РадиоКот :: Самодельные ультразвуковые отпугиватели собак
Например TDA7294

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Генераторы >

Теги статьи: Отпугиватель собакДобавить тег

Самодельные ультразвуковые отпугиватели собак

Автор: C-K
Опубликовано 03.08.2022
Создано при помощи КотоРед.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данная статья посвящается моим соседям бессовестным собачатникам, которые в своё время загнали меня в реанимацию, вынудили искать новое жильё и вообще поспособствовали разрушению моей семьи.
Пока решается вопрос с моим переездом (по определённым причинам не быстро), я начал искать способы спасения от постоянного лая и днём и ночью, пока живу на старом месте.
Начал проводить эксперименты с ультразвуком, благо для опытов соседями были предоставлены две дурные собаки (на момент написания статьи уже 7-я и 8-я по счёту).

Результаты экспериментов получились интересные, потому я решил ими поделиться.
Надеюсь, что мои наработки помогут кому-то отстоять своё право на жизнь в собственном доме, так как помощи от властей можно не ждать, проверено.

Примечание.
К сожалению, будет много текста, так как нюансов очень много.
Советую читать всё, так как в каждой строке будет полезная информация.
Специалистов прошу не судить строго за огрехи в терминологии, я простой радиолюбитель самоучка, моё дело не запудрить мозги, а подать суть.

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ

Я обязан озвучить то, что описываемые в данной статье технические решения не предназначены для использоваться против людей и не задумывались как средства издевательства над животными.

Даже если вы настроили всё идеально, частота излучения выше слышимого человеком диапазона, гармоники подавлены, то как показывает практика, всё равно, с близкого расстояния воздействие на людей происходит.
К ультразвуку очень чувствительны женщины и особенно дети - помните об этом.

КОГДА УЛЬТРАЗВУК НЕ ДЕЙСТВУЕТ НА СОБАК

Если уж вас жизнь довела до использования спецсредств, то знайте, ультразвук не панацея.
Будьте готовы к тому, что ультразвуковые пугалки могут не помочь по разным причинам.

1. собаке некуда убежать, она привязана или на ограниченной территории.
2. собака лает на явное нарушение территории и будет до последнего выполнять свой долг.
3. собака завелась и за своим лаем ультразвуковую пугалку просто не слышит.
4. собака с пониженным слухом или смещённым слуховым диапазоном.
5. собака не воспринимает ультразвук из-за маскирующего городского шума.
6. собака просто привыкла и поняла, что пищит но не кусает.
7. собака просто чёкнутая или бешеная.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Осциллограф.
Понадобится для контроля формы и уровня сигнала.
Если вам нужен грязный и раздражающий всех (и людей и животных) сигнал с кучей гармоник в звуковом диапазоне, то можно подавать на излучатель прямоугольный сигнал (меандр).
Если нужен "чистый" ультразвук, то лучше сделать на генераторе синус, за одно и выходному каскаду генератора будет полегче - меньше нагрев.
Как сделать из меандра синус, будет сказано ниже, при описании схем генераторов.

Ультразвуковой генератор.
Можно использовать собранный по одной из схем данных мной в статье.
Помимо прямого назначения, он ещё понадобится для подбора излучателей по звуковому резонансу и для настройки ультразвуковых фазированных решёток (далее УЗФР).
УЗФР - не совсем уверен в правильности названия, но пусть будет так.
:-)

Смартфон с приложением SmarterNoise Pro.
Очень хорошее приложение, но платное (есть бесплатная версия).
Пишет видео места замера, накладывает на картинку результаты в виде линейного графика или спектра, фиксирует координаты (адрес) места замера и прочее.
Помним, что эффективность приложения зависит от качества микрофона на смартфоне.
К сожалению, выше 22 кГц смартфоном измерить не удастся, но иногда это и не нужно.
Всё что выше, придётся контролировать УЗ-микрофоном.

Ультразвуковой микрофон.
Я использовал SPU0410LR5H-QB который работает до 80 кГц.
Вот картинка из даташита.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очень хорошие параметры, но очень маленькие размеры - для его подключения придётся делать переходную плату.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Микрофон приклеивается по середине площадки контактами вверх.
Аккуратно припаиваются проводники, главное не залепить припоем приёмное отверстие.

Внимание!
Пайка с заземлением - как показала практика, микрофон боится статики, я первые два шутки по незнанию загубил.

Примечание.
Микрофон уже имеет встроенный предусилетль, потому делать какие-то дополнительные усиливающие каскады не требуется.
Нужно подать на него питание и снять с него сигнал на осциллограф, всё.
Я сделал вот так.

 

 

 

 

 

 

 

Позже, я отказался от питания 12V отдельным шнурком и запитал микрофон от отсека с двумя батарейками по 1,5V.
Получился выносной блок микрофона с одним только коаксиальным кабелем к осциллографу.

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ

В продаже имеются широкополосные излучатели East.
У каждой модели есть свои плюсы и минусы, например (по памяти):

W-03 - самый "грязный", даёт много гармоник в слышимом диапазоне.
W-06 - самый громкий.
W-08A - самый широкий диапазон с несколькими резонансами.
W-08B - самый "чистый", с минимумом гармоник в звуковом диапазоне.

Звуковые резонансы излучателей.
Для оптимальной работы излучателей желательно знать частоту их звуковых резонансов.
Именно звуковых а не электрических.
Для определения, я использовал один из изготовленных УЗ-микрофон упомянутый выше
и УЗ-генератор собранный по одной из схем данной в конце статьи.

В моём случае результаты получились примерно такие:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание.
Данные измерений приведены исключительно для демонстрации того, что просто так подавать какой-то наугад сигнал на излучатель можно, но не продуктивно.
Работать с максимальной отдачей он будет только на одной из частот звукового резонанса.
Или подавать на излучатель плавающую частоту, тогда он так и так "заведётся" на каком либо из своих резонансов.

Не рекомендую ориентироваться на приведённые мной цифры, так как в ваших излучателях, резонансы скорее всего будут другие, не поленитесь и измерьте самостоятельно.

Размах сигнала генератора.
Как показала практика, при увеличении уровня сигнала на генераторе выше 10V, уровень звукового давления на излучателях приведённых выше не увеличивается.
По смартфону, более 85 db(A) (на расстоянии 10 см.) выжать из этих излучателей мне не удавалось.
Видимо не зря в даташитах максимум подаваемого на них сигнала указан 10V.

Примечание.
Схемы генераторов приведённые мной ниже, питаются напряжением 12V и выдают сигнал размахом примерно 20V.
В принципе ничего излучателям не делается, но если нужно уменьшить жручесть устройства, то можно уменьшить уровень сигнала до рекомендуемых 10V, путём уменьшения питающего напряжения примерно до 6V.

Особенности излучателя W-06 (без индекса A).
Он имеет пластиковый диффузор в отличии от остальных бумажных.
Такой излучатель может пригодится для использования в сыром влажном месте.
Но есть и минус, как мне показалось, пластиковый диффузор на морозе дубеет и эффективность излучателя падает.

Корпус для размещения излучателей.
Размеры излучателей позволяют устанавливать их в уширения пластиковых сантехнических труб 40 мм. (для W-03A - 50 мм.) или соединители для них.

Вот пример установки двух излучателей W-03A в соединитель для труб 50 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рекомендую защищать излучатели от всякой живности сеточкой.
Вот здесь на фото видно сеточку, посаженную на герметик по периметру.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание.
Из таких трубных соединителей с пробками получаются крепкие и герметичные боксы для плат генераторов.

Парное использование излучателей.
Так как генератор всё равно будет плыть по частоте в зависимости от окружающей температуры и питающего напряжения, то строго попадать на частоту максимальной отдачи излучателя он не будет.
Да и теоретически сами излучатели могут менять свои резонансы в зависимости от погоды.

В парном исполнении, рекомендую устанавливать излучатели разных моделей.
Там где не сработает звуковой резонанс одного излучателя, сработает резонанс другого.

Иногда удобно применять пластиковые трубные уголки.
Вот показан вариант скрытой установки под крышу из волнистого шифера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А вот излучатели в раздельном исполнении, смонтированы в уширениях трубы 40мм.
Излучатели внутри разной модели.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕЗОНАНСНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ

Самые распространённые резонансные излучатели, это TR2516T1 где цифра 25 это частота в килогерцах, цифра 16 диаметр корпуса в миллиметрах.
Это излучатели которые работают строго на одной резонансной частоте (около 25 кГц), в отличии от широкополосных упомянутых выше.

Примечание.
При заказе излучателей, на путать с TR2516R1 - это приёмники, у которых в схожем названии последние два символа - R1.
Часто излучатели и приёмники продают парами для разных поделок.
У излучателей маркировка на корпусе T25 (или 25T), у приёмников R25 (или 25R).

(Далее для упрощения, излучатели TR2516T1 я буду называть как T25.)

Для наших задач требуются только излучатели и МНОГО, потому лучше заказать сразу партию из 20, а ещё лучше 40 штук (спокойно продаются отдельно).
Зачем так много?
А затем, что они нужны для сборки упомянутой мной ранее УЗФР (ультразвуковой фазированной решётки).
Для сборки максимально качественной УЗФР потребуется из партии выбрать излучатели с одинаковыми параметрами.

Звуковой и Электрический резонансы.
У излучателей T25 имеются два резонанса, электрический и звуковой.
На электрическом он максимально возбуждается от генератора, а на звуковом он отдаёт максимальное звуковое давление.
При этом, звуковой резонанс всегда ниже чем электрический, разница от 100 Гц до 500 Гц.

Так как в УЗФР необходимо достичь максимального ЗВУКОВОГО давления, то и излучатели необходимо подбирать по звуковом резонансу с помощью УЗ-микрофона.
Подбирать по электрическому резонансу бессмысленно.

Размах сигнала генератора.
В отличие от упомянутых выше широкополосных излучателей, уровень звукового давления излучателей T25 всё же зависит от уровня сигнала генератора.
Как говорит Интернет, излучатели T25 терпят размах сигнала до 60V, так что имеет смысл побороться за увеличение мощности генератора, о чём и будет рассказано в конце статьи, где будут описаны схемы генераторов.

Фазированный ультразвуковой излучатель.
Не буду вдаваться в теорию построения ФАР (фазированных антенных решёток), научных трудов достаточно, принцип построения УЗФР аналогичен.

Центры излучателей размещаются на расстоянии кратном длинне звуковой волны.
Длинна ЗВУКОВОЙ (не электромагнитной) волны частотой 25 кГц равна 14 мм.
Так как корпус излучателя 16 мм, то выдержать это расстояние нельзя, потому они размещаются на расстоянии 28 мм.

Я опробовал три конфигурации размещения излучателей в УЗФР:
1. излучатели в одну линию (8 шт.)
2. излучатели в матрице 4х4 шт.
3. излучатели в линию один за другим, паровозиком (8 шт.)

Подробнее о каждом варианте далее.

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ФАЗИРОВАННЫЕ РЕШЁТКИ

УЗФР - излучатели в одну линию (8 шт.)
Излучатели расположены в одну горизонтальную линию.
В пространстве, звуковые максимумы получились в виде вертикальных полос, "плоских лучей" расположенных зеброй.
Центральные полосы самые мощные, к краям полосы слабеют.
При этом, каждая полоса имеет максимум по середине и убывание мощности к концам.

Ниже на фото показан творческий процесс.
Ультразвуковой микрофон подключён к осциллографу и расположен в дальнем конце комнаты.
Излучатели припаивались одной ножкой на общий провод в виде куска текстолита.
Вторые ножки излучателей с помощью проводов так же соединялись вместе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В таком исполнении очень удобно экспериментировать с расстоянием между излучателями.
Излучатель на проводе перемещается второй ножкой по текстолиту, и найдя максимум сигнала припаивается в том месте.

А вот уже полноценная законченная конструкция.
При добавлении рупора, мощность излучения усилилась во много раз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На предоставленном фото рупор динной 30 см.

Рупор начинает работать уже при его длинне в 15 см, но по теории, чем он длиннее тем больше дальнобойность.
Экспериментально было установлено, что максимальная мощность достигается при угле раскрыва рупора, примерно 12-13 градусов.

Вот листик, на который были перенесены контуры реально работающих коротких рупоров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обращаю внимание, что излучатели установлены не строго по оси рупора, а смещёны к одному из его бортов.
В таком исполнении отдача была максимальной, объяснять этот эффект я не берусь.

Далее на фото видно, как виртуально за счёт отражения на стенках рупора увеличивается количество излучателей - вместо 8 излучателей мы видим аж 24...
Понятно, что принцип увеличения мощности в рупоре не в визуальном увеличении излучателей, но всё же интересно...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Такой плоский рупор полезен для скрытой установки в узкие пространства.
Или если нужно закинуть дистанционно "плоский луч" в узкое длинное пространство.

УЗФР - излучатели в матрице 4х4 шт.
Описание диаграммы направленности даётся для голой (без рупора) матрицы 4х4 смотрящей в открытое пространство.
Даже в таком голом исполнении, формировался ярковыраженный пучок лучей.
Чем ближе к оси излучателя, тем мощность отдельно взятого луча выше.
Так же было замечено, что лучи имеют разную интенсивность на протяжении своей длинны.
Утрированно, один луч даёт максимум на 5 метрах, а соседний через 5,05 метров.
Интерференция, чтоб её...

Рупор для матрицы 4х4 не делался из-за того что в моих условиях разместить его где-то под крышей не представлялось возможным, а устанавливать его на виду не хотелось, да и водосборник получился бы хороший, так как направлять его надо было вбок и немного вверх.

Так же, была отброшена идея направить излучатель находящийся в непромокаемом корпусе вниз на отражающую пластину "зеркало" которая отражала бы сигнал вбок и чуть вверх.
Это по габаритам получалось бы слишком монстороидально, некрасиво, палевно...
Нужно было сделать компактный всепогодный вариант.

И так, идея была в следующем, сделать каждому излучателю персональный отражатель.
Сами излучатели располагаются диффузорами вниз и не собирают осадки.

Вот тут на фото видно, что я имею ввиду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Идея была реализована, на фото ниже готовый вариант.
Внутри непромокаемой коробки ещё установлена плата генератора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уже позже, я сообразил, что данная конструкция имеет огрехи в расчётах.
Так как печатная плата делалась с расстояниями между центрами излучателей 28 мм, что правильно для матрицы работающей без наклона, то при наклоне, во первых визуально уменьшилось расстояние между горизонтальными рядами излучателей (уже не 28 мм.) и сами ряды излучателей сместились относительно друг друга в глубь.

Что там происходило с фазировкой не известно, но как-то это всё заработало даже без рупора.
Данная конструкция была чисто экспериментом на интерес.

УЗФР - излучатели в линию один за другим, паровозиком (8 шт.)
Данный излучатель моя гордость изобретателя, чего-то подобного я ни где не видел.
:-)
Его особенность в том, что при малых габаритах излучающего отверстия, он выдаёт мощное звуковое давление.

Излучатели расположены друг за другом на расстоянии 28 мм. и находятся по центру пластиковой трубы 50 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если присмотреться, на фото видно, что на конце планки прикручена плата генератора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В принципе, система работает и без трубы, но в данном варианте труба является защитным кожухом и как бы концентрирующим звуковую волну элементом.
На выходе получается равномерный луч в виде конуса, с пиком мощности по оси.

Что там с децибелами ничего сказать не могу, так как частота излучения 25 кГц и измерить смартфоном с приложением SmarterNoise Pro не представляется возможным.
Могу сказать только то, что при тесте с помощью свечи, отклонение пламени от среза трубы происходило на расстоянии до 15 см.

НЕ ОДИНАКОВЫЕ ПО ПАРАМЕТРАМ ИЗЛУЧАТЕЛИ T25

Если повезёт, то в партии излучателей T25 окажется достаточное количество с одинаковыми звуковыми резонансами, для сборки "идеального" УЗФР.
А что делать с отбраковкой?... то же самое, но с нюансами.

Опыты показали, что УЗФР прекрасно собирается и на разношёрстных излучателях.
Только подбирать расстояния придётся экспериментально.

Для меня до сих пор остаётся тайной как это работает, но почему-то излучатели с разными звуковыми резонансами согласуются, но на разных расстояниях друг от друга.
Это расстояние может быть и 10 мм и 50 мм.
При этом, частота генератора стабильна, длинна волны фиксирована, а расстояния почему-то разные... загадка.

Чтоб было понятнее о чём я, расскажу с чего начинал.
Выставив УЗ-микрофон с осциллографом, я припаивал первый излучатель в центр куска текстолита.
Далее выбирал из партии излучателей первый попавшийся и елозя им по куску текстолита, искал максимум сигнала, поймав припаивал в том месте.
То же самое делал с остальными, добиваясь увеличения сигнала каждый раз больше и больше.

Важное наблюдение.
Иногда излучатели не дружили друг с другом, а то и вообще один хорошо резонирующий мог рассогласовать всю группу ранее подобранных, видимо с более чахлыми резонансами.

Этим экспериментом мне было интересно увидеть, будет ли проглядываться какая-то закономерность.
Получилось картина показанная ниже.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Как видим полный бардак, но этот бардак работал!
:-)

Далее, (так же без подбора излучателей) был собран прототип УЗФР по решётке с квадратом 28х28 мм, который заработал ещё лучше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Только потом я догадался, что надо подбирать излучатели по звуковому резонансу.
Если бы так сделал, то эффект был бы ещё лучше, а если бы ещё и до рупора дошло, то...
Но на тот момент, я уже переключился на другие идеи.

Продолжаю про изготовление УЗФР из НЕподобранных излучателей...

Как уже сказано выше, выжать максимум можно путём подбора расстояний между излучателями.
Матрицу 4х4 собрать таким путём сложно, а вот например плоский рупор где излучатели располагаются в один ряд, проблем нет никаких.

Сначала устанавливается первый излучатель, далее по максимуму сигнала на УЗ-микрофоне подбирается расстояние до второго, потом третьего и тд.
Проверено, УЗФР собирается нисколько не хуже по параметрам, чем с подобранными излучателями, ну разве что на ту же длинну несущей планки поместится не 8 а 7 излучателей, так как расстояние между излучателями может оказаться больше чем 28 мм.

Так же, легко подбираются разношёрстные излучатели и для УЗФР с излучателями в одну линейку друг за другом паровозиком.
Ставится первый, за тем подбирается расстояние до второго и тд.

Вот на фото начало процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В итоге получаем линейку УЗФР собранную из отбраковки.
Ниже на фото обратите внимание, на разные расстояния между излучателями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так же на фото видны кольца из проволоки.
Это не антенны торсионных полей, это распорки для удержания линейки излучателей по центру пластиковой трубы.

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ДИНАМИКИ

Я проводил эксперименты и с ними, собственно с них и начинал.
Опыты проводились с ВЧ-динамиками ACV ST-25 PRO.
По паспорту диапазон у них от 3 кГц до 20кГц, для моих опытов годились.

На фото ниже платы генераторов круглые, так как планировалось их размещать в цилиндрическом корпусе совместно с упомянутыми ВЧ-динамиками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Эксперименты показали, что максимальное звуковое давление от ВЧ-динамиков почти такое же, что и от широкополосных пьезоизлучателей показанных в самом начале статьи.
Попытка раскачать эти ВЧ-динамики оконечником в виде микросхемы автомобильного усилителя, не привела к успеху, более 90 dB(A) они не выдавали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На фото плата на которой автомобильный усилитель и два двухчастотных генератора, каждый с плавающей частотой.
Штука получилась интересная, но не перспективная.
В области частот от 18 кГц до 20 кГц усилитель грелся и жрал по питанию.

Так же грелись и ВЧ-динамики.
Ну а так как они по звуковому давлению были соизмеримы с пьезоизлучателями, имели больший размер и вес, то смысла в их использовании я не увидел - отложил в торону.
Их стихия звук, а не ультразвук.

Примечание.
Все измерения до 22 кГц, я проводил смартфоном с упомянутой мной программой SmarterNoise Pro и есть у меня некоторые сомнения.
Возможно ВЧ-динамики и выдавали звуковое давление больше чем пьезоизлучатели, а смартфон просто не распознал этого из-за ограничений своего микрофона.
На смартфоне цифры более 92 dB(A) я никогда не видел, даже вплотную к излучателям.
Просто предположение...

ФИЛЬТР ГАРМОНИК

Ещё в самом начале опытов с ВЧ-динамиками вылез неприятный момент - гармоники в звуковом, слышимом человеком диапазоне.
Частично, это удалось победить приблизив форму сигнала генератора к синусоиде с помощью простейшего внутреннего фильтра.
И почти полностью задушить гармоники, удалось добавлением внешнего фильтра (из катушки и двух конденсаторов) между генератором и излучателем.

Фильтр рассчитывался на интернет калькуляторе: http://www.aie.sp.ru/Calculator_filter.html
Чисто от фонаря, сопротивление ВЧ-динамика было выставлено 16 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Катушка наматывалась экспромтом, из провода какой был под рукой на 2-х кубовом шприце.
Конденсаторы были применены какие были под рукой, близкие по номиналам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для понимания того о чём я говорю, ниже будут показаны скриншоты, где видно эти гармоники.

Тесты проводились на пьезо-излучателе W-06, но картина справедлива и для ВЧ-динамиков.

Измерения проводились на расстоянии 10 см. от излучателя.
С этого расстояния очень хорошо видно почти все гармоники.
Например с расстояния в пол метра, уже регистрировалась только одна-две.

Интересно то, что показанный выше фильтр прекрасно заработал и с пьезоизлучателями, хотя рассчитывался для классическго динамика.

Скриншот 1.
Генератор выдаёт прямоугольный сигнал, внутреннего и внешнего фильтра нет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скриншот 2.
В генераторе задействован внутренний фильтр делающий синус, внешнего фильтра нет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скриншот 3.
Генератор выдаёт синус, так же задействован внешний фильтр на катушке с конденсаторами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как видим, использование фильтров желательно, если вы не хотите гадить гармониками.

ГЕНЕРАТОРЫ

Схемы генераторов будут даны от простых к сложным.
В начале расскажу про то, что у них одинаково, дабы потом не повторяться каждый раз при описании каждой схемы.

Диод по питанию.
Во всех схемах по питанию стоит диод как защита от дурака, то есть от переполюсовки.

 

 

 

 

 

Очень полезен в случае, если генератор смонтирован далеко и высоко, а провода подающие питание не маркированы.
Подал питание и заработало - хорошо, ошибся - ничего страшного, поменял провода местами.
Лучше использовать диод Шотки, для уменьшения потерь напряжения на нём.

Выходной каскад.
Он же оконечный каскад, во всех генераторах построен одинаково.
Несомненный плюс его в том, что он выдаёт размах выходного сигнала чуть ли не вдвое больше питающего схему напряжения.
Ему не обязательно подбирать транзисторы по параметрам и что-то настраивать.
Он хорошо работает как на пьезоизлучатели, так и на ВЧ-динамики с магнитной системой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пары R1C1 и R2C2, это простейшие внутренние фильтры о которых я упомянул ранее, делающие из меандра синусоиду, точнее что-то среднее между синусом и треугольником.
Номиналы конденсаторов от 4700 пФ до 10 нФ.

Примечание.
Чем больше номиналы конденсаторов, тем ближе к синусоиде форма выходного сигнала, но за то уменьшается его размах.
При уменьшении номиналов конденсаторов, размах сигнала увеличивается, но и начинает приобретать форму меандра, при этом появляются гармоники в слышимом диапазоне и начинаю греться транзисторы.

Если нужен противный "грязный" сигнал с кучей гармоник, то конденсаторы C1 C2 можно убрать.

Напряжение питания.
Все генераторы собраны на КМОП-логике, потому их можно питать напряжением от 5V до 15V.
При этом, размах сигнала на выходе меняется примерно от 8V до 28V соответственно.

Напоминаю, что для широкополосных излучателей достаточно размаха 10V, а на резонансные излучатели T25, можно давать до 60V, потому для их максимальной раскачки был разработан генератор с умножителем.

Печатные платы.
Все приведённые ниже печатные платы (с дорожками) нарисованы зеркально.
Если распечатать с указанными размерами, то можно использовать в лазерно-утюжной технологии.
Кроме микросхем и перемычек, все элементы на платах размещаются вертикально.
Подстроечные резисторы используются многооборотные, с ножками в один ряд.

Ширина плат выбрана 35 мм., для размещения в сантехнической трубе 40 мм.
Как я уже говорил, из соединителей с пробками поучаются, крепкие и герметичные боксы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если не планируется гонять генератор круглосуточно, то радиаторы на транзисторы выходного каскада ставить не обязательно.

Далее будут показаны схемы генераторов с кратким описанием.

ГЕНЕРАТОРЫ ДЛЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Простой УЗ-генератор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Простая рабочая схема.
Но не термостабильна - может уплывать частота от окружающей температуры.
При указанных номиналах, средняя частота примерно 24 кГц - регулируется резистором R1.

УЗ-генератор с плавающей частотой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генератор выдаёт что-то типа "свипа".
Полезен когда необходимо минимизировать эффект привыкания.
Правда в силу примитивности схемы, девиация основной частоты небольшая, примерно 2 кГц.
Схема была пробной, потому до ума не доводилась...
На DD1.1 и DD1.2 собран основной генератор, где R8 задаётся частота от 17 до 33 кГц.
На DD1.3 и DD1.4 собран раскачивающий генератор, где R3 задаётся частота раскачки в пределах нескольких герц.

Стабильный однотональный УЗ-генератор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема со сниженной реакцией на температуру окружающей среды.
Стабилизация достигается путём деления опорной частоты на 16.
Частота опорного генератора 384 кГц, после деления на 16 получается 24 кГц.

Плата рассчитана на использование в других самоделках, где необходимо производить деление какой-то частоты на 16, 32, 64 и тд., потому дорожки разведены под много перемычек, для выбора нужного деления.

Стабильный двухчастотный пульсирующий УЗ-генератор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема немного запутана, но за то с минимумом деталей позволяет оперативно с помощью перемычек выбирать один из пяти режимов работы двух за ранее установленных частот.
В данном случае это 19 кГц и 24 кГц.

Режим 1 - генерация стабильной частоты 19 кГц
Режим 2 - генерация стабильной частоты 24 кГц.
Режим 3 - генерация пульсирующей частоты 19 кГц
Режим 4 - генерация пульсирующей частоты 24 кГц.
Режим 5 – попеременное переключение между частотами 19 кГц и 24 кГц (что-то типа "свипа").

На DD1.1 и DD1.4 собран основной генератор, частота которого 304 кГц, делится на 16 счётчиком DD3 до частоты 19 кГц.
Как уже было сказано, делением достигается повышение стабильности генератора при изменениях окружающей температуры.
Это актуально если его частоты необходимо строго подстроить под звуковые резонансы имеющихся излучателей.

На DD2.1 и DD2.2 собран логический ключ (далее "ключ генератора") который синхронно добавляет дополнительный резистор R2 (R5) в параллель резистору R1 (R4), тем самым понижая общее сопротивление и как следствие смещая частоту генератора вверх.

На DD1.2 и DD1.3 собран второй логический ключ (далее "ключ оконечника"), задача которого коммутировать поступающие с генератора импульсы на оконечный транзисторный каскад.
Он же подаёт сигнал в противофазе на базы транзисторов.

На DD2.3 и DD2.4 собран низкочастотный генератор импульсов в несколько Гц (далее "генератор пульса"), который перемычками подключется к "ключу генератора" или к "ключу оконечника" и управляет ими в зависимости от задачи.

Теперь чуть подробнее по перемычкам.

При отсутствии всех перемычек, генератор работает на основной частоте и после делителя его сигнал непрерывно поступает на оконечный каскад, на выходе при этом непрерывная частота 19 кГц.

При установке перемычки J1 "ключ генератора" включается в непрерывный режим работы и в такт подключает дополнительный резистор R2 (R5) к схеме основного генератора, частота которого уплывает вверх до 384 кГц, которая после счётчика становится 24 кГц.

При установки перемычки J3, "генератор пульса" начинает импульсно управлять "ключом оконечника" и тот пропускает частоту основного генератора пакетами, длинна которых зависит от установленной частоты "генератора пульса".
Получается пульсирующий сигнал 19 кГц.

При установке одновременно двух перемычек J1 и J3, "ключ генератора" подключает резистор R2 (R5) к основному генератору подымая его частоту, а "ключ оконечника" включается в пульсирующий режим от "генератора пульса".
Получается пульсирующий сигнал 24 кГц.

При установки перемычки J2, "генератор пульса" начинает попеременно включать и отключать "ключ генератора", при этом частота основного генератора начинает меняться с 19 кГц (304 кГц) на 24 кГц (384 кГц) и обратно.
Частота смены зависит от настройки "генератора пульса" резистором R3.

ГЕНЕРАТОРЫ ДЛЯ РЕЗОНАНСНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ T25

Пульсирующий УЗ-генератор для излучателей T25.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генератор разработан специально для ультразвуковой фазированной решётки (УЗФР) собранной из согласованных излучателей T25.
Для оптимальной работы УЗФР, частота генератора должна быть стабильна и строго соответствовать звуковому резонансу установленных излучателей.

Для обеспечения стабильности в генераторе в качестве "кварцевого резонатора" используется один из излучателей T25, который заводится на электрическом (не звуковом) резонансе.

Номиналы C3 и C4 подобраны для устойчивого запуска генератора - лучше не менять.
Резистор R4 "опускает" или "подымает" синусоиду относительно нуля на входе логики, достигается "красивая" скважность близкая к 50% на её выходе.

Перемычка J запускает или останавливает генератор пульсаций DD1.1, DD1.4 который управляет логическими ключами DD1.2, DD1.3.
Тем самым получается постоянный либо непрерывный сигнал на выходе генератора.

Нюансы запуска излучателей T25.
Почти все излучатели T25 плохо заводятся если их диффузор открыт.
Для устойчивого запуска рекомендуется замотать излучатель изолентой.

К сожалению, схема генератора работает только на ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ резонансе излучателя, который чуть выше по частоте ЗВУКОВОГО резонанса излучателей установленных в УЗФР.
Потому, ставить любой излучатель T25 смысла нет, придётся его подбирать или подстраивать.

Первым делом, в партии излучателей выбирается группа близких по звуковому резонансу, они пойдут для сборки УЗФР.
Далее из отбраковки ищется несколько штук с самым низким электрическим резонансом.
Если повезёт, то найдутся близкие по частоте со звуковым резонансом УЗФР.

Если не повезло, то есть два способа понизить частоту электрического резонанса.

Способ первый - капля герметика на диффузор излучателя (чуть-чуть, иначе не запустится).
Придётся разбирать излучатель и демонтировать защитную сеточку.

Способ второй - установка отражающего экрана перед диффузором излучателя.
Изменяя расстояние до экрана, можно в некоторых пределах добиться нужной частоты.
При этом, плату с "открытым" излучателем не желательно размещать в одном акустическом объёме с излучающей системой.
К сожалению, этот способ работает не со всеми излучателями.

На фото ниже показано, что в качестве отражающего экрана можно использовать поверхность платы генератора.
Излучатель установлен вверх ногами, после настройки, положение фиксируется герметиком.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пульсирующий УЗ-генератор С УМНОЖИТЕЛЕМ, для пьезизлучателей T25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генератор позволяет подавать непрерывный либо пульсирующий сигнал на УЗФР.

В схему генератора добавлен умножитель для питания выходного каскада.
При выборе питающего напряжении 12V перемычкой J2, размах выходного сигнала около 20V.
При подключении умножителя к оконечному каскаду перемычками J3, J4 ,J5 размах сигнала увеличивается до 47V, 55V и 60V соответственно.

Выбирать выходное напряжение умножителя, полезно когда необходимо понизить мощность генератора, например при использовании с близкого расстояния или при настройке (согласовании) нескольких излучателей в УЗФР.

Примечание.
С перемычкой J3 напряжение идёт с пульсациями, но на форму выходного сигнала особо не влияет.

Ещё примечание.
Схема нарисована двумя частями (генератор и умножитель), но так как физически всё собрано на одной плате, нумерация элементов общая.

Номиналы C3 и C4 подобраны для устойчивого запуска генератора - лучше не менять.
Резистор R4 "опускает" или "подымает" синусоиду относительно нуля на входе логики, достигается "красивая" скважность близкая к 50% на её выходе.

Перемычка J запускает или останавливает генератор пульсаций DD1.1, DD1.4 который управляет логическими ключами DD1.2, DD1.3.
Тем самым получается постоянный либо непрерывный сигнал на выходе генератора.

Транзисторы VT2, VT3 необходимы для согласования логики DD1.2, DD1.3 с транзисторами VT4, VT4, VT6, VT7 при отличающихся питающих напряжениях.
Для такой же схемы без умножителя, где всё питается одним напряжением, транзисторы VT2, VT3 и резисторы R8, R9 не нужны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее расскажу о нюансах данной схемы.

Печатная плата.
Для пайки излучателя T25 на плате сделаны смещённые дополнительные пятачки, на тот случай если излучатель придётся переворачивать вверх ногами, когда подстройка излучателя происходит методом установки щели между диффузором и шторкой в качестве которой используется сама плата.

Отсутствие внутреннего фильтра.
В предыдущих схемах УЗ-генераторов между выходами логики и базами транзисторов оконечного каскада стоят RC фильтры делающие из меандра синус.
Синус необходим для уменьшения гармоник появляющихся в звуковом диапазоне.
В данной схеме разработанной для УЗФР, я отказался от синуса и оставил меандр.

Во первых, частота первой ощутимой гармоники выше слышимого диапазона.
Во вторых, мощность выходного излучения с меандром больше.
В третьих, мне кажется (могу ошибаться), что меандр лучше заводит "согласует" между собой излучатели установленные в УЗФР.

Подключение умножителя.
Сигнал на транзисторы умножителя берётся с логического элемента DD1.3.
Так как в "пульсирующем режиме" логика работает как пульсирующий ключ, то сигнал на умножитель обрывается синхронно с обрывом сигнала на оконечники.
Это не совсем верное решение, но как ни странно схема работает хорошо.
Попытка взять НЕобрвыающийся сигнал ДО логики непосредственно с транзистора VT1, дала не очень хороший результат.
Из-за того, что форма сигнала синусоподобная, начались проблемы с открытием мосфетов, они работали, но грелись.
Монтировать на плату ещё одну микросхему или что-то ещё только для создания формы сигнала "меандр" смысла не было, потому оставлено как есть.

Открытие мосфетов.
Особенность работы мосфетов в том, что они включаются быстро, а выключаются медленно (это связано с процессами заряда-разряда затворов).
То есть, один мосфет быстро включился, а второй ещё медленно выключается и на оборот.
Такая несинхронная работа приводит к их нагреву и повышению тока потребления.

Для устранения этой проблемы, в затворы введены пары VD3, R12 и VD4, R13, где резисторы отвечают за медленный заряд, а диоды за быстрый разряд.
При указанных номиналах удалось добиться относительно синхронной работы мосфетов, когда один медленно заряжается, в этот момент медленно разряжается, конфликта токов почти нет.

Для демонстрации мной сказанного, ниже показываю картинку с осциллографа, где сигнал снимался со стоков мосфетов.
Для проверки, временно стоки были рассоединены от общей точки, сток VT10 был посажен на землю, а сток VT11 на плюс питания через резисторы.

На осциллографе включён режим математики, разностный сигнал показан зелёным лучом.
Видно, что идеально подогнать режим открытия-закрытия мосфетов мне не удалось.
Но это на много лучше, чем было до введения в затворы пар резистор-диод.
Без них мосфеты сильно грелись, а с ними спокойно используются без радиаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НЕМНОГО О ПРОВОДАХ

Не советую подключать излучатель к генератору длинными проводами идущими рядом с вами.
Оказалось, что провода тоже "пищат".
Даже если вы расположили излучатель далеко от себя и не слышите его, то проходящий мимо провод будет излучать.
Я так попался когда ради температурной стабильности решил оставить генератор в доме, а излучатель запитать через длинный провод ПРППМ.
Эффект остался для меня загадкой, акустического излучения от проводов вроде бы нет, но чувствительные люди слышат от него писк.
И кстати коротковолновый приёмник тоже слышит гармоники на длинных волнах...
Возможно использование коаксиального кабеля решило бы проблему, но я не проверял.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Напоминаю, что нет смысла включать ультразвуковой отпугиватель собак на постоянную работу, так как собаки быстро привыкают, да и на людей это давит...
Исключения составляют случаи, когда есть большая безлюдная территория и на ней необходимо обеспечить дискомфорт приблудившимся собакам, чтобы они ушли проч.

Сначала я вручную втыкал блок питания собачьей пугалки в розетку.
Так как это приходилось делать часто, то мне такое занятие быстро надоело.
Первым шагом к комфорту было приобретение дистанционного управления на три канала, для нагрузки 220V.

На фото, это жестяная коробочка прикреплённая к блоку розеток.
Каждая розетка теперь включается отдельной кнопкой, удобно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За тем я решил, что так как все схемы у меня заточены под питание 12V, то логично и дистанционное управление сделать работающим от 12V.
Это актуально, если нужно сделать автономную пугалку на аккумуляторе, или у вас частые перебои с электроснабжением.

Сказано, сделано, приобрёл автомобильную дистанционку.
Показана на фото ниже.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Но, с автомобильной дистанционкой есть нюанс.
При нажатии кнопки "открыть" или "закрыть" дистанционка включает соответствующее реле всего на несколько секунд.
Подавать постоянное питание она не умеет, у неё не те задачи.

Надо было сделать так, что бы при включении кнопки "закрыть" питание подавалось постоянно, пока не будет нажата кнопка "открыть".
Пришлось дорабатывать добавлением ещё одного реле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дополнительное реле включается коротким импульсом от "реле запирания" дистанционки и само себя удерживает до тех пор, пока цепь не будет разорвана коротким размыканием "реле отпирания" дистанционки.

Но опять вылез нюанс, человеческая забывчивость...
Включив дистанционкой генератор, я иногда забывал его выключить, и это мне не нравилось.
Пришлось собирать таймер питания.
О нём ниже.

ТАЙМЕР ПИТАНИЯ

Таймер на счётчике К561ИЕ16 с контролем разряда аккумулятора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема делалась универсальной и рассчитана на приём сигналов управления логическим нолём или логической единицей, от собственного источника питания (через простые кнопки) или от стороннего источника.
(Сторонний источник управления должен быть с таким же уровнем напряжения питания.)

Имеется четыре входа управления: пуск плюсом, пуск минусом, стоп плюсом, стоп минусом.
Выбирается любой удобный вариант управления.

На DD1.3, DD1.4 собран триггер, который переключается либо прямыми логическими уровнями, либо инверсными через элементы DD1.1, DD1.2.
Для подавления эффекта "дребезга" контактов, введены цепи R1C1, R2C2, R3C3, R4C4.

Если необходимо что бы при подаче питания таймер запускался автоматически, или входил в режим ожидания, нужно поиграться установкой-снятим каких либо конденсаторов из C1,C2,C3,C4.

При появлении импульса логической единицы на входе "пуск плюсом" счётчик DD3 сбрасывается, а триггер переключается и растормаживает генератор на DD2.1, DD2.2, после чего начинается счёт.
Так же, триггер через инвертор DD2.4 включает транзисторный силовой ключ VT1, через который нагрузка получает минус питания.

Счёт останавливается когда на диоде VD6 появляется плюс, который останавливает генератор DD2.1, DD2.2 и отключает транзисторный ключ VT1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как схема разрабатывалась для питания портативного оборудования, то в неё был введён контроль напряжения с возможностью отключения нагрузки при понижении питающего напряжения ниже установленного порога - элемент VD4
На схеме, R5 и R6 подобраны для нижнего порога 9V (три последовательных Li-ion банки).

Нагрузка отключается при одном из условий:
1. появление плюса на аноде VD3 при ручной остановке таймера.
2. появление плюса на аноде VD6 при окончании установленного перемычкой времени.
3. появление плюса на аноде VD5 при понижении напряжения питания ниже установленного порога.

Уже позже я сообразил, что надо было сделать схему коммутирующей плюс, а не минус.
Но переделывать было лень...
Проблема легко решается путём установки внешнего реле.

****************************************************************************************

Для тех кто дочитал до конца.

Cсылка на хранилище с файлом PDF данной cтатьи:

https://drive.google.com/file/d/1Ay9h571xbH1uhB_Nq_Q-NWFBMIigPYy3/view

Ссылка на видеоприложение к данной статье:

https://youtu.be/wlj0nRpWFNo

Если у кого-то возникнут вопросы по предоставленному материалу, с удовольствием отвечу, пишите мне на телеграмм:

https://t.me/Aleksandr_CK



Все вопросы в Форум.




Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

26 4 4
0 0 1

Эти статьи вам тоже могут пригодиться: