически не хватать. В принципе, в магазинах на такой случай должны быть какие-то «сплиттеры» или переключатели, но их нет.
Во всяком случае, простых и дешевых устройств я в наших магазинах не встречал. Есть очень дорогие коммутаторы для систем видеонаблюдения и дешевые разветвители, которыми выходы источников сигнала фактически подключаются параллельно друг другу, через резисторы по 75 От. Если аудиосигналы еще как-то это терпят, но, видео, увы, выключенный источник мешает работающему, снижая уровень видеосигнала. Нарушается синхронизация.
Самый простой способ выхода из положения, - это сделать простейший переключатель, например, по схеме, что показана на рисунке 1. Нужно девять гнезд «азия», соответственно, три белых, три красных и три желтых (чтобы по цветам соответствовать назначению, как это принято в аппаратуре), еще один переключатель типа П2К на четыре направления (одно останется пустым), ну корпус, в качестве которого вполне сойдет любая мыльница. Сделать можно за час. Кабель от входов телевизора подключаете к разъемам Х7, Х8, Х9.
Еще два кабеля - к DVD-плееру и цифровой приставке, соответственно, разъемы Х1, Х2, Х3 и Х4, Х5, Х6. При отжатой кнопке S1 включен DVD-плеер, при нажатой -цифровая приставка.
Принципиальная схема переключателя
Переключатель по схеме на рис.1 удобен если переключать нужно не очень часто, -все лучше, чем перетыкать штекера, да прост он. Другое дело, если переключать нужно часто.
Рис.1. Принципиальная схема переключателя входов аудио-видео.
Здесь может быть два варианта - организовать дистанционное управление переключателем входов с помощью пульта ДУ телевизора, но это потребует сделать декодер на микроконтроллере и выбрать кнопки пульта для управления переключателем, которые не используются для управления телевизором, что тоже не всегда возможно.
Управление наличием видео-сигнала на входе
Второй вариант, более простой и практичный, заключающийся в том, чтобы управлять переключателем по наличию видеосигнала на одном из переключаемых источников сигнала. Например, при отсутствии видеосигнала на выходе DVD-плеера (и при отключенном питании переключателя) к телевизору подключена цифровая приставка.
А при наличии видеосигнала на выходе DVD-плеера (DVD-плеер включен) и наличии питания переключателя к телевизору подключен DVD-плеер. Работающий таким образом переключатель можно сделать по схеме на рис. 2.
В отличие от схемы на рисунке 1, у него входы переключаются при помощи электромагнитного реле типа TRY-12VDC-P-4C. Очень похоже на реле РЭС-22, только корпус пластмассовый, впрочем, и РЭС-22 с обмоткой на 12V тоже подойдет не хуже.
Управляет реле сенсор наличия видеосигнала, на транзисторах VT1-VТЗ. Он следит за видеовходом для DVD-плеера, и как только там появляется видеосигнал, переключает входы телевизора с цифровой приставки на DVD-плеер.
Рис. 2. Схема переключателя входов AV с автоматическим определением наличия видео-сигнала.
При отсутствии видеосигнала на выходе DVD-плеера (разъем X3) или отключенном питании контакты реле К1 находятся в положении, показанном на схеме. При этом на вход телевизора поступает сигнал с выхода цифровой телеприставки.
Если включено питание переключателя и включен DVD-плеер на разъем X3 от него поступает видеосигнал. Он через цепь R1-С1 поступает на усилительный каскад на транзисторе VТ1, который усиливает его по амплитуде. После чего усиленный сигнал поступает на детектор на двух диодах VD1, VD2 и конденсаторе C3.
Напряжение на C3 увеличивается, что приводит к открыванию транзистора VТ2, а вслед за ним открывается и VT3, через который поступает ток на обмотку реле К1. Реле переключает свои контакты в противоположное положение, показанному на схеме, и входы телевизора переключаются на выходы DVD-плеера.
Пока DVD-плеер включен, его выходы будут подключены к телевизору. При выключении DVD-плеера видеосигнал на его выходе пропадает, и переключатель обратно переключается на цифровую приставку. Вместо реле TRY-12VDC-P-4C можно использовать РЭС-22 с обмоткой на 12V или любое другое реле с обмоткой на 12V и не менее трех переключающих контактных групп.
Снегирев И. РК-02-2016.
Стандартные методы переключения Windows между активными аудиоустройствами неудобны. От версии к версии комфорта не прибавляется. Нужно открыть «Устройства воспроизведения», выбрать в списке аудиоустройство и сделать его работающим по умолчанию. Также можно переключить устройство в окне микшера громкости. Такие решения спорны с точки зрения удобства и эстетики.
Устанавливаем и настраиваем Audio Switcher
Audio Switcher - бесплатный переключатель аудиоустройств, ориентированный на быстроту использования. При его создании разработчики не позаботились об упаковке: программа не блещет красотой, но вы об этом быстро забудете, потому что видеть интерфейс вам не придётся.
Скачайте Audio Switcher с официального сайта . После завершения закачки откройте архив в формате.ZIP и скопируйте единственный файл AudioSwitcher.exe в удобное место. Установка завершена! Запустите файл, иконка программы появится в системном трее. Кликните по иконке правой кнопкой мыши, выберите пункт Open Preferences и проведите предварительную настройку.
Рекомендуем поставить галочку на пункте Start when Windows starts. Эта функция позволяет программе автоматически запускаться при входе в Windows. Предлагаем отметить галочкой Show Default Playback Device icon in tray. В трее будет висеть иконка активного устройства. Отметьте Start minimized, чтобы программа не напоминала о себе при запуске.
Завершив предварительную настройку, откройте вкладку Playback и укажите, какое устройство будет работать по умолчанию. Теперь вы можете переключаться между наушниками и динамиками всего в два клика:
- кликнуть правой кнопкой мыши на иконку Audio Switcher в области уведомлений;
- выбрать нужное устройство во всплывающем списке.
Audio Switcher поддерживает использование горячих клавиш. Каждому устройству можно назначить собственное сочетание или выбрать общее для переключения между ними.
В недалёком будущем разработчики собираются выпустить Audio Switcher 2.0. Новая версия предоставит пользователям улучшенный интерфейс, перевод на различные языки мира, поддержку скриптов на базе JavaScript, возможность настройки автоматической работы программы (например, при просмотре кино включать колонки, а при запуске музыки - наушники) и цветные темы оформления. Программа автоматически обновляется, поэтому выход версии 2.0 пропустить будет сложно.
Главная особенность звукового выключателя заключается в том, что они реагируют на звук. К примеру, самый простой вариант — на хлопок. То есть, человеку достаточно воспроизвести звуковую команду для того, чтобы управлять светом в комнате или даже во всей квартире. Звуковой выключатель, или так называемый хлопковый выключатель, практичен и может всегда приятно удивить ваших гостей.
Хлопковый выключатель практически для любого радиолюбителя будет сложен в самостоятельном исполнении, так как он действительно имеет довольно затейливую конструкцию.
Чтобы решить, устанавливать столь высокотехнологичный коммутационный аппарат в собственной квартире или нет, следует для начала разобраться – что это за выключатель, какие он имеет разновидности и особенности.
Ассортимент данных коммутационных аппаратов на сегодняшний день является достаточно обширным. Это распространяется не только на виды, но и на ценовые категории и некоторые особенности отдельных вариантов. Более того, существуют даже дизайнерские модели, которые предназначены для интерьеров все тех же «умных» домов.
Но, в целом, все современные выключатели делятся на следующие виды:
- Хлопковые;
- Акустические;
- С датчиком движения и звука.
Хлопковый выключатель, как уже было сказано, срабатывает, улавливая звуки определенного количества хлопков. Кстати, не все схемы именно этой модели сложно воспроизвести своими руками, так что любой радиолюбителей сможет попробовать сделать данный аппарат.
Акустический выключатель реагирует на голос, какую-либо команду. Кодовые фразы могут быть стандартными: «включить», «выключить», но некоторые обладатели звуковых моделей предпочитают задавать свои варианты, которые точно не выкрикнешь случайно. Правда, аппараты, поддерживающие функцию выбора кодового слова, стоят несколько дороже.
Последний вариант из общего ассортимента является наиболее технологичным. Его конструкция устроена таким образом, чтобы реагировать на движения человека и его голос одновременно . Они существуют для того, чтобы не было распространенных сбоев, о которых будет сказано позже.
Плюсы и минусы
Звуковой или хлопковый выключатели сами по себе являются довольно уникальными аппаратами. Их главное преимущество перед стандартными моделями заключается в том, что человеку не нужно каждый раз прикладывать усилия, чтобы отключить или выключить свет. Кроме того, сделать это можно, находясь в любой части комнаты.
Все плюсы у подобных выключателей становятся интуитивно понятны из одного только названия. Голосовые и хлопковые модели на протяжении своего существования являются неотъемлемой частью любого умного дома, и приятным дополнением к обычной квартире.
Их основной минус для радиолюбителей будет в трудновоспроизводимой схеме. Все-таки, конструкция таких аппаратов куда сложнее, а значит и сделать их своими руками далеко не так просто. Если же найти и использовать простенькие схемы, то этот недостаток плавно отходит на второй план.
Кроме того, хлопковый выключатель, также как и звуковой, имеет ряд небольших недостатков, которые будут заметны абсолютно всем:
- Они могут реагировать на похожие звуки, особенно этим грешит голосовой вариант. Естественно, если произнести кодовую фразу в контексте, к примеру, обычного разговора, то свет в помещении среагирует на это.
- Мелкие недоработки могут стать причиной «заторможенности» реакции у данных аппаратов. Такое часто встречается, когда акустический выключатель, у которого конструкция несколько сложнее, был изготовлен своими руками. Так что, на этот фактор следует обратить особое внимание, прежде чем начать воспроизводить какие-либо схемы.
- Если сигнал — хлопок или команда, будут недостаточно громкими, то аппарат, скорее всего, не среагирует. Низкая чувствительность у подобных выключателей нужна для того, чтобы человек реже сталкивался с первой проблемой этого списка.
В принципе, бороться с этими минусами можно, но полностью устранить их вряд ли сможет даже профессионал — поскольку, если, к примеру, повысить чувствительность, акустический выключатель начнет реагировать на «ложные» команды куда чаще.
Можно ли сделать выключатель своими руками?
Своими руками сделать звуковой коммутационный аппарат сможет только тот, кто уже имеет хоть какой-то опыт в работе с радиоаппаратурой. Новичку в этом деле лучше всего будет использовать самые простые схемы, найти которые тоже не так-то просто.
Если опираться на технические данные, то стандартный хлопковый и акустический выключатель работает при таких параметрах:
- Напряжение сети должно быть 220 (В) — то есть, подойдет обычная лампа накаливания;
- Мощность нагрузки не должна превышать 300 (Вт);
- Температура в помещении не ниже -20 градусов, и не выше +45;
- Звук регулируется от 30 до 150 децибелов;
- Защита корпуса IP-30.
Это описание характеристик для популярной модели «Экосвет‑Х‑300-Л», на них можно сделать главный упор, поскольку именно этот вариант идеально подходит для обычной квартиры.
Чтобы сделать акустический выключатель своими руками, нужно также просмотреть подходящие схемы. Внутренности аппарата должны воспроизводиться по отдельной микросхеме. Если же обходиться без особых затрат по времени, то лучше всего покупать целые детали, из которых, с помощью схемы, можно будет создать работающую конструкцию.
Звуковой, или же голосовой выключатель для обычного дома не будет иметь особенностей, кроме встроенного микрофона и несколько другой реализации. Для тех, кто уже делал своими руками коммуникативную или радиоуправляемую аппаратуру осуществление схемы и вовсе не займет много времени.
Куда устанавливается выключатель?
Хлопковый или же акустический выключатель, созданный по микросхеме, лучше всего устанавливать на стенах — там, . У варианта, сделанного своими руками, скорее всего будет очень низкая чувствительность, если конечно не браться реализовывать сложные схемы.
Голосовой выключатель, купленный в специальном магазине, можно установить в любом месте — даже на потолке. Только, перед этим, необходимо ознакомиться с его техническими характеристиками, и, опять же, обратить особое внимание на чувствительность. В этом случае, чаще всего действует правило о том, что чем дороже и технологичнее модель, тем больше ее функциональность.
Важно учитывать, что голосовой или хлопковый выключатель, купленный на китайском сайте за две копейки, вряд ли будет исправно работать.
Так что для того, чтобы сэкономить на этой покупке, ее лучше сделать самому из нужных деталей.
Итак, если все эти характеристики и нюансы полностью устраивают человека, то он вполне может позволить себе установить в квартиру хлопковый или голосовой выключатель. Эти модели просты в использовании, не требуют частой замены и, к тому же, добавляют любому помещению технологичности и уникальности, поскольку встречаются редко.