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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Controllo dell'illuminazione senza contatto. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / illuminazione Non appena un ospite varca la soglia del vostro appartamento, immediatamente, come per magia, una luce lampeggia nell'ingresso, illuminando la penombra che solitamente caratterizza il corridoio a qualsiasi ora del giorno. E il punto sta nel tappeto che si trova all'interno dell'appartamento vicino alla porta d'ingresso, o meglio, nell'antenna sensibile nascosta sotto di esso, o più precisamente, nella macchina elettronica che controlla la lampada del corridoio. La macchina (Fig. 1) è assemblata su soli due microcircuiti digitali (DD1 e DD2), un transistor (VT1) e un trinistor (VS1). Contiene un generatore di impulsi costruito sugli elementi logici DD1.2-DD1.4, condensatore C7 e resistore R10 e produce impulsi rettangolari con una frequenza di 10000 Hz (o 10 kHz è la frequenza audio). Inoltre, la stabilità della frequenza non è particolarmente importante. Pertanto il periodo di ripetizione di questi impulsi è di 0,1 ms (100 μs). Questi impulsi sono quasi simmetrici, quindi la durata di ciascun impulso (o della pausa tra di essi) è di circa 50 μs. Sugli elementi logici DD1.1, DD2.1, condensatori C1-C3, resistori R1, R2, diodo VD1 e antenna WA1 con connettore X1, viene realizzato un relè capacitivo che risponde alla capacità tra l'antenna e i fili di rete.
Quando questa capacità è insignificante (meno di 15 pF), all'uscita dell'elemento DD1.1 si formano impulsi rettangolari della stessa frequenza di 10 kHz, ma la pausa tra loro è ridotta (a causa della catena di differenziazione C1R1) a 0,01 ms (10 μs). È chiaro che la durata dell'impulso è 100 - 10 = 90 µs. Tuttavia, in così poco tempo, il condensatore C3 riesce comunque a scaricarsi quasi completamente (tramite il diodo VD1), poiché il suo tempo di carica (tramite il resistore R2) è lungo e pari a circa 70 ms (70000 μs). Poiché il condensatore viene caricato solo nel momento in cui è presente un livello elevato di tensione all'uscita dell'elemento DD1.1 (che si tratti di un impulso o semplicemente di un livello costante), durante un impulso della durata di 90 μs, il condensatore C3 non ha il tempo di carica in modo evidente e quindi all'uscita l'elemento DD2.1 rimane sempre ad un livello di tensione elevato. Quando la capacità tra l'antenna WA1 e i cavi di rete aumenta (ad esempio, a causa del corpo umano) a 15 pF o più, l'ampiezza del segnale dell'impulso agli ingressi dell'elemento DD1.1 diminuirà così tanto che gli impulsi all'uscita di questo elemento scomparirà e si trasformerà in un livello costantemente elevato. Ora il condensatore C3 può essere caricato tramite il resistore R2 e l'uscita dell'elemento DD2.1 è impostata su un livello basso. È lui che attiva il one-shot (in attesa del multivibratore), assemblato sugli elementi logici DD2.2, DD2.3, condensatore C4 e resistori R3, R4. Mentre la capacità del circuito dell'antenna è piccola, motivo per cui c'è un livello di tensione elevato all'uscita dell'elemento DD2.1, il monostabile è in uno stato in cui l'uscita dell'elemento DD2.2 sarà bassa e l'uscita di DD2.3 sarà elevato. Il condensatore di temporizzazione C4 viene scaricato (attraverso il resistore R3 e il circuito di ingresso dell'elemento DD2.3). Tuttavia, non appena la capacità aumenta notevolmente e all'uscita dell'elemento DD2.1 appare un livello basso, il monostabile genererà immediatamente un ritardo temporale, ai valori specificati del circuito C4R3R4, pari a circa 20 s. Proprio in questo momento apparirà un livello basso all'uscita dell'elemento DD2.3 e un livello alto all'uscita di DD2.2. Quest'ultimo è in grado di aprire una chiave elettronica realizzata sull'elemento logico DD2.4, transistor VT1, diodo VD3 e resistori R5-R8. Ma questa chiave non rimane sempre aperta, il che sarebbe chiaramente poco pratico sia in termini di consumo energetico che, soprattutto, a causa del riscaldamento del tutto inutile della giunzione di comando del tiristore VS1. Pertanto, l'interruttore elettronico viene attivato solo all'inizio di ogni semiciclo della rete, quando la tensione sul resistore R5 aumenta nuovamente fino a circa 5 V. A questo punto, invece di un livello di alta tensione, si verifica una bassa tensione il livello appare all'uscita dell'elemento DD2.4, a causa del quale il transistor VT1 e quindi apre prima il tiristore VS1. Ma non appena quest'ultimo si apre, la tensione su di esso diminuirà in modo significativo, il che farà diminuire la tensione all'ingresso superiore (secondo il circuito) dell'elemento DD2.4, e quindi il livello basso all'uscita di questo l'elemento verrà nuovamente sostituito improvvisamente da uno alto, che causerà la chiusura automatica del transistor VT1 . Ma il tiristore VS1 rimarrà aperto (acceso) durante questo semiciclo. Durante il semiciclo successivo tutto si ripeterà nella stessa sequenza. La chiave elettronica si apre quindi solo per pochi microsecondi necessari all'accensione dell'SCR VS1, per poi richiudersi. Grazie a ciò, non solo si riducono il consumo energetico e il riscaldamento dell'SCR, ma anche il livello di interferenze radio emesse viene drasticamente ridotto. Quando l'esposizione di 20 secondi termina e la persona ha già lasciato il tappetino “magico”, all'uscita dell'elemento DD2.3 appare nuovamente un livello alto e all'uscita DD2.2 un livello basso. Quest'ultimo blocca la chiave elettronica all'ingresso inferiore dell'elemento DD2.4. In questo caso, il transistor VT1, e quindi il tiristore VS1, non può più essere aperto (all'ingresso superiore dell'elemento DD2.4 nello schema) sincronizzando gli impulsi di rete. Se il tempo di posa è scaduto, ma la persona rimane ancora sul tappeto (sull'antenna WA1), la chiave elettronica non si bloccherà finché la persona non lascia il tappeto. Come si può vedere dalla Fig. 1, l'SCR VS1 è in grado di chiudere la diagonale orizzontale (a seconda del circuito) del ponte a diodi VD5. Ma questo equivale a chiudere la diagonale verticale dello stesso ponte. Pertanto quando il tiristore VS1 è aperto la lampada EL1 è accesa; quando non è aperto, la lampada è spenta. La lampada EL1 e l'interruttore SA1 sono gli elettrodomestici standard disponibili nel corridoio. Quindi con l'interruttore SA1 è comunque possibile accendere la lampada EL1 in qualsiasi momento, indipendentemente dalla macchina. Può essere spento solo quando il tiristore VS1 è chiuso. Tuttavia è anche importante che dopo aver chiuso i contatti dell'interruttore SA1, la macchina sia diseccitata. Pertanto la formazione della temporizzazione può sempre essere interrotta a piacimento chiudendo e poi aprendo l'interruttore SA1. La macchina è alimentata da uno stabilizzatore parametrico contenente resistenza di zavorra R9, diodo raddrizzatore VD4 e diodo zener VD2. Questo stabilizzatore produce una tensione costante di circa 10 V, che viene filtrata dai condensatori C6 e C5, con il condensatore C6 che attenua le ondulazioni a bassa frequenza di questa tensione e C5 che attenua le ondulazioni ad alta frequenza. Consideriamo brevemente il funzionamento della macchina (assumendo che l'interruttore SA1 sia aperto). Finché l'antenna WA1 non è bloccata dalla capacità del corpo umano, all'uscita dell'elemento DD2.1 c'è un livello costantemente alto. Pertanto, il dispositivo one-shot è in modalità standby, in cui all'uscita dell'elemento DD2.2 è presente un livello basso, che blocca (all'ingresso inferiore dell'elemento DD2.4) la chiave elettronica. Di conseguenza, il tiristore VS1 non viene aperto dagli impulsi di clock che arrivano all'ingresso superiore dell'elemento DD2.4 dal ponte VD5 attraverso il resistore R6. Quando una persona blocca il circuito dell'antenna, all'uscita dell'elemento DD2.1 appare un livello basso, attivando un monostabile, e un livello alto appare all'uscita dell'elemento DD2.2, aprendo la chiave elettronica e il tiristore VS20 per 1 s ( la lampada EL1 è accesa durante questo periodo). Se a quel punto il blocco del circuito dell'antenna è cessato (la persona ha lasciato il tappeto), la lampada EL1 si spegne, altrimenti continua ad illuminarsi finché la persona non lascia il tappeto. In ogni caso, il one-shot (e la macchina nel suo insieme) vanno nuovamente in modalità standby. Per spegnere la luce prima del previsto (senza aspettare 20 secondi), se ne hai bisogno all'improvviso, basta chiudere e aprire l'interruttore SA1. Successivamente la macchina entra anche in modalità standby. La sensibilità richiesta della macchina dipende dalla dimensione dell'antenna WA1, dallo spessore del tappetino e da altri fattori difficili da prendere in considerazione. Pertanto, la sensibilità desiderata viene selezionata modificando la resistenza del resistore R1. Pertanto, un aumento della sua resistenza porta ad un aumento della sensibilità e viceversa. Tuttavia, non bisogna lasciarsi trasportare dall'eccessiva sensibilità per due motivi. Innanzitutto, per aumentare la resistenza del resistore R1 sopra 1 MOhm, di norma è necessario riempirlo con vernice per eliminare l'influenza dell'umidità dell'aria sulla modalità operativa. In secondo luogo, se la macchina è troppo sensibile, non si possono escludere falsi positivi. Sono possibili anche dopo che il pavimento del corridoio è stato lavato, ma non si è ancora asciugato. Successivamente, per spegnere la luce, è necessario scollegare temporaneamente l'antenna WA1 utilizzando il connettore unipolare X1. L'antenna WA1 è un foglio di fibra di vetro su un lato ricoperto da un secondo foglio di textolite sottile, getinax o polistirolo sul lato della lamina. Lungo il perimetro del primo foglio, la pellicola viene rimossa in un modo o nell'altro per una larghezza di circa 1 cm, quindi entrambi i fogli vengono incollati insieme, riempiendo accuratamente con colla (ad esempio mastice epossidico) quelle aree periferiche dell'antenna dove la pellicola è stata rimossa. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata all'affidabilità della terminazione del filo che va dalla lamina all'esterno dell'antenna. Le dimensioni complessive dell'antenna dipendono dal tappetino esistente. Approssimativamente la sua area (secondo la lamina) è di 500...1000 cm2 (diciamo 20x30 cm). Se la lunghezza del cavo che va dalla macchina all'antenna è significativa, potrebbe essere necessario schermarlo (la calza dello schermo è collegata al terminale inferiore del resistore R1). Ma poi, da un lato, la sensibilità della macchina diminuirà inevitabilmente, dall'altro potrebbe essere necessario aumentare leggermente la capacità del condensatore C1. Poiché lo schermo sarà collegato galvanicamente alla rete, dovrà essere ricoperto superiormente con un buon e spesso isolamento. La macchina stessa è assemblata su un pannello di plastica mediante installazione stampata o montata su superficie. La scheda è collocata in una scatola di plastica di adeguate dimensioni, che impedisce il contatto involontario di qualsiasi punto elettrico, poiché tutti sono pericolosi in un modo o nell'altro, poiché collegati alla rete. Per questo motivo tutte le saldature in fase di installazione dovranno essere effettuate dopo aver prima scollegato la macchina dalla rete (dall'interruttore SA1). L'impostazione consiste nel selezionare la sensibilità (con resistenza R1), come già accennato, e il tempo di otturazione del monostabile (con resistenza R4), se necessario. A proposito, la velocità dell'otturatore può essere aumentata a 1 minuto (a R4 = 820 kOhm) o più. Se si utilizzano i dettagli come in Fig. 1, la potenza massima della lampada EL1 (o di più lampade collegate in parallelo) può raggiungere i 130 W, che è abbastanza per un corridoio. Al posto dell'SCR KU202N (VS1) è consentito installare KU202M o, in ultima istanza, KU202K, KU202L, KU201K o KU201L. Ponte a diodi (VD5) della serie KTs402 o KTs405 con l'indice delle lettere Zh o I. Se si utilizza un ponte della stessa serie, ma con l'indice A, B o C, la potenza consentita sarà 220 W. Questo ponte può essere facilmente assemblato da quattro diodi separati o due gruppi della serie KD205. Pertanto, quando si utilizzano diodi KD105B, KD105V, KD105G, D226B, KD205E, sarà necessario limitare la potenza della lampada a 65 W, KD209V, KD205A, KD205B - 110 W, KD209A, KD209B 155 W, KD225V, KD225D - 375 W , K D202K, KD202L, KD202M, KD202N, KD202R, KD202S 440 W. Né l'SCR né i diodi a ponte necessitano di un dissipatore di calore (radiatore). Diodo VD1 - qualsiasi impulso o alta frequenza (germanio o silicio) e diodi VD3, VD4 - qualsiasi raddrizzatore, ad esempio la serie KD102-KD105. Diodo Zener VD2 - per una tensione di stabilizzazione di 9...1O V, supponiamo, serie KS191, KS196, KS210, KS211, D818 o tipo D814V, D814G. Transistor VT1: qualsiasi serie KT361, KT345, KT208, KT209, KT3107, GT321. I microcircuiti K561LA7 (DD1 e DD2) possono essere facilmente sostituiti con KM1561LA7, 564LA7 o K176LA7. Per migliorare la dissipazione del calore, è consigliabile realizzare da quattro mezzi watt un resistore di zavorra da due watt (R9): con una resistenza di 82 kOhm per un collegamento in parallelo o una resistenza di 5,1 kOhm per un collegamento in serie. I restanti resistori sono di tipo MLT-0,125, OMLT-0,125 o VS-0,125. Per la sicurezza elettrica, la tensione nominale del condensatore C2 (preferibilmente mica) deve essere almeno 500 V. I condensatori C1-C3, C5 e C7 sono ceramici, mica o carta metallica con qualsiasi tensione nominale (eccetto C2). Condensatori all'ossido (elettrolitici) C4 e C6 di qualsiasi tipo con una tensione nominale di almeno 15 V. Un'altra versione della macchina per accendere una lampada da tavolo (applique, lampada da terra o plafoniera) con un gesto della mano (tocco leggero) è mostrata in Fig. 2. Questa macchina è essenzialmente un analogo elettronico di un normale interruttore a pulsante con un meccanismo di bloccaggio che si attiva ogni due volte: una pressione - la lampada è accesa, un'altra - la lampada è spenta.
Anche questa macchina è costruita su solo due microcircuiti digitali, ma invece del secondo microcircuito K561LA7 (quattro elementi logici 2I-NOT), utilizza il microcircuito K561TM2 (due D-flip-flop). È facile notare che i grilletti dell'ultimo microcircuito sono installati al posto del vibratore della macchina precedente. Diamo un'occhiata brevemente a come funzionano nella macchina. Lo scopo del trigger DD2.1 è ausiliario: fornisce una forma rigorosamente rettangolare degli impulsi forniti all'ingresso di conteggio C del trigger DD2.2. Se non esistesse tale formatore di impulsi, il trigger DD2.2 non sarebbe in grado di commutare chiaramente sull'ingresso C a singolo (quando la sua uscita diretta è alta e la sua uscita inversa è bassa) o zero (quando i segnali di uscita sono opposti a quelli indicati) stato. Poiché l'ingresso di impostazione S (impostazione “uno”) del trigger DD2.1 è costantemente alimentato con un livello alto rispetto al suo ingresso di impostazione R (impostazione “zero”), la sua uscita inversa è un ripetitore regolare. Ecco perché il circuito integratore R3C4 acuisce nettamente i bordi degli impulsi prelevati dal condensatore C3. Quando la tensione è bassa (l'antenna WA1 non viene toccata con la mano), anche l'uscita inversa del trigger DD2.1 è a un livello di bassa tensione. Ma non appena la tensione sul condensatore C3 aumenta (avvicinare la mano all'antenna WA1) a circa 5 V, il livello basso all'uscita inversa del trigger DD2.1 cambierà bruscamente in alto. Al contrario, dopo aver ridotto la tensione sul condensatore C3 (rimosso a mano) al di sotto di 5 V, anche il livello alto alla stessa uscita inversa cambierà bruscamente in basso. Tuttavia per noi è importante solo il primo (positivo) di questi due picchi di tensione, poiché il trigger DD2.2 non reagisce a un picco di tensione negativo (sull'ingresso C). Pertanto, il trigger DD2.2 passerà a un nuovo stato (uno o zero) ogni volta che la mano viene avvicinata all'antenna WA1 a una distanza sufficientemente ravvicinata. L'uscita diretta del trigger DD2.2 è collegata all'ingresso superiore (secondo lo schema) dell'elemento DD1.2, che fa parte della chiave elettronica. Agendo su questo ingresso il grilletto è in grado sia di aprire che di chiudere la chiave elettronica e con essa il tiristore VS1, accendendo o spegnendo così la lampada EL1. Si noti che la connessione diretta dell'uscita inversa del trigger DD2.2 con il proprio ingresso informazioni D garantisce il suo funzionamento nella modalità di conteggio desiderata - "ogni altra volta", ma è necessario il circuito integratore C5R4 in modo che dopo aver fornito l'alimentazione alla macchina (ad esempio, dopo aver spento le " spine") il trigger DD2.2 sarebbe necessariamente impostato sullo stato zero, corrispondente alla lampada spenta EL1. Come nella macchina precedente, la lampada EL1 può essere accesa con il solito interruttore SA1. Ma verrà disattivato se da un lato l'interruttore SA1 è aperto e dall'altro il trigger DD2.2 è impostato su zero. Un'altra caratteristica di questa macchina è che il generatore di impulsi (10 kHz) è assemblato secondo uno schema semplificato - con solo due elementi (DD1 e DD1.4) invece di tre. Invece del microcircuito K561TM2 (DD2), è consentito utilizzare KM1561TM2, 564TM2 o K176TM2. Altri dettagli in esso sono gli stessi del precedente. È opportuno ridurre le dimensioni dell'antenna a 50...100 cm2 sopra la superficie della lamina. Di indubbio interesse per gli appassionati di armeggiare è la macchina leggera più semplice (Fig. 3), contenente un solo microcircuito (DD1). Questo dispositivo è come un analogo elettronico di un normale pulsante con autoripristino: premuto - la lampada si accende, rilasciato si spegne. È molto comodo dotare un tale "pulsante" senza contatto, ad esempio, di una poltrona, la luce sopra la quale si accende automaticamente ogni volta che ci si siede per leggere, lavorare a maglia o altre attività ricreative attive.
La differenza tra questa macchina semplificata e le precedenti è che non ha né una macchina one-shot né grilletti. Pertanto, il condensatore C3 è collegato direttamente all'ingresso inferiore (secondo il circuito) dell'elemento DD1.2 della chiave elettronica. Se non è presente alcun "cavaliere", l'antenna WA1 nascosta sotto il rivestimento della sedia non impedisce il verificarsi di un segnale a impulsi all'uscita dell'elemento DD1.1, il condensatore C3 viene scaricato e quindi la chiave elettronica e il tiristore VS1 sono chiuso, la lampada EL1 non si accende. Quando il vacanziere si siede su una sedia, questi impulsi scompaiono, il condensatore C3 si carica e la chiave elettronica consente l'apertura dell'SCR VS1, la luce è accesa. Naturalmente questi esempi non esauriscono tutte le possibilità di utilizzo degli automi leggeri. Autore: V.V.Bannikov
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