01.04.21

[Домашняя]

Вопрос достижения максимального свечения ламп накаливания велосипедной фары (велофары) и увеличения срока службы самих ламп велофары весьма актуален для многих владельцев велосипедов. В первую очередь, это вызвано за­висимостью выходного напряжения генератора велосипедов от скорости движения самого велосипеда, поскольку ротор велогенератора имеет привод от колеса велосипеда. Чем выше частота вращения колеса, тем больше выходное напряжение генератора, а стабилизаторов напряжения простейшие генераторы для велосипедов, увы, не имеют. Настоящей теме была посвящена статья в [1]. Общеизвестно, что световой поток ламп накаливания зависит от напряжения их питания, а вы­ходное напряжение генератора велосипеда зависит от скорости вращения колес этого транспортного средства.

Автор [1] предложил установить в велофаре две лампы накаливания на различные номинальные напряжения (2,5 В и 6,3 В). При малой скорости движения, когда генератор велосипеда выдает небольшое выходное напряжение, тиристор VS1 (рис.1) заперт, а транзистор VT1 насыщен, и светится лампа EL1 (2,5 В). Увеличение скорости вращения колес велосипеда приводит к увеличению выходного напряжения велогенератора. Отпирается тиристор VS1, начинает светиться лампа накаливания в его аноде EL2 (6,3 В). Предполагалось, что лампа накаливания EL1 при этом должна погаснуть из-за запирания транзистора VT1. Схема была повторена. На фото 1 показан внешний вид макета, на рис.2 - чертеж печатной платы макета и расположение радиокомпонентов на ней.

Фактически эксперимент показал, что с учетом разброса параметров использованных в схеме радиокомпонентов, особенно коэффициента усиления транзистора VT1, падения напряжения на открытом тиристоре VS1 (около 2 В) оказывается до­статочно для насыщения транзистора VT1 базовым током через резистор R2 (330 Ом). Это приводит к тому, что лампа EL1 не прекращает свечения одновременно с началом свечения лампы EL2. Сохранение свечения лампы накаливания EL1 для велосипедиста не является недостатком. Скорее, это достоинство, так как возрастает яркость свечения велофары, однако при относительно большом напряжении велогенератора возрастает и напряжение питания лампы EL1. Оно становится на­много больше номинального (2,5 В). Это неминуемо резко сократит срок службы лампы EL1. С целью дальнейшего совершенствования схемы рис.1 была собрана схема рис.3.

При этом ставились несколько задач. Учитывая то, что велогенератор относительно маломощный, вероятно, целесообразным было бы при включении более высоковольтной лампы (EL2) производить отключение низковольтной (EL1). Кроме того, оба коммутирующих элемента в цепях этих ламп должны иметь малые падения напряжения при их насыщении. С этой точки зрения в схеме используются ключевые транзисторы. На транзисторе, находящемся в состоянии насыщения, падение напряжения около 0,5... 1,5 В (в зависимости от типа транзистора). Для сравнения можно заметить, что на открытом тиристоре падение напряжения около 1,5...2,5 В. Следует оговориться, что первоначально отказ от тиристора КУ101А для схемы был вызван тем, что по ТУ предельно допустимый постоянный или пульсирующий ток тиристоров серии КУ101 не должен превышать 75 мА. Более сильноточные отечественные тиристоры имеют большие габариты, имеют большой разброс параметров и требуют больших токов управления. Можно было бы использовать распространенный чувствительный импортный тиристор, например, ВТ132-600Е, однако целесообразнее вместо тиристора применить транзистор (рис.3). Для обеспечения ключевого режима работы транзистора VT3 он управляется пороговым элементом - триггером Шмитта на транзисторах VT1 и VT2. Если выходное напряжение велогенератора, подаваемое на контакты 1-2 колодки XS1, не превышает определенного «минимального» предела, то за счет резистивного делителя напряжения R1R2 транзистор VT1 заперт. При этом транзистор VT2 насыщен. Через резистор R4 он обеспечит насыщение ключевого транзистора VT3 и возможность свечения лампы накаливания EL1 в его коллекторе. В этом режиме транзистор VT4 заперт, а лампа накаливания в его коллекторе EL2 погашена. Как только значительно возрастет скорость вращения ротора велогенератора, увеличится и напряжение на контактах 1-2 колодки XS1. Это приведет к изменению состояния триггера Шмитта, В итоге транзистор VT2 перейдет в непроводящее состояние. Соответственно, запрется транзистор VT3 и погаснет EL1. Начнет протекать ток базы транзистора VT4 через сопротивление нити накала лампы EL1 и резистор R6. Этот транзистор отпирается, обеспечивая возможность свечения лампы накаливания EL2. На рис.4 показана топография печатной платы и расположение радио­компонентов на ней. С учетом того, что в холодном состоянии сопротивление нити накала ламп накаливания в несколько раз меньше, чем при их свечении, транзисторы VT3 и VT4 должны быть рассчитаны на максимальный ток коллектора не менее 1,5 А, что повысит надежность их работы в схеме. Указанные на рис.3 номиналы R1, R2 и тип VD2 определяют максимально возможное напряжение на лампы EL1 - 3,5 В. Эти лампы менее дефицитны, чем на 2,5 В. Если же при повторении схемы будут использованы низковольтные лампы, то необходимо подобрать номинал резистора R2. При больших токах потребления ламп накаливания EL1 и EL2 емкость конденсатора С1 (47 мкФ), конечно, не обеспечивает высокой степени сгла­живания пульсаций выпрямленного диодным мостом VD1 переменного напряжения велогенератора, но в схеме рис.3 это и не требуется. Не указаны на рис.3 и номиналы мощности ламп накаливания. Это обусловлено в первую очередь тем, что для увеличения силы света велосипедной фары желательно применять в ней лампы повышенной мощности (с большим допустимым рабочим током), но такое «форсирование» фары ограничивается отдачей велогенератора при езде на конкретных скоростях движения велосипеда. Приходится идти на компромисс. Если при повторении схемы возникнут трудности с приобретением транзисторов VT3, VT4 (р-п-р, КТ973Б), то можно использовать, например, транзисторы КТ972Б (n-p-п). При этом потребуется применить в качестве VT1, VT2 - КТ3107Б (или аналогичные) и изменить полярность включения некоторых радиокомпонентов - VD1, VD2, С1.

Радиоаматор №6 2016г стр. 16