Защищёное фотореле

14.11.16

[Домашняя]

 

Защищенным предлагаемое фотореле названо потому, что оно не реагирует (включением нагрузки) на кратковременное освещение фотодатчика (например, ночью, фарами проезжающего мимо автомобиля). Достигнуто это введением в состав устройства реле времени. Благодаря нему нагрузка включается только в том случае, если продолжительность освещения фотодатчика превышает время задержки срабатывания. Время задержки, фиксированное, и выбрано равным примерно 4 с, однако при налаживании может быть уменьшено в два или четыре раза. Еще одно достоинство фотореле — высокая экономичность (потребляемый в ждущем режиме ток не превышает 1 мкА). Нагрузкой фотореле может быть любое устройство, рассчитанное на питание от низковольтного источника постоянною тока. В авторском варианте фотореле используется на даче и управляет портативным радиоприемником, настроенным на заранее выбранную частоту.             С восходом солнца он автоматически включается, будя хозяина передачей любимой радиостанции. Схема устройства представлена на рис. 1.

Оно содержит фоторезистор R2, образующий с резистором R1 делитель напряжения, управляющий работой двухвходового триггера Шмитта DD1.1; тактовый генератор импульсов на мигающем светодиоде НL1, инвертор DDI.2, дифференцирующую цепь R4C1. формирующую короткий импульс положительной полярности по перепаду напряжения на ее входе; четырехразрядный двоичный счетчик DD2 с возможностью параллельной записи информации; цепь R5C2 установки его в исходное (нулевое) состояние; электронный ключ на полевом транзисторе VT1, управляющий нагрузкой RH; конденсаторы фильтра СЗ—С5; батарею питания GB1 и выключатель SA1. Во избежание сбоев в работе устройства входы неиспользуемого элемента DD1.3 соединены с общим проводом, а его выход — с объединенными входами также неиспользуемого элемента DD1.4. При включении питания (SA1) конденсатор С2 заряжается через резистор R5, и на входе разрешения параллельной записи S (вывод 1) счетчика DD2 формируется импульс положительной полярности. Поскольку на входе R (вывод 9) лог. 0 (через резистор R4 он соединен с общим проводом), в триггеры счетчика записывается информация с входов D1, D2, D4, D8 (соответственно выводы 4, 12, 13, 3). Они соединены с общим проводом, поэтому на выходах 1, 2, 4, 8 (соответственно выводы 6, 11, 14, 2) счетчика также устанавливается лог. 0. При этом полевой транзистор VT1 закрыт, сопротивление его канала велико и нагрузка R„ (радиоприемник) обесточена. В отсутствие освещения сопротивление фоторезистора R2 максимально (более 2 МОм), поэтому на входе (вы­вод 1) элемента DD1.1 лог. 1. Так как его другой вход (вывод 2) соединен с плюсовым проводом питания (лог. 1), на выходе элемента и соединенном с ним аноде мигающего светодиода HL1 лог. 0, тактовый генератор не работает и на входе С (вывод 15) DD2 также низкий логический уровень. При освещении фоторезистора R2 его сопротивление уменьшается до сотен—десятков килоом, уровень лог. 1 на входе (вывод 1) элемента DD1.1 сменяется уровнем лог. 0 и на его выходе (вывод 3) появляется лог. 1. В результате включается тактовый генератор на светодиоде HL1 и на вход С (вывод 15) счетчика DD2 начинают поступать положительные импульсы с частотой следования около 2 Гц. Так как вход U (вывод 10) DD2 соединен с плюсовым проводом питания, счетчик работает в режиме прямого счета. После восьмого импульса генератора на выходе 8 (вывод 2) D02 появляется лог 1, и поскольку этот выход соединен с входом PI (вывод 5), счетчик останавливается. Одновременно высокий уровень на выходе 8 открывает полевой транзистор VT1, сопротивление его канала резко (до долей ома) уменьшается и на нагрузку Rн поступает напряжение батареи GB1. Нагрузка остается включенной до тех пор, пока освещенность не уменьшится настолько, что сопротивление фоторезистора станет больше сопротивления резистора R1. Когда это произойдет, лог. 0 на входе (вывод 1) элемента DD1. 1 сменится лог. 1, а лог. 1 на его выходе (вывод 3) и соединенных с ним входах инвертора DD1.2 (выводы 5, 6) — лог. 0. На выходе последнего (вывод 4) возникнет положительный перепад напряжения, который поступит на вход дифференцирующей цепи R4C1. Сформированный ею короткий импульс положительной полярности обнулит счетчик DD2 по входу R (вывод 9). При этом тактовый генератор выключится, так как напряжение на выходе DD1.1 и аноде мигающего светодиода HL1 снова понизится до лог. 0. Устройство готово к следующему циклу работы. Такие же импульсы обнуления счетчика DD2 формируются и после кратковременных засветок фоторезистора R2 ночью. Во время засветки генератор успевает выработать несколько импульсов, и они поступают на счетный вход счетчика DD2, но как только засветка прекращается, на его вход R подается импульс с выхода дифференцирующей цепи и счетчик возвращается в исходное состояние. Иными словами, счетчик DD2 не успевает досчитать до 8, поэтому нагрузка не включается. Следует отметить, что благодаря применению микросхемы К561ТЛ1, представляющей собой набор из четырех двухвходовых триггеров Шмитта, нарастание и спад освещенности могут происходить плавно, но это не вызывает "дребезга" или неоднократного переключения элемента DD1.1 и, как следствие, включения и выключения нагрузки (радиоприемника), как было бы при использовании обычных элементов 2И-НЕ (К561ЛА7). Объясняется это наличием у триггеров Шмита гистерезиса (разности между напряжением включения и выключения). Детали фотореле монтируют на печатной плате из односторонне фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1... 1,5 мм, изготов­ленной в соответствии с рис. 2.

Резисторы — МЛТ. С2 33, конденсаторы С1, СЗ — керамические КМ, остальные оксидные К50-35 или импортные (например, серии ТК фирмы Jamicon). Фоторезистор — любой с темновым сопротивлением не менее 2 МОм, рабочим напряжением не менее 10 В и отношением темпового сопротивления к световому (Rт/Rсв) не менее 150 (этим требованиям отвечают, например, фоторезисторы ФСК-1, ФР-764, ФР-765). Транзистор КП505А заменим другими транзисторами этой серии, а также импортными BS170 и IRF540. Зарубежный аналог микросхемы К561ТЛ1 — CD4093A, микросхемы К561ИЕ11 — MC14516AR. Мигающий светодиод — любой, способный генерировать импульсы амплитудой, превышающей половину напряжения питания (для нормальной работы счетчика К561ИЕ11 уровни лог. 0 и 1 должны быть соответственно ниже и выше половины напряжения питания). При использовании мигающего светодиода ARL-5013URC-B напряжение питания фотореле может быть повышено до 9 В, что необходимо для управления нагрузкой, рассчитанной на другое номинальное напряжение питания. Однако транзистор КП505Г использовать при таком напряжении питания нельзя (его максимально допустимое напряжение сток—исток равно 8 В). Для монтажа рекомендуется использовать паяльник с заземленным жалом. Если заземления нет, то во избежание выхода микросхем и транзистора из строя от воздействия статического электричества на плате следует установить специальные розетки (панели), в которые их устанавливают по завершении монтажа остальных деталей. Трехгнездовую розетку для транзистора нетрудно изготовить из многогнездовой, аккуратно "откусив" бокорезами или кусачками фрагмент с тремя контактами. Выключатель SA1 — любой миниатюрный (например, отечественный тумблер МТ-1, импортный MTS102 и т. п.). Батарея питания — 3R12 или три- четыре соединенных последовательно элемента или аккумулятора типоразмера АА или AAA. Разъем XI — миниатюрный любого типа, конструкция которого исключает подключение нагрузки в неправильной полярности. Для того чтобы убедиться в работоспособности устройства, по завершении монтажа платы рекомендуется произвести контрольную сборку: подключить к ней фоторезистор, нагрузку и батарею питания. Собранное без ошибок и из исправных деталей реле работоспособно при первом включении питания. Затемняя и освещая фоторезистор, убеждаются в том, что когда он затемнен, нагрузка отключена и не включается при кратковременном (до 4 с) освещении фоторезистора, а если он освещен более продолжительное время, надежно включается. Чтобы уменьшить задержку срабатывания в два или четыре раза, выходной сигнал счетчика DD2 следует снимать не с выхода 8 (вывод 2), а соответственно с выхода 4 (вывод 14) или 2 (вывод 11). Проверенную в работе плату, батарею, выключатель питания и розетку разъема Х1 размещают в прямоугольном пластмассовом корпусе подходящих размеров (например, в мыльнице с наружными размерами 100x60x30 мм). Фоторезистор закрепляют снаружи на одной из длинных узких стенок, а сам корпус — на нижней части рамы окна (чуть выше подоконника) с таким расчетом, чтобы окошко фоторезистора было максимально освещено наружным светом. Датчик освещенности можно сделать и выносным, это облегчит размещение системы "датчик—фотореле - радиоприемник" в комнате. В этом случае фоторезистор соединяют с устройством двухпроводным кабелем длиной около 1 м. Для исключения воздействия на фотореле прямых лучей солнца и света от мощных источников искусственного освещения (фонарей, про­жекторов) на корпус фоторезистора следует надеть светонепроницаемую трубку, склеенную из черной бумаги. В заключение — совет: если приемник подсоединен к включенному фотореле (контакты выключателя SA1 замкнуты), пользоваться выключателем питания приемника не рекомендуется во избежание возможного выхода из строя полевого транзистора VT1.

Радио №1 2011г стр. 52

Домашняя

Дата последнего изменения этого узла 14.11.2016