Универсальные фотодатчики – свежее решение

November 27, 2010 by admin Комментировать »

В радиолюбительской литературе опубликованы различные схемы фотореле, — что называется, на любой вкус и цвет. С трудом можно найти какое-нибудь свежее решение. Предлагаемая на рис. 3.2 схема, как представляется, оригинальна. В качестве фотодатчика служит распространенный фоторезистор СФЗ-1.

Рис. 3.2. Оригинальный вариант фотореле

Он преобразует световой сигнал, улавливаемый чувствительной поверхностью, в электрические колебания. Они поступают на вход порогового детектора на одном элементе микросхемы

DD1 КР1564ТЛ2. Эта микросхема состоит из шести однотипных элементов — логических инверторов с триггерами Шмитта. На элементе DD1.2 реализована задержка времени включения нагрузки.

Чувствительность схемы (порог переключения триггера Шмитта) плавно регулируется переменным резистором R1, который совместно с фотодатчиком образует делитель постоянного напряжения. Здесь желательно применить многооборотный резистор, например, типа СП5-1ВБ.

При отсутствии освещения на инвертирующем выходе DD1.1 (вывод 2) высокий логический уровень. Конденсатор С2 быстро разряжается через резистор R4 благодаря диоду VD1.

Когда свет попадет на фоторезистор PR1, то на выводе 2 DD1.1 появится логический «О».

Далее сигнал поступает на схему временной задержки. В результате заряда конденсатора С2 через резистор R3 до напряжения порога срабатывания элемента DD1.2 напряжение на его выходе меняется на противоположное. Выдержка времени может существенно изменяться в зависимости от номиналов С2 и R3 (от нескольких секунд до десятков минут). После заряда конденсатора С2 триггер переключается в другое устойчивое состояние, и на выходе элемента DD1.2 формируется высокий логический уровень. Транзистор VT1 открывается, на реле К1 поступает напряжение питания. Диод VD2 препятствует броскам обратного тока при включении-выключении реле.

Схема очень проста и не требует настройки, кроме установки порога срабатывания триггера при помощи R1 в зависимости от освещенности конкретного объекта. Транзистор VT1 можно заменить на КТ312А—В, КТ603А—Б, КТ608Б, КТ801А, Б. К1 — маломощное реле РЭС15, (паспорт РС4.591.005) или аналогичное, на напряжение срабатывания, соответствующее напряжению питания схемы. Питание схемы не критично. Можно применять любой стабилизированный источник питания с выходным напряжением 9…14 В. Ток, потребляемый схемой от ИП в пассивном режиме (когда нет освещения фоторезистора), не превышает 2…3 мА. При включении реле ток увеличивается до 25 мА.

При управлении мощной нагрузкой или нагрузкой в сети 220 В необходимо применять другое, соответствующее реле для надежности и безопасности, например, РЭС22, (исполнение РФ4.523.023-07). Испонительные контакты реле коммутирует устройство нагрузки.

На рис. 3.3 показана аналогичная схема чувствительного фотоавтомата с применением логических элементов микросхемы КМОП К561ЛА7. Это устройство имеет отличительную особенность — электромагнитное реле К1 и нагрузка, коммутируемая им, включаются и выключаются без дребезга контактов несмотря на любой возможный режим (плавное нарастание и уменьшение) освещенности фоторезистора PR1. Отсутствие управления нагрузкой без дребезга контактов управляющего устройства (в нашем случае — это реле К1) значительно продлевает жизнь любой активной нагрузке (имеющей постоянное сопротивление электрическому току). Если в качестве нагрузки используется электрическая лампа — она будет служить дольше, если нагревательный элемент или другое мощное реле — не будет помех для радио- и телевизионных приемников, других чувствительных устройств.

Рис. 3.3. Фотореле с применением микросхемы КМОП

Подразумевается, что своими контактами реле коммутирует исполнительную цепь нагрузки. Данное устройство создано непосредственно для автоматического управления внутренним освещением квартиры в зависимости от условий внешней освещенности (времени суток на улице). Усилитель на транзисторе

VT1 преобразует изменение сопротивления фоторезистора PR1 в электрический ток. Для надежной работы устройства фоторезистор PR1 (он состоит из двух параллельно соединенных фоторезисторов СФЗ-1, СФЗ-4 или аналогичных — это сделано для лучшей чувствительности) должен быть вынесен на улицу или обращен к стеклу окна с внутренней стороны помещения так, чтобы на него не влияла внутренняя освещенность помещения.

Электронный узел работает следующим образом.

Когда на улице (в зоне контроля фоторезистора PR1) достаточно светло, его сопротивление мало (несколько кОм). Таким образом, малое сопротивление фоторезистора шунтирует переход база—эмиттер транзистора VT1 и удерживает его в закрытом состоянии. Тогда в общей точке соединения диодов VD1, VD2 низкий уровень. Логические элементы DD1.1 и DD1.2 в данном случае выполняют роль инверторов, т.е. изменяют входной сигнал на противоположный на своем выходе. Соответственно, на входах элемента DD1.3 установится сигнал высокого уровня, а на его выходе (вывод 10 микросхемы DD1) снова сигнал низкого уровня. Транзистор VT2 оказывается заперт, а реле К1 и нагрузка обесточены.

При плавном уменьшении освещенности фоторезистора (например, наступает вечер и сумерки, на улице темнеет) сопротивление фоторезистора увеличивается пропорционально уменьшению освещенности и потенциал на эмиттере транзистора VT1 плавно возрастает, медленно достигая напряжения высокого уровня. Но если на вход элемента DD1.1 высокий уровень попадает практически беспрепятственно (сопротивление резистора R4 не представляет препятствия для чувствительно входа элемента микросхемы КМОП), то на вход элемента DD1.2 высокий уровень попадает только после того, как зарядится конденсатор С1 через резистор R6. При емкости конденсатора С1, равной 50 мкФ, задержка составит около 5 мин. Пока конденсатор С1 заряжается, он представляет собой небольшое сопротивление постоянному току и на входах элементов DD1.1 и DD1.2 будет, соответственно, «1» и «0». На выходе суммирующего элемента DD1.3 временно окажется высокий уровень напряжения и транзистор откроется и без дребезга контактов включит реле. Оно своими контактами замкнет цепь нагрузки.

Зарядившись, конденсатор С1 обеспечит на входе элемента DD1.2 высокий уровень напряжения. Тогда и транзистор VT2 и реле К1 (и нагрузка) останутся включенными. Благодаря задержке включения устройство может использоваться с любым типом реле — дребезг контактов отсутствует. Применение этой схемы эффективно в ситуациях с плавным изменением освещенности объекта.

Переменным резистором R2 регулируют чувствительность фотодатчика. В верхнем по схеме положении движка R2 чувствительность устройства фотореле максимальна. Транзисторы VT1, VT2 — любые маломощные кремниевые транзисторы из серий КТ312, КТ315, КТ3102. Диоды VD1, VD3 — КД521, КД522, КД509, КД510, КД513 с любым буквенным индексом. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,125. Переменный резистор R2 типа СПО-1. Оксидный конденсатор С1 типа К53-30, К52-18 или аналогичный с малым током утечки, на рабочее напряжение не ниже 16 В. Источник питания для устройства стабилизированный. Напряжение питания 5…15 В. На практике установлено, что чем ниже напряжение питания, тем меньше чувствительность к освещенности устройства. Реле К1 — любое маломощное с током потребления до 30 мА. Тип данного реле следует увязывать с напряжением источника питания узла так, чтобы реле надежно срабатывало при принудительном замыкании перехода коллектор—эмиттер транзистора VT2. Диод VD3 включен в схему для защиты оконечного транзистора от бросков обратного тока при включении-выключении реле.

Схема может служить хорошим подспорьем для создания на ее базе новых качественных разработок.

Схема на рис. 3.4 отличается бестрансформаторным сетевым питанием и тиристорным управлением активной нагрузки. В ее основе транзисторно-тиристорный переключатель, включающий лампу освещения EL1. Мощность лампы имеет ограничение до 100 Вт, что обусловлено значением мощности тиристора VS1, управляющего лампой. Такая мощность лампы достаточна для освещения предметов, находящихся, например, на антресоли. На лампу EL1 выпрямленное напряжение поступает с выпрямителя, включенного по мостовой схеме на диодах VD4—VD7. Вместо указанных на схеме диодов можно использовать готовый

Рис. 3.4. Еще один вариант фотореле с сетевым питанием

выпрямительный мост, рассчитанный на обратное напряжение не менее 300 В, например КЦ405А. Тиристор включается триггером Шмитта, состоящим из составного транзистора на основе VT1, VT2 и транзистора VT3. С наступлением сумерек под влиянием изменяющегося сопротивления фоторезисторов PR1, PR2 (они включены параллельно для лучшей чувствительности) потенциал базы транзисторов VT1, VT2 возрастает, и они открываются. Напряжение на коллекторе транзистора VT2 в это время уменьшается, вследствие чего транзистор VT3 оказывается закрытым. Напряжение на коллекторе транзистора VT3 через диод VD1 включает тиристор VS1, который зажигает лампу HL1. Кремниевый диод VD2 в эмиттерной цепи транзистора VT3 служит для уменьшения гистерезиса (разницы пороговых уровней переключения) триггера Шмитта. Благодаря этому порог переключения мал, т.е. лампа не мерцает и не мигает в переходный момент освещенности фотоэлементов.

При освещении фоторезисторов триггер Шмитта переключается, изменяя свое первоначальное состояние. Тиристор закрывается, прекращая подачу питания на лампу EL1. Триггер Шмитта и часть схемы с чувствительным фоторезистором питаются стабилизированным напряжением +10…14 В. Этот параметр зависит от типа стабилитрона VD3. Уровень чувствительности узла срабатывания фотопереключателя регулируется изменением сопротивления переменного резистора R8.

При размещении фотоэлемента в корпусе устройства необходимо следить за тем, чтобы свет зажженной лампы не попадал на светочувствительную поверхность фоторезисторов, т.к. в таком случае в результате оптической связи лампа HL1 будет постоянно включаться и выключаться (мигать) в зависимости от параметров (постоянной времени) фоторезисторов.

Собранная без ошибок из исправных радиодеталей схема не нуждается в настройке и начинает работать сразу. Все резисторы, кроме R1, типа МЛТ-0,25, МЛТ-0,5. R1 —с мощностью рассеивания 2 Вт. Фоторезисторы СФЗ-1 могут быть заменены на другие приборы, сопротивление которых при полной темноте составляет не менее 1 МОм, а при освещенности падает до 50 кОм и меньше. Фоторезисторы можно монтировать как в корпусе основного устройства (авторский вариант), так и с подключением через разъем, на расстоянии. Главное — провода соединения фотоэлементов со схемой не должны быть длиннее 1 м. Это условие необходимо выполнить для уменьшения влияния посторонних наводок, провоцирующих узел на ложные срабатывания.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты