Схема акустического датчика (звуковое реле) на микросхемах CD4069, CD4020
Этот датчик можно применить в системе автоматического управления освещением, чтобы по его сигналу включать свет, если в помещении кто-то ходит или разговаривает, по хлопку в ладоши, или в охранной системе, чтобы реагировать на шум в том месте, где шума быть не должно, да и много других применений ему можно найти.
Главной особенностью датчика является то, что его усилительные каскады выполнены на логических инверторах микросхемы CD4069, переведенных в аналоговый усилительный режим. Этот датчик - ещё одна демонстрация того, как логические микросхемы могут работать в аналоговом режиме.
Схема акустического сенсора
Чувствительный элемент датчика -микрофон М1. Здесь используется миниатюрный микрофон от диктофона, он электретный, к сожалению, тип его не известен (маркировка отсутствует), но с большой степенью достоверности можно утверждать, что здесь можно применить практически любой стандартный электретный микрофон с двумя выводами и встроенным усилителем.
Питание на микрофон поступает через блокирующую RC-цепочку R1-C1, резистор R2 служит нагрузкой его встроенного усилителя. Сигнал через конденсатор С2 поступает на подстроечный резистор R3, которым можно регулировать чувствительность датчика в целом.
Далее, сигнал поступает на усилитель НЧ, выполненный на логических элементах D1.1-D1.3 микросхемы CD4069. Для того чтобы данные элементы работали в усилительном аналоговом режиме цепь из трех последовательно включенных элементов охвачена обратной связью, состоящей из резисторов R4 и R5. Теоретически, коэффициент усиления этого усилителя будет равен делению R5 на R4.
На самом деле, он будет существенно ниже. На элементе D1.4 сделан еще один усилитель, данный элемент в аналоговый режим переведен цепью обратной связи, состоящей из резистора R6.
При наличии достаточного уровня громкости, этот усилитель переходит в режим ограничения и на его выходе появляются хаотические импульсы логической амплитуды, которые через конденсатор С5 поступают на вывод 11 счетчика D2. Цепь C5-R7 эти импульсы преобразует в положительные, и первый же из них устанавливает счетчик D2 в нулевое положение.
Исходным, является такое положение счетчика D2, в котором на его старшем выходе (вывод 3) присутствует логическая единица. При этом, высокий логический уровень с вывода 3 D2 через диод поступает на вывод 13 D1.5. А на элементах D1.5 и D1.6 выполнен мультивибратор, генерирующий импульсы, поступающие на счетный вход счетчика D2 (на его вывод 10).
Пока на вывод 13 D1.5 через VD1 проходит логическая единица, мультивибратор D1.5- 1.6 заблокирован, и импульсы не генерирует.
Если же, уровень звука достаточный для срабатывания датчика, то амплитуда импульсов с выхода D1.4 будет достаточной для обнуления счетчика D2. При этом, на его всех выходах, в том числе и на старшем, устанавливается логический ноль. При этом, диод VD1 закрывается и перестает влиять на вход логического элемента D1.5.
Мультивибратор D1.5-D1.6 запускается и генерирует импульсы, поступающие на вход «С» D2. А логический ноль на выводе 3 D2 зажигает индикаторный светодиод, и служит сигналом к тому, что датчик сработал.
Рис. 1. Принципиальная схема акустического датчика (звукового реле) на двух микросхемах.
Дальше ситуация может развиваться двумя путями. Если звук прекратился, то счетчик D2 посчитает импульсы, генерируемые мультивибратором D1.5-D1.6, и, примерно через 15 секунд, на его выводе 3 установится логическая единица. Светодиод погаснет, а диод VD1 выключит мультивибратор.
Если звук не прекращается, или повторяется чаще, чем один раз в 15 секунд, то счетчик D2 будет периодически обнуляться импульсами с выхода D1.4, и состояния с единицей на выводе 3 не достигнет.
Таким образом, ноль на выводе 3 D2 присутствует столько времени, сколько звучит звук, раздающийся с интервалами не реже чем 15 секунд, плюс еще 15 секунд. Например, если этот датчик должен управлять лампой по хлопку в ладоши, то после каждого хлопка свет будет гореть 15 секунд.
Время 15 секунд некритично, его можно изменить как угодно, для этого нужно изменить соответствующим образом частоту импульсов, генерируемых мультивибратором на D1.5-D1.6 подбором сопротивления R8 или емкости С6.
Детали и их замена
Светодиод HL1 нужен только для демонстрации работы датчика, в реальном устройстве его можно исключить из схемы.
Микросхему CD4069 можно заменить любой из «...4069» или отечественным аналогом К561ЛН2. Микросхему CD4020 можно заменить любой из «...4020» или отечественным аналогом К561ИЕ16.
Напряжение питания может быть от 5 до 15V, но нужно учитывать, что при увеличении напряжения питания усилительные свойства усилительных каскадов на основе инверторов микросхемы CD4069 снижаются.
Тюльгин Ю. М. РК-2016-04.