Danas je nabavljen kontrolni uređaj vjerojatno za neku masažnu, relaksacijsku ili medicinsku fotelju sa oznakom MK75 UFO (Univerzalni fotelj) iz 1980-tih godina, sa oznakom slovenskog poduzeća Hmezad Agrina.
Ovo je već treći uređaj sa prepoznatljivim logom i nazivom MK75 porijeklom iz Slovenije na koji smo naišli u našim objavama. Prije toga opisali smo Elektrostimulator Elmag MK75 i Antidecubitus sistem MK75-E5-60. Čini se da su se pod ovim oznakama prodavali električni i elektronički uređaji za neprofesionalne medicinske svrhe, primarno namijenjeni za samostalne kućne terapije.
Vrlo teško je ući u trag točnog porijekla ovih uređaja. Koliko se može povezati, uređaji su proizvedeni i prodavani u suradnji više slovenskih proizvođača, poduzeća i distributera. Osnovna razina je vjerojatno privatno poduzeće Poznik Celje koje je u 1980-tim godinama osnovao Vili Poznik te je i danas prisutno na tržištu. Tvrtka se danas veže isključivo uz proizvode iz područja alternativne medicine, kao što su memorijske vode, radioestezija, orgonit, razni predmeti i flasteri za zaštitu od elektromagnetskog i svih drugih navodno štetnih zračenja općenito. Tadašnje poduzeće Poznik je vjerojatno bilo kooperant poduzeća Hmezad Agrina. To poduzeće pak je primarno bilo orijentirano na poljoprivrednu proizvodnju i strojeve, no čini se da je imalo i više kooperanata za prodaju drugih proizvoda poput TOK Mega Žalec (TOK – Temeljna organizacija kooperantov). Nadalje, marka ELMAG koja se često nalazi uz proizvode MK75 se ne odnosi na hrvatsku uvozničko distributersku tvrtku Elmag koja je osnovana kasnije (1994. godine) nego je to vjerojatno marka za skupinu elektrostimulacijskih i elektroterapijskih uređaja koje je razvijao Poznik Celje.
Za uređaj MK75 UFO nismo našli nikakve podatke, no kućište i dizajn je isto kao i za Antidecubitus sistem MK75-E5-60 koje ima oznaku Medicinska oprema Poznik Celje. Vjerojatno se radi o skupini uređaja za medicinske fizikalne terapije i masaže. Iz prednje ploče se može zaključiti da MK75 UFO osim što kontrolira električne uređaje ugrađene u fotelju (ili navlaku za fotelju) kao što su elektromotori za masažu, vibratori i grijači, vjerojatno uz to kontrolira i svojevrsnu elektroterapiju preko tri krajnje desne kontrole. Također se može kontrolirati jačina zvuka nekog audio ulaza (moguće da je u fotelju bio ugrađen zvučnik ili su se koristile slušalice).
Tiskana pločica sadrži tri logička čipa CD4011 (četiri NAND vrata sa dva ulaza), dva binarna brojača/djelitelja HCF4020 i dvadesetak tranzistora. S obzirom na funkcije sklopa možemo odmah pretpostaviti da se na logičkim čipovima baziraju oscilatori i tajmeri, a tranzistori su za izlazne sklopke, drajvere za LED i slično. Zamolili smo AI 😉 da nam nacrta shemu na osnovu pločice ovog uređaja, kako bi mogli analizirati rad sklopova.
Elektronička shema napajanja.
Odmah se vidi kako u uređaju nema mrežnog napajanja. Mrežne priključnice samo prosljeđuju mrežni napon na fotelju u kojoj se onda nalazi mrežni ispravljač. On na uređaj vraća istosmjerni napon od oko 24-40 V za napajanje elektronike.
Istosmjerni napon se preko regulatora napona stabilizira na 24 V, a zatim se serijskim tranzistorskim regulatorom sa zener diodom snižava na 12 V. Malo čudi što ovdje također nije upotrijebljen gotov regulator (7812). Upotrijebljeni tranzistor 2N1711 sa hladilom može izdržati maksimalno 500 mA kolektorske struje, dok standardni regulatori izdrže do 1 A struje.
Drugi krug regulacije za dobivanje napona od 6 V sadrži dva regulatora. Prvo se ulazni napon snižava na 18 V (7818), a zatim na cca 6 V (7805 + dioda). Postepeno snižavanje napona je potrebno iz razloga što standardni regulatori 78xx serije imaju ograničen maksimalni ulazni napon. Iako prema tvorničkim specifikacijama upotrijebljeni regulatori MC7818C i MC7805CT mogu podnijeti do 35 V ulaznog napona, to svakako uzrokuje i njihovo maksimalno zagrijavanje i ograničava izlaznu struju.
Tako 7805 može dati struju do 2,2 A ako ulazni napon nije veći od 25 V, a hlađenjem se ograničava temperatura regulatora do maksimalno 25°C. No, uz ulazni napon 35 V i pasivno hlađenje (gdje temperatura lako naraste preko 80°C) maksimalna dozvoljena izlazna struja pada ispod 1 A. Upotreba dva regulatora za postepeno snižavanje velikog ulaznog napona je uvijek dobra opcija jer se opterećenje i zagrijavanje raspoređuje na dva regulatora čime ne moramo koristiti velika i nezgrapna hladila.
Potreban izlazni napon je 6 V. Postoje gotovi regulatori za 6 V (7806) no oni se rijetko koriste i teže nabavljaju, pa je stoga ovdje ugrađen više uobičajeni regulator za 5 V (7805). Kako bismo sa regulatorom za 5 V dobili izlazni napon od 6 V, potrebno je potencijal GND pina regulatora (središnja nožica) podići 1 V iznad stvarnog GND potencijala. To se može postići običnim diodama sa padom napona 0,3-0,7 V ili sa zener diodama odgovarajućeg zener-napona. U našem slučaju se koristi obična dioda (dioda nema oznaka ali je prema polarizaciji jasno da može biti samo obična dioda). Obična dioda sigurno ne podiže napon za puni 1 V, no podiže ga dovoljno blizu tome. Mogle su se upotrijebiti i dvije serijski spojene diode čime se podizanje napona udvostručava (za silicijske na cca 1-1,4 V). U svakom slučaju, regulator i dalje na izlazu daje napon 5 V, no tom naponu se pribraja razlika potencijala na GND pinu dobivena diodom, tako da je izlazni napon oko 5,7 V.
Prije regulatora su ugrađena i dva otpornika za ograničenje struje. Vidi se da su tu rađene neke modifikacije, no trenutni otpornici (3 Ω + 47 Ω) se baš ne uklapaju za tu namjenu. Ne znamo koliki je ulazni napon, no možemo pretpostaviti da je negdje u opsegu 24-40 V. To znači da bi ograničenje struje sa otpornicima 50 Ω bilo u rasponu 500 mA (24 V) do 800 mA (40 V). Međutim, otpornici ne bi izdržali takvu struju jer bi disipacija snage na otporniku od 47 Ω bila 10-30 W ovisno o ulaznom naponu, a sam otpornik je dizajniran za snage ne veće od 5 W. To znači da kroz njega može teći struja maksimalno 300 mA. Ovdje ne znamo što se točno spaja na taj izlaz od 6 V i kolika je maksimalna struja tog trošila, no otpornik će se svakako jako grijati na strujama većim od nekih 250 mA. Vjerojatno je izvor napajanja za neki vanjski audio uređaj ukoliko se koristi funkcija GLASBA.
Ostatak sheme smo podijelili na tri osnovna sklopa: elektromagnetski stimulator (ELMAG), kontrola za vibrator i masažu (VIBRATOR, MASER), te kontrola grijača (GRELEC). Ovo su vjerojatno i tri funkcije koje je sama fotelja dizajnirana.
Elektromagnetski stimulator (ELMAG) proizvodi magnetske impulse vjerojatno preko male zavojnice ugrađene negdje u fotelju. Sklop se sastoji od tajmera, oscilatora impulsa i izlaznog tranzistorskog drajvera.
Sam tajmer se bazira na oscilatoru takta sa NAND vratima 1A, 1B (4011), tranzistoru T1 te binarnom brojaču 4020. Oscilator generira takt impulse frekvencije koja je određena RC konstantom R1, R2, C1. Binarni brojač broji te impulse, te će razina na izlaznom pinu 2 (Q13) postati visoka kada izbroji 2048 impulsa. Što su impulsi niže frekvencije, brojanje će trajati duže i obrnuto. To je osnovni princip ovog tajmera.
NAND vrata 1B kontroliraju uključenje i isključenje oscilatora takta. U trenutku kada brojanje završi, pin 2 brojača se promijeni na visoku razinu, čime se izlaz iz invertera 2B promijeni na nisku razinu. Time se na nisku razinu promijeni i ulaz 6 NAND vrata, što znači da će izlazu iz oscilatora (izlaz 4 NAND vrata 1B) uvijek biti visoka razina bez obzira na razinu na drugom ulaznom pinu (pin 5 NAND vrata 1B). Stalna visoka razina na izlazu 1B preko tranzistora T1 zaustavlja rad oscilatora.
Postavljanjem RESET pina 11 na visoku razinu (tipkalo ELMAG), brojač se resetira (izlazni pin 2 je opet na niskoj razini) te brojanje započinje ispočetka.
Kondenzator 100 nF paralelno tipkalu je za „debouncing“ odnosno filtar za moguću pojavu podrhtavanja tipkala prilikom pritiska. Naime, kada se pritisne tipkalo, zbog same mehaničke konstrukcije može doći do višestrukog odskakivanja kontakata prije nego se konačno zatvore. To kod običnih tipkala može uzrokovati nedovoljno „čist“ pritisak prstom, a kod onih sa oprugom može doći do odskakivanja uslijed djelovanja same opruge. Sve su to VF istitravanja koja bi kondenzator trebao kratko spojiti, no u praksi to neće u potpunosti ukloniti sve moguće višestruke kontakte zbog podrhtavanja, pogotovo ako se koriste manje kvalitetna tipkala. Kada se tipkala koriste uz mikrokontroler, onda se isti programira tako da zanemari višestruke brze kontakte uslijed debouncinga.
Visoka naponska razina na izlazu iz brojača kad završi brojanje, odnosno niska naponska razina na izlazu iz invertera 2B, osim što zaustavlja oscilator takta, jednako tako poništava i impulse ELMAG oscilatora preko NAND vrata 2D (ulaz 13). Izlaz iz NAND vrata 2D će uvijek biti na visokoj razini, bez obzira na promjenu stanja na ulazu 12.
ELMAG ocilator sa NAND vratima 2C i 2D je dakle klasični RC oscilator, koji će raditi samo ako je na vratima 2C visoka razina napona napajanja i ako je na vratima 2D visoka razina iz tajmera. Frekvencija impulsa je određena RC konstantom 390 kΩ / 470 nF i jednim od otpornika koji se odabire 5-položajnom sklopkom.
Izlaznim impulsima se preko invertera 3D i tranzistora T3 aktivira indikacijska LED. Kada oscilator ne radi (izlaz na stalno visokoj razini), onda je izlaz iz invertera 3D na niskoj razini i tranzistor T3 je zatvoren te LED ne svijetli. Isto tako, preko serijskog RC filtra 4,7 kΩ / 22 nF impulsi se vode na tranzistorsko pojačalo sa T4 i T5. Ovi tranzistori su u Darligtonovom spoju gdje se ukupno strujno pojačanje može regulirati otpornicima INTENZITETA. Na kolektor tranzistora T5 se vjerojatno spaja neka zavojnica sa feritnom ili metalnom jezgrom, drugim krajem spojena na pozitivni pol napajanja.
Tajmer za kontrolu vremena rada vibratora i masaže je potpuno isti kao i kod ELMAG-a. Razlika je što se izlazni signal za kontrolu ovdje uzima izravno sa izlaza 2 brojača, dakle bez invertera. To znači da će kod niske razine na bazi tranzistora T1 regulacija mora raditi, a kod visoke razine se mora isključiti.
Ako bolje pogledamo kako su vezane tranzistorske sklopke T1 i T2, vidimo da su kolektor T1 i baza T2 na višem naponu napajanja (Vcc), a kolektor T2 na nižem naponu napajanja (+24 V preko regulatora). To znači da će T2 voditi kada je T1 zatvoren. No kada brojač završi sa brojanjem, visoka razina na bazi T1 će otvoriti tranzistor T1, čime će na bazi T2 doći do pada napona i T2 će se zatvoriti. Ovdje se mogao regulacijski krug jednako kao i prethodnom primjeru kontrolirati izravno preko invertera 2A, no čini se da se htjelo napraviti krug koji neće uključiti regulatore ukoliko napon napajanja iz ispravljača padne ispod određene razine.
Jasno vidimo tri kruga regulatora napona. Dva regulatora za funkciju vibratora su kontrolirana tajmerom (jedan tajmer za oba vibratora), dok funkcija masaže radi kontinuirano. To znači da su jedino regulatori za vibratore kontrolirani preko posebne sklopke sa T1 i T2. Moguće da se za vibratore koriste neke elektromehaničke komponente osjetljive na dovoljno visok napon napajanja. Ovdje nema smisla puno nagađati koji električni uređaji i automatika je ugrađena u samu fotelju, no kad bi to znali bilo bi lakše i shvatiti ovaj upravljački elektronički sklop.
Izlazni regulacijski krugovi sva tri kanala sadrže Darlingtonov spoj tranzistora BC107/BD139 kao i dodatni „senzorski“ tranzistor za indikacijsku LED koja će svijetliti proporcionalno podešenoj jačini kanala. Izlazni tranzistori BD139 mogu pojedinačno podnijeti do 1,5 A struje, no sva tri regulacijska kruga se napajaju preko regulatora 7824 koji unatoč tome što je na povećem hladnjaku vjerojatno ne može isporučiti više od 1,5 A struje. Time regulacija po kanalu sigurno ne prelazi 500 mA ili 12 W snage (u praksi vjerojatno i dvostruko manje).
Krug za kontrolu grijača je opet RC oscilator sa NAND vratima u spoju invertera, no ovdje sa jednom modifikacijom. Punjenje i pražnjenje kondenzatora 100 µF se vrši preko potenciometra 250 kΩ koji je spojen tako da se podešava dio otpora koji sudjeluje u punjenju i dio otpora koji sudjeluje u pražnjenju kondenzatora. To omogućuju dvije suprotno spojene diode svaka na jedan kraj potenciometra. Tako će u ciklusu punjenja struja teći kroz jednu diodu i dio otpora Ra, a u ciklusu pražnjenja kroz drugu diodu i dio otpora Rb. Time se onda podešava izlazni omjer pauza/signal (duty cycle), odnosno mijenja se PWM oblik izlaznog signala. Sukladno tome, grijač će dobivati više ili manje efektivne struje i time se više ili manje zagrijavati. Tranzistor BC107 je drajver za indikacijsku led i vjerojatno neki relej grijača ugrađen u fotelju.
Iz svega možemo zaključiti da MK75 UFO kontrolira pet električnih uređaja u fotelji, od čega tri preko tajmera (dva i preko linearnog naponskog regulatora), jednog samo preko linearnog naponskog regulatora i jednog PWM modulacijom upravljačkog napona. U nekim dijelovima je shema mogla biti i jednostavnija (tranzistori u oscilatoru takta), a serijski tranzistorski regulator napona je mogao biti integriranim regulatorom 7812.
Potenciometar GLASBA je samo dvostruki (stereo) potenciometar za neki vanjski izvor audio signala (relaksirajuća glazba), a pripadajuća indikacijska LED se također napaja preko tog audio signala.
Što se tiče samih masažnih i vibrirajućih funkcija fotelje, one više ili manje služe svrsi, no veliki dio elektroničkog kruga otpada na elektromagnetski stimulator koji posve sigurno nema nikakav stvarni učinak na korisnika, osim možda placebo efekta.