31.03.21

[Домашняя]

Среди сенсорных электронных устройств особое место занимают узлы, на которые питание подается непосредственно от осветительной сети переменного тока 220 В. Конструкция таких устройств такова, что для ее реализации требуется минимальное количество деталей. Кроме того, эти устройства не требуют дополнительного источника питания и, несмотря на простую электрическую схему, не менее эффективны, чувствительны и надежны (не допускают ложных срабатываний), чем их собратья более сложной конфигурации. Тот факт, что электронное устройство, а тем более сенсорное, где управляющий импульс образуется от наводок переменного напряжения в теле человека, не имеет развязки по напряжению от осветительной сети, интуитивно может вызывать у радиолюбителя чувство опасности, связанное с возможным поражением электрическим током. Но только интуитивно, поскольку с точки зрения техники безопасности эти опасения несостоятельны. Опасности поражения электрическим током здесь никакой нет. Независимо от распределения фаз при подключении к осветительной сети устройство абсолютно безопасно при грамотном исполнении и эксплуатации. Единственное требование по безопасности состоит в том, что монтаж и проверка устройства должны выполняться при отключенном напряжении, а при подключенном к сети устройстве нельзя касаться руками и неизолированным инструментом деталей и элементов, находящихся под сетевым потенциалом. Элементы схемы заземлять не надо. Рассмотрим электрическую схему на Рис. 1.

Элементы схемы и их назначение

Лампа накаливания EL1. Рассчитана на напряжение 220...235 В и мощность 7...60 Вт. Включается от любого прикосновения к контакту Е1 и остается во включенном состоянии в течение предустановленного времени задержки. Поскольку схема работает только на одной полуволне сетевого напряжения (это определяется однопериодным выпрямителем на диоде VD4), во время задержки выключения лампа накаливания EL1 будет слегка мерцать.

Переменный резистор R3. С помощью этого резистора настраивается время задержки. Максимальное время задержки выключения ус­танавливается при верхнем (см. Рис. 1.9) положении движка переменного резистора R3.

Оксидный конденсатор С3. От емкости конденсатора С3 зависит время задержки выключения, и при заданной емкости оно может изменяться от долей секунды до 22 минут.

Узел задержки собран по классической схеме на многофункциональной микросхеме DA1 КР1006ВИ1. С выхода DA1 управляющий сигнал поступает на усилитель тока на транзисторе VT2.

Полевой транзистор VT1. Имеет большое (несколько десятков МОм) сопротивление перехода сток—исток—затвор, что препятствует попаданию сетевого напряжения на сенсорный контакт.

Резисторы R1 и R6. Суммарное сопротивление — 10 МОм. Ограничивают ток от общего (по схеме) провода настолько, что потенциал на сенсоре Е1 практически незаметен.

Сенсор Е1. Пластина величиной с пятирублевую монету из тонкой жести, вырезанная из декоративной решетки акустических систем С-30 или аналогичных.

Если на сенсор нет воздействия, то:

на выводе 3 микросхемы DA1 присутствует высокий уровень напряжения;

транзистор VT2 заперт;

потенциал на управляющем электроде тиристора VS1 недостаточен для его открывания, и он закрыт;

лампа EL1 не светится.

Наведенное на сенсоре электрическое поле от переменного напряжения поступает через проводник на затвор полевого транзистора VT1 и приводит к его открыванию. Транзисторный переход сток — исток шунтирует резистор R2, поэтому при открывании транзистора в точке А присутствует напряжение, близкое к напряжению стабилизации стабилитрона VD1. Неполярный конденсатор С4 не пропускает постоянную составляющую напряжения, и на вход Z микросхемы DA1 попадает только запускающий схему задержки импульс. Вследствие этого:

потенциал на выходе микросхемы DA1 (вывод 3) меняется на низкий уровень;

открывается транзистор VT2; зажигается индикаторный светодиод HL1;

на управляющем электроде тиристора присутствует достаточный для его открывания потенциал; лампа EL1 загорается. В таком состоянии устройство находится до тех пор, пока не истечет время задержки таймера, реализованного на микросхеме DA1. Если на выводе 3 микросхемы DA1 присутствует низкий уровень напряжения, транзистор VT2 открыт только тогда, когда на диоде VD3 падение напряжения меньше, чем на стабилитроне VD1. В остальное время транзистор VT1 заперт. Поскольку процесс открывания транзистора происходит в соответствии с изменением переменного (синусоидального) напряжения осветительной сети 220 В с частотой 50 Гц, то с такой же частотой поступают на лампу накаливания импульсы, открывающие транзистор и соответственно тиристор; формирование этих импульсов происходит в начале каждого периода синусоиды. Основным элементом, обеспечивающим такой характер работы узла, является диод VD3. Если данная ресурсосберегающая функция лампы накаливания для конкретного применения устройства не нужна, диод VD3 из схемы исключается. Спектр возможного применения устройства чрезвычайно широк и разнообразен и ограничен только фантазией радиолюбителя. Этот электронный узел «умеет» включать и автоматически выключать различные электронные приборы мощностью до 60 Вт. Устройство может выполнять функции сигнального устройства. Так, при касании дверной ручки входной двери (для этого сенсор Е1 подключается к дверной ручке неэкранированным проводом типа МГТФ-1 длиной до 30 см во избежание наводок и ложных срабатываний) сработает пьезоэлектрический капсюль со встроенным генератором НА1 (на Рис. 1. показано пунктиром). При этом и на определенное время включится лампа накаливания, сигнализирующая о попытке открывания двери. Возможны и другие варианты применения устройства. Устройство хорошо себя зарекомендовало в качестве квартирного звонка. В этом случае к контакту А и общему проводу (на Рис. 1. показано пунктиром) подключается звуковой капсюль со встроенным генератором НА1, а микросхема DA1, элементы обвески и силовой узел, кроме источника бестрансформаторного питания на элементах VD4R10, из схемы исключаются. Пока нет воздействия на сенсор Е1, устройство практически не потребляет тока, т.е. эта величина ничтожно мала и не превышает 2 мА. Питание на устройство можно подавать от источника с понижающим трансформатором, при этом напряжение питания может быть в пределах 6... 16 В. Мощный выход микросхемы КР1006ВИ1 позволяет без дополнительного усилителя управлять нагрузкой с током потребления до 200 мА. Поэтому в случае питания от альтернативного источника к выходу DA1 можно подключить электромагнитное реле на напряжение, соответствующее напряжению питания устройства. Устройство не требует наладки и при исправных элементах начинает работать сразу после включения. Чувствительность узла можно подкорректировать, изменяя сопротивление резистора R6. Увеличение сопротивления R4 приведет к увеличению чувствительности устройства и наоборот. При необходимости использования провода к сенсору Е1 длиной более 30 см (при наличии большого электрического фона в помещении, на участках сборки и испытания электронного оборудования, в ремонтных мастерских) узел может реагировать на изменение фона без воздействия человека на сенсор Е1, т.е. срабатывать от помех. Чтобы исключить эти помехи, в схему между точкой А и общим проводом (показан внизу схемы Рис. 1.9 пунктиром) вводится шунтирующий резистор R22.

Транзистор VT1. Может быть заменен транзистором КП501 с любым буквенным индексом, КП7131А9 или микросборками КР1014КТ1, 2VN2120, ZN2120, содержащими аналогичные транзисторы.

Предохранитель FU1. Может быть заменен самовосстанавливающимся предохранителем типа MF-R025, LP60-025 или аналогичным. В последнем случае общая стоимость деталей возрастает. Предохранитель FU1 введен в схему как дополнительный элемент безопасности.

Звуковой капсюль со встроенным генератором НА1. Может быть заменен любым подходящим, рассчитанным на постоянное напряжение 5... 15 В (от этого может изменяться только громкость и тон звука), например: HSB23-A8, KPI-1410, 1205FXP. Если применить капсюль типа KPI-4332-12, звук будет прерывистым. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,5, MF-50, Р1-4, С1-4, С2-26, С2-33 или аналогичные. Оксидный конденсатор C1. Сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Тип конденсатора — К50-24, К50-29 или аналогичный. Стабилитрон VD1. Может быть заменен стабилитронами КС175А, Д808, Д814А или аналогичными с напряжением стабилизации 6... 12 В. Выпрямительный диод VD4. Может быть заменен диодами КД226В, КД258Б, Д112-16 и аналогичными. Обратное напряжение заменяемого диода не должно быть менее 300 В. Транзистор VT2. Может быть заменен транзисторами КТ3107 с индексами Б, Г, Д, Ж, И, Л, КТ361Г...КТ361Д, КТ814Б...КТ814Г. Неполярный конденсатор С4. Тип конденсатора — КМ6 или аналогичный. Тиристор VS1. Должен иметь минимальный ток управляющего электрода. Кроме указанного на схеме, это может быть тиристор Т112-16-Х или другой (с худшими характеристиками), например КУ201К...М, КУ202К...М. Выпрямительный диодный мост VD5...VD8. Тип моста — КЦ402А, КЦ405А, КЦ407А или мост, собранный на дискретных диодах типа КД105Б...КД105В, КД243Г, 1N4004...1N4007. Эти же рекомендации касаются возможной замены диодов VD3 и VD4. Светодиод HL1. Тип светодиода — АЛ307БМ или аналогичный.

Элементы сборки

Устройство собирают на монтажной плате и закрепляют в корпусе из диэлектрика. При монтаже элементов следует стремиться к тому, чтобы их выводы имели минимальную длину (для уменьшения влияния помех). Силовая часть монтируется так, чтобы корпусы тиристора и выпрямительных диодов (в случае применения дискретных диодов) не имели контакта с другими элементами. Устройство работает только при наличии в осветительной, сети напряжения 220 В. Поэтому при несанкционированном отключении электроэнергии устройство сигнализации окажется бесполезным.