30.03.21

[Домашняя]

Современные рыночные отношения преподносят иногда весьма интересные сюрпризы. Живу в частном секторе, с освещением улиц у нас проблема, - фонарные столбы есть, но по одному на перекресток, а по протяженности улиц нет. Поэтому ночью бывает очень темно. А дорога - грунтовка, - тут и грязь в слякоть и споткнуться можно. Решил я немного украсить свое крылечко, а заодно и немного добавить света на улицу. Приобрел красивый фонарь под старину. Но мне нужно чтобы фонарь горел только ночью, когда действительно темно, а днем не горел. Озадачился поиском готового фотореле или «сумеречного выключателя», посетил с десяток магазинов хозтоваров и бытовой электротехники. Оказалось, товарищи продавцы даже не знают что это такое, - все предлагали мне датчики движения и таймеры. Но мне - то нужно фотореле. В общем, пришлось делать самому из того что было дома, а дома была старая «шариковая» компьютерная мышь (в каком-то из номеров «Радиоконструктора» читал что её фототранзистор можно использовать в фотореле), ИМС типа К561ЛА7 (вернее CD4011), транзистор BUZ90, ну и по мелочи там. В общем, получилась схема, показанная на рисунке 1.

Конечно, на новизну или оригинальность схемного решения не претендую, возможно, на страницах этого журнала было уже что-то похожее, но может быть кому-то и моя схема пригодится. Практически это электронный выключатель светильника, которым можно управлять в ручном или автоматическом режиме. Для управления есть тумблер S1 со средним нейтральным положением. Когда он находится в показанном на схеме положении, лампа выключена, - ноль через него поступает на один вход элемента D1.2, следовательно, на его выходе единица. А на выходах параллельно включенных элементов D1.3 и D1.4 будет ноль. Так как напряжение с выхода элемента D1.4 используется для управления MOSFET-ключом VT1, то VT1 закрыт и ток на лампу Н1 не проходит. В противоположном положении S1 (ON) на входы элементов D 1.3 и D 1.4 поступает напряжение логического нуля. На их выходах - единицы. Поэтому ключ VT1 открыт и через него проходит ток на осветительную лампу Н1. В среднем (нейтральном) положении S1 он никак не влияет на работу схемы, и схема работает как фотореле. Схема фотореле основана на изменении постоянного напряжения на делителе, состоящем из фоточувствительного элемента и подстрочного резистора. В такой схеме можно использовать фоторезистор, фотодиод (в обратном включении) или фототранзистор. Здесь был использован оптический датчик от «шариковой» компьютерной мыши. Внешне он похож на транзистор КТ315, но черного цвета. Внутри два фототранзистора, коллекторы которых соединены вместе и выведены на средний вывод. А на крайние выводы - раздельно выведены эмиттеры. Здесь в качестве светочувствительного датчика используется один фототранзистор (средний вывод - коллектор подключен к плюсу питания), а любой крайний - эмиттер подключен к резистору R1 и соединенным вместе входам элемента D1.1. При изменении освещенности изменяется ток через фототранзистор, соответственно, изменяется и напряжение на его эмиттере. Чем ярче свет, тем больше напряжение, и наоборот. Элементы D1.1, D1.2 и резистор R2 образуют триггер Шмитта, гистерезис которого регулируется подстроенным резистором R2. Работа фотореле всецело зависит от настройки схемы элементах D1.1-D1.2. Подстроенным резистором R1 выставляется порог срабатывания фотореле, так чтобы свет включался именно с наступлением темноты, а выключался при достаточной естественной освещенности. При этом подстроенным резистором R2 выставляется сдвиг порога чувствительности таким образом, чтобы пороги срабатывания для включения лампы и для её выключения были разными. А величина их различия выставляется R2. Это нужно для того чтобы не происходило мигания лампы при естественной освещенности на уровне около порога срабатывания. Например, при снижении освещенности до порога, когда нужно включить свет напряжение на входах D1.1 снижается до порога переключения триггера Шмитта.    При этом триггер Шмитта переключается, на выходе элемента D1.2 устанавливается логический ноль, но резистор R2 включается параллельно резистору R1 и смещает порог выклю­чения пампы. Таким образом, если естественная освещенность будет немного колебаться около порога включения лампы, это не приведет к миганию лампы. Аналогично и в случае выключения лампы. Недостаток данной схемы только в том, что налаживание усложняется, так как настройки резисторов R1 и R2 оказывают друг на друга влияние и налаживать схему нужно так называемым методом последовательных приближений, чтобы постепенно добиться требуемого результата. И так, при правильной наладке узла вечером, при недостаточном солнечном свете на выходе, при недостаточном солнечном свете на выходе D1.2 устанавливается логический ноль. А на выходах D1.3-D1.4 - единица. Транзистор VT1 открывается и дает ток на лампу Н1. Утром, при достаточной яркости солнечного света, на выходе элемента D1.2 устанавливается логическая единица. На выходах D1.3-D1.4 - ноль. Транзистор VT1 закрывается и ток на лампу прекращается. Свойство мощного MOSFET-транзистора в относительно большой емкости его затвора. В статическом режиме затворная цепь такого транзистора практически ничего не потребляет, но в моменты коммутации или при работе на переменном или импульсном токе скачки тока на заряд-разряд емкости затвора могут быть существенными. Чтобы снизить их влияние на микросхему КМОП управление на затвор подается через токоограничительный резистор R5. А диоды VD2 и VD3 служат для подавления выбросов положительного и отрицательного напряжения на затворе. Источник питания. Ток на лампу подается постоянный пульсирующий выпрямленный однополупериодным выпрямителем на диоде VD4. Если кто-то категорически возражает против питания лампы через однополупериодный выпрямитель, может сделать питание через диодный мост (рис.3).

Но я в этом большого смысла не вижу. Мощность лампы может быть и выше (до 200W без радиатора для VT1), но конструктивно фонарь был рассчитан на лампу не мощнее 100W, а фактически работал с лампой на 95W («соток» сейчас не выпускают). Питание на микросхему образуется параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD1 и резисторе R6. А конденсатор С2 сглаживает пульсации тока, питающего микросхему. О налаживании сказано выше. Дополнительно укажу, что перед самым началом настройки R2 нужно выставить на максимум сопротивления. Как сказано выше, вместо двойного фототранзистора от «шариковой» компьютерной мыши можно использовать фоторезистор, фотодиод или фототранзистор, достаточно чувствительные к видимому свету. Фототранзистор п-р-п включается коллектором к 14-му, а эмиттером к 1-2-му выводу D1. Фототранзистор р-п-р включается эмиттером к 14-му, а коллектором к 1-2-му выводу D1. Фотодиод включается катодом к 14-му, а анодом к 1-2-му выводу D1. Полярность включения фоторезистора значения не имеет. Сопротивление фоторезистора при дневном свете должно быть в 2-5 раз меньше максимального сопротивления подстрочного резистора R1. Следует заметить, что при использовании других датчиков может потребоваться изменение максимальных сопротивлений R1 и R2, так как, например, для фотодиода ФД-320 их может не хватить. А для некоторых чувствительных фототранзисторов они могут оказаться слишком большими, поэтому настройка будет нестабильной. Большинство деталей расположено на печатной плате (рис.2).

Монтировать устройство в корпус светильника не рекомендую. Во-первых, избыточный нагрев от работающей лампы. Во-вторых, свет лампы может «забить» датчик и создать оптическую обратную связь, что сделает работу системы невозможной. Лучше если корпус с платой управления будет расположен вне зоны прямого света от лампы, например, так как на рисунке 4.

Радиоконструктор №8 2013г стр. 23