Дуалколор, или индикатор состояния чего-нибудь

Автор: Сергей Кулагин
Опубликовано 21.04.2015
Создано при помощи КотоРед.

— Городецкий, почему ты так не любишь простых решений?
— У них обычно сложные последствия...

(С. Лукьяненко)

Микроконтроллеры, супервизоры, сумматоры, гравицапы, элдэошки. Кажется, микросхемы вытеснили все. Делать какую-нибудь прикладную схему полностью на транзисторах ныне почти так же странно, как готовить еду на костре - зачем, если есть плита? Я, признаться, тоже "подсел" на микроэлектронные изделия и бессовестно использую их. Но под теперешнюю задачу решил углубиться в старину, хотя сперва смотрел на пачку LM353. Они так призывно смотрели на меня из пакета!

Суть дела в том, что у меня по рабочим делам активно используется паяльная станция YaXun 853. Мотор фена у нее в ручке. Также в ручку встроен геркон, а в подставку, сооветственно, магнит. Когда фен кладется на подставку, "мозг" станции включает обороты вентилятора на максимум и продувает "ствол", чтобы не было перегрева. Эта система, бесспорно удобная, имела свои "глюки". Магнит не всегда "достреливал" до геркона, фен лежал на подставке и жарил на все свои 350 градусов, что не прибавляло мне хорошего настроения. Я поставил магнит помощнее, а геркон выпутал из кучи проводов и успокоил его на дне фена термоклеем, так, чтобы поближе к магниту. Нечеткое определение магнита прекратилось, работать стало удобнее. Второй "ЯХУН" страдал такой же болячкой, но его хозяин не стал проявлять ненужный перфекционизм и просто приспособился.

Тогда же я поближе рассмотрел устройство фена паяльной станции. Моторчик вентилятора в ней 12-вольтовый, турбинкой; геркон "подтянут" к +5В внутри блока паяльной станции, масса у него и у вентилятора (и у термопары) общая. Само собой стало понятно, что в довершение всех доработок, нужен понятный индикатор. С человеческой эргономикой, дабы одним взглядом понять, греется ли фен, или продувается перед выключением

Итак, ТЗ.

Питание - плавающее. В фене нет нормального, жирного источника тока. От подтяжки не запитаешься, иначе контроллер решит, что геркон "на земле" и включит продувку навсегда. От 220 Вольт что-то цеплять страшно, разве что трансформатор тока пришпилить. Муторно. Остается вентилятор, к которому добавить 10-20 милллиампер можно без последствий. Разве что питается мотор импульсами, длительность которых меняется вместе с оборотами. Значит, оставляем этот вариант, а сгладит питание интегрирующая цепь в виде большо-о-о-о-ого конденсатора, который будет подпитывать индикатор в трудную минуту.

Два цвета. Это проще всего для восприятия. Зеленый - нагрев и нормальная работа. Красный - "я продуваюсь, не трогайте меня". Брать сигнал придется с геркона, кроме него мало кто знает, что происходит. Это же четко покажет, правильно ли встал фен на подставку. Лишних дырок сверлить не будем, так что применим двухцветный светодиод 3 мм. У него еще молочный белый корпус, обойдемся без рассеивателей. Никаких органов управления - зачем усложнять?

Минимальный габарит. В фене не так много места.

После инспекции содержимого черепной коробки и старых блокнотов родилось вот такое:

Перед вами обычнейший триггер Шмитта. Упрощенный до нельзя. Коллеги шутят, что после атомной войны на Земле останутся тараканы и триггеры Шмитта, они неубиваемые. Как писали раньше в инструкциях к приемникам, "устройство собрано на четырех транзисторах и полупроводниковом диоде".

Работает оно так. Допустим, фен лежит на подставке. Затвор транзистора VT1 прижат к земле, транзистор закрыт. В точке А напряжение около 3В, транзистор VT2 открыт положительным напряжением на базе, VT3 закрыт, VT4 открыт. Коллекторный ток VT4 зажигает красный кристалл светодиода. Как только мы снимаем фен с подставки, транзистор VT1 открывается, закрывает VT2, VT4. Открывается VT3 и светится зеленый кристалл светодиода. Оба  положения устойчивы, никакой паразитной засветки нет.

Питается индикатор от вентилятора через диод VD2, энергия накапливается в конденсаторе С1. Практически, изменение оборотов фена по условной шкале от 1 до 10 не приводит ни к заметному изменению яркости диода, ни к сбоям. После окончания продувки схема работает еще полсекунды на запасенной энергии и индикатор гаснет.

В качестве VT1 использован полевой транзистор, поскольку он управляется не током, а напряжением. Не потребляя ток из схемы паяльной станции, он никак не может повлиять на ее работу. Резистор R2 нужен, чтобы транзистор VT1 не открывался почем зря и не "слушал радио". Это один из способов повышения помехоустойчивости. Обычно этого достаточно, но если начнутся глюки, можно параллельно ему воткнуть конденсатор на 10-22 нанофарады.

Конструкция также проста, как и схема. Я использовал привычные мне детали. Транзисторы общего применения 850C/860C, SMD-резисторы 0603 (0805 для R6), выводные диодик и конденсатор, стянутые из старых плат. Индикатор - двухцветный диод с общим катодом.

Плату не травил. Взял тонкий стеклотекстолит, и прорезал дорожки ножиком под детали. Выглядит не очень, но этот способ вполне оправдан для простых схем. В качестве бонуса получил минимальный габарит 9 x 20 мм, в точности, как электролит С1. Этот электролит вместе с диодом стоят на другой стороне платы.

Как расположены детали, лучше видно на рисунке (обозначение резисторов по их номиналу, как на корпусе). Sprint Layout рисовал уже постфактум, так что размеры могут немного не совпадать с моими. Эстеты могут и протравить плату, под свои детали, файлик прилагается.

Подключается индикатор к фену не просто, а очень просто. Питание берем с вентилятора. Потом вызваниваем "общий провод" геркона и черный провод мотора. Второй провод геркона (у меня синий) соединяем со входом индикатора.

Как говорили, схема работает сразу, без настройки. Транзисторы VT2 и VT3 могут быть любые - КТ315, КТ503, 3102 и импортные 2SC945, 2N2222. Ну и комплементарные пары к ним - КТ361, КТ502, КТ3107, 2SA1015. Смело ломайте бабушкин телевизор, там наковыряете и не таких подарков судьбы. Ну а на будущее 850/860 надо иметь. Стоят копейки, характеристики отличные, hFE 400 и выше, рекомендую.

А бонусом подскажу еще одно применение индикатора, и не одно. Во-первых, это отличный индикатор состояния любого датчика. Высокий и низкий уровни отображаются разными цветами. Ничего переделывать не надо, может только питание застабилизировать на уровне 6 - 10 Вольт. Во-вторых, без полевого транзистора VT1 это готовый индикатор разряда батареи, который горит зеленым светом при нормальном питании и красным, если батарейка села. Чтобы переделать этот индикатор в сигнальное устройство, из него нужно исключить элементы VT1, R2, R1, а емкость конденсатора С1 уменьшить до единиц микрофарад. Номиналы резисторов R3 и R5 нужно подобрать так, чтобы триггер переключался при определенном напряжении питания. Проще всего R5 заменить подстроечным резистором и подрегулировать на ходу, в "живой" схеме.

Файлы:
Чертеж платки в Sprint Layout
Схема в SPlan

Все вопросы в Форум.