Игрушка-сувенир «Крутильный маятник»

Игрушка представляет собой кру­тильный маятник, совершающий периодические вынужденные враща­тельные колебания. Источником механической энергии является малогабаритный электродви­гатель (виброзвонок сотового телефона), управляемый элек­тронным узлом, схема которо­го показана на рис. 1. На транзисторах VT1 и VT2 собра­ны ключи, поочерёдно откры­вающиеся и пропускающие то­ки разной полярности через обмотку электродвигателя М1. Управляет работой транзисто­ров микросхема CD4060BE (DD1), которая представляет собой 14-разрядный двоичный счётчик со встроенными эле­ментами для построения RC- генератора. Элементы R4 и С2 задают частоту этого генерато­ра. С помощью цепи R1C1 счётчик обнуляется при включении питаю­щего напряжения. Диоды VD1 и VD2 — развязывающие.

Рис. 1

Временные диаграммы, поясняю­щие работу устройства, показаны на рис. 2. Маятник может находиться в трёх состояниях: усиление колебаний (нарастание угла поворота маятника), ослабление колебаний (плавное уменьшение угла поворота вплоть до полной остановки) и состояние покоя. Эти режимы обеспечиваются элементами R2, R3, VD1 и VD2. С выхода Q6 (вывод 4) через резисторы R2 и R3 импульсы поступают на базы транзис­торов VT1 и VT2. В зависимости от состояния выходов Q9 и Q10 (выводы 13 и 15) диоды VD1 и VD2 будут блокировать прохож­дение этих импульсов. В состоя­нии покоя оба диода открыты, импульсы на базы транзисторов не поступают, и они закрыты, поэтому электродвигатель обес­точен. В режиме усиления коле­баний оба диода закрыты, тран­зисторы поочерёдно открывают­ся и в результате через электро­двигатель протекают разнопо­лярные импульсы тока. В режи­ме ослабления колебаний от­рывается только один из тран­зисторов и через электродвига­тель протекают однополярные импульсы тока.

Рис. 2

Большинство элементов смонтиро­ваны на односторонней печатной плате из стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 3. Применены резисто­ры МЛТ, С2-23, конденсаторы — К10-17. Транзистор КТ315В можно заменить транзистором серий КТ315, КТ3102, транзистор КТ361В — транзистором се­рий КТ361, КТ3107, диоды 1N5818 —дио­дами 1N5817, 1N5819, Д310, кнопка — B170G. Микросхема установлена в панель.

Рис. 3

Конструкцию маятника поясняет рис. 4. Основанием служит плата 1. На ней закреплены стойки-держатели 11 (две штуки) батарей и собственно ма­ятник. Изготовление конструкции начи­нают именно с него. Два стальных «по­золоченных» шарика 4 (пули для пнев­матического пистолета) припаивают к отрезку стальной проволоки 5 диамет­ром 0,5…0,7 и длиной 50…70 мм. Ось 12 длиной 20..30 мм изготовлена из такой же проволоки, к ней припаивают отре­зок с шариками. Получившуюся кресто­вину соединяют с валом двигателя 2 с помощью отрезка 3 ПВХ изоляции от монтажного провода. Этот отрезок не­обходимо с усилием надеть на проволо­ку и ось виброзвонка, предварительно эксцентрик с вала виброзвонка удаляют.

Рис. 4

В верхней части оси 12 делают петлю, в которую вставляют кольцо пружины 7 (изъята из привода автомобильного CD-проигрывателя). Пружину надо по­добрать не слишком упругую. Была при­менена пружина длиной около одного сантиметра, диаметр намотки — 3 мм, проволока — диаметром 0,15 мм. Верх нее кольцо пружины крепят к от­резку проволоки 8 с петлёй. Отре­зок вставляют в сквозное отверс­тие пластмассового стакана 9 (из­готовлен из стойки крепления от корпуса бытовой РЭА) и оборачи­вают вокруг него. Ко второму ста­кану 16 приклеивают двигатель 2.

Собранную таким образом ко­лебательную систему крепят к ско­бе 10 из стальной проволоки диа­метром 3 мм. На её концы надева­ют и приклеивают стаканы 9 и 16. Расстояние между концами скобы подбирают таким образом, чтобы пружина растянулась на 1,2… 1,5 длины в свободном состоянии.

Скобу 10 при­клеивают секундным клеем к пластмас­совому кубику 14, а его, в свою оче­редь, — к основанию 15 (ротор двигате­ля компьютерного DVD-привода). Вы­воды обмотки двигателя соединяют с переходной платой 13 (прямоугольный отрезок фольгированного стеклотекс­толита) медными обмоточными прово­дами ПЭВ-2 0,2, свитыми в спираль. Переходную плату приклеивают к осно­ванию 15. Маятник готов. В заключение к крестовине приклеивают проволочную фигурку 6 (три отрезка провода ПЭВ-2 0,35). Основание 15 приклеивают к пла­те в последнюю очередь. Со стороны печатных проводников по краям платы приклеены четыре резиновых амортиза­тора диаметром 3.. .4 и высотой 2.. .3 мм.

Каждая из батарей составлена из двух элементов типоразмера ААА (рис. 5). Элементы крепят к плате 1 с помощью стоек-держателей 4, изготовленных из отрезков односторонне фольгированного текстолита размера­ми 5×95 мм. К ним припаяны стальные проволочные (от стальных канцеляр­ских скрепок) фиксирующие петли 2, минусовые 5 и плюсовые 3 контакты. Чтобы не было короткого замыкания между плюсовыми и минусовыми кон­тактами, в нижней части стоек-держа­телей фольга перерезана.

Рис. 5

Налаживание проводят в следующем порядке. Временно отключают диоды VD1 и VD2 и подборкой резистора R4 добиваются возникновения устойчивых кручений маятника. После подключения диодов подборкой резисторов R5 и R6 добиваются устойчивой работы уст­ройства с импульсным потребляемым током 30…45 мА.

Видео работы маятника (скачать)

 Автор: Д. МАМИЧЕВ, п. Шаталово Смоленской обл.