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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Секрет забывчивости при переходе из одной комнаты в другую 20.01.2025 Иногда, переходя из одной комнаты в другую, человек внезапно забывает, что планировал сделать. Это явление, известное как "эффект двери", связано с тем, что смена пространства вызывает кратковременное забывание информации, поскольку мозг разделяет события на отдельные этапы. Группа исследователей из Университета Нотр-Дам провела эксперимент, изучая "эффект двери". Участники перемещали предметы через виртуальные или реальные пространства, и результаты показали, что после прохождения через дверь они чаще забывали свои намерения, даже если совсем недавно о них думали. Это подтверждает гипотезу о том, что наш мозг разделяет опыт на отдельные события по модели горизонта событий. Хотя такая организация памяти помогает эффективно хранить информацию, она также может приводить к кратковременному забыванию. Когда человек пересекает границу пространства, мозг обновляет модель события, что может повлечь за собой потерю информации, связанной с предыдущим контекстом. Профессор психологии Габриэль Редванский объясняет, что переход через дверь в нашем сознании служит границей, разделяющей события и помогающей их сохранять. Например, если человек идет из гостиной на кухню, связь между намерением и местом ослабевает, как только он оказывается в новом пространстве. Примечательно, что "эффект двери" может срабатывать даже без реального перехода между комнатами - достаточно лишь представить пересечение границы, и память подвергнется такому же влиянию. Это свидетельствует о том, что модель горизонта событий актуальна не только для физического, но и для воображаемого пространства. Однако новые исследования ставят под сомнение универсальность этой модели. В одном из экспериментов с виртуальной реальностью "эффект двери" не проявлялся, когда участники просто перемещались между комнатами. Однако, если им одновременно давали задания, требующие дополнительного когнитивного напряжения, забывчивость возрастала. Это указывает на то, что не только физический переход через дверь, но и изменение контекста или перегрузка памяти увеличивают вероятность кратковременного забвения. В другом эксперименте участникам необходимо было запоминать информацию, выполняя при этом сложные арифметические расчеты. В этом случае "эффект двери" проявился чаще, поскольку дополнительная нагрузка на память делала участников более восприимчивыми к забыванию. Исследователи также отмечают, что, поскольку виртуальные комнаты в их эксперименте были идентичны, сам переход через дверь не является ключевым фактором - важнее изменение контекста и когнитивная нагрузка. Чем больше факторов перегружает мозг, тем выше вероятность кратковременного забывания.

Другие интересные новости:

▪ Римская лошадь в Германии

▪ Усовершенствование квантовых вычислителей

▪ Противодроновый автомобиль

▪ Пластик, пригодный к бесконечной повторной переработке

▪ При недостатке кислорода старение клеток начинается еще до рождения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Бытовая электроника. Подборка статей

▪ статья Восьмое чудо света. Крылатое выражение

▪ статья Обладают ли кузнечики слухом? Подробный ответ

▪ статья Медсестра. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Двунаправленное сканирование по частоте в УКВ радиоприемнике на микросхеме TDA7088T. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Рыбалка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026