Нетрудно догадаться, что такой автомат предназначен для управления гирляндами ламп, развешанных на новогодней елке. Если сравнительно недавно в переключателях гирлянд устанавливали электромагнитные реле, контакты которых либо включали, либо выключали разноцветные лампы, то сегодня их заменили более надежные коммутирующие устройства — тринисторы, работающие бесшумно и допускающие значительно больший ток нагрузки. С применением таких элементов и построены предлагаемые автоматы переключения гирлянд.

Переключатель одной гирлянды

Иногда на ветвях новогодней елки оказываются развешанными осветительные лампы всего одной гирлянды. Но даже в этом случае можно получить больший световой эффект, если лампы гирлянды будут мигать. А для этого гирлянду нужно подключить к сетевой розетке через детали, показанные на рис. П-10.

В первый момент после включения вилки ХР1 в сеть начинает заряжаться конденсатор С1. Гирлянда EL1 пока не горит. По мере зарядки конденсатора постоянное напряжение на нем возрастает. Как только оно достигает определенного значения, открывается тринистор VS1. Вспыхивает гирлянда ELI, конденсатор разряжается через резистор R1 и открытый тринистор. Последний закрывается, гирлянда гаснет. Вновь начинается зарядка конденсатора, и процесс повторяется.

Гирлянда может быть как готовая, так и самодельная, составленная из последовательно соединенных ламп на общее напряжение 220...250 В при токе потребления не более 0,4 А. Если же будет использоваться более мощная гирлянда, придется заменить диод Д226Б другим, например Д242Б, а также применить тринистор КУ202Л—КУ202Н.

Резисторы — МЛТ-0,5 (R2) и МЛТ- 2 (R1), конденсатор — К50-3 или другой, на номинальное напряжение не ниже указанного на схеме.

Частота переключения (мигания) гирлянды зависит от емкости конденсатора и сопротивления резисторов. Если необходимо плавно изменять частоту переключения, наиболее просто это сделать заменой резистора R2 цепочкой из последовательно соединенных постоянного резистора сопротивлением 6,8 кОм (МЛТ-0,5) и переменного сопротивлением 68 кОм (СП-1).

Детали переключателя разместите в небольшом корпусе, на одной из стенок которого можете укрепить розетку для подключения гирлянды. Вполне пригоден вариант, при котором смонтированные по схеме детали закрывают картоном или плотной бумагой и располагают у основания елки или маскируют на ветвях.

Переключатель двух гирлянд

Чаще на новогодней елке развешивают лампы двух гирлянд. И тогда строят переключатель, который попеременно подключает к сети то одну, то другую гирлянду. Если лампы гирлянд окрашены в разные цвета, елка освещается разноцветными огнями. Управлять двумя гирляндами способен и предыдущий тринисторный переключатель, если вторую гирлянду подключить параллельно тринистору (рис. П-11).

Если гирлянды EL1 и EL2 взяты с одинаковым током потребления, то при закрытом тринисторе они будут гореть вполнакала, а при его открывании гирлянда EL1 засветится полным накалом, в то время как EL2 погаснет.

Выбрав же, например, гирлянду EL1 со значительно большим током потребления по сравнению с гирляндой EL2, можно добиться их поочередного переключения. Когда тринистор открыт, будет гореть гирлянда EL.1. При закрывании тринистора гирлянды окажутся соединенными последовательно, но из-за большего сопротивления гирлянды EL2 напряжение будет падать в основном на ней.

Схема другого переключателя двух гирлянд приведена на рис. П-12. В нем два мультивибратора, каскад совпадения и электронные ключи на тринисторах.

Первый мультивибратор собран на элементах DD1.1 и DD1.2. Частота его колебаний зависит от емкости конденсаторов С1, С2 и сопротивлений резисторов R1—R3. Изменять частоту колебаний можно переменным резистором R1.

Во втором мультивибраторе использованы элементы DD1.3 и DD1.4. Здесь частота колебаний зависит от емкости конденсатора СЗ и сопротивления резисторов R7, R8. Изменяют частоту генерируемых колебаний переменным резистором R7. Частота второго мультивибратора в несколько раз больше, чем первого. Для чего это нужно, станет ясно позже.

Элементы 2И (DD2.1 и DD2.2) второй микросхемы составляют каскад совпадения. На один из входов каждого элемента поступают сигналы с первого мультивибратора, а на другой вход — сигнал со второго мультивибратора. Выходные сигналы элементов управляют электронными ключами на тринисторах VS1 и VS2, в анодные цепи которых включены гирлянды ламп EL1 и EL2.

Как работает этот переключатель? Начнем с момента, когда контакты выключателя SA1 замкнуты. Тогда второй мультивибратор не работает, и на его выходе (вывод элемента DD1.4) уровень логической 1 — он поступает на один из входов элементов DD2.1 и DD2.2. А первый мультивибратор работает, и на его выходах (выводы 11 и 3 микросхемы DD1) поочередно появляется уровень логической 1. Поэтому также поочередно изменяют свое состояние элементы DD2.1 и DD2.2, а значит, открываются тринисторы и зажигаются гирлянды ламп. Иначе говоря, автомат работает как обычный переключатель гирлянд.

Когда же контакты выключателя SA1 разомкнуты (показано на схеме), второй мультивибратор начинает работать. Его сигналы периодически изменяют состояние того или иного элемента каскада совпадения. В итоге включенная гирлянда ламп начинает мигать.

Тринисторы могут быть КУ202К—КУ202Н, а гирлянды ламп — мощностью до 500 Вт каждая. При более мощных гирляндах тринисторы придется укрепить на радиаторы. Кроме указанных на схеме, подойдут диоды Д245А или другие, рассчитанные на выпрямленный ток не менее 3 А и обратное напряжение не ниже 300 В.

Оксидные конденсаторы — К50-6; С1 и С2 можно составить каждый из нескольких конденсаторов меньшей емкости, соединенных параллельно, но при такой замене придется подкорректировать чертеж печатной платы. Постоянные резисторы — МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25, переменные — СП-I или аналогичные.

Часть деталей автомата смонтируйте на печатной плате (рис. П-13) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Показанные на чертеже штриховой линией перемычки монтируют на плате со стороны деталей. Выводы катода и управляющего электрода тринисторов соединяют с соответствующими цепями автомата монтажными проводниками в изоляции. Для питания микросхем желательно использовать стабилизированный источник напряжением 5 В при токе нагрузки не менее 150 мА.

Не исключено и такое решение: соорудить малогабаритную декоративную елочку и развесить на ней две гирлянды ламп от карманного фонаря. Тогда тринисторы не понадобятся и схема упростится (рис. П-14). Теперь нужны будут два мощных транзистора (П213, П216 либо любые из серий П201—П203), два оксидных конденсатора большой емкости, два постоянных резистора да источник питания напряжением 15...18 В — его можно составить, например, из четырех последовательно соединенных батарей 3336.

Наш переключатель гирлянд представляет собой генератор, транзисторы которого периодически открываются и закрываются. Когда, например, открыт транзистор VT1, гирлянда из ламп ELI — EL5 оказывается подключенной через него к источнику питания. Затем этот транзистор закрывается, но открывается VT2 — зажигается гирлянда из ламп EL6—ELI0, а предыдущая гирлянда гаснет. Продолжительность горения каждой гирлянды зависит от емкости конденсаторов и сопротивления резисторов.

Конденсаторы типа К50-6, резисторы — МЛТ-0,5, лампы — на напряжение 3,5 В и ток 0,26 А. Выключатель питания любой конструкции, например тумблер ТВ2-1.

На плате из изоляционного материала разместите основные детали переключателя (рис. П-15): транзисторы, резисторы, конденсаторы. Под «шляпки» транзисторов вырежьте в плате отверстия, а корпус каждого транзистора прикрепите к плате винтами. Оксидные конденсаторы разместите «лежа» и припаяйте их выводы (соблюдайте полярность!) к монтажным шпилькам.

Подберите корпус для переключателя и поместите внутри него плату с деталями и источник питания. Выключатель установите на верхней панели корпуса. Лампы гирлянд, соединенные последовательно, подключите к переключателю тремя проводниками (один — общий, два — от коллекторов транзисторов) длиной не более 0,5 м. Чтобы на проводниках было возможно меньшее падение напряжения, диаметр их медных жил должен быть не менее 0,5 мм. Гирлянду из ламп повесьте на елку только после проверки работы переключателя.

Продолжительность работы источника питания, составленного из батарей 3336, ограничена примерно двумя часами, поэтому оставляйте гирлянду включенной ненадолго. Если же Вы захотите пользоваться переключателем часто и в течение продолжительного времени, соберите выпрямитель и питайте лампы от него. Выходное напряжение выпрямителя может быть 12...20 В при максимальном токе нагрузки до 0,3 А.

Переключатель трех гирлянд

Более эффектно будет освещаться новогодняя елка, на ветвях которой разместятся три гирлянды ламп и каждая из них начнет вспыхивать через определенные промежутки времени. Автомат для такого управления гирляндами можно собрать на транзисторах и тринисторах по схеме, приведенной на рис. П-16. Причем благодаря использованию тринисторов яркость свечения гирлянд удастся изменять не скачком, как, например, в предыдущих устройствах, а более плавно.

Хотя на схеме показаны три гирлянды ламп (EL1—EL10, EL11—EL20, EL21—EL30), для управления их свечением используются всего два одинаковых блока — А1 и А2.

Рассмотрим работу одного из блоков — А1. В него входят релаксационный генератор на динисторе VD1 и регулятор мощности, выполненный на транзисторе VT1, динисторе VD2 и тринисторе VS1. После включения устройства в сеть начинает заряжаться (через резистор R1) конденсатор С2. Когда напряжение на нем достигнет напряжения включения динистора, конденсатор разрядится через динистор и резистор R2. Продолжительность зарядки конденсатора зависит от его емкости и сопротивления резистора R1, а продолжительность разрядки — от его емкости и сопротивления резистора R2. Суммарное время цикла зарядка—разрядка и определяет частоту переключения гирлянд. Для ее уменьшения (когда это необходимо) параллельно конденсатору С2 подключают выключателем SA1 и конденсатор С1.

Выделяющиеся на конденсаторе С2 импульсы релаксационного генератора поступают через резисторы R3, R4 на базу транзистора VT1, участок коллектор-эмиттер которого подключен параллельно конденсатору С4 — он является элементом фазосдвигающей цепочки R6C4.

Пока транзистор закрыт (в начале зарядки конденсатора С2 или в конце разрядки его), конденсатор С4 заряжается быстрее, динистор VD2, а вслед за ним и тринистор VS1 открываются с небольшой задержкой по отношению к началу полупериода сетевого напряжения. Гирлянда ламп EL1—EL10 горит ярко.

По мере нарастания на базе транзистора амплитуды импульса, поступающего с движка переменного резистора R4, транзистор начинает открываться и шунтировать конденсатор С4. Скорость зарядки конденсатора снижается, задержка открывания тринистора возрастает, яркость гирлянды падает. Переменным резистором R2 устанавливают частоту, а резистором R4 — диапазон изменения яркости гирлянды.

Аналогично работает и блок А2, управляющий работой гирлянды ламп EL21—EL30. Но между блоками нет никакой синхронизации, каждый из них работает со своей частотой переключения. Поэтому могут наблюдаться такие моменты, когда обе гирлянды окажутся погашенными, что нежелательно при эксплуатации автомата в затемненном помещении. Вот почему в устройство введена дополнительная гирлянда ламп EL11—EL20, подключенная к выходам обоих блоков через развязывающие диоды VD3, VD4. Если горят основные гирлянды, дополнительная почти не светится. При ярко горящей одной основной гирлянде дополнительная с другой основной оказываются включенными последовательно и светятся вполнакала. Когда же гаснут обе основные гирлянды, вспыхивает дополнительная. При желании дополнительную гирлянду можно обесточить выключателем Q1.

Транзисторы КТ315В можно заменить на КТ312Б, тринисторы КУ201К — на КУ201Л, диоды Д226Б — на другие выпрямительные, рассчитанные на выпрямленный ток не менее 100 мА и обратное напряжение не ниже 300 В. Конденсаторы С1—СЗ — К50-6, С4 — МБМ. Динисторы — указанного на схеме типа, но при монтаже желательно в качестве VD1 использовать тот, у которого большее напряжение включения (это нетрудно определить по амплитуде импульсов между анодом динистора и общим проводом блока). Постоянные резисторы — МЛТ-2 (R6), МЛТ-1 (R1), МЛТ-0,25 (остальные), переменные R2 и R4 — СП-1.

Детали каждого блока (кроме выключателя и переменных резисторов) монтируют на отдельной печатной плате (рис. П-17), которую затем устанавливают внутри общего корпуса — пульта управления. На лицевой панели пульта крепят переменные резисторы и выключатели, а на задней стенке — гнездовые части разъемов XI и Х2.

Гирлянды составлены из последовательно соединенных ламп на напряжение 26 В и ток потребления 0,12 А. Лампы размещают в разборных шарах из цветного прозрачного полистирола наружным диаметром 80 мм, внутренним — около 74 мм. Одна половина шара граненая, вторая — гладкая, с нанесенным на нее зеркальным покрытием. В каждом шаре монтируют по три лампы (в одном шаре, например, ELI, EL11, EL21, в другом— EL2, EL12, EL22 и т.д.), окрашенные цапонлаком в разный цвет. Для крепления ламп вырезают из прозрачного органического стекла держатели (рис. П-18) с тремя отогнутыми лапками. В отверстия лапок лампы ввинчивают в нагретом состоянии цоколем к центру держателя. Все держатели устанавливают в шарах лампами к зеркальному покрытию. Соединительные провода между лампами свивают, концы проводов гирлянд подпаивают к штырьковым частям разъемов Х1 и Х2.

Нетрудно подсчитать, что все гирлянды разместились в десяти шарах, представляющих собой своеобразную «нитку». Конечно, для большой елки число таких «ниток» можно увеличить, включив гирлянды параллельно. В этом случае придется заменить диоды VD3—VD8 другими, рассчитанными на больший выпрямленный ток.

Налаживание устройства начинают с регулятора мощности. Движок переменного резистора R4 устанавливают в нижнее по схеме положение и подбором резистора R6 (если это требуется) добиваются наибольшей яркости свечения гирлянды ELI—EL 10 или EL21—EL30 при проверке соответствующего блока. Гирлянду EL11—EL20 временно отключают выключателем Q1.

Далее проверяют релаксационный генератор. Движок резистора R4 устанавливают в верхнее, a R2 в нижнее по схеме положение. Если генератор работает, лампы гирлянды будут резко включаться и плавно выключаться. При отсутствии колебаний яркости придется подобрать резистор R1. Причем сделать это нужно так, чтобы устройство устойчиво работало как при пониженном, так и при повышенном на 15% сетевом напряжении (его устанавливают с помощью автотрансформатора), а также при любом положении движка переменного резистора R2.

Несколько лучшие результаты удается получить при использовании вместо релаксационного генератора на динисторе мультивибратора на двух транзисторах, собранного по приведенной на рис. П-19 схеме. В этом случае обеспечивается более плавное зажигание и гашение гирлянды, причем этот процесс можно регулировать переменным резистором R16, составляющим с оксидным конденсатором С8 интегрирующую цепочку. Длительность выходных импульсов мультивибратора и частоту их следования можно изменять переменными резисторами R11 и R13 плавно, а постоянными резисторами R10, R12 и оксидными конденсаторами С6, С7 — грубо. Питание на мультивибратор подается с диодного моста VD5—VD8 через гасящий резистор R15, составляющий с конденсатором С5 фильтр, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения.

При использовании мультивибратора придется несколько увеличить размеры печатной платы, чтобы разместить на ней дополнительные детали. Переменные резисторы R11, R13, R16 в этом варианте устанавливают на лицевой панели корпуса автомата.

Возможно, Вы пожелаете управлять регулятором мощности автомата не импульсами генератора (или мультивибратора), а внешним сигналом. В этом случае можете включить в разрыв верхнего по схеме вывода резистора R3 переключатель, подвижный контакт которого будет подключать резистор либо к генератору, либо к разъему, на который предполагается подавать внешний сигнал (конечно, относительно общего провода блока). Тогда при увеличении положительного напряжения, поступающего на разъем, яркость гирлянды будет падать.

Подавая на разъем сигнал звуковой частоты с магнитофона или проигрывающего устройства, нетрудно заставить вспыхивать гирлянду в такт с исполняемой мелодией, т. е. сделать гирлянду светомузыкальной. Возможно, для этих целей придется предусмотреть в цепи входного сигнала начальное смещение, приоткрывающее транзистор VT1.

Другой автомат, схема которого приведена на рис. П-20, также позволяет плавно переключать гирлянды, причем в зависимости от регулировки автомата они будут или плавно загораться и резко гаснуть, или резко загораться и плавно гаснуть. Такой эффект возникает в результате биений между частотой питающей сети и частотой импульсов управления тринисторами, коммутирующими цепи гирлянд.

Автомат состоит из задающего генератора, генератора управляющих импульсов, электронных ключей и тринисторных регуляторов мощности.

Задающий генератор собран на транзисторах VT4 и VT5 по схеме несимметричного мультивибратора с емкостной связью между эмиттерами транзисторов. Выходные импульсы мультивибратора следуют с частотой примерно 300 Гц — ее можно регулировать в пределах примерно 20 Гц переменным резистором R13. Стабильность частоты обеспечивается питанием мультивибратора от параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне VD9 (резистор R7 — балластный).

Триггеры DD1 и DD2 работают в генераторе управляющих импульсов, представляющем собой синхронный счетчик-делитель на 3. Импульсы на синхронизирующие входы триггеров (выводы 12) поступают с задающего генератора. При этом на выходах счетчика появляются импульсы, следующие с частотой 100 Гц. С помощью дифференцирующих цепочек C2R1, C3R5 и C4R5 задние фронты импульсов (они сдвинуты относительно друг друга на треть периода следования импульсов) счетчика преобразуются в короткие отрицательные импульсы, открывающие транзисторы VT1—VT3 электронных ключей. Импульсы же коллекторных токов транзисторов открывают тринисторы VS1—VS3 и включают гирлянды ламп EL1—EL3.

Гирлянды питаются от двухполупериодного выпрямителя на диодах VD1—VD4, включенных по мостовой схеме. Поскольку сглаживающего конденсатора на выходе выпрямителя нет, частота питающего напряжения равна удвоенной частоте сетевого, т.е. 100 Гц. Если частота управляющих импульсов немного превышает ее, то в результате биений обоих сигналов наблюдается плавное нарастание яркости свечения ламп с последующим их резким выключением. При обратном соотношении частот гирлянды включаются резко и плавно гаснут. Переменный резистор R13 позволяет изменять частоту биений в обе стороны от нуля (среднее положение движка резистора) на 5...7 Гц.

Питание на транзисторные ключи и генераторы подается с выпрямителя на диодах VD5—VD8, также включенных по мостовой схеме. Переменное напряжение на этот выпрямитель подается со вторичной обмотки понижающего трансформатора Т1. Выпрямленное напряжение сглаживается оксидным конденсатором С1.

Вместо указанных на схеме транзисторов МП25Б можно использовать другие германиевые или кремниевые транзисторы структуры р-n-р, допускающие ток коллектора до 300 мА и напряжение между коллектором и эмиттером не менее 30 В, а также обладающие коэффициентом передачи тока более 30. В задающем генераторе могут работать другие транзисторы серии КТ315 или КТ312 с коэффициентом передачи не менее 50. Диоды Д246 заменимы на другие, обеспечивающие выпрямленный ток не менее 1 А (для гирлянд мощностью до 200 Вт) и рассчитанные на обратное напряжение более 300 В. Вместо Д226Д подойдут другие диоды этой серии. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, МЛТ-1 (R7), переменный R13 — СП-1. Конденсаторы С1 — К50-6, С2—С4 — КЛС, С5 и С6 — МБМ. Тринисторы, кроме указанных на схеме, могут быть КУ202Л, КУ201Л. Трансформатор питания — унифицированный выходной трансформатор кадровой развертки телевизора (ТВК-70Л2) либо другой готовый трансформатор мощностью не менее 10 Вт и с напряжением на обмотке 11 около 11 В. Подойдет трансформатор и с большим напряжением, но тогда придется более точно подобрать резисторы R2, R4, R6, R7 (установить резисторы с большим сопротивлением).

Часть деталей автомата монтируют на печатной плате (рис. П-21) из фольгированного стеклотекстолита. Выводы катодов и управляющих электродов тринисторов соединяют с соответствующими точками платы монтажными проводниками в изоляции. Кроме того, при использовании гирлянд мощностью более 200 Вт каждый тринистор желательно установить на небольшой радиатор (в этом случае на радиатор устанавливают и мощные диоды VD1—VD4). Выпрямительные диоды и трансформатор укрепляют на отдельной плате из изоляционного материала и монтируют навесным способом. Переменный резистор и сетевой выключатель Q1 устанавливают на корпусе автомата, на задней стенке которого крепят держатель с предохранителем FU1. Для облегчения подключения гирлянд можно укрепить на задней стенке разъемы (они не показаны на схеме) в виде сетевых розеток.

Налаживание автомата сводится к подбору (если это необходимо) резистора R11. Для этого вместо него временно включают переменный резистор сопротивлением 22 или 33 кОм. Движок переменного резистора R13 устанавливают примерно в среднее положение и, перемещая движок дополнительного резистора, добиваются нулевой частоты биений (иначе говоря, остановки переключения гирлянд). Измерив получившееся сопротивление дополнительного резистора, впаивают в автомат постоянный резистор с таким же сопротивлением.