Экономичное фотореле. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Освещение

 Комментарии к статье

Вопросам экономии электроэнергии радиолюбители уделяют большое внимание - об этом свидетельствуют многочисленные публикации в журнале "Радио" с описанием фотореле - устройств для отключения освещения в светлое время суток.

Предлагаемое фотореле (его схема представлена на рисунке) имеет малое собственное потребление электроэнергии и подключается по двухпроводной схеме параллельно штатному выключателю. Устройство содержит мощный электронный ключ на симисторе VS1, подключенный параллельно штатному выключателю SA1. Работой симистора управляет слаботочный ключ на составном транзисторе VT2VTЗ, включенном в диагональ диодного моста VD4-VD7. Резистор R5 в эмиттерной цепи транзистора VT2 предотвращает работу транзистора VТ3 в режиме с "оборванной" базой при закрытом транзисторе VT2. Слаботочный ключ включается базовым током транзистора VТ2, протекающим через резистор R4. Как известно, коэффициент передачи тока базы составного транзистора равен произведению коэффициентов передачи транзисторов, его составляющих. У примененных автором транзисторов минимальное значение этого коэффициента равно 30, т. е. коэффициент передачи тока базы составного транзистора в данном случае не менее 900, что позволяет применить достаточно высокоомный резистор R4, при этом потребляемая устройством мощность не превысит 0,15 Вт в режиме ожидания, а после срабатывания фотореле - значительно меньше.

Электрическая схема фотореле (нажмите для увеличения)

Светочувствительным элементом является фотодиод VD1, в качестве которого применен фотодиод инфракрасного диапазона ФД256, имеющий достаточную чувствительность и в видимой области спектра. На триггере Шмитта DD1.1 выполнен пороговый элемент. Порог срабатывания регулируют подстроечным резистором R1, конденсатор С1 повышает помехоустойчивость устройства. На элементе DD1.2, резисторе RЗ и конденсаторе С2 выполнен узел задержки переключения реле, устраняющий ложные срабатывания при кратковременных засветках фотодиода, на элементе DD1.3 - инвертор для обеспечения необходимой логики работы, на транзисторе VT1 - выходной ключ. Питается микросхема DD1 от параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне VD3 и резисторе R4. Диод VD2 предотвращает разрядку фильтрующего конденсатора С3 при срабатывании фотореле.

Триггеры Шмитта микросхемы DD1 включены инверторами, и, на первый взгляд, их можно заменить инверторами из элементов 2И-НЕ или 2ИЛИ-НЕ микросхемы К561ЛА7 или К561ЛЕ5. Однако в данном устройстве такая замена некорректна. Напряжение на входах элементов DD1.1 и DD1.2 изменяется медленно: у первого - из-за плавного изменения уровня естественного освещения, а у второго - из-за большой постоянной времени цепи RЗС2. Триггеры Шмитта имеют четкий порог срабатывания, а у элементов логики в этом месте входной характеристики имеется зона неопределенности, когда один из входных транзисторов еще не успел закрыться, а второй уже начал открываться. В результате возникает сквозной ток через транзисторы и ток, потребляемый микросхемой, резко возрастает. Входная цепь ключа на транзисторах VT2 и У1З работает в режиме микротоков, и такое изменение режима работы микросхемы приведет к сбоям в работе устройства.

Предлагаемое фотореле работает следующим образом. При подключении его к осветительной сети параллельно штатному выключателю SA1 в течение нескольких полупериодов выпрямленного диодным мостом VD4-VD7 тока будет заряжаться конденсатор С3. Когда напряжение на нем достигнет напряжения пробоя стабилитрона VDЗ (в режиме микротоков оно меньше напряжения стабилизации, нормируемого при токе в несколько миллиампер), откроются транзисторы VT2 и У1З. Когда ток через транзисторы достигнет значения, достаточного для открывания симистора VS1, то он откроется, шунтируя и выключатель, и диодный мост VD4-VD7.

Конденсатор С3 будет подзаряжаться в начале каждого полупериода сетевого напряжения, пока симистор VS1 закрыт.

При подключении устройства конденсатор С2 разряжен, напряжение на входах элемента DD1.2 равно 0, напряжение на его выходе - лог. 1, а на выходе элемента DD1.3 - лог 0, поэтому полевой транзистор VT1 закрыт и не оказывает никакого влияния на работу устройства.

Дальнейшая работа устройства определяется уровнем освещения фотодиода VD1. Если он (уровень) недостаточен, то обратное сопротивление фотодиода велико, на входах элемента DD1.1 присутствует уровень лог. 1, на выходе - уровень лог. 0, и никаких изменений в работе устройства не происходит - в начале каждого полупериода сетевого напряжения открывается симистор VS1, подавая напряжение на осветительную лампу EL1.

По мере повышения уровня освещения обратное сопротивление фотодиода VD1 снижается, и в какой-то момент напряжение на нем становится меньше порога срабатывания триггера Шмитта DD1.1 - на его выходе (вывод 3) появляется уровень лог 1, при этом током через резистор RЗ начинает заряжаться конденсатор С2. Через несколько десятков секунд (зависит от емкости конденсатора С2 и сопротивления резистора R3) напряжение на объединенных входах триггера Шмитта DD1.2 достигает уровня срабатывания, и на его выходе (вывод 4) появляется уровень лог 0. В результате элемент DD1.3 переключается, на его выходе (вывод 10) появляется уровень лог 1 и полевой транзистор VT1 открывается, шунтируя эмиттерные переходы транзисторов VT2 и VT3. В дальнейшем транзистор VT1 остается открытым, и через управляющий электрод симистора VS1 протекает ток, ограниченный резистором R4 до максимальной амплитуды менее 1 мА, что меньше тока открывания симистора.

При экспериментах по замене симистора ТС106-10-10 импортными симисторами выяснилось, что у отдельных экземпляров симисторов ВТ137-600Еток открывания меньше 1 мА, и симистор при нахождении фотореле в режиме ожидания открывается при достижении максимальной амплитуды сетевого напряжения, при этом лампа EL1 светит вполнакала. Для нормальной работы фотореле со столь чувствительным си-мистором сопротивление резистора R4 пришлось увеличить до 1 МОм.

При снижении уровня освещения обратное сопротивление фотодиода VD1 увеличивается, напряжение на входах элемента DD1.1 повышается и в какой-то момент триггер Шмитта DD1.1 переключается - на его выходе появляется уровень лог. 0. Конденсатор С2, заряженный до напряжения питания, начинает разряжаться через резистор R3. Через несколько десятков секунд напряжение на входах элемента DD1.2 снижается настолько, что элемент DD1.2, а вслед за ним и DD1.3 переключаются, на затворе транзистора VT1 появляется уровень лог. 0, и он закрывается, прекращая шунтировать эмиттерные переходы составного транзис-тораУТ2УТЗ. В начале каждого полупериода он открывается и включает симистор VS1 - лампа EL1 при этом светит.

При кратковременных засветках фотодиода VD1 (например, фарами проезжающего автомобиля, вспышками молнии и т. п.) напряжение на полностью разряженном конденсаторе С2 не успевает сколько-нибудь существенно измениться - этим достигается высокая помехоустойчивость предлагаемого фотореле.

О деталях. Транзисторы MJE13002 и диоды 1N4007 извлечены из ЭПРА неисправной КЛЛ. Критерий для замены транзисторов: напряжение коллектор-эмиттер - не менее 400 В, максимальный ток коллектора - не менее 100 мА, статический коэффициент передачи тока базы h_21Э - более 25. Если этот параметр транзисторов менее 25, то сопротивление резистора R4 следует снизить до 200 кОм.

Требования к диодам VD4-VD7 - прямой ток не менее 100 мА, обратное напряжение не менее 700 В. Симистор ТС106-10 должен быть не менее 5-го класса по напряжению, т. е. выдерживать в закрытом состоянии напряжение не менее 500 В. При замене указанного на схеме симистора импортным необходимо учитывать коммутируемую мощность и иметь в виду то, что ток через холодную нить накаливания осветительной лампы в 5...10 раз превышает номинальный. При мощности нагрузки свыше 200 Вт симистор необходимо установить на теплоотвод.

Фотодиод ФД256 извлечен из СДУ старого телевизора. Фотодиоды видимой части спектра очень редко бывают в продаже, поэтому при отсутствии ФД256 стоит поэкспериментировать с ИК-фотодиодами других типов. Критерий пригодности - не менее чем десятикратное изменение обратного сопротивления при изменении освещения. Некоторые ИК-фотодиоды, применявшиеся ранее в промышленной аппаратуре, имеют неплохую чувствительность и в видимой части спектра. Очень хороши, например, ИК-фотодиоды, извлеченные из дымовых пожарных извещателей, например, типа ИП-212, в огромных количествах выбрасываемых при ремонте пожарной сигнализации, выработавшей установленный срок эксплуатации в учреждениях и организациях. Освещать фотодиод при экспериментах необходимо светодиодной лампой, имеющей минимальное излучение в инфракрасной области спектра.

Стабилитрон VD3 - любой маломощный с напряжением стабилизации 3,3...5 В, диод VD2 - любой маломощный кремневый. Транзистор КП501А заменим любым из серий КП501, КП504, КП505. Возможная замена микросхемы КР1561ТЛ1 - К561ТЛ1, 564ТЛ1 или импортный аналог СD4093В.

Постоянные резисторы - любого типа указанной на схеме мощности рассеяния (мощность рассеяния резистора R4 - 0,5 Вт - выбрана из соображений электрической прочности). Подстроечный резистор R1 при установке устройства внутри помещения - любого типа, при расположении вне помещения желательно применить резистор закрытой конструкции, например, СПО-0,15, СПО-0,5 или СП4-1. Для герметизации внутренней полости резистора на валик движка в месте выхода его из корпуса следует нанести слой технического вазелина или консистентной смазки ЦИАТИМ.

Конденсаторы C1, C3 могут быть любых типов, как пленочные, так и керамические, C2 - оксидный импортный (номинальное напряжение - 50 В - выбрано значительно выше рабочего из соображений обеспечения хорошей межобкладочной изоляции - чем выше номинальное напряжение, тем лучше изоляция, т. е. меньше ток утечки).

Устройство собрано на фрагменте универсальной макетной платы размерами 45x25 мм. При использовании исправных деталей и отсутствии ошибок в монтаже налаживание сводится к установке подстроечным резистором R1 желаемого порога срабатывания. Для защиты от атмосферных воздействий отрегулированная плата покрыта нитролаком в два слоя и помещена в корпус от пожарного извещателя ИП-212, имеющий неплохой внешний вид.

Автор: К. Мороз

Смотрите другие статьи раздела Освещение.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Самолет меняет вкус привычных продуктов 27.09.2026

Одна и та же еда может восприниматься совершенно по-разному на земле и на борту пассажирского самолета. На первый взгляд причина может показаться очевидной: качество продуктов или особенности приготовления. Однако специалисты утверждают, что значительную роль играют непосредственно условия полета. Шум двигателей, давление в герметичном салоне и даже звуковой фон способны изменять работу механизмов, отвечающих за восприятие вкуса и аромата пищи. Одним из наиболее интересных факторов оказался постоянный шум. Профессор Оксфордского университета Чарльз Спенс исследовал влияние громких звуков на вкусовые ощущения и обнаружил, что в шумной обстановке человек может слабее воспринимать сладость. Поэтому напиток или десерт, которые на земле кажутся достаточно насыщенными, во время полета способны восприниматься более пресными. При этом эффект не одинаков для всех вкусов. Особенно любопытно ведет себя умами - вкус, характерный, например, для помидоров, грибов и пармезана. В условиях полета ...>>

Новая нержавеющая сталь заменит титан в производстве водорода 27.09.2026

Производство водорода с помощью электролиза требует материалов, способных длительное время работать в агрессивной химической среде и при высоких электрических напряжениях. Даже нержавеющая сталь, которая обычно отличается высокой устойчивостью к коррозии, в таких условиях постепенно разрушается. Поэтому в наиболее ответственных элементах электролизеров приходится использовать гораздо более дорогие материалы, прежде всего титан. Исследователи из Университета Гонконга предложили новый сплав, который потенциально способен значительно сократить зависимость от титана. Материал получил название SS-H2, а его главное преимущество заключается в необычном механизме защиты поверхности. Обычная нержавеющая сталь сохраняет устойчивость благодаря тонкой пассивирующей пленке на основе оксида хрома. Этот слой изолирует металл от агрессивной среды и препятствует дальнейшему развитию коррозии. Однако при достаточно высоком электрическом напряжении защитная пленка может разрушаться, после чего традици ...>>

Кораллы, устойчивые к потеплению, хуже справляются с болезнями 26.09.2026

Коралловые рифы существуют в условиях постоянного взаимодействия множества факторов окружающей среды, поэтому способность переживать один вид стресса еще не гарантирует общей устойчивости организма. Особенно важной эта проблема становится на фоне потепления океана, которое уже приводит к массовому обесцвечиванию кораллов. Исследователи Бостонского университета обнаружили, что симбиоз с теплостойкими водорослями рода Durusdinium действительно помогает кораллам переносить кратковременное повышение температуры, но одновременно может повышать их уязвимость к бактериальным инфекциям. Жизнь кораллов во многом зависит от микроскопических водорослей, которые обитают внутри их тканей. Благодаря фотосинтезу эти симбионты обеспечивают организм-хозяин значительной частью питательных веществ. Однако при чрезмерном нагревании воды нормальное взаимодействие нарушается: водоросли могут покидать ткани коралла, из-за чего он теряет окраску и белеет. Массовое обесцвечивание сегодня считается одной из ...>>

Случайная новость из Архива Оптический биометрический датчик толщиной 1 мм 21.02.2016 Компания LG Innotek объявила о разработке очень тонкого оптического биометрического датчика, предназначенного для использования в мобильной технике. Датчик может быть использован в составе устройств для определения ЧСС, индекса стресса и уровня насыщения крови кислородом. По заявлению компании, новая разработка потребляет меньше энергии и характеризуется более высокой точностью по сравнению с существующими решениями. Как уже говорилось, датчик также и более компактный. Его толщина составляет всего 1 мм. Он включает в себя фотодиод, пять светодиодов и интегральную схему. Согласно пресс-релизу, погрешность измерений ЧСС не превышает пяти ударов в минуту во время тренировки и двух в спокойном состоянии.

Другие интересные новости:

▪ Cамообучающися фотонный компьютер

▪ Пиво из сточной воды

▪ Внешняя вспышка для смартфонов Apple iPhone

▪ Неатомная подводная лодка Тайгэи

▪ В помощь дальтоникам

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Параметры, аналоги, маркировка радиодеталей. Подборка статей

▪ статья Нам бы только ночь простоять да день продержаться. Крылатое выражение

▪ статья Куда деваются зимой комары? Подробный ответ

▪ статья Универсальная сельскохозяйственная машина Золушка. Личный транспорт

▪ статья Светильник-книжка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Удаление пятен от ягод. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026