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:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Химики против глобального потепления 03.01.2015 Глобальное потепление, изменение климата, парниковый эффект - наверное, каждый хоть раз слышал эти слова. Один из главных виновников потепления - углекислый газ, СО2. Это тот газ, который мы выдыхаем, который выходит из выхлопной трубы вашего автомобиля, который в огромном количестве выбрасывают в атмосферу химические и нефтеперерабатывающие заводы. Рост содержания углекислого газа в атмосфере приводит не только к климатическим изменениям. Вспомним, что если в комнате становится душно, а это связано как раз с увеличенной концентрацией двуокиси углерода, мы открываем окно, чтобы впустить свежий воздух. Но как можно "проветрить" нашу планету, где находится та самая форточка, которую нужно открыть? С 1958 года в обсерватории Мануа-Лоа на Гавайях ведется постоянный мониторинг содержания углекислого газа. И результаты наблюдений не самые обнадеживающие - за последние пятьдесят лет содержание СО2 увеличилось почти на треть. Одним из основных источников углекислого газа в атмосфере стала промышленная деятельность человека, в первую очередь это сжигание и переработка природных ресурсов: нефти, газа и угля. Хотя на международном уровне прилагаются определенные усилия (Киотский протокол), призванные ограничить выбросы углекислого газа, без использования новых технологий решить эту проблему практически невозможно. Для того, чтобы снизить выбросы углекислого газа на промышленном предприятии, необходимо решить две проблемы: как отделить СО2 от остальных выделяемых газов, и что с ним потом делать. Существует несколько решений второй задачи: углекислый газ используют для производства минеральных удобрений, его закачивают в толщу земной коры вместо нефти или растворяют в мировом океане. Однако сначала его нужно получить в чистом виде. На сегодняшний день в промышленности для этого используется процесс, в котором исходный газ пропускают через раствор, содержащий производные аммиака. Но такая технология использует опасные, агрессивные вещества и требует существенных вложений. Исследователи из Корнелльского университета предложили интересное решение данной проблемы. Результатом более чем пятилетней работы стало вещество, способное эффективно улавливать углекислый газ, простое в применении и при этом не представляющее угрозы для окружающей среды. Это вещество представляет собой порошок, состоящий из мелких частиц, на которых закреплены особые молекулы. Частицы представляют собой пористую структуру из оксида кремния. На поверхности и внутри пор закреплены длинные полимерные цепочки из молекул полиаминов, которые способны улавливать и удерживать на себе двуокись углерода. Фактически получилось создать молекулярную губку, которая может активно впитывать в себя углекислый газ. Ценность изобретения в том, что такие губки не только эффективно поглощают СО2, но и длительное время не теряют своей работоспособности. Именно сочетание простоты применения, долговечности и эффективности дает им право на использование взамен существующей технологии. Исследователи планируют провести испытания собственной разработки на университетской теплоэлектростанции, что поможет привлечь интерес к изобретению.

Другие интересные новости:

▪ Город притягивает ураганы

▪ Космический полет продлевает человеческую жизнь

▪ Робот заправляет космический аппарат

▪ Планшет Samsung Galaxy Tab 2 с ОС Android 4.0

▪ ЦРУ рассматривает использование микроволновок и утюгов для шпионажа

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электроснабжение. Подборка статей

▪ статья И не давал ему ни отдыху, ни сроку. Крылатое выражение

▪ статья Как были построены египетские пирамиды? Подробный ответ

▪ статья Работа с электротитаном. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья УКВ рамочная антенна из коаксиального кабеля. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Распиливание. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026