01.04.21

[Домашняя]

В статье описывается простой и экономный указатель места расположения электрического выключателя. Наиболее часто оптические индикаторы встраивают в те сетевые выключатели, которые находятся в затемнённом месте квартиры, чтобы указать на их расположение в тёмное время суток. Обычно, схема оптического сетевого индикатора подключается параллельно контактам имеющегося сетевого выключателя, откуда следует, что индикатор потребляет некоторую мощность от питающей сети всегда, когда выключатель разомкнут, а это большая часть времени суток, поэтому становится очевидной необходимость в его экономичности. Достаточно экономичными, но не самыми яркими являются излучатели на газонаполненных элементах (ток потребления около 1 мА, при токоограничительном резисторе около 120 кОм). Такие индикаторы имеют не очень большой ресурс. Более яркими, но менее экономичными (ток потребления 5...20 мА) являются светодиодные индикаторы, которые имеют гораздо больший ресурс. С целью повышения экономичности сетевых светодиодных индикаторов их переводят в динамический режим работы. Такой режим позволяет снизить в разы средний ток, потребляемый индикатором от сети, а также увеличить амплитуду импульса тока через светодиод, то есть получить вспышки большей яркости. Следует отметить, что частота вспышек (при RC=const) генератора также несёт дополнительно информацию о напря­жении в питающей сети, причём при полном сохранении основной бытовой функции индикатора. Схема сетевого индикатора, который предназначен для встраивания в сетевые выключатели, показана на рис.1.

Как видно из рис.1; это релаксационный генератор, в котором диод VD1 служит однополупериодным выпрямителем сетевого напряжения. Резистор R1 выполняет две функции - служит токоограничительным и времязадающим элементом релаксационного генератора одновременно, а конденсатор С1 служит накопительным элементом. Активный элемент генератора - планарный транзистор VT1 структуры п-р-п, который включен инверсно (на эмиттере «+» питающего напряжения) двухполюсником, и работает в режиме обратимого лавинного пробоя. При работе в таком режиме на ВАХ транзистора VT1 имеется участок с отрицательным сопротивлением, поэтому введение положительной обратной связи с входа на выход генератора не требуется. Частота генерации (вспышек) определяется параметрами цепи R1C1, а также значением питающего напряжения. В авторском варианте сетевых индикаторов, частота вспышек выбрана равной 1...2 Гц. Как известно, особенностью включения транзистора в такой режим является также и более высокая, чем при обычном не инверсном включении, температурная стабильность ВАХ. Так, например, для транзисторов КТ315 напряжение пробоя изменяется всего на 100...150 мВ, при изменении температуры от -50 до +65С. Данная схема сетевого индикатора, по сравнению с индикаторами на газонаполненных приборах, обладает ещё одним достоинством: при её установке в сетевой выключатель не «подсвечивали», как цокольная компактная люминесцентная лампа MAXSUS spiral 20W 4100К. так и самодельная лампа на базе светодиодного блока марки R58-60LED 3528 4W 250 лм, с двумя включёнными параллельно группами, состоящими из 30 включённых последовательно ультра ярких SMD-светодиодов, балластным конденсатором 0,82 мкФ, мостовым выпрямителем и конденсатором фильтра 2,2 мкФ 250 В. Физический смысл этого явления заключается в том, что хотя напряжение питания при разомкнутом контакте сетевого выключателя также поступает через схему индикатора на упомянутые лампы, но значение тока в цепи настолько мало, что не превышает ток потерь в схеме лампы, поэтому накопления энергии на конденсаторах сетевого фильтра этих ламп не происходит, и их излучатели не «подсвечиваются».

Конструкция

Соединение деталей индикаторов выполнено объёмным монтажом путём соединения выводов деталей между собой по кратчайшему расстоянию в виде компактных блоков в двух конструктивных вариантах. Первый вариант (рис.2) предназначен для установки в непрозрачный корпус, с механической доработкой корпуса (сверлением отверстия под светодиод), поэтому светодиод вынесен на двух проводниках нужной длины из объёма блока.

Второй вариант (см. фото в начале статьи) предназначен для установки в прозрачный корпус сетевого выключателя без его механической доработки, поэтому светодиод расположен в самом блоке.

Детали

Транзистор VT1 - КТ315 с любым буквенным индексом, или импортные. 2SC3370. 2SC945. ВС337. 2SC337-40, 2SD667, BD667. Диод VD1 - любой кремниевый с обратным напряжением от 400 В и небольшими габаритными размерами. Светодиод VD2 - обычный индикаторный типа АЛ307. красного или зелёного цвета свечения, яркости которых вполне достаточно при их установке в выключатели, которые расположены в жилом помещении. Если сетевой выключатель находится достаточно далеко, и в месте, которое видно, но до него неудобно добираться, в схему индикатора можно установить ультра яркий светодиод, вспышки которого чётко различимы с достаточно большого расстояния.

Конденсатор С1 с малой утечкой типа ЭТО или К52-2, К52-1, К52-3, К50-35, или аналогичный импортный. В авторском экземпляре установлен импортный оксид­ный конденсатор вертикального конструктивного исполнения 100 мкФ 25 В.

Настройка

Поскольку планарные транзисторы КТ315 как элементы не предназначены изготовителем для работы в лавинном режиме (хотя и могут в нем работать), в некоторых случаях может возникнуть необходимость отбора транзистора. Учитывая наличие на элементах устройства сетевого напряжения, предварительный отбор транзистора, а иногда и конденсатора, для индикатора лучше провести, используя сетевой низковольтный источник питания (ИП) с плавно изменяющимся выходным напряжением от 0 до 30 В, например, типа Б5-7. Схема для предварительного отбора транзисторов показана на рис.3.

Для удобства отбора транзисторов, работающих в режиме обратимого лавинного пробоя с инверсным включением по питанию, из имеющихся в наличии, собирают испытательную схему. В качестве гнездовых соединителей XS2 использована панелька для установки микросхем. В результате чего получается испытательный стенд, в котором замена транзистора осуществляется простой установкой его в панельку. Отбор транзисторов проводят следующим образом. На собранную схему (рис.3) от ИП, подают напряжение 3 В. Светодиод не должен светиться. Далее плавно увеличивают значение напряжения питания до получения устойчивой генерации с частотой примерно 1...2 Гц. Вспышка и погасание светодиода должны быть чёткими и «не размытыми», что свидетельствует о хороших переключательных свойствах данного экземпляра транзистора. Отобранный таким образом транзистор устанавливают в схему рис.1, временно заменив резистор R1 цепочкой, состоящей из последовательно включённых мультиметра в режиме измерения переменного тока, постоянного резистора 270 кОм и переменного резистора 2 мОм, введенного на максимальное значение сопротивления. Изменением положения подвижного контакта переменного резистора в сторону уменьшения сопротивления добиваются примерно той же частоты генерации, что и при испытаниях с блоком питания на стенде, контролируя при этом получившееся значение тока, которое должно находиться в интервале 0.1...0,4 мА. Следует отметить, что при размыкании сетевого выключателя вспышки светодиода появляются не сразу, а с некоторой задержкой, что не есть неисправность, а вызвано достаточно большой постоянной времени самой цепи и фор­мовкой накопительного конденсатора.

Статистические испытания

Статистические испытания, проведенные мной в упомянутом ранее стенде, показали, что из партии транзисторов КТ315 (б/у и новых) в количестве 50 шт, устойчиво генерировали при напряжении  питания 9 В 15- шт. при 12 В - 18 шт., при 15 В – 10 шт, при 16 В – 5 шт, и  2 шт. не генерировали вообще. На этом же стенде были проверены единичные экземпляры импортных транзисторов проводимости n-p-n типов 2SC3370, 2SC945. ВС337. 2SC337-40. 2SD667. BD667. имев­шиеся в наличии, которые по напряжению на конденсаторе С1 (2...3 В. рис.3) ничем не отличались от транзисторов КТ315.