Elektronický gong
Datum 5. 07. 2008 v 16:30 | Rubrika: Elektronika
| U nás doma byl vždycky jako zvonek použitý gong z NDR. Potom mamka zatoužila po melodickém a tak se jí ho jednou dostalo. Po nějaké době se rodina usnesla na tom, že melodický zvonek není zrovna vhodný, hlavně když u nás spalo miminko. Napadlo mně, vrátit zpět gong, jenže ten z Německa měl jednu vadu na kráse. Pokud se stisklo a drželo tlačítko zvonku ozvalo se jen „bim vrrrrrrrrrrrrrrrrr bam“. Slyšet to moc nebylo. Proto jsem se rozhodla, udělat nový – elektronický, který tuto nectnost mít nebude. A tak vznikla tato konstrukce.
Obvod je jednoduchý, používá speciální integrovaný obvod a nepoužívá žádné programovatelné součástky. Do jeho stavby se proto může pustit téměř každý, kdo udrží v ruce páječku a umí pájet. Je to krásná konstrukce pro děti na různé kroužky a podobně.
Bydlím v paneláku a to bylo potřebné vzít do úvahy při řešení napájení a ovládání gongu.
Do úvahy přicházeli tři možnosti:
- použít stávající rozvod ze společného trafa
- použít vlastní transformátor
- a nebo použít baterie
Nakonec vyhrála baterie, možná to někomu připadá jako zbytečně drahé a nešetrné k životnímu prostředí, ale opak je pravdou. Trvale připojený transformátor se hřeje a spotřebovává energii trvale. Kvalitní baterie vydrží několik roků a potom se odevzdá do tříděného odpadu. Stávající rozvod po domě jsem použila jen jako signál ke spuštění. Použít jej i pro napájení je zbytečně komplikované a navíc nevím, jestli by tento rozvod vůbec dovedl pokrýt spotřebu gongu při zvonění. Myslím si, že nikoli.
Celý obvod se skládá ze tří částí. První částí je napájecí obvod, druhou je spouštěcí obvod a tou třetí je vlastní generátor zvuku a zesilovač. Přičemž spouštěcí obvod a generátor se zesilovačem tvoří samostatné díly, které se dají i v jiných sestavách.
Napájecí obvod
Je to nejjednodušší část z celého gongu. Skládá se z držáku baterií a dvou kondenzátorů C1 a C2. C1 snižuje vnitřní odpor baterie a tím dovoluje vyšší odběr proudu. Zároveň funguje jako zásobárna energie při generování zvuku, protože spotřeba proudu může být značná. Kondenzátor C2 dovoluje cestu VF proudů k zemi a tím brání případnému rozkmitání celého obvodu.
Jako baterie doporučuji použít kvalitní alkalické články z obchodu a ne žádné pochybné baterie z tržnice. Alkalické články jsou sice dražší, ale vydrží o hodně déle. Baterie z tržnice mají vysoký vnitřní odpor a brzy se zničí vysokým odběrem proudu při zvonění. Tyto baterie nemají rády vysoké odběry.
Baterie se připojuje na svorky PLUS a MINUS. Celkové napětí baterie se může pohybovat od 2,8 do 18V. Je dobré jej volit s ohledem na impedanci reproduktoru (viz dále). Při použití vyššího napětí je také potřeba použít kondenzátory s vyšším provozním napětím.
Spouštěcí obvod
Tato část slouží k ovládání vlastního gongu, ke galvanickému oddělení od zvonkového rozvodu, k odstranění poruch na vedení a také brání nepředloženostem lidí, kteří si myslí, že jsou vtipní. Jedná se o upravené schéma z [1].
V klidu je obvod bez napětí a relé je tím pádem odpadlé. Pokud se na svorky Z1 a Z2 přivede střídavé napětí, bude se v kladných půlperiodách přes diodu D1 nabíjet kondenzátor C3 a přes odpor R1 také kondenzátor C4. Zatímco kondenzátor C3 se nabije prakticky okamžitě, tak kondenzátoru C4 to nějakou dobu trvá. Po nabití C3 se přes odpor R3 otevře tranzistor T2 a ten připojí cívku relé na zem. Relé přitáhne a spustí vlastní gong. Za několik sekund však dosáhne napětí na C4 prahové hodnoty tranzistoru T1, ten přes odpor R2 sepne a tím spojí bázi tranzistoru T2 se zemí. Tranzistor T2 se uzavře a relé odpadne. Dioda D2 chrání tranzistor T2 před napěťovou špičkou která vznikne na cívce relé v okamžiku rozepnutí T2.
Dokud je přivedené napětí, zůstane obvod v tomto stavu a dál se nic neděje. Po odpojení napětí se vybíjejí kondenzátory C3 a C4. Když se C4 vybije pod prahovou úroveň tranzistoru T1, je obvod připraven pro další cyklus. Tím je gong chráněný před zablokováním tlačítka, například sirkou. I při stálém stlačení tlačítka, vydá gong jen jedno zazvonění.
Hodnoty součástek R1 a C4 určují dobu sepnutí relé. Součástky R1 a C4 určují dobu za kterou bude obvod reagovat na další stisknutí tlačítka zvonku. Všechny součástky lze měnit v širokých mezích podle potřeby.
Generátor a zesilovač
Srdcem gongu je integrovaný obvod SAE800 od firmy Siemens. Tento obvod obsahuje vlastní stabilizátor napětí, generátor zvuku, řídící logiku, výkonový zesilovač a tepelnou ochranu, která odpojí v případě přehřátí zesilovač od napájení. Jeho vnitřní zapojení je dosti složité, ale to zevní je velice jednoduché, až primitivní 
Součástky C5 a R4 slouží vnitřnímu oscilátoru k určení jeho kmitočtu. S hodnotami podle schématu je kmitočet oscilátoru přibližně 13.2kHz. Kmitočet oscilátoru určuje délku tónů i jejich ladění, proto není vhodné jej měnit, gong potom nezní vůbec hezky, protože místo harmonického gongování produkuje disharmonické pazvuky. Ale někomu se to může líbit, tudy tedy vede cesta k experimentům.
Zesilovač uvnitř integrovaného obvodu je zapojený jako zdroj proudu schopný dodat do zátěže až 750mA. Velikost tohoto proudu je řízena pomocí součástek R5 a P1. Tím se nastavuje hlasitost zvuku. Jejich velikost se určuje podle velikosti zátěže a napájecího napětí gongu.
Výpočet odporů pro zesilovač:
R5 = (VL ÷ 0.8 VS) × RQ × 4800
Přičemž:
VL je vnitřní napájecí napětí obvodu a to je 1,2V
RQ je impedance použitého reproduktoru
VS je napájecí napětí celého gongu
Takže například pro reproduktor s impedancí 4 Ohmy a napájecí napětí gongu 5V vychází hodnota odporu:
R5 = (1.2 ÷ 4) × 4 × 4800 » 5k6
Pokoušet se nastavit vyšší proud než je maximum pro dané napájecí napětí nemá smysl, protože při 5V nelze přes 16 Ohmový reproduktor dostat 700mA. Navíc se tímto pokus zhorší kvalita zvuku.
Hodnota trimru není kritická. Hodnota R5 určuje maximální hlasitost a trimr určuje hlasitost nižší. Pokud není potřeba hlasitost regulovat, lze jej vypustit. Vhodná hodnota trimru je asi tak polovina hodnoty R5.
Vstupy integrovaného obvodu E1 a E2 slouží ke spuštění gongu a zároveň určují počet tónů gongu:
E1 – jeden tón: E2 (660Hz)
E2 – dva tóny: E2 - C (660Hz, 550Hz)
E1 + E2 – tři tóny E2 - C - A (660Hz, 550Hz, 440Hz)
Gong se spustí přivedením kladného napětí na některý ze vstupů. Napětí na spouštěcí vstupy se přivádí přes dotek spouštěcího obvodu. Stačí krátký impuls a toho právě využívá spouštěcí obvod. Uvnitř integrovaného obvodu je vestavěná ochrana proti opakovanému spuštění, takže pokud na jeho vstup přijde několik impulzů, spustí se jen jednou. Ale v případě, že na některý ze vstupů E1 nebo E2 je trvale přivedeno napětí, bude trvale generovat zvuk až do doby, než jej vypne ochranný obvod. Předřazený spouštěcí obvod brání právě této situaci tím, že na libovolně dlouhé stisknutí tlačítka vygeneruje jen jeden impuls pro spuštění.
Kondenzátor C6 přemosťuje reproduktor pro vysoké frekvence a tím jim brání dělat neplechu. Kondenzátor C7 určuje zabarvení zvuku. Když se sníží jeho hodnota, získává zvuk ostřejší zvuk, pokud se hodnota zvýší, je zvuk příjemnější ale zároveň tišší, protože část proudu potom prochází těmito kondenzátorem místo reproduktorem.
Další zajímavé informace jsou popsané v [2], je tam i vnitřní zapojení obvodu, výpočty součástek, průběhy napětí a tak podobně. Je to zajímavé čtení.
Konstrukce
Gong jsem postavila na jednostranné desce plošných spojů se dvěma propojkami, vestavěla do plastové škatulky společně s reproduktorem a bateriemi a dala mamce k narozeninám.
Osazení desky součástkami je vidět na obrázku. Červeně jsou nakreslené dvě drátové propojky, na které je potřeba nezapomenout. Jinak nebude gong fungovat. Kompletní schéma zapojení i návrh desky je v archivu, který je dostupný ve „skladišti souborů“.
Konstrukce je nezáludná a při pečlivé práci musí gong pracovat při prvním zapnutí. Potom se jenom pomocí trimru P1 nastaví hlasitost zvuku a je hotovo. Gong nemá vypínač, spotřeba proudu v klidu je téměř neměřitelná a baterie se sama vybíjí rychleji.
Pokud gong nefunguje, je potřeba zkontrolovat spouštěcí obvod. Při použití stejnosměrného proudu je totiž nutné dodržet polaritu tak, aby na svorce Z1 byl kladný pól zdroje. Pokud spouštěcí obvod funguje, ale stále gong nepracuje, je nutné zkontrolovat zapojení propojek a také připojení reproduktoru a nastavení P1.
Volba zvuku se provádí propojkami, jumpery, takto:
Obě propojky vpravo – žádný tón, gong je vyřazen a nezvoní
Horní propojka vlevo – jeden tón
Dolní propojka vlevo – dva tóny
Obě propojky vlevo – tři tóny
Místo jumperů se dají použít i drátové propojky, pokud nebude potřeba měnit nastavení, a nebo přepínače vyvedené na panel krabičky. To v případě potřeby časté změny zvuku.
Potřebné součástky:
Odpory:
R3,R4, R5 – 10k
P1 – 10k (trimr, naležato)
R1,R2 – 100k
Kondenzátory:
C5 – 4,7 nF (keramický nebo fóliový)
C2,C6 – 100n (keramický)
C3,C4 – 100µF / 50V (elektrolytický, napětí C3 podle napětí v rozvodu zvonku)
C7 - 100µF / 50V (elektrolytický)
C1 – 2200µF / 6,3V (elektrolytický, napětí podle napětí baterie)
Polovodiče:
D1 – 1N4007 (libovolná křemíková dioda)
D2 – 1N4007
IO1 – SAE800
Další součástky:
Relé v pouzdru DIL se spínacím dotekem, napětí cívky podle napětí v rozvodu zvonku
Reproduktor
Lámací lišta 2x3 piny
Bateriové pouzdro + baterie
Skříňka
Obvod SAE800 jsem koupila v Praze v obchodě firmy GM elektronic. Jeho cena je asi 130Kč. Při koupi u nich je potřeba počítat s tím, že jej mají v katalogu jako SAE0800 a to některé prodavače silně mate a pak se plouží po obchodě a hledají a hledají...
Gong jsem postavila letos v zimě a dala mamce v březnu. Od té doby je v trvalém provozu bez potíží a poruch. Příjemně zní a přitom neruší. Po nějaké době jsem zjistila, že tento obvod se používá i v některých vlacích a také v obchodech. Zcela určitě v Globusu v Trmicích
Použitá literatura:
[1] Elektronická pojistka zvonku, autor VH, Praktická elektronika ARadio číslo 8 ročník 2002 stránka 19
[2] Katalogový list obvodu SAE800 firmy Siemens
|
|