「睡眠開關」早已不是新鮮名詞了,許多國產音響都以此為標榜,大做其廣告; 最常見的方法,就藉唱盤唱完一張唱片自動回架把電源切掉的同時,切掉所有的電源。這本並沒有不好或不對的,可是再仔細想想就有點問題了:
1. 唱盤裡的電源開關是微動開關,就種小東西,電流容量都不大,充其量不過0.3A就已經不得了,拿這樣的小開關來切斷電源(包括擴大器、唱盤......),似乎不大夠,即使夠,壽命成為它一大考驗。
2. 萬一我開著電風扇睡覺,這種設計就不太容易關電扇。
3. 假使我是在聽廣播中睡覺,又便如何?
4. 現有的設備若要加裝如此的裝置,是必要剖肚腸,改換頭面一番。如果是自己裝的機器也就罷了,如果是原裝的什麼名牌,這一番手術,將來換機時就麻煩多了!
所以我不考慮這種方式,我準備做的,不但沒有上述缺點,而且更考慮下面幾個問題:
1. 由於這只是個簡單的功能,所以它的構造必要簡單而便宜。過去我曾做過不少Timer,都有很好的功能,譬如說有記憶裝置的,能廿四小時內,開或關任何一個電源。當然,像這樣的東西,也可以做我今天我所想的動作。不過,未免大材小用了些,且也太不經濟。
2. 它控制用的開關必需不產生任何雜音。在實驗時,我曾考慮過交流矽控管(Triac),但它產生太大的RF雜音,干擾了許多廣播; 也曾考慮用Motor Relay,但是我們睡覺時必是很靜,即使不談機器的被影響,任何機械的動作都是很討厭的。甚至不考慮用一般常見的Relay,因為它跳開時會有「搭」的一聲。
3. 時間的長短要很容易控制,因為有的人上床十分鐘就睡著了,有的人卻要翻來翻去,拖上個把鐘頭才呼呼睡去,顯然,「一面唱片」的時間是不切實際的。
讀者不免會問,這麼囉嗦的東西,一定很難囉?!錯了,用的是最簡單的方法,應用的是電子人最基本的知識RC Time Constant(RC時間常數),它的方塊圖就如圖一那麼簡單,且聽我慢慢到來:
圖二是個最基本的RC網路,計算在電容C兩端的電壓,是:
上面的式子,紙出在電容器兩端的電壓是呈指數型的上昇曲數,在時間T=RC的時候,在電容C兩端的電壓是:
簡言之,如果這個電源V是1V,在1秒鐘的時候,從電容兩端就可以得到0.63V,如果我把一個電晶體擺上去,在一秒鐘之後,V2的電流就可以因為電晶體B-E腳的導通(IB),而流下來(Ic),如圖三。
這就是本機的基本原理,在實際上,我把它做成像圖四的線路:
D1 D2 C1構成電源的供應,只用最簡單的全波整流。(事實上,半波也很夠了!)C1不必很大,220uF便可以了,因為本機吃不了什麼電。我用的手頭尚有的18-0-18、0.5A的變壓器,在A點得到了25V左右的電壓,讀者試裝,去中華路隨便買一個小變壓器就可以,幾伏都可以。
R1 C2就是在圖三中談到的RC網路,為了造成足夠大的T,所以R1 C2都用得很大,R1用4.7MΩ,C2用1000uF/6.3V,注意電容要挑漏電小的。我曾經試用鉭質的,結果因為鉭質電容通常都很小,結果R1必大到不可思議,太不經濟。注意此處RC的常數是:
事實上,本機不在那麼久才動作。
再回頭看圖二(b),在此所指的RC是指充電至供應電壓的0.63倍的時間; 也就是說,B點如果要充電到25Vx0.63=15.75V需要78分之久,可是B點的電壓永遠不會到5.8V,因為當電容充電使B點電壓上升到1.8V的時候,Q1 Q2 Q3的B-E極都導通了,這時候C1無法繼續充電,因為電流都經由R1 Q1 Q2 Q3流到地端去了,成為IB,約為:
為了大的RC,所以R1必然用得很大,R1大,則IB小,小到不足以推動電晶體,因此我加了兩顆晶體,組成達靈頓的一個Pair,使只有5pA的IB也可以推動很大的電流,讓Q3最後竟工作在飽和區域(Surturation region)。我們翻翻電子學,知道當一個電晶體飽和的時候,VCE是很低的,有的晶體(尤其功率大的晶體)更低至1V,甚或以下,記注這點,將來便是選擇Q3的依據。
利用此一特性,我們在Q3的C-E兩端跨上S2這是一個固態繼電器(Solid State Relay),當我們在它兩端加上+3.2V至32V的電壓,Relay便會ON,而且這是個無聲的動作。通常這類Relay都被做得能夠承載10A以上的電流,廣告看板的燈泡控制有很多便是用它來做的。這種Relay也比一般看到的要便宜很多,當C2充電到1.8V後,Q1 Q2 Q3導通,電流經R2流過Q3使Q3飽和,C點電壓降到了+3.2V以下,Relay便跳開,而把電源切掉。
如果我們把S1押上,C2被短路,B點成為地點,Q1 Q2 Q3都OFF,電流便只有流經R2進入S2,因為Relay本身耗電很小,所以這時的C點電壓經是很接近A點(25V左右),Relay便ON,而把電源接上; 也就是說,平時S1是處在Close的位置上,當睡覺時,S1被斷路,C2就開始充電了。
至此,本機的動作全部交待完畢。有關零件選擇方面,D1 D2可以任意抓兩只整流用的二極體,C1 C2 R1已經前述了,R2是限制Q3電流的,其值約為:
C3則是對Relay的接點的一些火花防止作用,用0.047uF的陶瓷電容便很理想了。
至於S2這個Solid State Relay的來源,讀者可往舊貨攤去找,我在中華商場忠棟前半段(店名忘了)一家買過幾回,信義路這邊幾家應該也有,很便宜的。形狀像個火柴盒大小,四個螺絲孔(兩個控制點,兩個開關接點)。
Q1 Q2用任何一種矽質的小晶體都可以,選擇上以β值愈高的愈好,這樣IB可以更小,R1便可以愈大,時間便可以愈長,Q3則任何1~10W的小功率最是理想,像舊貨攤上很多一片10塊、20塊的PC板上,一拆就一大堆。(其實,你真正在找的是開關用晶體,如此,也不必10W那麼大)。依照圖四的線路,我做了一個小機箱,背板上是所有音響器材的電源插孔,大約我得到20分中左右的延遲時間,時間一到,電風扇也關了,擴大器也不響了,我也安然入睡了!
這是個很簡單的應用,任何電子人都應該可以想得到,我想設計的樂趣就在這裡。這個小機器曾讓我不少朋友說: 「啊!我怎麼沒想到?」。願看到更多的「想出來」的東西出現在音響技術上,而不只是仿XX牌,XX牌改良式的......。
轉載音響技術第61期 JAN. 1981 入門小製作/為你的音響加個睡眠裝置/一 庭
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