Читать онлайн «Электронные фокусы для любознательных детей». Страница 17

Однако, для рассматриваемого случая такие источники питания вполне подходят и работают успешно.

Вместо «китайских» можно применить отечественные адаптеры (качественнее и дороже) если такие завалялись в запасах радиолюбителя. Подойдет источник питания (ИП) от калькуляторов (например, «Электроника БП-20-0,5»), блок питания для радиоприемников (ПУ-1М) – в последнем случае необходима доработка с тем, чтобы выходное напряжение соответствовало 3 В или 6 В в зависимости от применяемого светильника.

Можно изготовить источник питания самостоятельно, но это усложненный и неоправданный путь для описываемого усовершенствования. Проще применить любой промышленный адаптер с выходным напряжением 3.. 6 В.

Бестрансформаторный узел питания в данном случае нежелателен, так как сложный импульсный источник для подобных самоделок изготавливать неэффективно и неоправданно, а простой бестрансформаторный источник, как правило, содержит во входном каскаде схемы балластные конденсаторы, вследствие чего в моменты включения и выключения нагрузки происходят скачки напряжения – для электронного узла они не страшны, а вот лампы накаливания с таким источником питания чаще выходят из строя.

Рассмотрим практический вариант электронной начинки для усовершенствования светильников. Смысл доработки в том, чтобы после «ручного» включения света он автоматически выключался по прошествии определенного времени.

Например, для узла локального освещения антресоли (как и для большинства вариантов с использованием миниатюрных светильников в быту) достаточно задержки выключения света 3…10 мин.

Для обеспечения кратковременного характера работы электронного узла после подачи на него питания с автоматическим отключением по прошествии заданного временного интервала удобно использовать микросхемы К561 серии.

Кроме простоты схемы, она имеет отличие в виде управляющего нагрузкой мощного полевого транзистора. Когда требуется управлять устройствами с током нагрузки 10.. 50 мА, поможет простая схема задержки выключения, представленная на рис. 3.3.

Подключение светильника производят так, чтобы электронный узел (микросхема K561TЛ1) была подключена к источнику питания постоянно.

При первом включении питания оксидный конденсатор С1 (представляющий в первый момент времени малое сопротивление электрическому току) начинает заряжаться через резистор R2 от источника питания. На входе элемента DD1.1 микросхемы K561TЛ1 высокий логический уровень.

Поскольку элементы микросхемы включены как инверторы, то на выходе элемента DD1.2 также высокий уровень напряжения. Полевой транзистор VT1 открыт, и напряжение поступает на лампу накаливания ELI– штатную лампу светильника.

Рис. 3.3. Простая схема задержки выключения нагрузки

По мере зарядки оксидного конденсатора С1 на выводах

1 и 2 элемента DD1.1 напряжение постепенно уменьшается (относительно общего провода). Достигнув порога переключения логического элемента с передаточной характеристикой триггера Шмита (таковы все однотипные элементы микросхемы K561TЛ1), на выходе DD1.1 напряжение изменяется на противоположное – то есть на высокий логический уровень. После инвертирования элементом DD1.2 на выводе 4 последнего присутствует низкий уровень. Транзистор закрыт, лампа ELI обесточена.

Таким образом, при первом включении (при разомкнутых контактах штатной кнопки SA1) произойдет самопроизвольное включение освещения и прекратиться автоматически по мере заряда оксидного конденсатора С1.

При изначально замкнутых контактах SA1 устройство готово к включению света и началу отсчета времени задержки включения, которые произойдут, если разомкнуть SA1, ручным нажатием на кнопку.

Для того, чтобы снова активировать узел (после того как лампа погасла), замыкают контакты штатной кнопки SA1 до включения света (как правило, два нажатия), специально разряжая конденсатор и запуская цикл его зарядки сначала. Устройство начинает свой цикл отсчета времени каждый раз сначала (после каждой новой разрядки оксидного конденсатора С1).

О деталях

При указанных на схеме значениях элементов С1 и R2 время задержки выключения составит 8 мин (при указанном на схеме сопротивлении резистора R2) и около 90 мин при сопротивлении R2– 4,7 Мом, а емкости С1 3300 мкФ.

Оксидный конденсатор С1 применяют с насколько возможно малым током утечки, например К53-18.

Если необходима регулировка выдержки времени – постоянный резистор R2 заменяют переменным с сопротивлением 4,7… 10 МОм. Если требуется выдержка времени, рассчитанная на единицы и десятки минут, применять оксидный конденсатор большой емкости нецелесообразно, достаточно емкости в 47.. 200 мкФ.

При большой выдержке времени применяют высокоемкостные оксидные конденсаторы с малым током утечки, например, К53-1, К53-18, К50-35 и аналогичные с емкостью до 5000 мкФ.

Постоянные резисторы типа MЛT-0,25 или другие подходящие. Транзистор VT1 выполняет роль коммутатора тока. Оксидный конденсатор С2 сглаживает пульсации напряжения от нестабилизированного источника питания– адаптера.

В этой схеме он необходим.

Электронная схема узла, представленная на рис. 3.3 может использоваться в других соответствующих случаях в зависимости от характера нагрузки.

Выходной ток одного элемента микросхемы K561TЛ1 (в зависимости от напряжения источника питания 5… 15 В) пропорционально изменяется от 1,5 до 7 мА.

Это не достаточно для обеспечения нормального питания даже обычного светодиода, тем более значительной для такого случая нагрузки в виде маломощной лампы накаливания. Как один из вариантов усиления тока в нагрузке еще два свободных элемента микросхемы K561TЛ1 соединяют параллельно элементу DD1.2 – теперь ток нагрузки может достигать 12 мА.

Однако и такой ток для большинства узлов нагрузки недопустимо мал.

Например, слаботочные электромеханические реле не смогут работать с таким узлом. Для этого в качестве усилительного элемента применяют транзисторы соответствующей мощности. Причем, если нужен большой коэффициент усиления по току (более 1000) применяют пару транзисторов одной проводимости включенных по схеме Дарлингтона (составной транзистор).

Как правило, коэффициент усиления по току пары транзисторов в схеме Дарлингтона равен произведению коэффициента усиления h21e их обоих. Вместо КП540А применяют КП922А1 – КП922Б1, КП743А – КП743В. Из зарубежных: IRF540, BUZ 11, IRF511, IRF640, IRF720. Для питания нагрузки малой и средней мощности (с током до 1 А) применяют КП501, КП7138, КП707, КП7131, КП504 с любым буквенным индексом. Если требуется очень большой ток в нагрузке, в качестве VT1 без изменения схемы применяют IRG4PC50F с мощностью до 200 Вт.

Устройство не требует налаживания, кроме установки временного интервала задержки, изменяемого (как описано выше) параметрами RC-цепи.

Эта схема имеет и универсальный характер. Предположим, необходимо отсрочить включение какого-либо электронного узла не несколько минут после подачи на устройство питания.

Часто такой вопрос приходится решать при конструировании устройств охранной сигнализации. Чтобы выйти из помещения человеку, и закрыть за собой двери, требуется некоторое время, когда сигнализация еще не должна реагировать на разорванный шлейф охраны, а по прошествии автоматически заданного времени самостоятельно включаться в режим сканирования своих шлейфов (соответствующих датчиков).

Для этого достаточно поменять местами (с соблюдением полярности С1) элементы R2 и С1. Кнопка SA1 и резистор R1 включаются также параллельно времязадающему конденсатору С1. При ненадобности эту цепь из схемы исключают. Теперь, при включении питания, нагрузка будет обесточена до тех пор, пока не зарядится С1. Для достижения обратного эффекта (задержки включения в базовой схеме рис. 3.3) также допустимо включить в разрыв DD1.1 и DD1.2 еще один инвертор или, при использовании в схеме слаботочного электромеханического реле, подключать устройство нагрузки к контактам реле на размыкание.

Напряжение питания электрической схемы в диапазоне 4.5… 15 В, однако в нашем случае оно завязано с типом применяемой лампы накаливания и находится в пределах 4.5…6 В. Как показала практика, при повышенном относительно номинального для лампы накаливания напряжении 5 В (при штатном питании от батарей, например 3 В) светильник работает надежно– как правило, применяемые лампы рассчитаны на напряжение 5…6 В. Ток потребления узла при выключенной лампе накаливания не превышает 2 мА.

Узел можно расширить, дополнив его звуковым эффектом – при включении света будет активирован звуковой капсюль со встроенным генератором (показан на схеме пунктиром). Звуковой капсюль НА1 со встроенным генератором– любой подходящий, например, FMQ-2015B, 1212FXP.

Элементы узла закрепляются на монтажной плате и помещаются внутри корпуса светильника.