Сейчас очень распространены электрические детские игрушки, питающиеся от аккумулятора или гальванической батареи, обычно напряжением от 4 до 6V. Но дети часто оставляют такую игрушку, забыв выключить и она работает пока не разрядится источник
питания.
Чтобы этого не происходило игрушку можно оснастить встроенным простым реле времени, которое будет ограничивать продолжительность непрерывной работы. На рисунке здесь приводится схема такого реле времени. Оно потребляет ток не более 300 мкА, но может управлять нагрузкой током до 50А. Такое реле времени может понадобиться и для каких-то «взрослых» целей.
Схема показана на рис.1. Для включения служит кнопка S1. После её нажатия нагрузка включается, а после отпускания начинается отсчет времени, по истечении которого нагрузка выключается. Схема состоит из время-задающей RC- цепи R1-C2, триггера Шмитта на микросхеме D1 и выходного ключа на мощном полевом транзисторе VT1. В исходном состоянии конденсатор С2 разряжен, напряжение на нем соответствует логическому нулю, поэтому на выходе элемента D1.1 – единица. На этом элементе, собственно, и сделано реле времени.
Остальные три элемента микросхемы D1 включены параллельно и служат «драйвером – инвертором» полевого транзистора VT1. Поскольку схема на D1.2-D1.4 инвертирующая, то на соединенных вместе выходах элементов D1.2- D1.4 будет логический ноль. Транзистор VT1 будет закрыт и нагрузка выключена. Когда нажимаем кнопку S1 её контакты замыкаются и через них и токоограничивающий резистор R2 заряжается конденсатор С2. Так как сопротивление резистора R2 мало, конденсатор заряжается быстро до напряжения, соответствующего логической единице.
Теперь на входе элемента D1.1 логическая единица, а на его выходе – ноль. На выходах элементов D1.2-D1.4 – единица, которая поступает на затвор полевого транзистора VT1 и открывает его. Нагрузка включается. Пока кнопку держат нажатой напряжение на конденсаторе С2 не меняется. Но после отпускания кнопки её контакты размыкаются, и конденсатор С2 начинает медленно разряжаться через резистор R1. Напряжение на нем постепенно снижается и в какой-то момент достигает уровня логического нуля.
На выходах элементов D1.2-D1.4 также устанавливается логический ноль, и транзистор VT1 закрывается, нагрузка выключается. Конденсаторы С1 и СЗ блокировочные по цепям питания, они повышают стабильность работы, если в нагрузке есть какая-то электроника (например, радиоприемный тракт, если игрушка с радиоуправлением).
Деталей очень немного, и они собраны объемным монтажом используя как «плату» микросхему D1. Практически все припаяно на ней, на её выводах как на монтажных стойках. Если ток нагрузки не более 5 А, то такой вариант вполне приемлем. Если же ток нагрузки существенный, нужно будет транзистор VT1 снабдить радиатором и его монтаж
выполнить более толстым монтажным проводом, ну или сделать все на печатной плате.
Продолжительность включенного состояния нагрузки зависит от емкости конденсатора С2 и сопротивления резистора R1. Так же очень существенно влияет и ток утечки конденсатора С2 (чем он больше, тем меньше время). На втором рисунке показана модернизированная схема, в которой есть имитатор полицейской мигалки, сделанный на двух сверх ярких светодиодах HL1 и HL2 красного и синего цветов. Мигалка мигает пока нагрузка включена.
В схеме на рисунке 2 два логических элемента D1.3 и D1.4 работают в схеме мигалки. Так как они отключены от элемента D1.2 нагрузочная способность микросхемы на затвор полевого транзистора VT1 стала хуже. Хотя сопротивление затвора полевого транзистора и стремится к бесконечности, но имеет место емкость затвора. особенно значительная у мощных полевых транзисторов с низким сопротивлением открытого канала, как тот что используется здесь.
Поэтому, хотя статический ток управления и равен нулю, но ток на заряд и разряд этой емкости уже существенен. В первой схеме три выхода элементов были соединены вместе, что увеличивало мощность. Здесь же, в схеме на рис. 2, полевым транзистором управляет один элемент, поэтому между его выходом и затвором транзистора включен резистор R3, ограничивающий бросок тока управления.
Что касается схемы магалки, на элементе D1.3 сделан мультивибратор, генерирующий импульсы частотой около 2Гц. Но, этот мультивибратор работает только тогда, когда на вывод 8 D1.3 поступает напряжение логической единицы. Этот вывод подключен к конденсатору С2. Поэтому мультивибратор работает только тогда, когда на С2 напряжение логической единицы, то есть, только тогда, когда включена нагрузка. Когда нагрузка выключена, то есть, на С2 напряжение логического нуля, мультивибратор не работает и на выходе элемента D1.3 – логическая единица.
В результате, когда нагрузка включена мигает светодиод HL1. Второй светодиод HL2 должен мигать так, чтобы он горел, когда HL1 гаснет, и гас когда. HL1 горит. Поэтому он подключен к выходу D1.3 через инвертор на элементе D1.4. А чтобы оба светодиода гасли, когда нагрузка выключена, вывод 12 элемента D1.4 соединен с выводом элемента D1.3.
Частота мигания светодиодов зависит от емкости конденсатора С4 и сопротивления резистора R6. Светодиоды HL1 и HL2 можно применить любые, но желательно чтобы они были сверх яркими. Иначе яркость свечения будет недостаточной. Один светодиод должен быть синим, другой красным. Все конденсаторы на напряжение не ниже 10V.
