Регистратор грозы своими руками. Андрей Кашкаров

Д анное устройство отлично подойдет для тех, кто занимается туризмом, походами, и не только.Оно позволяет регистрировать грозу в радиусе примерно 80 км, что позволит вовремя найти укрытие, спрятаться, отключить электрооборудование.

Собрать регистратор грозы не так уж и сложно, так как он не содержит дефицитных деталей и особой настройки, надо всего лишь настроить R4 - это порог чувствительности детектора.

Удлиняющая катушка L1 повышает ее эффективность. Входной контур L2 C2 настроен на частоту около 330 кГц.

L2-мотается на любом контуре от старого радиоприемника, диаметр каркаса 5мм, 360витков провода 0.2мм, высота намотки 10мм. Контур L1 теже параметры только 58 витков провода 0.2мм в моем варианте этой катушки нет, я её заменил на другую - с ней можно поэксперементировать.

Печатная плата в формате LAY .

О деталях самодельного регистратора приближения грозы. Транзисторы VT1-VT4 могут быть любые, от КТ315/КТ361 до КТ3102/КТ3107. Диод VD1 - любой импульсный. Принцип действия: усиленный транзистором VT1 сигнал поступает на регистрирующий каскад (VT2- VT4). ВЧ импульс открывает транзисторы VT2 и VT3 и разряжает конденсатор С4. Ток его зарядки, проходя через диод VD1 и резистор R6, приводит к более длительному открыванию транзистора VT4 и зажиганию индикаторной лампочки VL1.

Такое устройство, как регистратор грозы, хорошая вещь для любителей похода и не только. Он регистрирует грозу в радиусе примерно 80км. Это позволит вам вовремя отключить кабель сети интернета, так как сетевые карты часто горят при близких разрядах молний, или успеть пойти снять сушащееся бельё на улице, пока его не намочил дождь. Собрать регистратор грозы не так уж и сложно, так как он не содержит дефицитных деталей и особой настройки, надо всего лишь настроить R4 - это порог чувствительности детектора.

Удлиняющая катушка L1 повышает ее эффективность. Входной контур L2 C2 настроен на частоту около 330 кГц, L2-мотается на любом контуре от старого радиоприемника, диаметр каркаса 5мм, 360витков провода 0.2мм, высота намотки 10мм. Контур L1 теже параметры только 58 витков провода 0.2мм в моем варианте этой катушки нет, я её заменил на другую - с ней можно поэксперементировать. в формате LAY.

Можно применить светодиод или звуковой индикатор со встроенным генератором - что вам удобнее. Проверить регистратор можно с помощью пьезозажигалки - щелкая зажигалкой на расстоянии полметра от антены. Рекомендуется заземлить устройство, так будет больше чувствительность. Автор: (просьба уточнить).

Жить, постоянно опасаясь того, что тебя может ударить молния, наверное, не слишком разумно. Тем более странными кажутся покупка и ношение на поясе прибора, который предупреждает о приближении грозы. Паранойей попахивает. Ладно. А если учесть, что во всём мире каждую секунду молния ударяет 100 раз?

Ещё факты. На нашей планете происходит, как минимум, 8,6 миллиона ударов молний в день. Американское федеральное агентство по чрезвычайным обстоятельствам (Federal Emergency Management Agency) подсчитало, что из-за этих электрических разрядов только в США гибнет двести человек в год, ещё 750 получают повреждения.

Ежегодные затраты, связанные с последствиями — $4-5 миллиардов.

70% всех повреждений и несчастий по вине молний имеют место днём. 85% жертв молнии — дети и молодые люди в возрасте 10-35 лет, находящиеся на открытом воздухе. 20% всех жертв умирают от самого удара молнии на месте.

Никто из них, заметьте, не планировал принять на себя от 100 миллионов до одного миллиарда Ватт вкупе с 10 тысячами градусов Цельсия — температуры, эквивалентной «жаре» на Солнце.

Стало быть, меры предосторожности могут быть не лишними и очень даже разумными. Особенно, если человек проживает в «молниеопасном» регионе.

О некоторых способах борьбы с «карой Господней» мы уже рассказывали , но тогда речь шла в основном об отводе грома от целых поселений. Теперь появился повод поговорить о самозащите.

Прибор StrikeAlert действительно похож на пейджер. А этот «светофор» из светодиодов показывает расстояние до удара молнии в милях (фото с сайта gizmo.com.au).

Американская компания Outdoors Technologies разработала и продаёт переносное устройство под названием StrikeAlert — это первый в мире персональный детектор молний (Personal Lightning Detector).

Приборчик наподобие пейджера носится на поясе, питается от батареек АА и, извините за каламбур, молниеносно предупреждает своего владельца о приближении/удалении и степени опасности «грома небесного».

Удары молний StrikeAlert распознаёт за 60 с лишним километров. Он измеряет расстояния до этих ударов и оповещает хозяина о направлении шторма и показывает, насколько близко грохочет.

Если беда рядом, StrikeAlert возвещает об этом громким акустическим сигналом, который невозможно не заметить.

По степени удалённости прибор идентифицирует четыре интервала: 32-64 км, 19-38 км, 9-19 км и меньше 9 км.

Жидкокристаллического дисплея в устройстве нет, поэтому расстояние в милях показывает «светофор» из пяти светодиодов: пара красных, пара жёлтых и один зелёный.

Они же являются индикатором зарядки батарейки, которой, по заявлению разработчика, хватает на 100 часов непрерывной работы.

Кто предупреждён о молнии, тот не вооружён, но всё ж таки (фото с сайта gizmo.com.au).

Пока всё нормально, StrikeAlert даёт понять о своей «включённости» — зелёный светодиод горит, не мигая. Как только он начнёт мигать, знайте — прибор чувствует молнию.

Следом загорается диод, соответствующий расстоянию до последнего удара. Эта информация обновляется каждые две минуты.

На то, чтобы определить направление, устройству необходимо минут пять. Порядок «возгорания» диодов указывает, приближается гроза или отступает: цикл от зелёного до красного — молнии всё ближе, от красного до зелёного — наоборот.

Необходимо отметить, что StrikeAlert предназначен для использования исключительно на открытом воздухе, иначе он начинает фиксировать статическое электричество, не имеющее к молниям ни малейшего отношения.

В помещении прибор могут ввести в заблуждение источники электромагнитной эмиссии, вроде электронно-лучевых трубок телевизора или компьютерного монитора, двигатели и моторы, а также мощное электрооборудование.

Для этого распылители воды, установленные на концах патрубков – капельниц закрепляют сверху решетки комнатного вентилятора (желательно применять напольный вентилятор с высокой штангой). Один раз в час (или в другом алгоритме, «запрограммированном» радиолюбителем под конкретные задачи) нагнетатель воды и бачка распылит влагу мелкими каплями на вращающиеся лопасти вентилятора. При этом (учитывая, что вентилятор вращается в одной горизонтальной плоскости, но имеет угол свободного вращения до 90°) достигается увлажнение большой территории комнаты.
Благодаря применению аквариумных распылителей влага распыляется дозировано, мелкими каплями, поэтому утечки воды (и лужи под вентилятором) не происходит. Устройство практически опробовано автором жарким летом 2007 года.

Внимание!
Электронный таймер, описанный выше можно заменить аналогичным по назначению промышленным вариантом (и наоборот), подробно описанным в подглаве 4.2. В этом случае, нет необходимости самостоятельно собирать электронное устройство, а, например, взять готовый электронный блок.

1.2. Индикатор грозовых разрядов

Удаленные грозы создают помехи радиосвязи и навигации, а близко проходящие могут наведенным молнией сигналом вывести из строя аппаратуру связи.
Особенно опасны прямые попадания молнии, приводящие к уничтожению аппаратуры, пожарам и человеческим жертвам.
Грозовые разряды наводят мощные импульсные сигналы на линии электропередачи и связи, и даже короткие броски напряжений в них могут вызвать сбои в работе и выход из строя дорогих электронных приборов, компьютеров. Особенно велика вероятность грозовой опасности в сельской местности с протяженными открытыми линиями, с высокими мачтами антенн приемной и радиопередающей аппаратуры, которые местные радиолюбители стараются ставить повыше (на холме), на шестах или металлических мачтах.
Радиоаппаратуру желательно отключать при приближении грозы.
Близкая гроза видна и слышна, но как получить предупреждение о ней заранее? Ведь это нужно всем: туристам и рыболовам, яхтсменам и радиолюбителям, проводящим в эфире многие часы. Раннее предупреждение о грозовой опасности очень важно и другим людям, работающим или отдыхающим далеко от укрытий.

1.2.1. Методы измерения грозовой активности в цифрах

Известны два метода регистрации грозовой активности. Оба они изобретены и исследованы в конце XIX – начале XX века.
Статический – фиксация происходит по возрастанию напряженности электрического поля в атмосфере от 100 В/м (в обычном состоянии) до 1-40 кВ/м перед грозой (случаются разряды молний и при ясном небе). Этот метод широко известен многим из курса физики.
Прибор, которым можно зафиксировать напряженность поля, называют электрометром.
Современные электрометры не требуют сложных антенн, регистрируют электрическое поле атмосферы, даже если установить прибор контроля на подоконник, а электрическое поле предварительно наэлектризованной расчески из смеси пластмасс – на расстоянии в 1–2 м (предварительно наэлектризованную (натертую) эбонитовую палочку «увидят» издалека).
Второй метод – электромагнитный, в нем фиксация напряженности поля происходит по спектральному составу и интенсивности импульсов радиоволн с частотой 7-100 кГц, излучаемых молниями (разрядами).
Недаром одним из признаков приближающейся грозы является повышенный уровень шорохов (тресков), воспринимаемых человеческим ухом при прослушивании сигналов радиостанций в различных диапазонах длинных и средних волн.
Считается, что этот метод изобрел А. С. Попов.
По этому принципу создано устройство индикатора грозовых разрядов, электрическая схема которого представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Электрическая схема индикатора грозовых разрядов

1.2.2. Принцип работы устройства

Удлиняющая катушка L1, верхний (по схеме) вывод которой подключен к антенне WA1 – штырю 45–60 см, повышает эффективность входного контура L2C1 устройства. Входной контур настроен на частоту 330 кГц (выше максимума спектральной плотности импульсов радиоволн, излучаемых грозовыми электрическими разрядами).
Настройка входного контура устройства определяет также и то расстояние, с которого можно «засечь» приближающуюся грозу. При указанных на схеме элементах устройство зафиксирует приближающуюся грозу с расстояния 130–150 км (эксперимент с готовым устройством проводился в с. Ерахтур, Рязанской обл, Шиловского района летом 2007 г).
Усиленный транзистором VT1 сигнал поступает на регистрирующий каскад (VT2-VT4). Высокочастотный (ВЧ) импульс (усиленный VT1) амплитудой напряжения 1–3 В способствует тому, что транзисторы VT2 и VT3 открываются, и разряжается оксидный конденсатор С4. Ток зарядки конденсатора С4 проходит через высокочастотный диод VD1 и резистор R5, что приводит к задержке закрывания транзистора VT4 и зажиганию индикаторного светодиода НL1.

1.2.3. О деталях

Катушки L1 и L2 дроссели типа ДПМ-1, ДПМ2, ДМ, Д179–0,01 с указанными на электрической схеме соответствующими значениями индуктивности.
Вместо светодиода HL1 можно применить другой индикаторный светодиод (с током до 12 мА, чтобы устройство не потеряло в экономичности) или звуковой индикатор (например, KPI-4332–12 со встроенным генератором звуковой частоты). Звуковой индикатор вместо светодиода HL1 включают согласно указанным на его корпусе полюсам.
Резистором R4 устанавливают порог срабатывания (чувствительность) устройства.
Напряжение питания устройства 3–6 В постоянного тока. В качестве источника питания подходят 2–3 пальчиковые батарейки (аккумуляторы) типа ААА или АА или стабилизированный адаптер обязательно с трансформаторной развязкой от сети 220 В.
Поскольку устройство работает на сравнительно низких частотах, то особых требований к его элементам нет.
Транзисторы VT1-VT4 могут быть любые кремниевые малой мощности и соответствующей структуры. Вместо VT1, VT3, VT4 можно применить КТ3102 с любым буквенным индексом, 2N4401 или аналогичные по электрическим характеристикам.
Транзистор VT2 – р – п-р проводимости, например, КТ3107 с любым буквенным индексом или 2N4403.
Диод VD1 – любой импульсный (германиевый или кремниевый), например, Д9, Д18, КД503.

1.2.4. Налаживание

Устройство в налаживании не нуждается (кроме установки порога срабатывания переменным резистором R4).

Как проверить?
Правильное собранное из исправных деталей устройство просто проверить. Поднесите готовое устройство с подключенными элементами питания на 1,5–2 м к газовой плите с автоподжигом. Нажимайте кратковременно на кнопку автоподжига плиты. Индикаторный светодиод должен реагировать короткими вспышками. Если нет плиты с автоподжигом, устройство можно проверить иначе, с помощью зажигалки с пьезоэлементом. Светодиод должен кратко вспыхивать при «включении» пьезоэлемента зажигалки на расстоянии до нее 0,5–1 м.

1.2.5. Варианты практического применения

Кроме дальнего обнаружения приближающегося грозового фронта устройство хорошо работает и на близких дистанциях. Так, можно проверять работоспособность газовых плит с автоподжигом, пьезоэлектрических зажигалок (для газовых плит – есть такие отдельные устройства виде огромной спички), а также находить источники плохого контакта в электрических коммуникациях – как в закрытом помещении, так и «на воздухе». Плохой электрический контакт, например, в электропроводке (являющийся источником электромагнитных помех устройствам радиосвязи) с помощью индикатора грозовых разрядов находится с расстояния в несколько метров даже в том случае, если источник плохого контакта находится глубоко в стене.

1.2.6. Промышленные устройства аналогичного назначения

Портативные индикаторы грозовых разрядов (с ЖКИ) мне удавалось не раз видеть в свободной продаже. Как правило, эти приборы отображают скорость приближения грозы, время до ее прихода, ожидаемую интенсивность и другие параметры. Сигнализация – звуковая и световая. Прием импульсов радиоволн ведется на магнитную антенну, анализ их интенсивности, частоты и спектрального состава позволяет «умному» электронному устройству сделать вывод о приближении грозы.

1.3. Линейная индикаторная шкала

Большинство описанных схем компараторов напряжения в которых индикаторами служат линейки из светодиодов построены по принципу параллельного сравнения входного напряжения (отсюда необходимость в большом числе сравнивающих устройств – компараторов). Количество сравнивающих устройств соответствует количеству каналов (светодиодов) в линейке.
Такого недостатка лишена представленная на рис. 1.6 схема, с последовательным сравнением входного напряжения, в которой имеется только один компаратор, сравнивающий сигнал постоянного напряжения на входе с циклически изменяющимся образцовым напряжением.

Рис. 1.6. Электрическая схема устройства индикаторной шкалы

Результаты сравнения передаются на сдвиговый регистр на микросхеме D2, с выхода которого снимаются на индикаторную линейку параллельным кодом. Такое схемное решение позволяет обеспечить большую точность, наглядность и динамичность показаний. На ряду с другими положительными отличительными качествами этого устройства перед другими аналогичными – простотой изготовления, недорогими деталями, не критичностью к питающему напряжению– оно способно конкурировать за свою популярность среди радиолюбителей и профессионалов. На вход схемы можно подавать (путем маленькой доработки) переменное напряжение, импульсы – тогда оно может стать универсальным, точным индикатором со световой шкалой, не уступающей по динамике изменения показаний и точности стрелочным приборам с классом 2. В линейке светодиодов следует учитывать дискретность показаний и при необходимости проградуировать световую шкалу.

1.3.1. Принцип работы устройства

Схема работает следующим образом. Тактовый генератор на популярной КМОП – микросхеме К561ЛА7 вырабатывает прямоугольные импульсы. Максимальная тактовая частота регистра при напряжении питания 5 В – 2 МГц, U п = 12 В, f max =5 МГц. Они поступают на тактовый вход С регистра последовательного приближения D2, осуществляя потактовый сдвиг информации, загружаемой в регистр. Параллельно с этим протекает процесс измерения уровня входящего напряжения с помощью компаратора D3. Результат сравнения (высокий или низкий логический уровень) с выхода компаратора поступает на вход D данных регистра, определяя тем самым состояние его выходов. По окончания цикла преобразования входного аналогового сигнала в серию логических импульсов, на выходе СС регистра (вывод 3) появляется активный сигнал логического «нуля», который действует на вход логики D4.1. Элементы D4.1, D1.3 вырабатывает импульс остановки. Поэтому поступление импульсов на тактовый вход С регистром не воспринимается и светодиодная шкала индикатора регистрирует достигнутый входным сигналом уровень. Запирающий низкий уровень берется с выхода пересчета Q1 (второй младший разряд), так как применена светодиодная линейка из десяти светодиодов. Если применить последовательно три линейки по четыре светодиода или линейку на 12 светодиодов – их подключают последовательно к выходам Q11 – Q0 регистра. Тогда элементы логики D1.3, D4.1 исключаются, а вывод 3 (СС) соединяется с выводом 14 (St) регистра и от этого регистр последовательного приближения работает непрерывно, циклично.
Число индицируемых уровней сигнала может быть увеличено путем добавления микросхем – регистров и шкальных индикаторов. Широко применяются такие устройства в промышленной автоматике, для наглядной индикации динамических процессов. Я применяю схему в автомобиле, в качестве индикатора оборотов двигателя (тахометра).

1.3.2. Варианты практического применения

Светодиодная шкала может быть установлена в автомобиле, на щитке приборов, для индикации напряжения питания бортовой сети, уровня горючего в баке, температуры двигателя, окружающей среды и так далее. Сфера применения этой схемы может быть сколь угодно много.

1.3.3. О деталях

Светодиодную линейку АЛС361А можно заменить на АЛС361Б, АЛС362П, КИПТ03А-10Ж (желтое свечение), – 10Л (зеленое свечение), составить из двух линеек типа АЛС345А (8 индикаторов) или АЛС317Б (5 индикаторов). Или вместо светодиодной линейки последовательно установить десять светодиодов типа АЛ307БМ или аналогичных.

1.4. Устройства против краж

Противокражные системы, по утверждениям многих специалистов, являются наиболее надежными среди всех типов систем охраны, применяемых на практике в больших и малых торговых точках. Устройства действительно имеют большую вероятность определения противокражной метки (обусловлено исключительно высокой мощностью импульсов, подаваемых в антенны). Однако, даже при полном соблюдении акустомагнитной технологии (EAR) производства устройств, эти импульсы оказывают отрицательное влияние на человека (при частом и длительном воздействии) – главным образом из-за мощности. О малоизученных особенностях акустомагнитных систем рассказывается ниже.

1.4.1. Удивительные особенности противокражных систем

Противокражные системы сегодня можно увидеть почти в каждой торговой точке. Внешне они выглядят в виде двух открытых створок ворот, установленных параллельно. Между этими плоскими «воротами» человек выходит из магазина (торгового зала).
На рис. 1.7 представлено фото противокражной системы.

Рис. 1.7. Внешний вид противокражной системы

Если покупатель не несет с собой «помеченный» специальными микрометками товар, «ворота» пропускают его безропотно. Если на товаре не снята (не нейтрализована) метка, система сигнализации сработает, и оповестит торговый зал громкими тревожными звуками.
Далее сбегутся охранники, и незадачливый «несун» будет пойман.
Акустомагнитная технология разработана фирмой Sensormatic. Позже, увидев успех данной технологии, концерн Tyco приобрел данную фирму. Сейчас это подразделение (и торговая марка) компании ADT (American Dynamics Technology). На сами активные устройства (антенны, блоки электроники) действие авторских прав уже не распространяется (закончился срок действия патентов). Поэтому появился еще один производитель – фирма WG.

1.4.2. Принцип работы устройства

Противокражные ворота имеют излучающе – принимающую антенну, работающую на частоте 58 кГц с возможными отклонениями ±200 Гц. Во время работы антенной излучаются импульсы амплитудой 40 В, длительностью 1,5–1,7 мс (заполненные частотой 58 кГц). Период повторения импульсов 650–750 мс.
Вокруг антенны создается большая напряженность поля, которая заставляет аморфный металл резонировать на частоте облучения.

Внимание!
Этот магнитострикционный эффект очень опасен для владельцев кардиостимуляторов.
В паузе (650–750 мс) та же самая антенна работает на прием. Мощность инициированного излучения метки экспоненциально убывает со временем по сложному закону, который производители держат в секрете. Поэтому имитировать сигнал ответа довольно сложно. Но наличие даже мало – мальски подобных сигналов сильно ухудшает работу системы. Из практики известно, что если за 50-100 м от магазина (торгового зала), в котором стоит акустомагнитная система, находится другой с подобной системой, то они создают взаимные трудно устранимые помехи. В рекламе производители утверждают, что их оборудование эффективно и безопасно (как же иначе?), но мне сдается, что с его помощью (не намеренно) ставят эксперименты по изучению влияния мощнейших (хоть и кратковременных) импульсов на здоровье человека.
Чтобы понять, что такое аморфный металл, в данном случае следует подробно рассмотреть сами метки, закладываемые продавцами в упаковки с товаром.
На рис. 1.8 представлена акустомагнитная метка.

Рис. 1.8 Акустомагнитная метка противокражной системы

Каждый из нас многократно видел и даже держал в руках эти полоски. Попробуем разобраться – как они устроены.
♦ Если оторвать от упаковки товара противокражную метку и рассмотреть ее с обратной стороны, за полупрозрачной пластмассой можно увидеть металлическую полоску.
♦ Если разрезать метку, то можно извлечь 3 металлические полоски: две из аморфного металла (они более блестящие) и одну из обычной ферромагнитной ленты.
На рис. 1.9 показано внутреннее устройство акустомагнитных меток.

Рис. 1.9. Внутреннее устройство акустомагнитных меток

1.4.3. О вреде для здоровья человека. Практические рекомендации, чтобы прожить чуть дольше

Акустомагнитные электронные устройства среди всех противокражных систем, являются наиболее вредоносно действующими на здоровье человека. Ультразвуковые частоты, которые излучают их антенны, соизмеримы по частотам с некоторыми биологически активными частотами. Пиковая же мощность излучения может измеряться киловаттами.
Выводы делайте сами.
В любом случае, при проходе через «охранные ворота» старайтесь не задерживаться (дабы не получить дозу излучения), и в частности, если система сигнализации сработала (слышен сигнал тревоги), старайтесь выйти из зоны непосредственно влияния антенн, а уже потом разбирайтесь с причиной «сработки» сигнализации.
К сожалению, часто можно видеть обратную картину. Например, срабатывает сигнализация при проходе пожилой женщины через «ворота» системы EAR. Покупательница, услышав сигнал тревоги, недоумевая о причинах такого внимания к ней электроники, останавливается в «воротах» и ждет, пока к ней подойдут охранники. Все это время она находится под облучением высокой мощности, влияние которого на организм человека фундаментально не изучено.
Эти же рекомендации касаются и другого аспекта: старайтесь как можно меньше проходить через эти ворота даже тогда, когда охранники требуют это сделать ввиду поиска активной метки, находящейся где-то на товаре, который вы только что купили. Лучшим решением может быть показ им всех купленных вещей, и пронос через ворота этих вещей по отдельности.

1.4.4. Методы борьбы с EAR

Можно ли подавлять промышленную систему EAR?
Конечно, можно. В частности путем наведения на систему помех от других источников.
Сегодня многие читатели имеют доступ в Интернет, где без труда можно (при желании) найти электрическую схему подавителя противокражной системы EAR. То есть сделать так, чтобы не включалась сигнализация при проходе через «ворота» с покупкой, с которой (по разным причинам) не сняты (не нейтрализованы) акустомагнитные метки.
Правовой вопрос о выносе из магазина неоплаченных покупок я не обсуждаю (именно поэтому не привожу схему подавителя EAR). Важно другое. Даже если лишить противокражную сигнализацию «голоса», это не уменьшит вредоносного воздействия электроники на организм человека – покупателя, при его выходе из магазина (торгового зала).

1.4.5. Как зафиксировать излучение

Для радиолюбителя, который хочет самостоятельно разобраться в проблеме и найти ее лучшее решение, предлагаю самостоятельно зафиксировать излучение противокражных систем, описанных выше.
Для этого необходимо взять с собой в магазин специальный чувствительный прибор, например, сигнализатор – индикатор высокочастотного излучения из набора Мастер Кит NS178.

1.5. Простой звуковой сигнализатор, управляемый логическим нулем

Включение звукового сигнализатора путем подключения к устройству источника питания не всегда допустимо, особенно если звуковым сигнализатором необходимо управлять другим электронным устройством, которое формирует управляющий импульс логического нуля. При этом питание на звуковой сигнализатор поступает постоянно. Такое решение оправдывается тем, что устройство формирователя звукового сигнала собрано на одной микросхеме К561 серии (по технологии КМОП), и ток потребления не превышает 10 мА.
На рис. 1.10 представлена электрическая схема звукового сигнализатора.

Рис. 1.10. Электрическая схема звукового сигнализатора

На входе устройства можно установить кнопку с контактами на замыкание. Согласно схеме (рис. 1.10) сигнал логического нуля подключается к выводу 1 микросхемы DD1 и общему проводу.
Кнопка имитирует подачу на вывод 1 микросхемы DD1.1 сигнал логического нуля.
Схема состоит из генератора инфранизкой частоты на элементах DD1.1, DD1.2 (на выводе 4 микросхемы импульсы с частотой 0,5 Гц) и генератора импульсов частотой 1 кГц на элементах DD1.3, DD1.4.
При сигнале низкого логического уровня на выводе 1 элемента DD1.1 (при разрыве шлейфа охраны) генераторы начинают работать, причем первый генератор управляет работой второго, поэтому на выходе узла (вывод 11 микросхемы DD1.4) пачки импульсов появляются с переменной частотой.
Выходной сигнал с вывода 11 микросхемы DD1.4 можно подавать на вход другой схемы или на усилительный транзисторный каскад, нагруженный, в свою очередь, на пьезоэлектрический капсюль или (если применить усилитель большей мощности) на динамическую головку.
Практическое применение устройство универсально. Звуковой сигнализатор можно применять в устройствах охраны, игрушках, радиосвязи (например, в качестве звукового генератора сигнала «передача» и тонального вызова) и в других всевозможных случаях.
В налаживании данный электронный узел не нуждается.
Источник питания – стабилизированный с выходным напряжением 5-15 В.

1.6. Простой радиопейджер

Пейджер – это устройство, передающее сигнал (в том числе сигнал тревоги) на расстояние. В данном случае приставка «радио» означает передачу сигнала по радиоволнам. Многие современные сигнализации снабжены устройством радиопейджера, в которое входит брелок – извещатель – приемник радиосигнала. В частности такими сигнализациями оборудуют автомобили.
Сегодня можно купить практически все. Те, у кого есть день, как правило, так и делают. Те, кто хочет сделать своими руками – занимаются творчеством. Для творческих натур радиолюбителей предлагаю на страницах журнала простую электрическую схему радиопейджера – устройства, которое передает на расстояние до 0,5 км в прямой видимости радиосигнал «тревога». Владелец автомобиля, имеющий такое устройство, совершенно свободен (в частности, в ночные часы) от вскакивания с теплой постели на «зов сигнализации, по звуку похожей на мою». Повторившим рекомендуемое устройство, нет надобности разбирать «своя или чужая машина запела», услышав сквозь толщу стеклопакетов, как правило, стандартный сигнал автосигнализации. Автопейджер просигнализирует прямо дома, не тревожа соседей резкими трелями.
Рассмотрим электрическую схему пейджера, представленную на рис. 1.11.

Рис. 1.11. Электрическая схема радиопейджера

Передатчик пейджера состоит из генератора и усилителя высокой частоты. Генератор выполнен на транзисторе VT1, усилитель выполнен на транзисторе VT2.
Передатчик пейджера стабилизирован кварцевым резонатором, работающим на третей гармонике кварца 48 МГц (144 MГц).
Контур C4, L1 настраивается на вторую гармонику кварца, контур C5, L2 – на третью гармонику.
Катушка L1 содержит 8 витков провода ПЭЛ-1 диаметром 0,3 мм, катушка L2 – 4 витка того же провода. При этом диаметр обеих катушек 4 мм.
В качестве антенны WA1 применен монтажный медный многожильный провод (с изоляцией) длиной 30 см. Для этих целей хорошо подходит провод МГТФ-1,0.
В точку А (см. рис. 1.11) можно подавать сигнал и от внешних источников (датчиков сигнализации и прочих). Здесь важно, чтобы сигнал в точке А состоял из импульсов звуковой частоты, принимаемой человеком на слух (100-1800 кГц). Этот сигнал «тревога» будет передан в эфир при возникновении соответствующей ситуации. О вариантах практического применения рассказано ниже.
Ограничительный резистор R4, сглаживающий пульсации конденсатор С1 и стабилитрон VD1 являются стабилизатором напряжения генератора автомобиля во время работы двигателя. Если заведомо известно, что устройство будет работать от АКБ или стабилизированного источника питания, эти элементы можно из схемы исключить.
Кнопка с фиксацией SB1 «ВКЛ» включает радиопейджер в режим ожидания. Устройство начнет излучать в эфир радиосигнал при замыкании контактов кнопки SB2, являющейся штатным концевым включателем освещения (активируемым при открывании дверей).

1.6.1. Налаживание

Налаживание проводят с отключенным ВЧ усилителем (временно разрывают точку соединения коллектора транзистора VT1 и переходного конденсатора С6).
Принудительно замкнув контакты кнопки SB1, подают питание, и проверяют генерацию на коллекторе транзистора VT1. При исправных элементах и правильных соединениях устройство в налаживании не нуждается.

Если Вы интересуетесь наблюдением за уровнем статического напряжения в штормовую погоду, грозу, то предлагаемая схема монитора поможет Вам начать. Я был молод, любознателен и всегда интересовался такими явлениями как радиочастотный шум Земли, так же как радиочастотный спектр во время бушующего шторма (бури, грозы). Я также полагал, что, если уж у меня имеются установленные антенны, то если я распознаю вовремя сильное статическое поле, образующееся вокруг меня, то смогу вовремя среагировать на возможный удар молнии (например, заземлить антенны). В одной из разработанных мной схем я применил компаратор, включающий звуковой сигнал тревоги, если напряжённость статического поля (В/м) достигала предустановленного значения.

Я построил много устройств, начиная от ламповых и кончая конструкциями на полевых транзисторах (ПТ) с изолированным затвором, но предлагаемая конструкция превзошла все по надёжности и может оказать неоценимую помощь в случаях, упомянутых выше. Если Вы не найдёте измеритель с нулевой отметкой посередине, я уверен, что Вы приспособите и другие - с нулём на краю шкалы, также как подбором значений деталей схемы сможете адаптировать к предлагаемой схеме любой подходящий измеритель, согласно его импеданса и тока полного отклонения стрелки. Также, Вы можете применить другие типы полевых транзисторов, я же применил полевой транзистор с переходом, с каналом р-типа (JFET).

Одновыходная схема может быть также образована путём присоединения измерителя для измерения тока полевого транзистора напрямую, только не забудьте подключить резистор утечки/смещения к положительному полюсу источника питания с р-канальными ПТ и к отрицательному - с n-канальными.

В этом ракурсе, одной из моих лучших схем за все годы является та, в которой используется n-канальный двухзатворный ПТ с изолированными затворами (MOSFET), например, такой как 40673 с обоими затворами, соединёнными вместе.

Схема

В приведённой схеме, затвор ПТ с р-каналом соединён с общим проводом, поскольку используется двухполярное питание, через очень высокое сопротивление, - я использовал в первой версии 11 Мом. Помните, что такие резисторы не только трудно достать, но это место является камнем преткновения, если в схеме имеется большая утечка. В этом аспекте, лучше всего, оставить затвор в покое и использовать высококачественный новый коаксиальный кабель, подведя его к внешней антенне, обычно, - с ёмкостной нагрузкой. Вам необходимо заняться и устройством защиты от осадков точек конструкции антенны, где возможна утечка энергии на землю, иначе, Вы обнаружите, что Ваш измеритель потеряет чувствительность при первых каплях дождя.

Я использовал 22-дюймовый штырь от антенны (Wilson) с её обычными узлами крепления с двумя гайками на конце для крепления ёмкостной нагрузки и с пластиковым зонтиком для защиты конструкции антенны в нужных местах от влаги.

Подобным же образом, коаксиальное соединение должно быть защищено от влаги – здесь я применил соединители N-типа на антенне и на шасси для измерителя внутри помещения. Что касается высокоомной резистивной нагрузки, я уверен, что, при необходимости, Вы можете изготовить и дома Вам необходимые. Для большой напряжённости поля я использовал в качестве нагрузки потенциометр сопротивлением 10 Мом, который я мог, при необходимости, исключать из схемы. Для этой цели я использовал выключатель с керамическим изолятором, предназначенный для высоковольтных цепей, чтобы снизить утечки, но и более дешёвые типы выключателей в этой цепи работают неплохо. Тип применяемого ПТ некритичен,- я использовал J176 от All Electronics, также от этой фирмы “пришли” ко мне потенциометр в 10 Мом и измеритель.

Что касается источника питания, то его напряжение в 12 В для ЗЧ секции – некритично, но двухполярное должно быть хорошо стабилизированным и поступать преимущественно от другого трансформатора или другой обмотки при сетевом питании, поскольку пики токов от ЗЧ ИМС разбалансируют схему измерителя. В результате эксперимента, я обнаружил, что изменение напряжения смещения ОУ даёт очень чувствительный способ управления балансировкой измерителя, более приемлемый, чем сдвиг показаний измерителя другими способами (например, ручным, механичеким, при стрелочном индикаторе или электронной балансировкой (установкой нуля) - на самом измерителе). Должен заметить, если Вам не удастся достать измерителя с нулём посередине, то Вы можете заземлить один его вывод или соединить его с выводом подстроечного резистора, где выводы этого потенциометра соединены с плюсом и минусом источника питания, например, потенциометра сопротивлением в 5 или 10 кОм. Я это опробовал и всё работало ОК, но больше всего мне понравилась работа измерителя 250-0-250 мкА. Я ещё до сих пор не разработал добротной схемы автоустановки нуля измерителя, обычно, балансировка нарушается при смене полярности, которую можно наблюдать при разрядах молний, также как и в окружающем Вас “мирном” статическом поле. В режиме максимального усиления (чувствительности), Вы можете замечать изменения градиентов поля в ясную погоду на протяжении суток, также как и отмечать грозы на расстояниях за штат (США) от Вас. Одной из проблем, которой страдает эта схема грозоотметчика является необходимость частотой корректировки нуля измерителя, особенно, в положении максимального усиления, связанная со сменой полярности напряжения во время грозы.

Аналоговый измеритель может быть заменён цифровым мультиметром с компьютерным интерфейсом. На рисунке приведён эскиз цифрового мультиметра Velleman DVM345, используемого в качестве передаточного записывающего устройства. (transient recorder). Программное обеспечение позволяет наблюдать графическое изображение величин и сохраняет полученные значение в файле ".dat".

MasView - программный материал для Windows, предоставляемый Velleman (http://www.velleman.be/)

Цифровой мультиметр DVM 345 Velleman с компьютерным интерфейсом.

Чем выше усиление ОУ, или выше входной импеданс цепи затвора ПТ, тем яснее проступает проблема, из-за которой я советую снижать импеданс цепи затвора и, также, усиление ОУ в сильных статических полях. Я также обеспечил ЗЧ доступ от ОУ и смешал этот сигнал с различными уровнями для статических и РЧ сигналов, встроив регулировки громкости (уровня).

ЗЧ часть

Сигнал ЗЧ поступает из простой ИМС типа LM380, Вы заметите взаимодействие регуляторов, если построите всё как показано здесь. Буферный усилитель и схема смесителя были бы полезны, но я старался обойтись здесь минимумом деталей. Хорошим дополнением к выходной схеме ЗЧ был бы эквалайзер (грубо: регулятор тембра), с помощью которого можно было бы сформировать выходную АЧХ устройства и уменьшить уровень помех, таких, например, как фон сети переменного тока.

На этом изображении приведён пример выходного сигнала 0…22 кГц, полученного с помощью программного материала Spectrum Lab Software, разработанного DL4YHF). Начиная снизу-вверх: шум, сигналы типа “spherics”, сигналы станций проекта Alpha, один сигнал CW и множество сигналов RTTY- станций.

РЧ часть

Для РЧ части я использовал старую низкочастотную катушку Tesla, которую я намотал на пластмассовой трубе длиной 4 фута и диаметром 6 дюймов, где я расположил 3000 витков провода. Вы можете возразить, ведь и прямая “верёвочная” антенна работает здесь неплохо, также приемлемо применение укорачивающих элементов, так что катушка - монстр здесь совсем не обязательна, но я хотел принять максимум сигналов на низких частотах, как раз, за счёт высокой добротности катушки, чтобы снизить общее усиление схемы, чтобы, в свою очередь, минимизировать фон питающей сети частотой 60 Гц (в США, у нас – 50 Гц). В этом смысле, длинные штыри, и, особенно, провода являются здесь нежелательными. Сигнал усиливается входным ОУ, имеющим в своём составе ПТ (JFET), избирательность по входу обеспечивается, благодаря малой величине конденсатора, которая позволяет достигнуть высокой чувствительности с минимумом фона 60 Гц. ОУ типа 741 обеспечивает усиление ЗЧ, а другой ОУ 741 используется для питания измерительной головки с током полного отклонения стрелки 500 мкА (с нулём с края шкалы) для индикации уровней РЧ сигналов. Я счёл полезным включить последовательно с измерителем регулятор, чтобы установить его на панели вместе с регулятором усиления ОУ 741, питающего измеритель, это обеспечивает наибольшую гибкость прибору при различных погодных условиях. Этот измеритель очень полезен для определения количества грозовых разрядов в единицу времени в ненастную погоду.

Заключение

Я заметил, что в грозу, освобождение большого количества энергии внутри облаков, способствует появлению неожиданных ливневых потоков, показывающим, что поля внутри облаков удерживают большие массы воды и, когда они, после разряда, слабеют и не могут удерживать воду, она проливается, после ударов мощных молний, как из ведра. Во многом, это - уже общеизвестная истина, которую я постиг много лет назад, читая бессмертные труды Николы Тесла по этой проблеме и заинтересовался ею, посчитал, что, всё-таки, интересно наблюдать за сбором и накоплением энергии и смотреть на появляющийся налицо результат – что же выйдет вскоре из этого.

В общем, схема очень проста, может быть выполнена во многих вариациях, и, надеюсь, Вы найдёте её интересным дополнением к Вашей низкочастотной (сверхдлинноволновой) аппаратуре наблюдения. Мне было бы интересно увидеть воплощение в жизнь идей по автоматической регулировке функции установки нуля измерителя статического электричества, особенно, если реальная схема не нарушает значимую информацию о смене полярности, и в этом свете, я надеюсь услышать разумные идеи от всех читателей. Вы найдёте мой электронный адрес на моём сайте: http://www.shipleysystems.com/~drvel/ , или http://www.bbsnets.com/public/users/russell.clift/index.htm , может быть, Вы что-нибудь захочете послать на этот сайт для всеобщего обозрения. Надеюсь на новые идеи от всех читателей, которые находят проекты, подобные упомянутым выше, интересными.

Russell E. Clift, AB7IF

Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ)