Ракеты... БРЭО: Таймер ТК-2

Таймер на базе микросхемы серии 555


схема компоненты монтаж модификация заключение

Страничка ракетостроения. Последнее обновление:
Схема
Когда настало время делать новый таймер я промакетировал много простых схем, но остановился только на схеме, предложенной на сайте Scott's Experimental Rocketry. Причина очень простая. Это единственный таймер, который заработал сразу же, как только правильно были соединены все контакты. При этом он простил мне грубые ошибки при сборке, от которых другой бы просто вышел из строя. Несмотря на применение микросхемы NE555, он оказался не сложным в сборке и очень "отдураказащищенным". Принципиально-монтажная схема показана на рис.1. Принципиально-монтажная схема это некий гибрид принципиальной и монтажной схемы. Придумал его для лучшего представления возможного расположения деталей при монтаже с сохранением наглядности принципиальных связей. Надеюсь, он не сложен для восприятия и другим.

В схеме таймера использовано стандартное замедление RC-цепочкой (R1C1), которая в данном случае управляет выходом микросхемы IC1. Допустимый диапазон напряжений 3-12V. Запуск таймера можно осуществить либо подачей напряжения, либо размыканием выключателя S1.

Естественно я не мог не вмешаться в конструкцию, поскольку имею некоторые дополнительные требования к подобному устройству в системе спасения ракеты. Прежде всего, это индикация наличия напряжения и целостности воспламенителя, а также обязательная разрядка конденсатора С1 при выключении. Поэтому доработал схему таймера и обозвал его для определенности ТК-2. Принципиально-монтажная схема таймера ТК-2 показана на рис.2. Отличается она от исходной тем, что в качестве S1 применен двойной переключатель и добавлен светодиод HL1 с ограничивающим ток резистором R2. В выключенном состоянии контакты конденсатора С1 замкнуты, и он естественно разряжен, плюс питания подается на светодиод, который соединен последовательно с воспламенителем. При наличии питания ток, ограниченный резистором R2, течет через воспламенитель и светодиод HL1. Силы тока не достаточно, чтобы сработал игнитор, но вполне достаточно, чтобы горел светодиод. Таким образом, мы контролируем и наличие напряжения и воспламенителя. При включении S1 цепь светодиода размыкается, размыкаются контакты конденсатора С1 и воспламенитель соединяется с выходом 3 микросхемы.

Компоненты
Все компоненты и номиналы показаны на схемах. Может быть применена любая микросхема-таймер серии 555, в том числе и отечественный аналог КР1006ВИ1. Я использовал NE555.
   Показанная RC-цепочка обеспечивает замедление до 14 секунд. Можно увеличивать номиналы R1 и C1 для увеличения диапазона задержек, но надо учитывать, что может упасть точность настройки времени задержки.
   Резистор R1 подстроечный типа СП3-19а, резистор R2 мощностью 0,25вт.
   Конденсатор C1 электролитический, С2 керамический.
   Диод VD1, любой диод на 9-12V.
   Светодиод тоже любой, возможно только придется подобрать номинал резистора R2.
   Ограничений на двойной переключатель нет, но в наших интересах, чтобы он был небольшой и надежный.
   В качестве нагрузки можно использовать маломощную лампочку накаливания на 2,5-3,8V.

Монтаж
Прежде чем монтировать схему, очень полезно собрать её на макетной плате, чтобы убедиться в работоспособности самой схемы и исправности деталей. Возможно придется что-то настраивать, подбирать номиналы. Благо для макетирования в продаже есть все необходимое. Макетные платы не очень дешевые, но могут сэкономить много сил, нервов и времени.

Если макетирование прошло удачно, пора приступать к монтажу. Навесной монтаж это позапрошлый век, мы займемся печатным. Уверен, что есть много методов его реализации, я расскажу о своем. Для начала надо разметить положение деталей на миллиметровке с учетом размеров самих деталей и принципиально-монтажной схемы. Поскольку в процессе проектирования мною ставилась задача размещения таймера на поперечной переборке диаметром не более 28мм, то постарался уложиться в указанную площадь. Получилось.

    После прорисовки на миллиметровой бумаге и уточнения с учетом этого монтажных схем, можно приступать к реализации монтажа. Не обязательно, но удобно предварительно прорисовать монтажные схемы в программе Splan70, см. Рис.3 и Рис.4. Делаем трафаретку из ватмана, т.е. вырезаем кусок ватмана по форме будущей платы и переносим на него с миллиметровки положение отверстий под выводы деталей. Можно нанести и разводку, причем с двух сторон, чтобы в дальнейшем ориентироваться по ней. Далее вырезаем из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита плату необходимого размера - круг D=27, или какую вам надо. На плату по трафаретке переносим разметку отверстий и засверливаем сверлом диаметром 0,5-1,0мм.

Теперь необходимо сделать саму разводку на плате, т.е. собственно печатную плату. Есть целый набор способов создания печатного рисунка на плате. Можно просто взять подкрашенный нитролак заостренную спичку и нарисовать схему прямо на плате, затем протравить. Можно даже использовать лазерный принтер для печати красивого рисунка с последующим переносом на плату и травлением, так называемая ЛУТ технология . Есть альтернативный способ без травления - процарапываются в медном покрытии разделительные бороздки между контактными поверхностями. Применяйте какой нравится, но меня ни один из этих способов в чистом виде не устроил. Рисую я плохо, лазерного принтера нет, а царапать медь занятие не из приятных. Извернулся я следующим образом - опять-таки сочинил гибридную технологию. Она не сложная, подходит для небольших плат и несложных схем.

Действуем следующим образом. На заготовку платы с засверленными отверстиями со стороны разводки наносим из баллончика пару слоев нитрокраски, лучше белой. После высыхания краски на ней рисуем схему, т.е. контактные дорожки, черным или синим тонким фломастером. Красным фломастером рисуем границы между контактными площадками, или разделительные (пробельные) дорожки. Желательно рисовать их прямыми линиями с минимальным количеством углов. Для облегчения задачи можно заранее промоделировать ситуацию, например, на шаблоне или в рисовальной программе, Рис.5. Железкой с заостренным кончиком, например заточенным надфилем, аккуратно по линейке процарапываем краску по красным линиям до появления чистой медной поверхности. Больших физических (и умственных) усилий эта работа не требует. Ширина бороздки ~0,5мм. На верхней стороне платы у нас проходит единственная контактная дорожка между контактом 4 и 8 микросхемы. Тут мудрить не будем и нарисуем ее вручную, той же спичкой и нитрокраской. Заодно напишем подсказки-обозначения деталей. Таким образом, мы подготовили плату к травлению.

Способов травления тоже много, при желании можно нарыть в сети. Плату таймера ТК-1 я травил, к примеру, в азотной кислоте. Традиционный способ - в растворе хлорного железа плотностью 1,3. Пишут обычно соотношение 200мл воды на 150г хлорного железа. У меня лежит какой-то пересохший порошок этого химиката - кинул пару чайных ложек на полстакана, оказалось достаточно. Итак, берем подготовленную плату, подвешиваем ее на нитку и опускаем в раствор. Ждем-с. Пока не протравится полностью. Это где-то час. Очень удобно контролировать качество травления, просматривая плату на свет. Полупрозрачный стеклотекстолит хорошо высвечивает все разделительные дорожки.

После травления промываем плату в воде, сушим, удаляем краску ацетоном. Получаем вполне приличную печатную плату. Осталось только облудить контакты. Это можно сделать просто паяльником, благо плата небольшая.

Несмотря на простоту такого способа изготовления печатной платы, результат получается достаточно аккуратный. Кроме простоты и технологичности у этого способа есть и кое-какие дополнительные преимущества. Например, наличие больших контактных поверхностей дает нам свободу маневра, можно засверлить при необходимости дополнительные отверстия на нужной контактной площадке, подвесить дополнительную деталь. Широкие контактные площадки заметно прочнее и обладают хорошей теплоотводящей способностью, что помогает избежать перегрева деталей.

Осталось установить и припаять детали. Здесь все просто и очевидно, работа выполняется в считанные минуты. Единственное хочу предупредить тех, у кого нет опыта пайки микросхем - необходимо удерживать припаиваемый контакт микросхемы металлическим пинцетом во избежание перегрева.

Все, таймер готов. Убеждаемся в его работоспособности и чешем репу, как лучше установить на ракету. Кому не совсем ясен алгоритм работы привожу небольшой ролик.

Модификация
Применение двойного переключателя в таймере ТК-2 очень удобно, но имеет и свои минусы. Во-первых, требуется, чтобы он был исполнительным узлом, т.е. срабатывал при старте ракеты и, во-вторых, это сложный механический узел, что не желательно в системе ракеты, испытывающей большие нагрузки. В связи с этим разработал модификацию таймера ТК-2.

Схема модифицированного таймера ТК-2М показана на рис.6. Изменения не большие, но принципиальные. Проверка воспламенителя вынесена на отдельный переключатель S2, а запуск таймера осуществляется выключателем S1. Перед стартом S1 замкнут и, кратковременным переключением S2 на цепь светодиода, можно проверить качество воспламенителя. Желательно S2 выполнить на базе кнопочного переключателя с автоматическим возвращением в положение замыкания цепи воспламенителя.

В результате, запускающий выключатель S1 не зависит от контрольного переключателя S2 и может быть выполнен как угодно. Точнее, как необходимо конструктору. Это может быть и простой динамический выключатель, и разрываемый при старте контакт, и герконовый размыкатель. Надежность такой схемы выше.

Заключение
В процессе создания таймера решалось много задач. В общем и целом они были выполнены:
   - найдена простая и надежная схема,
   - разработан свой вариант схемы под дополнительные требования,
   - минимизировано пространство, занимаемое таймером в ракете, за счет компактного монтажа и расположения платы в виде поперечного шпангоута,
   - отработана несложная методика изготовления небольших печатных плат.
    Добавлю, что проверял работу таймера от разных источников питания. С лампочками накаливания лучший результат дает батарейка типа Крона на 9V.
    Таймер в виде ТК-2М исполнения прекрасно зарекомендовал себя на ракете Циклон-2. На его базе был создан очень удобный универсальный блок-активатор АК-1 системы спасения.
   И еще одно. Если вы используете воспламенители, потребляющие ток более 200-300мА, вам придется дополнить схему тиристором или мощным транзистором. Как это делается можно посмотреть у автора исходной схемы по вышеприведенной ссылке. /08.02.2010 kia-soft/
***