ДВА СВЕТОФОРА

Беседы по правилам дорожного движения, проводимые учителями в начальных классах, могут стать более эффективными, если они будут сопровождаться демонстрацией модели автоматически действующего светофора.

Схема возможного варианта такого устройства и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу, показаны на рис. 31. Его основу составляют два реле выдержки времени на тиратронах МТХ-90 (V2, V3).

Сразу после подключения устройства к электроосветительной сети (выключателем S1) загорается красная лампа H1 светофора (ток идет через нормально замкнутые контакты К5.3 реле K5). Начинает заряжаться конденсатор С1 (через резисторы R2, R3) первого реле времени. Через 10...15 с кратковременно сработает реле К1 (на рис. 31,б момент времни t1) и замкнувшимися контактами подаст питание на обмотку реле К4, которое контактами К4.1 самоблокируется, а контактами К4.3 замкнет цепь питания лампы Н2 желтого цвета. Одновременно через контакты К4.2 будет подано питание на второе реле времени. Начнет заряжаться конденсатор С2 (через резисторы R5, R6). Когда он зарядится до напряжения зажигания тиратрона V3, сработает реле К2 (момент времени t2) и подаст питание на реле К5. Срабатывая, реле К5 контактами К5.1 сзмоблокируется, контактами К5.3 разорвет цепь питания лампы H1 красного цвета и подключит к нижнему (по схеме) проводу сети лампу НЗ зеленого цвета. Контакты же К2.2 реле К2 разорвут цепь питания реле Х4, оно отпустит и через контакты К4.3 подаст питание на лампу Н3. Одновременно желтая лампа Н2 обесточится, и будет гореть одна лампа Н3 зеленого цвета. Через нормально замкнутые контакты К4.2 начнет заряжаться конденсатор С1.

В момент времени t3 срабатывает реле К1, затем сработает и самоблокируется реле К4. При этом гаснет зеленый сигнал и зажигается желтый, начнет заряжаться конденсатор С2. А так как к катоду тиратрона теперь подключено реле К3, то через некоторое время (когда конденсатор С2 зарядится до напряжения зажигания тиратрона) оно срабатывает (момент времени t4). Одновременно отпустят реле К4, К5; погаснет желтая лампа Н2 и зажжется красная лампа H1. На этом закончится цикл работы модели светофора и начнется следующий цикл.

Рис 31 Схема (а) и временные диаграммы (б) работы модели светофора

Реле К4, К5, используемые в этом устройстве, — МКУ-48 (паспорт РА4.509.145), реле К1 — К3 типа РЭС-9 (паспорт РС4.524.201). Подстроечные резисторы R2 и R4 — СП-0,5. Лампы H1—Н3 — на напряжение сети 220 В, мощностью 25...60 Вт.

Лампы H1, Н2, Н3 окрашивают цветным цапон-лаком соответственно в красный, желтый и зеленый цвета и помещают в короб с круглыми прорезями.

Можно применять цветные светофильтры, тогда окрашивать лампы не потребуется.

Налаживание модели светофора состоит в том, что резистором R3 устанавливают продолжительность зарядки конденсатора С1, равную 10...15 с, а резистором R6 — продолжительность зарядки конденсатора С2, равную 2...3 с.

А светофор, схема которого приведена на рис. 32, можно установить на игровом перекрестке детского парка, где ребята катаются на велосипедах, педальных автомобилях. Принцип работы такого электронного автомата иллюстрируют временные диаграммы, изображенные на рис. 33.

Логические элементы D1.1—D1.3 образуют генератор, вырабатывающий импульсы с периодом следования около 1 с. Транзистор V1 повышает входное сопротивление элемента D1.1, что позволило использовать в генераторе конденсатор С1 сравнительно небольшой емкости при большом сопротивлении резистора R1. Импульсы с выхода генератора поступают на входы элементов D1.4 и D2.1, работой которых управляет RS-триггер на элементах D2.2 и D2.3. Если на выводе 6 элемента D2.2 напряжение высокого уровня, то импульсы поступают на вывод 4 микросхемы D3, если же напряжение высокого уровня на выводе 8 элемента D2.3, то импульсы подаются на вывод 5 микросхемы D3. Эта микросхема (К155ИЕ7) — параллельный реверсивный четырехразрядный двоичный счетчик, работающий в коде 1—2—4—8. Ее вход R служит для установки счетчика в нулевое состояние, вход С — для предварительной записи в счетчик информации, поданной на входы (на схеме не показаны). В данном случае на вход С постоянно подается напряжение высокого уровня, а на вход R — низкого уровня. При подаче счетных импульсов на вход +1 происходит увеличение числа, записанного в счетчике (прямой счет); если же импульсы подавать на вход —1, то число будет уменьшаться.

Сигналы с четырех выходов счетчика поступают на входы дешифратора D4 (К155ИД3). В любой момент времени на одном из выходов этого дешифратора появляется напряжение низкого уровня, причем номер этого выхода соответствует двоичному эквиваленту числа, поданного на вход дешифратора.

Рассмотрим работу устройства при прямом счете импульсов. Когда на выходе элемента D2.3 напряжение высокого уровня, на выходе элемента D2.2 — напряжение низкого уровня (см. рис. 33). Импульсы с генератора через элемент D1.4 поступают на вход +1 микросхемы D3. При этом происходит увеличение числа, записанного в счетчике, и напряжение низкого уровня появляется последовательно на выходах микросхемы D4. Пока напряжение низкого уровня присутствует на выводах 1, 2...7 микросхемы D4, на выходе микросхемы D5 — напряжение высокого уровня. В это время на выходе элемента D8.1 будет напряжение высокого уровня, сработает реле К1 и своими контактами К1.1 замкнет цепь питания лампы красного цвета (насхеме не показана). Лампы желтого и зеленого сигналов в это время не горят, так как на выходах элементов D7.1 и D8.4 — напряжение низкого уровня. При появлении напряжения низкого уровня на выводах 8, 9, 10 микросхемы D4 невыходе элемента D7.1 появится напряжение высокого уровня, сработает реле К2 и загорится лампа желтого сигнала. Но продолжает гореть и красная лампа, так как на выходе элемента D8.2 напряжение низкого уровня, а на выходе элемента D8.1 — по-прежнему напряжение высокого уровня (заметим: при обратном счете импульсов при напряжении низкого уровня на выводах 8, 9, 10 микросхемы D4 на выходе элемента D8.2 будет напряжение высокого уровня, так как RS-триггер D2.2, D2.3 находится уже в другом состоянии).

Рис. 32. Схема электронного светофора (см. оригинал)

При дальнейшем счете импульсов напряжение низкого уровня появляется последовательно на выводах 11, 12,...,16 микросхемы D4. В это время реле К1 и К2 отпустят, а реле К3 срабатывает, потому что на выходе микросхемы D6 появляется напряжение высокого уровня, и на выходах элементов D7.3 и D8.4 — также напряжение высокого уровня.

Рис. 33. Временное диаграммы работы электронного светофора

Горит лампа зеленого сигнала светофора. Когда напряжение низкого уровня появится на выводе 17 микросхемы D4, триггер на элементах D2.2, D2.3 переключится в противоположное состояние (см. импульс № 16 на рис. 33). Теперь импульсы будут поступать на вход —1 микросхемы D3, и счет будет происходить в обратном направлении. Лампа зеленого сигнала светофора продолжает гореть. Когда же напряжение низкого уровня появляется последовательно на выводах 14, 13 и 11 микросхемы D4, зеленый сигнал «мигает». Это обеспечивается подачей напряжения высокого уровня на выводы 9 и 10 элемента D7.3 и импульсов с генератора на вывод 11 этого же элемента. При появлении напряжения низкого уровня на выводах 10, 9, 8 микросхемы D4 сработает реле К2, а реле К3 отпускает. При дальнейшем счете импульсов загорится лампа красного сигнала. При появлении напряжения низкого уровня на выводе 1 микросхемы D4 триггер D2.2, D2.3 переключается, начинается прямой счет импульсов, и весь цикл работы автомата повторяется.

Частоту генератора, а следовательно, и время горения сигнальных ламп светофора можно изменять подбором резистора R1.

Вместо микросхем серии К155 можно использовать аналогичные микросхемы серии К133. Все резисторы — МЛТ-0,25; конденсатор C1 — К50-6, К53-1 или К50-3; С2 — КЛС, КМ-6, К10-7В. Транзисторы КТ315Б (V1—V4) можно заменить на МП38, КТ312, КТ601 с любыми буквенными индексами. Реле К1—К3 — типа РЭС-10 (паспорт РС4.524.304). Нормально разомкнутые контакты этих реле включают последовательно в цепи питания ламп светофора: К1.1 — с красной, К2.1 — с желтой и К3.1 — с зеленой лампами.

Не следует забывать, что контакты реле РЭС-10 могут коммутировать постоянное Напряжение 30 В при токе 2 А или же постоянное напряжение 250 В при токе 0,3 А. Поэтому желательно применять 36-вольтовые осветительные лампы мощностью 40 Вт, питая их от понижающего трансформатора через двухполупериодный выпрямитель, или же использовать лампы на напряжение 220 В и мощностью до 60 Вт, также питая их постоянным током. Можно также применять промежуточные реле, рассчитанные на коммутацию переменного тока (например, МКУ-48).

Для уменьшения обгорания контактов реле параллельно им следует включить искрогасящие цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных резистора сопротивлением 100...200 Ом и конденсатора емкостью 0,1...0,5 мкФ. Мощность рассеяния резистора должна быть не менее 0,5 Вт, номинальное напряжение конденсатора — не менее 300 В.

Монтаж устройства выполняют на унифицированной печатной плате: выводы элементов припаивают к контактным площадкам платы, а соединения между ними делают отрезками одножильного изолированного провода.

Правильно собранное устройство начинает работать сразу после включения и дополнительного налаживания не требует.

Подумайте: как можно превратить этот светофор в «мигалку»? Такие светофоры устанавливают на перекрестках улиц с небольшим движением транспорта.