Prije šest godina nabavljen je elektronički sklop ugrađen u robusno valjkasto željezno kućište predviđeno za vanjsku montažu, nepoznatog proizvođača i nepoznate namjene. Do danas nismo saznali za što je konkretno ovaj uređaj konstruiran, no činjenica je da se radi o svojevrsnom zvučnom alarmu predviđenom za rad na mrežnom naponu 230 V.
Naš uređaj proizvodi dva isprekidana zvučna alarma, jedan koji se ponavlja frekvencijom cca 1 puta uz sekundi i drugi koji se ponavlja frekvencijom cca 10 puta u sekundi. Alarmi se uključuju dovođenjem mrežnog napona na različite žice, kako slijedi:
- CRNA (x2) – zajednički mrežni vod (nula)
- SMEĐA – brzi alarm (faza)
- PLAVA – spori alarm (faza)
- ŽUTO-ZELENA – uzemljenje metalnog kućišta
Sve ukazuje da bi ovo mogao biti neki kontrolni signalni uređaj koji zvukom upozorava na neku potencijalnu opasnost. To je uobičajeno zvučna signalizacija upozorenja kod rada automatike za otvaranje dvorišnih ili garažnih vrata, električnih rampi, pokretnih traka i slično. S obzirom da se radi o mrežnom napajanju onda je ovo bio alarm za faze rada nekog mrežnog električnog sistema ili stroja, no slične alarme imamo i na teškoj mehanizaciji, viličarima i sličnim radnim strojevima i vozlima.
Dva različita zvučna alarma ovdje se dobivaju preko dva nezavisna i gotovo identična električna kruga koji uključuju mrežni ispravljač i oscilator baziran na integriranom krugu 555 (MC1555G). Čip 555 u svakom krugu je spojen kao astabilni multivibrator, no njegov pravokutni izlaz se ne koristi izravno kao izvor audio signala već kao izvor isprekidanog napajanja za pogon piezo-zujalice. Tako će za vrijeme trajanja signala (napon cca 9,6 V) zujalica zujati, a za vrijeme trajanja pauze zujalica neće dobivati napon pa neće ni zujati. Time dobivamo isprekidati pištav zvuk koji se u jednom slučaju brže, a u drugom sporije izmjenjuje.
Na shemi smo izračunali kakav signal možemo očekivati iz pojedinog astabila 555 na osnovu upotrijebljenih elemenata. Razlika je samo u otporniku na pinovima 6 i 7 čipa 555 koji utječe istovremeno na trajanje signala, trajanje pauze i odnos između ova dva vremena (duty cycle) u rasponu 100% do 50%. Tako se sa otpornikom 8,2 kΩ dobiva izmjena dva stanja (signal – pauza) frekvencijom nešto manjom od 1 Hz (880 mHz), a sa otpornikom od 82 kΩ se frekvencija izmjena povećava na nešto više od 8 Hz (8,3 Hz). Duty cycle se u oba slučaja zadržava na oko 50% (razlika je oko 3%). Naravno, ove vrijednosti nisu kritične za naš alarm, no kad već proučavamo sklop onda je dobro iz njega nešto i naučiti. Zato sada idemo snimiti signale sa oba astabila da vidimo koliko se razlikuju od teoretskog (idealnog) proračuna.
Vidimo da su izmjerene vrijednosti vrlo blizu proračunatima, a razlike su naravno očekivane zbog tolerancije upotrijebljenih elemenata.
Piezo zujalica (buzzer) je japanskog proizvođača Murata sa oznakom 301V. Ista je predviđena za rad na naponu 12 V gdje prema tvorničkim podacima troši maksimalno 16 mA struje. Mi smo izmjerili da naša zujalica troši 14,1 mA na 12 V, odnosno oko 10 mA na našem naponu napajanja od 9,6 V. Inače, zujalica je čujna i na naponu od svega 1 V gdje je potrošnja struje 0,7 mA. U svakom slučaju, ova zujalica ne predstavlja pretjerano opterećenje za čip 555 koji na svom izlaznom pinu može isporučiti i do 200 mA struje.
Princip rada piezo-električne (keramičke) zujalice već smo opisali kod tonskih pozivnika u objavi Žični telefonski aparati. Piezo-pretvornik ima tri izvoda gdje treći izvod služi za generiranje signala za pozitivnu povratnu spregu kako bi se podržavale oscilacije. Naime, znamo da piezo-pretvornik može raditi u oba smjera: ukoliko se na njega dovede izmjenični napon isti ga pretvara u vibracije (zvuk), a ukoliko se na njega djeluje vibracijama isti proizvodi izmjenični napon. U našem slučaju piezo-pretvornik se zapravo sastoji od dva mehanički spregnuta piezo-elementa koji rade na oba načina naizmjenično. Prvo se dovedeni istosmjerni napon na jednom (većem) dijelu piezo-pretvornika pretvara u zvučnu vibraciju, a ta vibracija se istovremeno u drugom (manjem) dijelu piezo pretvornika pretvara ponovno u napon. Ovaj povratni napon se zatim koristi za podržavanje slijedećeg ciklusa kao pozitivna povratna sprega tranzistorskog oscilatora. Time je za čitav oscilator dovoljan minimalan broj elektroničkih komponenti (jedan tranzistor i tri otpornika), a sam piezo-pretvornik vibrira na svojoj rezonantnoj frekvenciji čime se dobiva maksimalna jačina vibracija, odnosno zvuka.
Izvedba jednostavnog dvotonskog alarma ovdje se možda čini malo neekonomičnom jer se koriste dva ista mrežna napajanja i dva gotovo ista elektronička sklopa koji se razlikuju samo u vrijednosti jednog otpornika. Možda se umjesto dvostrukog mrežnog napajanja moglo ići na kombinacije sa relejima, opto-izolatorima, triacima ili sličnim sklopovima koji bi prepoznali prisutnost jedne ili druge mrežne faze te dalje preusmjerili napon na određene sklopove.
No moguće je da time na kraju ne bi dobili ni nižu cijenu ni veću pouzdanost gotovog proizvoda, a konačna shema bi mogla biti složenija nego se na prvi pogled čini. Sve ovisi o samom izvoru kontrolnog napona, da li postoji mogućnost dovođenja stalnog napajanja (mrežnog ili DC) ili dovođenja nekih niskonaponskih kontrolnih signala. Lako se može dogoditi da pokušaj pojednostavljenja nečijeg rješenja elektroničkog sklopa na kraju dovede samo do niza novih komplikacija koje na kraju rezultiraju još složenijim rješenjem od originala. Zato se nekad treba pridržavati poznatog pravila – što je dobro, ne popravljaj 🙂