31.03.21

[Домашняя]

Среди сенсорных электронных устройств особое место занимают узлы, питающиеся непосредственно от сети переменного тока 220 В. Такие устройства, содержат минимум деталей, легко повторяемы, не требуют дополнительного источника питания, но, несмотря на свою схемную простоту, не менее эффективны, более чувствительны и надежны (не допускают ложных срабатываний), чем их собратья с более сложной конфигурацией и элементной базой. То, что электронное устройство, где управляющий импульс образуется от наводок переменного напряжения в теле человека, не имеет развязки от сети, теоретически может пугать радиолюбителя, из-за кажущейся опасности передачи через сенсорный контакт переменного напряжения сети человеку. Но на самом деле эти опасения несостоятельны. Опасности поражения электрическим током здесь никакой нет. Независимо от фазировки подключения в осветительную сеть устройство абсолютно безопасно для повторения и использования. Причина этому в том, что поражение током происходит именно силой тока, воздействующей на организм, а не напряжением. Здесь же между сенсором и другими цепями схемы есть сопротивление достаточно большой величины, которое ограничивает ток через тело человека, не допуская его повышения до опасной величины. Единственное предостережение: монтаж и проверку правильности соединения элементов надо выполнять при отключенном напряжении, а при подключенном в сеть устройстве нельзя касаться руками и неизолированным инструментом деталей и цепей, кроме сенсора. Рассмотрим схему.

Принцип работы не отличается от любых электронных узлов, в основе которых имеется триггер (устройство с двумя устойчивыми состояниями). Устройство включит лампу накаливания Н1 от любого прикосновения к сенсору Е1 и оставит ее во включенном состоянии до тех пор, пока на сенсор Е1 не будет оказано повторного воздействия. При повторном касании сенсора схема переключится в другое устойчивое состояние, и лампа накаливания EL1 окажется выключенной. В литературе и интернете встречаются аналогичные схемы, в которых, как и здесь D-триггер включен делителем частоты на два, и меняет свое состояние от каждого импульса, поступающего на его вход «С». Но там имеет место непосредственное соединение инверсного выхода триггера в входом «D». В результате такая становится неработоспособной. Это происходит потому что при прикосновении человеком к сенсору из его тела на сенсор поступает сигнал наводки сети переменного тока. То есть сигнал частотой 50 Гц. Этот сигнал преобразовывается каскадом на полевом транзисторе VT1 в импульсы, так же частотой 50 Гц. И эти импульсы и поступают на вход «С». В результате триггер включенный по выше указанной схеме, начинает переключаться с частотой 50 раз в секунду. И после прекращения воздействия на сенсор он оказывается в любом случайном состоянии. Как вы понимаете, такой сенсорный выключатель будет работать крайне нестабильно. Чтобы этого не происходило в схему введена цепь задержки R5-C4, которая не позволяет триггеру переключаться слишком быстро. И благодаря именно этой цепи триггер четко переключается в противоположное состояние после каждого прикосновения к сенсору. Кроме того, в схеме есть еще одна RC- цепь - R4-C3. Она предназначена устанавливать сенсорный выключатель в выключенное состояние после подачи на схему питания. Эта цепь нужна на случай временного отключения электроэнергии, чтобы после этого выключатель устанавливался в выключенное состояние, а не в произвольное. Время нахождения триггера в каждом из двух устойчивых состояний не ограничено, пока на устройство подано питание. Узел триггера собран по на логической микросхеме D1 К561ТМ2. В схеме задействован только один элемент этой микросхемы. С выхода микросхемы D1 управляющее напряжение поступает через резистор R6 на затвор ключевого высоковольтного мощного полевого транзистора VT2. Применение такого транзистора более выгодно по сравнению со схемами выходного каскада на тиристоре, потому что, во-первых, сопротивление его открытого канала существенно ниже чем у тринистора или симистора и приближается с сопротивлению механических контактов. Соответственно, на нем рассеивается меньшая мощность, во-вторых, ток управления пренебрежимо мал, что весьма согласуется с микросхемами КМОП-серии, не отличающиеся значительной модностью выхода. Но есть и недостаток, - это относительно большая емкость затвора, из-за которой при изменении логического уровня на затворе VT2 происходит короткий скачек тока через выход микросхемы, который временно перегружает выход микросхемы и может привести к сбою и произвольному переключению триггера. Чтобы этого не произошло, в схеме есть резистор R6, ограничивающий ток зарядки емкости затвора VT2 и диоды VD2 и VD3 подавляющие выброс напряжения на емкости затвора VT2 в момент его открытия или закрытия. Полевой транзистор VT1 имеет большое (в несколько десятков мегаом) сопротивление перехода сток-исток-затвор, что препятствует попаданию тока электросети на сенсорный контакт, а резисторы R1 и R2 общим сопротивлением более 10 МОм ограничивают ток настолько, что прикосновение к сенсору Е1 не опасно, даже если полевой транзистор VT1 выйдет из строя. Сенсор Е1 представляет собой обычный обойный гвоздь с крупной металлической шляпкой в форме цветка. Наведенное на сенсоре электрическое поле переменного напряжения поступает на затвор полевого транзистора VT1, и на его истоке образуются импульсы с частотой сети и напряжением логического уровня. Они поступают вход «С» (вывод 3 D1). Триггер меняет свое состояние только от первого импульса, а на остальные не реагирует в течение времени около одной секунды, которое обеспечивается цепью R5-C4. Мерцания лампы в данной схеме практически нет, так как полевой транзистор VT2 работает как механический контакт, а не как тиристор, то есть, его состояние «открыт/закрыт» не зависит от фазы напряжения сети. При мощности лампы менее 200W радиатор транзистору VT2 не требуется. Нагрузка может быть мощностью до 2000W, но тогда с радиатором. В отличие от схемы с тиристором здесь ограничения по минимальной мощности нагрузки нет.

Радиоконструктор №6 2017г стр. 26