Акустический датчик (BC548, CA3150)
Во многих устройствах автоматики и охраны используют акустические датчики, задача которых реагировать на превышение звуком определенного порога.
При этом, в зависимости от конструкции, датчик может контролировать как на акустические волны в воздухе, так и на акустические волны, распространяющиеся в металле, камне или другой среде.
В этом случае конструкция датчика должна предполагать плотный механический контакт его чувствительной поверхности с поверхностью предмета, на акустические волны в котором он должен реагировать.
Принципиальная схема
Принципиальная схема показана на рисунке. Звук воспринимается датчиком F1 в качестве которого используется пассивный пьезокерамический звукоизлучатель. Он работает обратно назначению - в качестве микрофона или акустически чувствительного сенсора.
Такая работа тоже возможна потому, что звуковые волны, оказывая влияние на его мембрану, приводят в движение пьезоэлемент, а он от этого воздействия вырабатывает слабое напряжение.
Поскольку пьезоэлектрический звукоизлучатель обладает очень большим сопротивлением (практически можно принять за бесконечное), он подключается ко входу усилительного каскада на VТ1 без разделительного конденсатора.
Рис. 1. Схема акустического датчика на BC548 и CA3150.
Сигнал с датчика F1 усиливается двухкаскадным усилителем НЧ на транзисторах VТ1 и VТ2. И поступает на детектор на диодах VD1 и VD2. Сигнал поступает через резистор R8, который создает некоторый ток смещения диода диода VD2, чтобы он лучше работал при детектировании переменного напряжения меньше его номинального прямого напряжения.
На конденсаторе С3 выделяется постоянное напряжение, пропорциональное уровню громкости, но сложенное с постоянным напряжением, поступившим с коллектора VТ2. Для установки порога срабатывания и формирования логических импульсов используется компаратор на микросхеме А1.
Напряжение с выхода детектора поступает на его инверсный вход. А на прямой вход поступает установочное напряжение с многооборотного подстроечного резистора R10. Этим резистором устанавливается порог срабатывания компаратора.
При превышении установленного порога на выходе А1 напряжение понижается и устанавливается низкий логический уровень. А когда звука нет или он недостаточной громкости на выходе А1 - единица.
Дополнение
Если нужна противоположная работа, то есть, нуль, если звука нет или его громкость недостаточная, и единица, если звук есть, нужно поменять местами подключение входов микросхемы А1.
Бывает, что нужна большая скорость срабатывания или требуется, чтобы на выходе при срабатывании датчика возникал не одиночный импульс, а серия импульсов, соответствующая частоте входного звукового сигнала. В этом случае нужно из схемы удалить диоды VD1 и VD2, заменив VD2 перемычкой.
Теперь напряжение с коллектора VТ2 будет поступать на инверсный вход А1 через делитель R8-R9. А переменным резистором R10 можно будет регулировать не только чувствительность, но и полярность выходных импульсов.
Здесь можно использовать практически любой пьезоэлектрический пассивный звукоизлучатель, но акустическая чувствительность при работе «микрофоном» у них может очень существенно различаться.
А при работе на механический контакт с поверхностью, например, чтобы реагировать на прикосновение металлического предмета (инструмента) к замку, двери, большей эффективностью будет обладать датчик на основе пьезоэлектрического звукоснимателя от проигрывателя виниловых пластинок. Но, увы, такой сейчас приобрести уже довольно сложно.
Михайлов А. А. РК-10-2019.