|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Сенсорный реверсивный включатель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору Часто при изготовлении той или иной схемы, воплощенной хотя бы на макете, при оценке соответствия ее реальной работы и описания возникают по крайней мере три логических варианта: 1. Схема не заработала и была забракована по тем или иным причинам как неработоспособная. 2. Схема заработала сразу, и проработка не производилась. З. Схема не заработала, но после внимательного изучения схемотехники по данной теме, конструктивной проработки, тщательного измерения режимов, рационального выбора радиоэлементов и внесения необходимых корректив она заработала. Первый вариант вряд ли стоит анализировать. Второй вариант хоть и дал положительный результат, но может иметь "подводные камни". Остановимся на третьем варианте, самом трудоемком изначально, но, как показывает практика [7, 11], позволяющем в результате получить надежную работу схемы в будущем. В качестве примера рассмотрим проработку несложной (рис.1) и хорошей по своей идее схемы [8].
Схема "гвоздика" (сразу привлекла внимание своей простотой, что предполагало хорошую повторяемость), поэтому были изготовлены три печатные платы, на которые были установлены новые радиоэлементы в соответствии с описанием. Однако "гвоздик" никак не хотел работать стабильно. Он то требовал длительного первичного (после двух-трех дней обесточенного состояния) удержания сенсора, то начинали по непонятным (на первый взгляд) причинам выходить из строя транзисторы VТ1-VТ4, причем на разных платах разные. На платы устанавливались другие типы транзисторов, тринисторов, платы даже на некоторое время откладывались на "дозревание", но положительного результата это не дало. Поскольку периодически возникала потребность в сенсорном выключателе такого типа, то появилась идея разработать на базе "гвоздика" схему экономичного унифицированного сенсора, который одинаково хорошо работал бы в схемах как с питанием от батарей, так и с питанием от сети переменного тока, как с гальванической связью с сетью, так и без нее. После теоретической проработки схемотехники "гвоздика" было отмечено, что она имеет достаточно нереализованных ресурсов. Было решено использовать в качестве активных элементов "народные" транзисторы типа КТ315, причем (для лучшей повторяемости) с любым буквенным индексом и без предварительного отбора. Ресурс чувствительности (рис.2) был повышен уменьшением до 1 МОм сопротивления резистора R1 и увеличением до 1 МОм (а в некоторых случаях и его исключением) сопротивления резистора R2, поскольку в [8] он совместно с R1 образует (см. рис.1) делитель напряжения, поступающего с площадки сенсора, уменьшающий уровень входного напряжения примерно в 10 раз. Для компенсации этого в схеме [8] применены усилительные элементы (КТ3102) с большим коэффициентом усиления по току, что нецелесообразно.
Для минимизации влияния помех, наводящихся в соединительных проводах (чем объяснялось в [8] введение R2) в реальных конструкциях, соединение датчика сенсора со схемой желательно выполнять проводниками минимальной длины при помощи экранированного провода. Статические режимы Поскольку в [10] для КТ315 не оговорено максимальное напряжение э-б, б-к, то для повышения надежности работы в схеме сенсора было принято решение вместо диода VD1 (кстати, его тип, а так же тип VD2 в [8] не указан) установить стабилитрон типа КС168, включенный в том же направлении. Он должен выполнять уже две функции: в прямом направлении для отрицательной полуволны сигнала работать как обычный диод, защищая переход э-б VТ1 от воздействия обратного напряжения по цепи управления, а для положительной полуволны - в качестве ограничителя (супрессора), нормирующего максимальную величину напряжения управляющей полуволны на уровне напряжения его стабилизации. Такой же недостаток во входном каскаде имеется и в схеме сенсора [5]. В процессе проработки схемы (см. рис.1) было замечено, что после нахождения схемы (3-4 дня) в обесточенном состоянии она почему-то не срабатывает даже при длительном касании сенсора, но при замыкании пальцами выводов б-к VT1 на макетной плате (что говорит о достаточном усилении активных элементов) срабатывает. В дальнейшем в течение одного-двух дней схема работает нормально, потом, после такого же периода нахождения в обесточенном состоянии, это явление проявляется вновь и устраняется аналогично. Возникло предположение, что причина явления заключается в электрической формовке С2: как только С2 в первый раз достаточно зарядится (а значит, и сформуется), схема работает устойчиво даже после кратковременной разрядки (замыканием выводов) С2. Для принудительной начальной электрической формовки С3 (см. рис.2) до уровня 0,4 В при включении напряжения питания в схему сенсора введены делитель напряжения R2R3 и ключевой диод VD3. При достижении этого напряжения VD3 закрывается и в дальнейшем делитель не влияет на работу сенсора. Такое решение в определенной степени компенсирует ток утечки С3, свойственный оксидным конденсаторам большой емкости, а также повышает чувствительность, уменьшая время касания сенсора, необходимое для срабатывания схемы. В результате измерений, проведенных при помощи осциллографа С1-33 с открытым входом (входное сопротивление 1 МОм), оказалось, что при достаточно продолжительном удерживании сенсора напряжение на конденсаторе С3 возрастает вплоть до 6...8 В, что вполне может служить причиной выхода перехода б-к VТ2 из строя. Поэтому в цепь его базы введен резистор R4 аналогично схемотехнике, которая хорошо себя зарекомендовала в тринисторном регуляторе [4]. В результате этого значительно увеличилась постоянная времени разрядной цепи С3R4 (б-э) VТ2, что позволило получить гораздо большую выдержку при меньшей (по сравнению с рис.1) величине емкости оксидного конденсатора С3. Для устранения перегрузок в цепь базы VТ3 и VТ4 по тем же причинам введены ограничительные резисторы R5, R7. Измерения напряжения, проведенные на С3, показали, что их введение никак не повлияло на параметры включения и выключения сенсора. Назначение конденсатора С3 (см. рис.1) в описании [8] не указано. Практические измерения на работающей схеме показали, что его наличие понижает порог включения примерно на 0,1 B и повышает на такую же величину напряжение выключения, что увеличивает общую выдержку на 10...15 с. Отсюда был сделан вывод, что применение его нецелесообразно. В процессе работы при выключении тринистора и наличии индуктивных нагрузок в сети возможно возникновение широкого спектра помех. Поэтому для уменьшения внутреннего сопротивления источника питания сенсора по высокой частоте в схему (см. рис.2) введен конденсатор С4, что уменьшило вероятность проникновения высокочастотных помех в цепь сигнала через цепи питания. В качестве ключа для управления VS1 (см. рис.1) вряд ли стоит использовать высоковольтный транзистор большой мощности (10 Вт!) типа КТ940, подавая в открытом состоянии в цепь управления VS1 ток порядка 55 мА! Можно вполне обойтись и тем же (см. рис.2) КТ315, подсоединив его к стабилизированному источнику постоянного напряжения, от которого получают питание остальные транзисторы схемы сенсора. Это помимо стабилизации параметров включения VS1 исключает возможные перегрузки в цепи его управляющего электрода, так как ток в его цепи при полностью открытом VТ4 определяется величиной гасящих резисторов R10, R11. Поскольку по [10] максимальный ток коллектора КT315 100 мА, то такой режим для него вполне безопасен. В процессе измерений тока (не напряжения) через управляющий электрод VS1 (см. рис.2) с помощью авометра Ц4342 было замечено, что в момент включения имеется рывок стрелки измерителя в сторону большей величины, а затем ток устанавливается на уровне 4...5 мА (в зависимости от экземпляров VТ4 и VS1). В литературе мне не встречалась информация о зависимости величин тока через управляющий электрод от изменения характера нагрузки, поэтому предполагалось, что причина явления заключается в использовании нелинейной нагрузки - НL1, сопротивление которой в холодном состоянии намного меньше, чем в раскаленном. Величина резистора между управляющим электродом и катодом (R5 - рис.1, R9 - рис.2, R7 - рис.3, R10 - рис.4, 5), рекомендуемая в литературе, для минимизации влияния дестабилизирующих факторов на параметры включения тринистора по цепи управляющего электрода не должна превышать 1 кОм.
Питать сенсор непосредственно от сети (см. рис.1) нецелесообразно, лучше подключить его питание параллельно (а-к) тринистору, например, как это рекомендует [6]. Согласно его вольт-амперной характеристики (рис.8), после того, как VS1 включился, его можно перевести в закрытое состояние, снизив ток через него до величины, меньшей Iвыкл. В устройствах постоянного тока для этой цели используются либо коммутирующий конденсатор, либо специальные последовательные резонансные цепочки, напряжение перезаряда либо противоЭДС которых, кратковременно прикладываясь к тринистору в обратном направлении, выключает его. В цепях переменного и пульсирующего тока тринистор закрывается самостоятельно при переходе величины его анодного тока через нуль автоматически. В данной схеме используется ключевой амплитудный метод управления, который уступает импульсному по энергозатратам на управление. Поэтому шунтирование цепи управления на время нахождения тринистора в открытом состоянии, которое имеет место в нашем случае, является оптимальным. Кроме уменьшения среднего тока потребления схемы управления, такое соединение, естественно, позволит также уменьшить выделение тепла на R10, R11 (см. рис.2). В этом случае диод VD5 служит уже не для выпрямления, а для разделения источника постоянного тока питания сенсора (сглаженного С2) и источника пульсирующего напряжения, питающего VS1. Динамические режимы Проверку работы элементов схемы сенсора удобно (и безопасно!) проводить на макете, воспользовавшись источником постоянного тока на 9...10 В, в динамическом режиме, отключив элемент задержки (С2, рис.3), использовав в качестве визуального индикатора работы схемы светодиод VD3. Поскольку в этом режиме схема является формирователем управляющего напряжения из напряжения наводки, поступающего с сенсорной площадки Е1, то для наблюдения процессов, происходящих в нем, используют осциллограф. Амплитудное значение напряжения наводки на площадке сенсора составляет 15 B (конечно, в конкретном месте, где проводились измерения). Напряжение на базе VТ1 - 6 B (служит усилителем мощности сигнала наводок), на эмиттере - 6 В, на базе VТ2 - около 6 B (служит усилителем по напряжению и ограничителем сигнала сверху), на коллекторе - 0,8 B, с четким ограничением сверху. На коллекторе VT3 сигнал имеет уровень 8 B, уже сформирован (ограничен и снизу) и готов к поступлению на выходной ключ (рис.3, 4) или ключ управления VS1 (рис.2, 5), функцию которого во всех схемах выполняет VТ4, напряжение сигнала на базе которого порядка 1,5 B. При подключении С2 (см. рис.3) и измерении напряжения на нем, проведенного при помощи осциллографа С1-33 с открытым входом (входное сопротивление 1 МОм), оказалось, что схема включается при напряжении около 0,8 B, а выключается при напряжении 0,7 B. Дополнительно выяснилось, что попытка подключиться к той же точке тем же осциллографом, но с закрытым входом приводила к включению схемы, так как емкостью задержки была входная емкость осциллографа. Для проверки работы сенсора на переменном токе с гальванической развязкой от сети был использован трансформатор от электропаяльного набора 2.940.005 ТУ, выпускавшегося Винницким заводом "Маяк". Схема сенсора была подключена к его нижнему разъему, величина переменного напряжения на котором составляла около 24 В. Все элементы схемы рис.2 оставлены без изменений, только резисторы R10, R11 для получения через стабилитрон VD1 тока 20 мА зашунтированы резистором типа МЛТ-0,5 сопротивлением 470 Ом. В качестве нагрузки использована лампа накаливания на напряжение 28 B и мощность 20 Вт. Во время проверки работы схемы оборвался внутри изолирующей оболочки общий провод от игольчатого щупа осциллографа, а сам факт остался незамеченным... Схема перестала работать. Касание сенсора или давало вспышку, или лампа светилась, мигая вполнакала, причем при каждом касании все происходило по-разному. На вид включения влияла площадь контакта, усилие прижима, каким образом осуществлялось касание - сидя или стоя, левой или правой рукой и т.д. Элементы схемы из строя уже не выходили. Проверив покаскадное прохождение наводки с помощью осциллографа, обратил внимание, что сигнал везде одинаковый, и понял, что нет соединения с корпусом. Припаял общий провод, и работоспособность схемы полностью восстановилась! Начал искать причину странного поведения схемы. Отсоединил входной щуп С1-3З от С2 - схема работала, отсоединил общий провод осциллографа - перестала работать, подсоединил общий провод - заработала снова. Стало понятно, что имеет место наводка с частотой сети через корпус осциллографа, который в домашней мастерской, естественно, не заземлен. Проверил уровень помехи на корпусе осциллографа фазным пробником с неоновой лампой - немного светится, проверил китайским "чудо"-пробником с цифровой индикацией - 60 В! Проверил величину наводки на корпусе включенного блока питания - та же цифра! Стало понятно, почему при проверке схемы сенсора на постоянном токе с питанием от этого источника схема работала нормально. Подключил схему (см. рис.2) с соблюдением указанной в [8] фазировки. Модернизированный "гвоздик" работал нормально. Кроме специальной микросхемы К145АП2 [9, 11] нигде, а тем более в серьезной промышленной аппаратуре, например в селекторе выбора программ СВП-3 [2], наводку в качестве управляющего сигнала не использовали. Какой бы тип сенсора не применялся - резистивный, емкостной на срыв или на возбуждение генерации - уровень сигнала управления (несмотря на различие физических принципов и схемотехники) всегда стабилен, что непросто получить при помощи простой схемы из сигнала наводки с частотой сети. На основе проведенного анализа, решил не усложнять схему, а использовать имеющиеся ресурсы сенсора - большое усиление и стабилизированное напряжение питания, применив резистивный сенсор, соединяющий при помощи сопротивления кожи пальца и резисторов R4, R5 вход усилителя постоянного тока на VT1-VT4 с положительным полюсом источника питания. Схема вариантов унифицированного сенсора показана на рис.4-5. Сенсор одинаково хорошо работает от любого (из поставленных в задаче в начале статьи) источников питания, вполне безопасен и при работе от сети 220 B, поскольку тело человека подключается с двух сторон контактов через сопротивления по 1 МОм. К примеру, величина токоограничительного резистора, входящего в состав указателя напряжения однополюсного (с неоновой лампой) типа ИНН1, применяемого в промышленности, равно 910 кОм. В результате проведенных изменений схема (см. рис.4), находящаяся в "дежурном" режиме, потребляет от источника питания напряжением 9 В ток всего 1 мА! Во включенном режиме, после касания сенсора, ток потребления 8 мА. Единственная проверка, которую желательно провести для отбора устанавливаемых транзисторов VT1-VT4, - это "прозвонка" переходов омметром на пределе 100 кОм. При проверке сопротивления переходов в обратном направлении стрелка измерителя не должна отклоняться даже незначительно. Наладка. В некоторых случаях при больших коэффициентах усиления VТ1-VТ4 (и отсутствии R2) при подключении сенсора к источнику питания, НL1 сразу загорается, хотя их повторная проверка омметром даже на пределе 1 МОм не вызывает отклонения стрелки измерителя, что говорит об их исправности. В таком случае поступают следующим образом. Параллельно переходу э-б VT1 подключают авометр, включенный вольтметром на пределе 5...10 B. При исправном VT1 HL1 должна погаснуть. Переключают авометр на более высокие пределы измерений, пока HL1 не загорится снова. После этого переключают авометр на более низкий предел, лампа должна погаснуть. Данный прием позволяет использовать авометр как магазин сопротивлений, поскольку авометры (в авторском варианте Ц4342) имеют "открытый" вход и входное сопротивление порядка 20...25 кОм/B, что дает возможность примерно прикинуть необходимую величину R2, уменьшающего общее усиление схемы, до получения четкой работы под конкретно примененные транзисторы. При необходимости вместо токоограничительных резисторов R10, R11 (см. рис.2) типа МЛТ-2, на которых выделяется тепловая мощность порядка 4 Вт, можно установить реактивный балласт - конденсатор типа К73-17 емкостью 0,22 мкФЧ630 В. При этом несколько изменится схема выпрямителя (рис.6).
Из схемы, показанной на рис.5, исключена диодная сборка КЦ405В. Стабилитрон VD5 в схеме выполняет две функции: для отрицательной полуволны служит выпрямительным диодом, а для положительной - ограничителем на уровне напряжения стабилизации. Резистор R11 служит для ограничения броска тока при заряде С5. Тринистор VS1 работает однополупериодным выпрямителем, что благоприятно сказывается на сроке службы НL1.
Плата рассчитана на размещение деталей схем от рис.2 по рис.6. В зависимости от желаемого варианта устанавливают соответствующие комплектующие. Места для незадействованных в данной схеме деталей либо замыкают проволочными перемычками, либо оставляют свободными. То же относится и к взаимным соединениям контактных площадок для установки перемычек JР0, JР1, JР2 со схемой. Литература:
Автор: С.А. Елкин
Кислотность океана разрушает зубы акул
03.10.2025 Почтовый космический корабль Arc
03.10.2025 Лазерное обогащение урана
02.10.2025
▪ Определена точная скорость расширения Вселенной ▪ Робот для ремонта труб изнутри ▪ Наихудший год в истории человечества ▪ Пластиковая дорога из переработанных бутылок
▪ раздел сайта Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы. Подборка статей ▪ статья Маленькая победоносная война. Крылатое выражение ▪ статья Почему шведский химик Шееле должен был стать графом, но не стал? Подробный ответ ▪ статья Джовар. Легенды, выращивание, способы применения ▪ статья Речевой информатор Гном. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники ▪ статья Электрошоковое средство защиты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте
www.diagram.com.ua |
Смотрите другие статьи раздела 
Последние новости науки и техники, новинки электроники: