Описание работы электрической схемы охранного устройства с автодозвоном по телефонной линии.

В состав схемы входят:

- узел датчика на элементах DD1, R1, R2, C1;

- узел счёта и выбора выходных сигналов (сигнал включения ключа поднятия трубки, сигнал имитации нажатия клавиши «Повтор», сигнал звукового оповещения), собранный на элементах DD3, DD4, DD5, DD2, ключах поднятия трубки VT2, VT3, ключе нажатия клавиши «Повтор» - на VT1;

- стандартная схема телефона-трубки на ИС номеронабирателя с выходом импульсного ключа с открытым стоком (типа 1008ВЖ10) и ИС вызывного узла на микросхеме КР1064ПП1 (элементы DA1, C2, C3, C6, R3, R4, BQ1).

Телефонная часть схемы особенностей не имеет, принцип работы такой схемы на базе микросхемы - импульсного номеронабирателя достаточно широко рассмотрен в популярной справочной радиотехнической литературе, например, в [ 4 ]. Рассмотрим работу узла датчика, счёта и ключей.

Если переключатель SA1 не включён, к телефонной линии подключена схема телефона-трубки, при этом охранное устройство работает в обычном режиме телефона-трубки (принимает вызовы, осуществляет набор номера и т.п.).

При нажатии на кнопку SA1 напряжение питания подаётся на схему, в результате чего происходит зарядка конденсатора С1 (время, необходимое для выхода из охраняемого помещения), и элемент DD1.4 переводит RS-триггер в состояние ожидания (на выходе DD1.1 присутствует логический «0», датчик охраны – нормально замкнутый). При срабатывании датчика (размыкании) на выходе DD1.1 появляется логическая «1», что приводит к запуску схемы счёта на ИС DD2. С выхода 4 DD2 секундные импульсы подаются на тактовый вход DD4, что приводит к появлению на соответствующих выходах DD4 логической «1», которая через RS-триггер на DD5 управляет ключом поднятия трубки на R14, R13, VT2, VT3, а также через ключ R15, VT1 имитирует нажатие клавиши «повтор» телефонной части устройства. При появлении логической «1» на выводе 11 DD4 разрешается подача звукового сигнала с выхода 7 DD2 через C8 на базу VT5 и далее в телефонную линию.

Минутные импульсы, снимаемые с выхода 10 DD2, необходимы для организации цикла работы охранного устройства и через DD5.1, DD5.2 подаются на вход 15 DD4 (для сброса счётчика DD4 и, соответственно, ключей), а также поступают на счётный вход DD3 (для организации подсчёта количества дозвонов до абонента).

После отработки заданного счётчиком DD3 числа дозвонов до абонента (в нашем случае – шесть), через элемент DD1.4 схема приводится в исходное состояние и переходит в режим ожидания.

Практически, для активизации охранного устройства необходимо сделать следующее:

- проложить охранный шлейф от устройства до датчика (микропереключатель или геркон в двери, окнах и т.п.);

- при не включённом переключателе SA1 функции телефона остаются неизменными;

- при необходимости поставить помещение под охрану - набрать номер и дозвониться до выбранного абонента (всё это без включения SA1);

- после чего нажать режим «охрана» переключателем SA1 и в течение 30 секунд выйти из квартиры (замкнуть датчик охраны).

Информация о набранном номере удерживается в памяти 1008ВЖ10 до тех пор, пока на входе устройства – 60 В от реальной телефонной линии. В случае кратковременного разрыва охранного шлейфа (размыкания датчика) устройство автоматически «снимает трубку», шесть раз с интервалом в одну минуту дозванивается до заранее записанного в память номера и подаёт характерный сигнал тревоги.

Главным достоинством схемного решения разрабатываемого устройства является то, что питание схемы осуществляется от напряжения телефонной линии, в связи с очень малым энергопотреблением применённых микросхем, выполненных по КМДП-технологии. Учитывая, что наличие питающего напряжения в современных телефонных линиях очень высока, можно обойтись и без резервирования питания устройства охраны, что в значительной степени удешевляет конструкцию прибора. Кроме того, резервирование питания устройства приводит (при срабатывании системы резервирования) к меньшей помехозащищённости схемы и повышению вероятности ложного срабатывания охранного устройства. В этом отношении разрабатываемое устройство свободно от перечисленных недостатков.

Схема охранного устройства по своим характеристикам соответствует ГОСТ 7153-85 – «Аппараты телефонные общего применения. Технические условия» и может применяться в качестве индивидуального охранного устройства для помещений.

4.4. Расчёт элементов принципиальной схемы.

Электрический расчёт электронного ключа.

Аналоговые ключи предназначены для коммутации аналоговых сигналов от источника на нагрузку с малыми искажениями. Они широко применяются в ЦАП, АЦП, устройствах выборки и запоминания сигналов, для коммутации аналоговых сигналов источников на общую нагрузку и для других целей. Аналоговые ключи могут коммутировать ток и напряжение. В нашем случае необходим коммутатор напряжения.

В цепи для коммутации напряжения нагрузка должна иметь достаточно высокое сопротивление по сравнению с выходным сопротивлением источника сигнала. Реальные аналоговые ключи вносят погрешность при передаче сигнала от источника в нагрузку. Основными параметрами ключа, определяющими величину погрешности, являются: остаточное напряжение на замкнутом ключе, остаточный ток разомкнутого ключа и конечное время переключения. Основной задачей проектирования аналоговых ключей является минимизация перечисленных параметров, и тем самым уменьшение погрешности, вносимой ключами при коммутации сигнала.

Рис. 4.9. Транзисторный ключ с гальванической цепью управления.

Источником питания аналогового ключа служит коммутируемое напряжение U_вх, значение которого может изменяться в широких пределах и достигать весьма малых значений (десятков милливольт). При подаче отрицательного управляющего нарпяжения U_упр< 0 транзистор закрывается, через резистор R_к будет протекать тепловой ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером U_кэ = U_вх – I_к0 R_к U_вх. Пусть под действием отпирающего напряжения U_упр > 0 в базовой цепи проходит ток I_б. Для всех значений коллекторного тока I_к< < β I_б(I_к= U_вх/R_к, β – коэффициент передачи базового тока) транзистор будет насыщен и напряжение U_кэ очень мало. В режиме насыщения коллекторный и эмиттерный переходы открыты, выходное напряжение U_кэ = U_бэ- U_бк. При глубоком насыщении транзистора (I_б β / I_к > 3…4) остаточное напряжение на замкнутом ключе

U_кэ φ _т/β _I+I_б r_эн,

где β _I – коэффициент передачи базового тока при инверсном включении транзистора; φ _т – тепловой потенциал, пропорциональный абсолютной температуре (при 300 К φ _т 26 мВ); r_эн – объёмное сопротивление области эмиттера насыщенного транзистора.

Выходное сопротивление насыщенного транзистора (сопротивление замкнутого ключа) R_вых обычно составляет единицы и десятки Ом и может быть определено по формуле

R_вых ,

где r_кн - объёмное сопротивление области коллектора, насыщенного транзистора.

Рассмотрим влияние цепи управления на свойства ключа. Состояние его определяется уровнем управляющего напряжения U_упр и значением сопротивления R_б. Стоит отметить, что схема может коммутировать как положительное, так и отрицательное напряжение U_вх. При отрицательном управляющем напряжении U_упр' транзистор должен быть заперт (U_бк< 0, U_бэ < 0) и напряжение U_вых= 0. Если на входе действует положительное напряжение U_упр'', транзистор будет насыщен, а напряжение U_вых= U_вх . В насыщенном режиме в схеме установятся следующие токи: I_б = (U_упр'' – U_бэ – U_вх) / R_б, I_н = U_вых / R_н .

Исходя из приведённых формул рассчитаем R_б :

R_б = (U_упр'' – U_бэ – U_вх) / I_б

R_б = (3 - 0, 6 – 0, 4) / 0, 00002 = 100 кОм.