Расширенная схема акустического датчика показана на рис. 3.9. В отличие от предыдущей схемы она отличается дополнительными возможностями регулировки усиления и инверсии выходного сигнала.
3.5.3. Расширенная схема акустического датчика
Регулировка усиления слабых сигналов с микрофона ВМ1 осуществляется переменным резистором R6 (см. рис. 3.9). Чем меньше сопротивление данного резистора, тем больше усиление транзисторного каскада на транзисторе VT1. При длительной практике эксплуатации рекомендуемого узла удалось установить, что при сопротивлении резистора R6 равным нулю возможно самовозбуждение каскада. Чтобы его избежать, последовательно с R6 включают еще один ограничительный резистор сопротивлением 100–200 Ом.
На схеме показаны два выхода, с которых снимается управляющий сигнал для последующих схем и оконечных электронных узлов. С точки «ВЫХОД 1» снимают управляющий сигнал с отрицательным фронтом (который появляется при звуковом воздействии на микрофон ВМ1). С точки «ВЫ1ХОД 2» соответственно инверсный сигнал (с положительным фронтом).
Благодаря применению в качестве оконечного токового усилителя полевого транзистора КП501А (VT2) устройство снижает потребление тока (относительно предыдущей схемы), а также имеет возможность управления более мощной нагрузкой, например, исполнительным реле с током включения до 200 мА. Этот транзистор можно заменить на КП501 с любым буквенным индексом, а также на более мощный полевой транзистор соответствующей конфигурации.
Эти простые конструкции в налаживании не нуждаются. Все они испытаны при питании от одного и того же стабилизированного источника с напряжением 6 В. Потребляемый ток конструкции (без учета тока потребления реле) не превышает 15 мА.
Все элементы конструкций, о которых не сказано особо, надлежит использовать тех же типов, которые описаны для схемы на рис. 3.7.
3.6. Эффективные микрофонные датчики-усилители
Людям со слабым слухом будут полезны две электрические схемы, рассматриваемые далее. Если у вас есть родные или просто знакомые люди, которые в силу обстоятельств плохо слышат, помогите им, собрав одно из предлагаемых устройств. Схемы чувствительных усилителей слабых звуковых сигналов мне приходилось встречать в публикациях, кроме того, отечественная промышленность выпускает эффективные слуховые аппараты для инвалидов, однако стоимость их достаточно высока. Схемы, показанные на рис. 3.10 и рис. 3.11, имеют низкую себестоимость элементов. Они не требуют настройки, просты и надежны в эксплуатации и весьма доступны для повторения даже начинающим радиолюбителям.
3.6.1. Особенности и принцип работы устройства
Рассмотрим устройство, показанное на рис. 3.10.
Ток, потребляемый схемой от источника питания в рабочем режиме, при использовании указанных на схеме номиналов элементов — 10 мА. Выходной каскад на комплементарной паре транзисторов обеспечивает большой коэффициент усиления по току. Устройство сохраняет работоспособность при понижении напряжения питания до 3 В и может практически эксплуатироваться в таком режиме минимального питания с двумя пальчиковыми батарейками. Тогда ток, потребляемый схемой, еще более сократится, а резистор R4 следует вовсе исключить из схемы. Верхний предел напряжения питания, при котором усилитель работает без перегрузок +12 В, в этом случае сопротивление резистора R4 следует увеличить до 330–360 Ом.
Эффективная чувствительность устройства определяющим образом зависит от чувствительности микрофона и режима работы самого усилителя. Микрофон в схеме применен электретный (конденсаторный), какие стоят в современных телефонных аппаратах и старых магнитофонах. Хорошие результаты получаются при использовании в качестве микрофона В1 микрофона типа МКЭ-84, кроме того, можно применять и МКЭ-3. Возможно имеет смысл попробовать и другие типы электретных микрофонов, тогда, наверное, удастся найти наиболее эффективный вариант.
Эта схема обеспечивает громкую надежную речь в наушнике на расстоянии 7–8 м (при максимальном усилении и минимальном питании). В качестве наушника применен капсюль-наушник ТМ-4, подойдет и ТМ-2М. Можно использовать ДЭМШ, но его неудобно вставлять в ухо, или другие любые динамические наушники с эквивалентным сопротивлением от 100 Ом.
Операционный усилитель работает в режиме автоматической регулировки усиления, что позволяет максимально усиливать полезный сигнал, не допуская самовозбуждения. Делитель на R2, R3 обеспечивает заданный режим по постоянному току, резистор R6 регулирует оптимальный уровень усиленного сигнала. Его придется незначительно скорректировать при изменении напряжения питания относительно указанного на схеме. Собственно, на этом вся регулировка и заканчивается. При исправных элементах и правильном монтаже устройство работает сразу.
Схема успешно работает в качестве устройства контроля и поиска скрытой электрической проводки и телефонных проводов. При помещении катушки рядом с проводами телефонной линии можно контролировать ее состояние. На вход ОУ (вместо микрофона В1) в этом случае можно подключить катушку на ферромагнитном сердечнике типа НМ1500 диаметром 6–8 мм с намотанными внавал 400 витками провода 0,1–0,15 мм. Одним концом к общему проводу, другим к отрицательному выводу конденсатора С1, резистор R3 в этом случае надо исключить.
3.6.2. Устройство микрофонного датчика для работы с наушниками и электретным микрофоном
На рис. 3.11 показана схема, предназначенная для работы с наушниками и электретным микрофоном.
Устройство собрано на однотипных операционных усилителях микросхемы LM387. По сравнению с описанным ранее устройством, такая разработка еще более эффективна по степени усиления слабого входного сигнала и может без доработок использоваться в качестве слухового аппарата и подслушивающего устройства. Отличительным свойством данного устройства является акустическая помехоустойчивость — не восприимчивость к сигналам фона переменного напряжения, которые излучают расположенные вдоль стен квартир электрические сетевые провода. В схеме не предусмотрена ручная регулировка усиления, т. к. с указанными номиналами элементов устройство надежно работает в оптимальном режиме.
Налаживание
Настройка усилителя не нужна.
При необходимости к выходу микрофонного усилителя можно подключать звукозаписывающий аппарат (магнитофон) и более мощный усилитель. Место подключения — точка А.
О деталях
В качестве микрофона В1 использован электретный микрофон типа МКЭ-31, в качестве наушников — телефонные капсюли ТМ-4, ТМ-2М или аналогичные с суммарным сопротивлением не менее 80 Ом. Стабилизированное напряжение питания схемы от 5 до 9 В. Наилучшие результаты получены при питании от 4-пальчиковых батареек по 1,5 В. Потребление тока в активном режиме 12 мА. Конденсаторы-фильтры по питанию С7 и С8 устанавливаются непосредственно у выводов микросхемы. Для устранения эффекта акустического самовозбуждения усилителя наушники следует на гибком проводе удалить от микрофона и общей схемы. В случае применения устройства для подслушивания — наоборот, вынести на гибких (экранированных) проводах не более 1 м электретный микрофон в сторону источника слабого звука, предварительно обернув В1 картонным или металлическим рупором для улавливания, фокусировки и концентрации звуковых колебаний.
3.7. Универсальный датчик сотрясения
Среди многочисленных датчиков состояния встречаются всевозможные приборы, поражающие подчас своими конструктивными особенностями. Однако при разработке датчиков учитываются, как правило, более прозаические параметры, такие как компактность, высокая чувствительность, надежность (большое время наработки до отказа), минимальное наличие механических частей, универсальность в применении, работа в широком диапазоне температур и напряжения питания, отсутствие помех для других узлов устройства, минимальное потребление тока и др. Еще одна электрическая схема из серии датчиков воздействия — устройство датчика сотрясения — представлена на рис. 3.12.
Ее особенность в необычном включении микросхемы-компаратора DA1 во взаимодействии с индуктивным датчиком L1. Катушка L1 намотана на круглом пластмассовом каркасе диаметром 8 мм (от резонансных катушек радиоприемника ВЭФ-202 или аналогичных) проводом ПЭЛ-1 диаметром 0,6 мм внавал и содержит 150 витков. Ферритовый сердечник из каркаса не вынимается и перед первым включением схемы располагается по середине свободного хода внутри каркаса. Напротив катушки L1 на расстоянии 1…2 мм располагают кусочек феррита круглой или прямоугольной формы размерами 4^9 мм на специальных подвесках из эластичной резины так, чтобы феррит при сотрясении вибрировал на свободном расстоянии до каркаса катушки L1.