01.04.21

[Домашняя]

Существует множество схем, так называемых сенсорных электронных ключей, обеспечивающих коммутацию нагрузки при прикосновении к изолированному электропроводящему датчику. Принцип работы большинства из них основан на использовании наводок на тело пользователя, возникающих под действием электромагнитного поля, создаваемого электропроводкой, бытовыми приборами и др. При касании датчика наводки воздействуют на электронный ключ и он срабатывает, замыкая цепь подключённой к нему нагрузки. Когда автору статьи понадобился такой ключ, был предпринят поиск подходящего схемного решения в литературе и Интернете. Однако он не увенчался успехом: всё, что удалось отыскать, было или излишне сложным, или недостаточно защищено от воздействия статических разрядов по входу и от превышения коммутируемого напряжения по выходу, или, наконец, требовало применения низковольтного источника питания. Пришлось взяться за разработку самому. В результате по­явилось простое (всего семь деталей) устройство, не требующее дополнительного питания и достаточно хорошо защищенное как по входу, так и по выходу. Кроме того, оно представляет собой симметричный двухполюсник с присущими ему достоинствами — не нужно вести к месту установки третий провод (достаточно просто включить устройство в цепь нагрузки) и заниматься фазировкой. Схема предлагаемого сенсорного ключа показана на рис. 1.

Два мощных полевых транзистора с изолированным затвором VT1 и VT2 представляют собой силовой ключ переменного тока, коммутирующий нагрузку, рассчитанную на напряжение питания 220 В, например, как у автора, электромагнитный дверной звонок. Резистор R2 разряжает ёмкость затворов транзисторов, выравнивая потенциал на них с потенциалом на истоках и, таким образом, закрывая ключ в дежурном режиме. Стабилитрон VD2 — защитный, он не даёт напряжению на затворах превысить 12 В или упасть ниже -0,7 В относительно истоков. Диод VD1 выпрямляет напряжение с датчика так, чтобы на затворы поступали только положительные полуволны, а резистор R1 ограничивает ток датчика Е1 на безопасном для пользователя уровне. Его номинальное сопротивление выбрано как максимальное, при котором ещё обеспечивается чёткая работа устройства во всех возможных условиях эксплуатации. Варистор RU1 — также защитный элемент, предотвращающий пробой транзисторов в случае резкого повышения напряжения сети (близкие разряды молний, аварии на электросетях и т. д.), его избыток приложится к нагрузке, что относительно безболезненно. В качестве ключей подойдут любые п-канальные МОП-транзисторы с максимальным напряжением сток—исток не менее 500 В и максимальным током стока, соответствующим нагрузке. При использовании транзисторов с управлением логическими уровнями следует заменить стабилитрон 1N5242 (VD2) пятивольтным. Тип и допустимая мощность рассеяния резистора R2 могут быть любыми. Стабилитрон VD2 можно использовать как отечественного, так и зарубежного производства, но он не должен быть двуханодным, как, например, КС212В. Кроме указанного на схеме, подойдёт Д814Г1 или BZX84C12. Диод VD1 — любой выпрямительный с обратным напряжением не менее 400 В, например, КД105В, КД105Г или любой из серии 1 N4004—1N4007. Для достаточной электрической прочности, а значит, и электробезопасности устройства в целом рабочее напряжение резистора R1 должно быть не менее 350 В (этому требованию отвечают большинство распространённых типов резисторов с мощностью рассеяния 0,5 Вт). Как вариант, его можно составить из нескольких соединённых последовательно ре­зисторов с меньшими мощностью рас­сеяния и сопротивлением. Собственно датчиком Е1 может слу­жить любой малогабаритный надёжно изолированный металлический предмет, например, декоративная накладка на замочную скважину, или любая другая дверная или мебельная фурнитура. Если датчик монтируется на какой-либо массивной электропроводящей основе, например на металлической двери, необходимо не только обеспечить высококачественную изоляцию между этой основой и датчиком, но и экранировать последний, иначе потенциал на нём в дежурном режиме окажется слишком большим и ключ будет постоянно открыт даже без прикосновения пользователя. Экраном может быть пластина из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита, у которой фольга электрически соединена с анодом стабилитрона VD2 и в то же время хорошо изолирована от датчика и от металлической основы. Разумеется, должна быть исключена возможность прикосновения пользователя, так как на ней всегда будет присутствовать однополупериодно-выпрямленное напряжение фазы. Во избежание наводок и ухудшения помехозащищённости провод, соединяющий датчик с устройством, должен быть по возможности короче. Если по каким-либо причинам это требование невыполнимо, то нужно взять экранированный провод и соединить его оплётку с анодом стабилитрона VD2. Следует также позаботиться и о том, чтобы при любых атмосферных осадках изоляция датчика оставалась достаточно хорошей, в противном случае возможно самопроизвольное срабатывание. Хорошим решением может оказаться небольшой козырёк, расположенный над датчиком. Предложенный ключ удобно использовать в качестве кнопки дверного звонка (если, конечно, он питается от сети) как замену традиционным механическим кнопкам с вечно окисленными контактами. Малое число деталей позволяет разместить устройство внутри практически любой маленькой коробки, используя компактный навесной монтаж. Если предполагается эксплуатация под открытым небом или в других условиях повышенной влажности, а также с целью защиты от насекомых, рекомендуется запить готовое устройство эпоксидным компаундом. Если же повышенной влажности или насекомых не предвидится, то достаточной будет изоляция с помощью отрезка термоусадочной трубки. Нагрузкой может служить практически всё, что угодно — звонки различной конструкции и мощности, лампы накаливания, соленоиды, электродвигатели или другие исполнительные устройства. Главное, чтобы коммутируемый устройством ток (с учётом переходных процессов) не превышал предельно допустимого для применённых транзисторов, и желательно с хорошим запасом. Если предполагается использовать мощную нагрузку, то может понадобиться установка транзисторов на теплоотводы с соответствующей площадью охлаждающей поверхности. Кроме того, в этом случае потребуется и соответствующий более мощный защитный варистор RU1 с таким же номинальным напряжением, как и у указанного на схеме (430 В). Его можно выбрать из линейки FNR-05K431 —FNR-20K431. И напоследок — несколько слов об одном из возможных вариантов применения описанного устройства. Автор живёт на втором этаже, и его кот успешно освоил как спуск с балкона по дереву вниз во двор, так и обратный подъём. Для того чтобы он мог по приходу не мёрзнуть, а просто "позвонить" в балконную дверь, чтобы ему открыли (рис. 2), и было задумано данное устройство, названное автором "кошачьим сенсором".

В качестве нагрузки применён маломощный, но громкий и приятно звучащий звонок, демонтированный из старого телефонного аппарата фирмы Siemens. Вместе со всеми остальными деталями он помещён в корпус подходящего размера, который установлен на балконной металлопластиковой двери изнутри. Сенсорный датчик находится снаружи и представляет собой латунную мебельную ручку, укреплённую через сквозные отверстия в двери двумя винтами с резьбой М4. Ток датчика оказался настолько незначитель­ным, что его не чувствует не только сам автор, но и его кот, стоящий лапами на мокром бетоне балкона, касаясь носом датчика. Научить кота звонить в дверь оказалось проще простого. Для этого нужно запастись несколькими небольшими кусочками мяса и некоторым терпением. Кладём мясо на датчик и выпускаем голодного кота на балкон. Кот по запаху находит мясо и, съедая его, касается сенсорного контакта, чем включает звонок. Открываем балкон и впускаем кота. Повторяем несколько раз. Двух таких сеансов дрессировки оказалось достаточно, чтобы в тот же день кот, придя с прогулки на балкон, впервые сам позвонил в дверь.

Радио №5 2013г стр. 34