30.03.21

[Домашняя]

Идея выключателя освещения, управляемого постукиванием по корпусу уже затрагивалась в этом журнале. Описываемая здесь схема отличается двухпроводным подключением к цепи. То есть, так как обычный механический выключатель включается в разрыв цепи нагрузки. И нет необходимости в прокладывании третьего провода для подачи питания на схему. Выключатель не имеет никаких движущихся предметов, контактов или сенсоров. Сам корпус служит сенсором. Включение / выключение происходит от легкого постукивания по изолированному корпусу. Это позволяет, например, сделать полностью герметичную конструкцию для использования в помещениях не только с повышенной влажностью, но и заливаемых водой, конечно при условии аккуратного герметичного изготовления. Органом управления является пьезоэлектрический акустический датчик в качестве, которого используется пъезопищалка от карманных электронных часов. Как известно, такой звукоизлучатель представляет собой пъезоэлемент, который может, как звучать при подаче на него переменного напряжения, так и вырабатывать слабое переменное напряжение при воздействии на него вибрации. Датчик жестко крепится к пластмассовому корпусу выключателя изнутри.

При легком постукивании по корпусу датчик вырабатывает переменное напряжение, которое усиливается каскадом на VT1. Рабочая точка транзистора выставлена так, чтобы на его коллекторе было напряжение на уровне верхней границы логического нуля для микросхемы D1. При этом, изменяя рабочую точку (подбором сопротивления R1) можно изменять чувствительность датчика, и выставить её такой, чтобы выключатель срабатывал только на постукивание по корпусу, а не на громкие звуки в помещении или постукивание по стене. При подаче на схему питания цепь C2-R3 устанавливает триггер D1 в состояние нуля на прямом выходе. Ключ на VT2 не открывается и питание на лампу не поступает. При ударе по корпусу-сенсору на коллекторе VT1 появляется усиленное переменное напряжение, воспринимаемое микросхемой D1 как импульсы произвольной формы. Первый же импульс устанавливает триггер в состояние единицы на прямом выходе (так как единица поступала с инверсного выхода на вход D). Эта единица поступает через резистор R5 на затвор VT2 и открывает его. Лампа включается. При ударе по корпусу на вход С триггера поступает масса хаотических импульсов. Это должно вызвать многократное переключение триггера и установку его в случайное состояние. Чтобы такого не происходило, в схеме есть линия задержки на СЗ и R4. Она не позволяет быстро изменяться напряжению на входе D триггера. Поэтому триггер от каждого одного удара переключается один раз (нужно время на заряд-разряд СЗ через R4, а за это время колебания затухают). Особого внимания заслуживает схема питания. Главное её отличие в последовательном нагрузке включении. В выключенном состоянии ток через лампу полностью не пре­кращается, только снижается сильно, так что лампа оказывается под небольшим «подогревом». Это побочное явление, но возможно оно продлит жизнь лампе накаливания. Дело в том, что ток от сети через лампу поступает на выпрямительный мост VD4-VD7, а дальше на параметрический стабилизатор из резисторов R6-R7 и стабилитрона VD1. Конденсатор С4 сглаживает пульсации. Так в выключенном состоянии создается напряжение 12V для питания микросхемы и усилительного каскада на VT1. Ток в таком состоянии через лампу составляет 25 мА, что соответствует мощности 5W. Если учесть что мощность лампы накаливания в 10-20 раз больше» то происходит только её едва заметный поднакал. В аналогичных схемах полевой ключевой транзистор включают непосредственно на выходе выпрямительного моста. Если здесь сделать так же, то при открывании транзистора напряжение на выходе моста резко упадет ниже напряжения питания микросхемы. Какое-то время работа будет поддерживаться за счет накопленного в С4 заряда, но потом схема отключится. Чтобы этого не произошло, последовательно транзистору VT2 включены два мощных стабилитрона VD2 и VD3, в сумме на 11V. Теперь напряжение падения на канале полевого транзистора искусственно увеличено на 11V. При открывании ключа VT2 на выходе выпрямителя остается напряжение достаточной величины для подержания питания схемы. Недостатком такой схемы является необходимость выбора наименьшего сопротивления гасящего резистора в схеме парамет­рического стабилизатора. Так как ему приходится работать в широком диапазоне питающего напряжения (от 300 до 13V), и нужно выбирать величину сопротивления такой, при котором поддерживается питание и на нижней отметке. В результате потребовался относительно мощный стабилитрон VD1 и сопротивление повышенной мощности (два параллельно включенных двухватных резистора). Детали. Датчик BF1 - пьезоэлектрический звукоизлучатель от электронных часов, - хрупкая пъезопластинка с металлизацией и припаянным выводами, без корпуса. Приклеен эпоксидным клеем за край пластинки к корпусу выключателя. Можно использовать другой аналогичный звукоизлучатель, можно и в корпусе (крепить будет проще), но обязательно без встроенного генератора, и обязательно пьезоэлектрический (электромагнитный или динамический не подходит). Транзистор VT1 - любой аналог. Микросхему CD4013 можно заменить отечественной К561ТМ2. Все конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 12V. Стабилитрон 1N4742A на 12V при токе стабилизации до 380 мА. Его можно заменить каким-то другим с током не ниже 50 мА и напряжение 12V, например, КС512. Стабилитроны 1N4733A на 5,6 V каждый, с максимальным током стабилизации 900mA. В принципе можно их заменить на какие-то Д815, например, одним Д815Д, но размеры у Д815 по сравнению с ними просто огромные. При таких стабилитронах оптимальная мощность лампы 100W. В процессе налаживания подбирают R1 изначально по напряжению 4V на коллекторе VT1, а затем уже подгоняют в процессе экспериментов так чтобы получить нужную чувствительность датчика. Данную процедуру налаживания следует производить при питании от лабораторного источника 12V (отключить от сети и подать напряжение с лабораторного источника на С4). Дополнительно можно подобрать сопротивления R6 и R7 по наибольшей величине, при которой схема нормально работает в состоянии «лампа включена». В этом состоянии не должно наблюдаться снижения напряжения питания D1 ниже 10-11V. Сопротивления R6 и R7 должны быть одинаковы.

Радиоконструктор №3 2011г стр. 32