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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Любители орехов живут дольше 27.11.2013 Первое крупное исследование о пользе орехов показало, что у людей, которые ежедневно съедают горсть орехов, шансы умереть на 20% меньше, в сравнении с теми, кто данный продукт не потребляет. Такое заключение сделали ученые из Института рака Дана-Фарбер, Университета Бригама Янга и Гарвардской школы общественного здравоохранения. Результаты исследований содержат и другие приятные новости: регулярное потребление орехов позволяет сохранить стройность. Любителям орехов теперь не стоит бояться лишнего веса. Наиболее очевидное преимущество орехов - сокращение на 29% смертности от сердечно-сосудистых заболеваний. Также ученые отметили значительное снижение - на 11% - риска смерти от рака. Правда, пока ученые не определили конкретный вид ореха, который имеет решающее значение для защиты организма. Тем не менее, положительных эффект был отмечен как при потреблении арахиса, так и при потреблении других видов орехов - грецких орехов, фундука, миндаля, бразильского ореха, кешью, пекана, фисташек, макадамии и кедровых орехов. Некоторые предыдущие исследования обнаружили связь между увеличением потребления орехов и снижением риска таких недугов, как болезни сердца, диабет 2 типа, рак толстой кишки, камни в желчном пузыре. Частое потребление орехов также связывают с сокращением уровня холестерина, снижением окислительного стресса, воспаления, ожирения и невосприимчивости к инсулину. Есть работы, которые показывают, что добавление орехов в рацион снижает общую смертность у отдельных групп населения. Но ни одно из предыдущих исследований подробно не рассматривало различные объемы орехов и их влияние на общую смертность в большой популяции на протяжении более 30 лет. Для нового исследования ученые использовали базы данных из двух известных текущих наблюдательных исследований, которые собирают сведения о диете и других факторах образа жизни и их последствиях для здоровья. Представлены данные о 76 464 женщинах в период с 1980 по 2010 годы и данные о 42 498 мужчинах с 1986 по 2010 год. Участники исследований заполняли анкеты о потребляемых продуктах каждые два-четыре года. В каждой анкете участникам было предложено оценить, насколько часто они потребляли орехи и указать размер порции (обычный маленький пакет арахиса содержит примерно 30 г). Чтобы исключить другие факторы, влияющие на смертность и стояние здоровья, ученые провели сложнейший анализ. Например, исследователи обнаружили, что люди, которые едят больше орехов, более стройные, реже курят, и, скорее всего, занимаются спортом, принимают витамины, потребляют больше фруктов и овощей, но пьют больше алкоголя. Анализ позволил выделить связь между орехами и смертностью независимо от названных факторов. Люди, в рационе которых есть орехи, в ближайшие 30 лет реже будут испытывать трудности со здоровьем. Те, кто ест орехи реже раза в неделю, снижают тем самым вероятность смерти на 7%. Потребление орехов раз в неделю снижает смертность на 11%; два-четыре раза в неделю - на 13%; пять-шесть раз в неделю - на 15%, а семь или более раз в неделю - на 20%.

Другие интересные новости:

▪ WiFi-модули Espressif ESP32-WROVER для голосовых приложений интернета вещей

▪ Смартфон Oppo Reno6 Lite

▪ 65 тысяч пластиковых цветов

▪ Обнаружен самый древний в мире сыр

▪ Пение стимулирует иммунную систему

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Дом, приусадебное хозяйство, хобби. Подборка статей

▪ статья Дары Помоны и Флоры. Крылатое выражение

▪ статья Какая птица является рекордсменом по глубине ныряния? Подробный ответ

▪ статья Валериана греческая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Адаптер порта IrDA для компьютера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электрооборудование кранов. Заземление и зануление. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025