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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Fotorelè economico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / illuminazione I radioamatori prestano grande attenzione ai temi del risparmio energetico - lo testimoniano numerose pubblicazioni sulla rivista "Radio" con una descrizione del fotorelè - dispositivi per lo spegnimento dell'illuminazione durante le ore diurne. Il fotorelè proposto (il suo circuito è mostrato in figura) ha un basso consumo energetico ed è collegato tramite un circuito a due fili in parallelo con l'interruttore standard. Il dispositivo contiene una potente chiave elettronica sul triac VS1, collegata in parallelo all'interruttore standard SA1. Il funzionamento del triac è controllato da un interruttore a bassa corrente su un transistor composito VT2VTZ incluso nella diagonale del ponte a diodi VD4-VD7. Il resistore R5 nel circuito dell'emettitore del transistor VT2 impedisce il funzionamento del transistor VT3 nella modalità base "rotta" quando il transistor VT2 è chiuso. L'interruttore a bassa corrente viene attivato dalla corrente di base del transistor VT2 che scorre attraverso il resistore R4. Come sapete, il coefficiente di trasferimento di corrente della base di un transistor composito è uguale al prodotto dei coefficienti di trasferimento dei transistor che lo compongono. Per i transistor utilizzati dall'autore, il valore minimo di questo coefficiente è 30, ovvero il coefficiente di trasferimento corrente della base del transistor composito in questo caso non è inferiore a 900, il che consente di utilizzare una resistenza sufficientemente elevata resistore R4, mentre la potenza consumata dal dispositivo non supererà 0,15 W in modalità standby e dopo il funzionamento del fotorelè - molto meno.
L'elemento sensibile alla luce è un fotodiodo VD1, utilizzato come fotodiodo a infrarossi FD256, che ha una sensibilità sufficiente nella regione visibile dello spettro. Sul grilletto Schmitt DD1.1 ha creato un elemento di soglia. La soglia di risposta è regolata da un resistore di sintonia R1, il condensatore C1 aumenta l'immunità al rumore del dispositivo. Sull'elemento DD1.2, sul resistore R2 e sul condensatore C1.3, viene realizzata un'unità di ritardo di commutazione del relè, che elimina i falsi positivi durante l'illuminazione a breve termine del fotodiodo, sull'elemento DD1 - un inverter per fornire la logica operativa necessaria, sul transistor VT1 - interruttore di uscita. Il chip DD3 è alimentato da un regolatore di tensione parametrico sul diodo zener VD4 e sul resistore R2. Il diodo VDXNUMX impedisce la scarica del condensatore di filtro C3 quando il fotorelè è attivato. I trigger Schmitt del microcircuito DD1 sono inclusi dagli inverter e, a prima vista, possono essere sostituiti da inverter dagli elementi 2I-NOT o 2OR-NOT del microcircuito K561LA7 o K561LE5. Tuttavia, in questo dispositivo, tale sostituzione non è corretta. La tensione agli ingressi degli elementi DD1.1 e DD1.2 cambia lentamente: per il primo, a causa di una variazione graduale del livello di luce naturale, e per il secondo, a causa della grande costante di tempo di RЗС2 circuito. I trigger di Schmitt hanno una chiara soglia di risposta e gli elementi logici in questo punto della caratteristica di ingresso hanno una zona di incertezza quando uno dei transistor di ingresso non ha ancora avuto il tempo di chiudersi e il secondo ha già iniziato ad aprirsi. Di conseguenza, c'è una corrente passante attraverso i transistor e la corrente consumata dal microcircuito aumenta bruscamente. Il circuito di ingresso della chiave sui transistor VT2 e U1Z funziona in modalità microcorrente e un tale cambiamento nella modalità operativa del microcircuito porterà a malfunzionamenti nel dispositivo. Il fotorelè proposto funziona come segue. Quando è collegato alla rete di illuminazione in parallelo con l'interruttore SA1 standard, il condensatore C4 verrà caricato per diversi semicicli della corrente raddrizzata dal ponte a diodi VD7-VD3. Quando la tensione su di esso raggiunge la tensione di rottura del diodo zener VDZ (in modalità microcorrente è inferiore alla tensione di stabilizzazione, normalizzata a una corrente di diversi milliampere), i transistor VT2 e U1Z si apriranno. Quando la corrente attraverso i transistor raggiunge un valore sufficiente per aprire il triac VS1, si aprirà, deviando sia l'interruttore che il ponte a diodi VD4-VD7. Il condensatore C3 verrà ricaricato all'inizio di ogni semiperiodo di tensione di rete, mentre il triac VS1 è chiuso. Quando il dispositivo è collegato, il condensatore C2 viene scaricato, la tensione agli ingressi dell'elemento DD1.2 è 0, la tensione alla sua uscita è log. 1, e all'uscita dell'elemento DD1.3 - log 0, quindi il transistor ad effetto di campo VT1 è chiuso e non ha alcun effetto sul funzionamento del dispositivo. L'ulteriore funzionamento del dispositivo è determinato dal livello di illuminazione del fotodiodo VD1. Se (livello) è insufficiente, la resistenza inversa del fotodiodo è alta, c'è un livello log agli ingressi dell'elemento DD1.1. 1, a livello di output - log. 0 e non si verificano cambiamenti nel funzionamento del dispositivo: all'inizio di ogni semiciclo della tensione di rete, il triac VS1 si apre, fornendo tensione alla lampada di illuminazione EL1. All'aumentare del livello di luce, la resistenza inversa del fotodiodo VD1 diminuisce e ad un certo punto la tensione ai suoi capi diventa inferiore alla soglia di trigger di Schmitt DD1.1 - un livello log 3 appare alla sua uscita (pin 1), mentre la corrente attraverso il resistore R2 inizia a caricare il condensatore C2. Dopo alcune decine di secondi (a seconda della capacità del condensatore C3 e della resistenza del resistore R1.2), la tensione agli ingressi combinati del trigger di Schmitt DD4 raggiunge il livello di trigger e al suo livello appare un log 0 output (pin 1.3) Di conseguenza, l'elemento DD10 passa alla sua uscita (pin 1) appare log level 1 e il transistor ad effetto di campo VT2 si apre, deviando le giunzioni di emettitore dei transistor VT3 e VT1. In futuro, il transistor VT1 rimane aperto e una corrente scorre attraverso l'elettrodo di controllo del triac VS4, limitato dal resistore R1 ad un'ampiezza massima inferiore a XNUMX mA, che è inferiore alla corrente di apertura del triac. Durante gli esperimenti sulla sostituzione del triac TC106-10-10 con triac importati, si è scoperto che per alcune istanze dei triac VT137-600, la corrente di apertura è inferiore a 1 mA e il triac, quando il fotorelè è in modalità standby, si apre quando viene raggiunta la massima ampiezza della tensione di rete, mentre la lampada EL1 brilla a malincuore. Per il normale funzionamento di un fotorelè con un si-mistor così sensibile, la resistenza del resistore R4 doveva essere aumentata a 1 MΩ. Quando il livello di illuminazione diminuisce, la resistenza inversa del fotodiodo VD1 aumenta, la tensione agli ingressi dell'elemento DD1.1 aumenta e ad un certo punto il trigger di Schmitt DD1.1 commuta: alla sua uscita appare un livello log. 0. Il condensatore C2, caricato alla tensione di alimentazione, inizia a scaricarsi attraverso il resistore R3. Dopo alcune decine di secondi, la tensione agli ingressi dell'elemento DD1.2 diminuisce così tanto che l'elemento DD1.2, seguito da DD1.3, commuta, un livello log appare al gate del transistor VT1. 0, e si chiude, cessando di deviare le giunzioni di emettitore del transistor composito UT2UTZ. All'inizio di ogni mezzo ciclo, si apre e accende il triac VS1, mentre la lampada EL1 si accende. Con l'illuminazione a breve termine del fotodiodo VD1 (ad esempio, dai fari di un'auto che passa, lampi, ecc.), La tensione su un condensatore C2 completamente scarico non ha il tempo di cambiare in modo significativo - questo raggiunge un'elevata immunità al rumore del fotorelè proposto. Circa i dettagli. Transistor MJE13002 e diodi 1N4007 rimossi dal reattore elettronico di una CFL difettosa. Criteri per la sostituzione dei transistor: tensione collettore-emettitore - non inferiore a 400 V, corrente massima del collettore - non inferiore a 100 mA, coefficiente di trasferimento di corrente statico della base h21E - più di 25. Se questo parametro del transistor è inferiore a 25, la resistenza del resistore R4 dovrebbe essere ridotta a 200 kOhm. Requisiti per i diodi VD4-VD7: corrente continua di almeno 100 mA, tensione inversa di almeno 700 V. Triac TS106-10 deve essere almeno di classe 5 in tensione, ovvero sopportare una tensione di almeno 500 V nello stato chiuso. Quando si sostituisce il triac indicato nello schema con uno importato, è necessario tenere conto della potenza commutata e tenere presente che la corrente attraverso il filamento freddo di una lampada di illuminazione è 5 ... 10 volte superiore a quella nominale . Con una potenza di carico superiore a 200 W, il triac deve essere installato su un dissipatore di calore. Il fotodiodo FD256 è stato rimosso dalla SDU di un vecchio televisore. I fotodiodi nella parte visibile dello spettro sono molto raramente disponibili in commercio, quindi in assenza di FD256 vale la pena sperimentare altri tipi di fotodiodi IR. Il criterio di idoneità è almeno un cambiamento di dieci volte nella resistenza inversa con un cambiamento nell'illuminazione. Alcuni fotodiodi IR, precedentemente utilizzati in apparecchiature industriali, hanno una buona sensibilità nella parte visibile dello spettro. Molto buoni, ad esempio, sono i fotodiodi IR estratti dai rilevatori di fumo antincendio, ad esempio, del tipo IP-212, che vengono gettati via in grandi quantità durante la riparazione di allarmi antincendio che hanno raggiunto la fine della loro vita utile nelle istituzioni e organizzazioni. È necessario illuminare il fotodiodo durante gli esperimenti con una lampada a LED che ha una radiazione minima nella regione infrarossa dello spettro. Diodo Zener VD3 - qualsiasi bassa potenza con una tensione di stabilizzazione di 3,3 ... 5 V, diodo VD2 - qualsiasi silicio a bassa potenza. Sostituiremo il transistor KP501A con qualsiasi delle serie KP501, KP504, KP505. Possibile sostituzione del chip KR1561TL1 - K561TL1, 564TL1 o un analogo importato di CD4093B. Resistenze fisse - qualunque tipo di potenza di dissipazione indicata sullo schema (la potenza di dissipazione della resistenza R4 - 0,5 W - è stata scelta per ragioni di rigidità elettrica). Resistore trimmer R1 durante l'installazione del dispositivo all'interno - qualsiasi tipo, se posizionato all'aperto, è preferibile utilizzare un resistore di design chiuso, ad esempio SPO-0,15, SPO-0,5 o SP4-1. Per sigillare la cavità interna della resistenza, è necessario applicare uno strato di vaselina tecnica o grasso CIATIM sul rullo motore nel punto in cui esce dall'alloggiamento. I condensatori C1, C3 possono essere di qualsiasi tipo, sia film che ceramici, C2 - ossido importato (tensione nominale - 50 V - scelto significativamente più alto della tensione di lavoro per motivi di buon isolamento interstrato - maggiore è la tensione nominale, migliore è l'isolamento , cioè meno corrente di dispersione). Il dispositivo è assemblato su un frammento di una breadboard universale con dimensioni di 45x25 mm. Quando si utilizzano parti riparabili e non ci sono errori nell'installazione, la regolazione si riduce all'impostazione della soglia di risposta desiderata con un resistore di sintonia R1. Per la protezione dagli agenti atmosferici, la scheda regolata è ricoperta di vernice nitro a due strati e collocata in un alloggiamento del rilevatore di incendio IP-212, che ha un bell'aspetto. Autore: K. Moroz
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