В одной из зарубежных журналов была представлена схема таймера для варки яиц. Сущность конструкции в таймере, который запускается при нагревании температуры воды выше установленного порога и отработав пять минут, подает прерывистый звуковой сигнал.
Идея автору понравилась, но схема по ряду причин была доработана. В результате всех изменений появилась схема, показанная на рисунке. Применение счетчика К561ИЕ16 сразу решило две задачи по использованию более доступной элементной базы. А именно, сам счетчик К561ИЕ16 более доступен, но в нем нет генератора, поэтому для генератора нужна микросхема К561ЛА7. Но это только два элемента, а два других — тональный генератор, позволивший в качестве оповещателя использовать любой доступный микро динамик или капсюль головного телефона.
Функционально, схема состоит из таймера и термодатчика. Задача термодатчика в определении момента, когда температура воды в кастрюльке достигнет некоторого значения (к примеру, 90°С). После этого датчик запускает таймер, отмеряющий время, которое можно задать в пределах 2…15 минут.
Датчик выполнен на операционном усилителе А1 (в авторском варианте применен импортный ОУ 741, но можно применить и наш, например, К140УД6).
Температура измеряется термистором Rt, который погружается в воду. Здесь можно использовать как термистор (отрицательный ТКС), так и позистор (положительный ТКС). Только в случае применения позистора, R1 и Rt нужно поменять местами. Сопротивление Rt при комнатной температуре должно быть в пределах 5-15 кОм. Более низкое сопротивление приведет к неоправданному расходу энергии источника питания, а более высокое, — к возрастанию влияния электропроводности воды на результат измерения. Термистор соединен со схемой выносным кабелем и опускается внутрь емкости с водой.
Температурный порог устанавливается при помощи компаратора на операционном усилителе А1. Гистерезис задан соотношением резисторов R5 и R6. К разнополярным входам компаратора подключены два делителя напряжения, — один измерительный (R1-Rt), другой установочный (R2-R4-R3). В установочном делителе есть подстроечный резистор R4, которым устанавливают температуру запуска таймера. Результатом регулировки R4 должно быть то, что при температуре ниже установленного предела на выходе А1 должно быть высокое напряжение, сравнимое с уровнем логической единицы. Это напряжение будет удерживать счетчик D2 в нулевом положении, не давая ему считать. При достижении температуры воды заданного порога напряжение на выходе А1 должно стать близким к нулю, таким, чтобы счетчик D2 воспринимал его как уровень логического нуля. Это приведет к запуску счетчика. Запуск счетчика можно сделать и вручную, включив тумблер SB2.
Теперь о схеме таймера. Как уже сказано, запуск таймера происходит подачей на R-вход счетчика D2 логического нуля. В момент включения питания (тумблером SB1), еще когда вода холодная, счетчик установлен в нулевое положение (единицей с выхода А1). При этом, на всех его выходах логические нули и светодиод HL1 горит постоянным светом. После запуска таймера (компаратором А1 или тумблером SB2) счетчик разблокируется и начинает считать импульсы, поступающие на его вход C с выхода мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2. Частота мультивибратора устанавливается плавно переменным резистором R9. На корпусе вокруг ручки переменного резистора наклеена шкала, оцифрованная в значениях времени от 2 минут до 15 минут.
Начинает мигать светодиод индицируя ход отсчета времени. Спустя заданное время (зависящее от сопротивления R9) единица появляется на самом старшем выходе D2 (вывод 3) и это приводит к запуску тонального мультивибратора на элементах D1.3 и D1.4. Мультивибратор вырабатывает импульсы частотой около 1 кГц, которые поступают на транзисторный ключ на VT2. С коллектора VT2 импульсы тока проходят через VT1 на микро-динамик В1, который издает прерывистые звуки. Прерывание создается ключом на VT1, на базу которого поступают прерывающие импульсы с одного из младших выходов счетчика D2. Частота прерывания зависит от величины заданного времени (чем больше заданное время, тем реже прерывания звука) Тон звука зависит от параметров цепи R11-C4, и может быть установлен подбором R11 так, чтобы получилось наиболее приятное звучание, или наиболее громкое (если найти вход в резонанс динамика В1).
Терморезистор можно использовать практически любого типа. Но нужно, чтобы его сопротивление при комнатной температуре не выходило за пределы 5-15 кОм. Соответственно выбирается и сопротивление резистора R1. Терморезистор может быть как с отрицательным ТКС (сопротивление уменьшается при нагреве), так и с положительным (сопротивление возрастает при нагреве). К первому типу относятся такие терморезисторы как серии КМТ, ММТ или СТ1. СТ2, СТЗ. Ко второму типу — СТ5, СТ6, СТ7, СТ8. Если терморезистор с отрицательным ТКС, его включают как показано на схеме, если с положительным, — терморезистор Rt и резистор R1 меняют местами. Если вы не знаете какой у вас терморезистор, это можно определить экспериментально. Измерьте сопротивление терморезистора при комнатной температуре. Затем, опустите его в горячую воду. Если сопротивление уменьшилось, — ТКС отрицательный, а если увеличилось, — положительный.
Терморезистор соединен с прибором двухпроводным кабелем. Его погружают в воду, температуру которой нужно контролировать, но так чтобы терморезистор не касался дна кастрюли (дно может быть более горячим, чем вода). Проще всего укрепить терморезистор подвешенным на поперечине, например, обвязать кабель о ручку ложки, которую класть на края кастрюпи. Длину кабеля, на котором свисает терморезистор сделать такой, чтобы терморезистор был примерно в середине объема кастрюли.
Операционный усилитель можно использовать любой общего применения (К140УД6, К140УД7, К140УД608, К140УД708 и др). Микросхемы серии К561 можно заменить аналогами других КМОП-серий. Например, микросхему К561ЛА7 можно заменить на К176ЛА7, К1561ЛА7. Микросхему К561ИЕ16 можно заменить на К1561ИЕ16. Или использовать микросхему К561ИЕ20. Но это требует соответствующего изменения схемы и понижения частоты мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2 в четыре раза.
Светодиод — любой, но желательно сверхяркий, чтобы его было хорошо заметно. Транзисторы КТ3102 можно заменить аналогичными транзисторами, например, КТ315 или КТ503.
В качестве звукоизлучателя подходит любой микродинамик или акустический капсюль с индуктивностью (электромагнитный или динамический) сопротивлением обмотки не ниже 8 Ом. Можно использовать и пьезоэлектрический звукоизлучатель, но чтобы он звучал в такой схеме параллельно ему нужно включить какую-нибудь индуктивность, например, дроссель индуктивностью не менее 300 мкГн. А можно поступить иначе, — подключить его между одним из входов элемента D1.4 и его выходом. При этом, второй вход D1.4 отключить от выхода D1.3 и подключить к выводу 5 D2. В этом случае, ключи на VT1 и VT2 можно удалить.
Налаживание компаратора заключается только в подстройке R4, так чтобы таймер запускался при определенной температуре воды. Налаживание таймера сводится к подбору сопротивления R8, так чтобы получить нужные переделы установки выдержки. А так же, в градуировке шкалы переменного резистора R9. Желаемый тон звучания можно установить подбором сопротивления R11. Понизить громкость звучания можно включив последовательно В1 резистор, сопротивление которого подобрать.
