Электронный тир

В. КРИВОПАЛОВ, Радио №9/1966, ст.40

Наш электронный «пистолет» или «винтовка» стреляет световым импульсом, следовательно, для него необходим источник света. Та­ким источником для электронного «оружия» ближнего действия (в пре­делах 3—10 м) может служить лам­почка от обычного карманного фона­ря (2,5 вХО,28 а или 0,075 а). Нужно только выбирать лампочки, у кото­рых нить накала выполнена тонким проводом, чтобы после включения на­пряжения она быстрее давала вспыш­ку света, то есть нить лампы долж­на быть малоинерционна.

Для питания источника света нуж­на гальваническая батарея или самый простейший выпрямитель. Питать лампу непосредственно от источника напряжения нельзя, так как на источник света—лампу от карманного фонаря нужно подать очень кратковременный импульс электрической энергии. Необходимое количество энер­гии мы можем запасти в электрической емкости — кон­денсаторе. При нажатии на спусковой крючок связан­ные с ним контакты присоединяют заряженный конден­сатор к лампе, через которую он и разряжается.

Импульс света от лампы должен попасть точно в све­точувствительную мишень. Иными словами, нужно сфокусировать его в тонкий луч, сходящийся в точку в месте мишени.

Вы, наверное, не раз фокусировали солнечные лучи с помощью выпуклых линз, выжигая слова или рисунки. Вот и для электронного «пистолета» нужна фокусирую­щая система, состоящая из одной или нескольких линз. Посмотрите на разворот вкладки. Там изображена элек­трическая схема электронного «пистолета» (рис. 1) и его устройство (рис. 2).

Как видно из принципиальной схемы, электролитиче­ский конденсатор большой емкости С1 подключен к батарее питания через нормально замкнутые контакты а—б. Благодаря этому конденсатор все время находится в заряженном состоянии. В нашем «пистолете» источ­ником питания служит малогабаритная галетная бата­рея типа «Крона» напряжением около 9 в. Одна из обкладок конденсатора С1 постоянно соеди­нена с выводом нити лампы. При нажатии на спусковой крючок, то есть при «выстреле», контактная пластина а отходит и замыкается с пластиной в, соединенной со вторым выводом нити лампы. Конденсатор отсоеди­няется от источника напряжения и подключается к лампочке, разря­жаясь через нее. Ток разряда кон­денсатора, проходя по нити лампы, раскаляет ее, создавая кратковремен­ный импульс света. Несмотря на то, что напряжение на конденсаторе бы­ло около 9 в, а наша лампа рассчи­тана на 2,5 в, она не перегорит, потому что конденсатор разряжается слишком быстро и запасенной энер­гии будет недостаточно для того, чтобы нить лампы перегорела.

Рукоятку, ствол, спусковой меха­низм и фокусирующую систему мож­но изготовить из дерева или пласт­массы. Проще всего, однако, взять обычный игрушечный пневматический пистолет и в его корпусе собрать электронный «пистолет». В рукоятке размещается батарея «Крона», спусковой крю­чок соединяется с кон­тактами а, б, в, конден­сатор Су размещается в корпусе «пистолета». Лампочка от карманного фонаря располагается в стволе, а фокусирующая система насаживается на конец ство­ла.

Контактные пластины можно ис­пользовать от любого реле. В нор­мальном положении средний контакт должен быть замкнут с одним из бо­ковых. При нажатии на спусковой крючок средний контакт перебрасы­вается ко второму, боковому контак­ту и разъединяется с первым.

Емкость конденсатора Су выби­рается в пределах от 400 до 1000 мкф на напряжение 12 в в зависимости от типа лампы и дальности «стрельбы». Это довольно большая ем­кость, поэтому нужно обязательно брать малога­баритный электролитический конденсатор. Наиболее подходящим для этой цели является конденсатор типа ЭТО. Однако, если нет возможности достать такой кон­денсатор, его заменяют любым подходящим ио емкости.

Устройство фокусирующей системы наиболее сложное во всей конструкции «пистолета». Дело в том, что луч света на мишени должен образовать пятно диаметром не более 20 мм, то есть не должен превышать размеров трехкопеечной монеты. Достичь этого можно с помощью отражательной системы сигнального фонарика, в ко­торую вместо защитного стекла вставляется двояковы­пуклая линза с фокусным расстоянием, равным рас­стоянию от лампочки до линзы.

Луч света («пуля») из ствола «пистолета» должен попасть у меткого стрелка в «яблоко» мишени или в определенную часть изображения птицы или зверя, где находится светочувствительное устройство, которое, восприняв импульс света, заставит сработать реле, то есть исполнительный механизм. Контакты исполнитель­ного реле могут включить сигнальную лампу или ка­кое-то устройство, опрокидывающее мишень или счет­чик, подсчитывающий общее число попаданий. Мы пред­лагаем два варианта электронной мишени — транзис­торный и ламповый. Первый из них рассчитан на «стрельбу» с расстояний до 8 м. Ламповый же вариант мишени, как более чувствительный, позволяет «стрелять» иа расстоянии до 10—15 лг.

Принципиальные схемы мишеней представлены на рис. 3 и 4 на развороте вкладки. Транзисторный вари­ант (рис. 3) состоит из следующих основных частей: собственно мишень (фоторезистор тина ФС-К1), двух­каскадный усилитель (транзисторы Т1, Т₂) и спусковое устройство (ждущий мультивибратор на транзисторах Т3Т4 с реле Р1 в качестве нагрузки). Как только свет от лампочки во время «выстрела» падает па фотосопротивление, появляется импульс тока в цепи фотосопротивления. Этот импульс поступает па эмиттерный пов­торитель (транзистор Т1 с В=50). Применение эмиттерного повторителя, не дающего усиления по напряжению, вызвано тем, что сопротивление фоторезистора ФС-К1 в затемненном состоянии велико и его нельзя включать непосредственно на вход усилителя, входное сопротив­ление которого значительно меньше сопротивления фоторезистора. При непосредственном включении мы не сможем получить максимальную мощность полезного сигнала.

Основное усиление электрического импульса проис­ходит в каскаде, собранном па транзисторе Т₂. Режим всего усилителя по постоянному току, то есть напря­жения па электродах транзисторов и токи в цепях, определяется делителем напряжения (R₂, R3, R5). Эти резисторы выбирают таким образом, чтобы получить максимальное усиление рабочего импульса тока. Уси­ленный импульс проходит через полупроводниковый диод Д₁ причем делитель из резисторов R₇, R₈ служит для создания напряжения, запирающего диод, на ко­торый подается примерно 0,5 в от источника питания. Работает ждущий мультивибратор следующим образом. Пусть транзистор Т₂ полностью открыт. Вследствие падения напряжения па прямом сопротивлении диода Д₂, созданного током, протекающим по резистору R₁₂, потенциал эмиттера транзистора T₄ будет ниже (более отрицателен), чем потенциал его базы, и транзистор T4 находится в закрытом состоянии. Поскольку нагрузкой транзистора T₄ является обмотка реле, то при закрытом транзисторе ток в обмотке реле будет равен пулю. Кон­такты реле останутся разомкнуты, если во время «выст­рела» световой луч не попал в мишень. Значит, вы стре­ляете плохо.

Как только луч света попадет на активную область фоторезистора, сопротивление его изменится и на входе эмиттерного повторителя появится кратковременный импульс тока. После усиления этот импульс в положи­тельной полярности поступает па базу транзистора T₃ и запирает его. Напряжение па коллекторе Т₃ по вели­чине достигает напряжения питания. При этом тран­зистор T₄ открывается, в обмотке реле появляется ток, достаточный для его срабатывания, и оно замыкает контакты, включая сигнальное устройство: вы поразили мишень.

После этого через резисторы R₉, R₁₁ и сопротивление участка коллектор — эмиттер транзистора Т₄ начинает перезаряжаться конденсатор С₄. Как только потенциал базы транзистора T₃ достигнет величины, при которой Т₃ открывается, через него потечет ток. Напряжение на коллекторе T₃, а следовательно, и на базе Т₄ упа­дет, мультивибратор перейдет в первоначальное состоя­ние (режим ожидания). Транзистор T3 откроется, а T₄ закроется, и контакты реле разомкнутся.

При мгновенном переключении мультивибратора че­рез транзистор Т₄ и обмотку реле P1 протекают большие экстратоки из-за того, что обмотка реле имеет большую индуктивность. Напряжение, вызванное этими токами, превышает обратное напряжение участка коллектор- эмиттер транзистора, и он может выйти из строя. Чтобы этого не произошло, параллельно обмотке реле включен диод Д₃, через который замыкается экстраток.

Все устройство транзисторной мишени питается от трех батарей КБС-Л-0,5 для карманного фонаря. По­требляемый ток равен 7—10 ма.

Ламповый вариант электронной мишени в принципе аналогичен транзисторному. Тот же фоторезистор ФС- К1, двухкаскадный усилитель (лампа Л1), ждущий мультивибратор на лампе Л₂. Положительный импульс напряжения, возникающий на нагрузочном сопротивле­нии R₃ после попадания света на ФС-К1, через конден­сатор С₄ подается па управляющую сетку лампы Л₁ отрицательный импульс из анодной цепи лампы через конденсатор С₆ передается на управляющую сетку вто­рой половины (левой по схеме) лампы Л₁, работающей в режиме сеточных токов. При таком режиме происходит максимальное усиление отрицательной части импульса и отсечка положительного выброса. Положительный им­пульс с анода этой лампы, сформированный дифферен­цирующей цепью R₈С₇ и диодом Д1, запускает ждущий мультивибратор, который в свою очередь управляет работой счетчика, фиксирующего число попаданий (в описываемом варианте), или же работой соответ­ствующего сигнального устройства (например, реле с током срабатывания до 10 ма и сопротивлением об­мотки 1—10 ком).

В режиме ожидания правый по схеме триод лампы Л₂ заперт смещением, созданным на резисторе R₉ током второго триода этой лампы, который равен 10 ма. При подаче на вход мультивибратора положительного импульса, что происходит во время попадания луча света в мишень, при метком «выстреле», триод откры­вается. Отрицательный импульс, появившийся на аноде этого триода, запирает левый триод, и происходит пере­брос мультивибратора. Счетчик, реле или другой испол­нительный механизм сработает, и мы увидим, что ми­шень поражена нашим «выстрелом».

Питается устройство от сети переменного тока. Сило­вой трансформатор должен иметь накальную обмотку, рассчитанную на 6,3 в и повышающую — на 220 в. Можно изготовить трансформатор самостоятельно. Для этого потребуется сердечник, набранный из пла­стин типа Ш-20 обычной траисформаторной стали. Толщина набора 37 мм. Сетевая обмотка (1) содержит 1200—1300 витков провода ПЭЛ 0,25, повышающая (II)—1200 витков провода ПЭЛ 0,15 и накальная — 42 витка провода ПЭЛ 1,0.

Для регистрации попаданий .можно применить раз­личные исполнительные устройства, опрокидывающие мишени, индикаторные лампы, звуковые сигнализато­ры или, наконец, счетчики. Все эти устройства включа­ются контактами реле.

Фоторезисторы, установленные на мишени, не требуют специального затемнения. В некоторых случаях при очень ярком солнечном освещении фоторезистор ре­комендуется поместить в тубус (трубку из пластмассы или картона).

Мишени, проверенные в лаборатории редакции жур­нала «Радио», уверенно срабатывали при нормальном освещении, когда «пистолет» находился на расстоянии 5 м (ламповый вариант) и 3 .и (транзисторный). Еще лучших результатов можно достичь, помещая перед фоторезистором небольшую фокусирующую линзу.

Конструкция электронного блока мишени может быть любой. На рис. 5, 6, 7, 8 и 9 на вкладке помещены фотографии внешнего вида и монтажа транзисторного и лампового варианта мишеней. На этих фотогра­фиях видно расположение деталей на платах и шасси.