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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fotorelé econômico. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / iluminação Os radioamadores prestam muita atenção às questões de economia de eletricidade - isso é evidenciado por inúmeras publicações na revista "Radio" com a descrição do fotorrelé - dispositivos para desligar a iluminação durante o dia. O fotorrelé proposto (seu circuito é mostrado na figura) tem baixo consumo de energia e é conectado por meio de um circuito de dois fios em paralelo com a chave padrão. O dispositivo contém uma poderosa chave eletrônica no triac VS1, conectada em paralelo ao switch padrão SA1. A operação do triac é controlada por um interruptor de baixa corrente em um transistor composto VT2VTZ incluído na diagonal da ponte de diodos VD4-VD7. O resistor R5 no circuito emissor do transistor VT2 impede a operação do transistor VT3 no modo de base "quebrada" quando o transistor VT2 está fechado. A chave de baixa corrente é ligada pela corrente de base do transistor VT2 fluindo através do resistor R4. Como você sabe, o coeficiente de transferência de corrente da base de um transistor composto é igual ao produto dos coeficientes de transferência dos transistores que o compõem. Para os transistores utilizados pelo autor, o valor mínimo desse coeficiente é 30, ou seja, o coeficiente de transferência de corrente da base do transistor composto neste caso não é inferior a 900, o que possibilita o uso de uma resistência suficientemente alta resistor R4, enquanto a energia consumida pelo dispositivo não excederá 0,15 W no modo de espera e após a operação do fotorrelé - muito menos.
O elemento sensível à luz é um fotodiodo VD1, que é usado como um fotodiodo infravermelho FD256, que possui sensibilidade suficiente na região visível do espectro. No gatilho Schmitt DD1.1 fez um elemento de limite. O limite de resposta é regulado por um resistor de ajuste R1, o capacitor C1 aumenta a imunidade a ruído do dispositivo. No elemento DD1.2, resistor R2 e capacitor C1.3, é feita uma unidade de atraso de comutação de relé, eliminando falsos positivos durante a iluminação de curto prazo do fotodiodo, no elemento DD1 - um inversor para fornecer a lógica de operação necessária, no transistor VT1 - interruptor de saída. O chip DD3 é alimentado por um regulador de tensão paramétrico no diodo zener VD4 e no resistor R2. O diodo VDXNUMX impede a descarga do capacitor do filtro C3 quando o foto-relé é ativado. Os gatilhos Schmitt do microcircuito DD1 são incluídos por inversores e, à primeira vista, podem ser substituídos por inversores dos elementos 2I-NOT ou 2OR-NOT do microcircuito K561LA7 ou K561LE5. No entanto, neste dispositivo, essa substituição está incorreta. A tensão nas entradas dos elementos DD1.1 e DD1.2 muda lentamente: para o primeiro, devido a uma mudança suave no nível de luz natural, e para o segundo, devido à grande constante de tempo do RЗС2 o circuito. Os gatilhos Schmitt têm um limite de resposta claro e os elementos lógicos neste local da característica de entrada têm uma zona de incerteza quando um dos transistores de entrada ainda não teve tempo de fechar e o segundo já começou a abrir. Como resultado, há uma passagem de corrente através dos transistores e a corrente consumida pelo microcircuito aumenta drasticamente. O circuito de entrada da chave nos transistores VT2 e U1Z opera no modo microcorrente, e tal mudança no modo de operação do microcircuito levará a mau funcionamento do dispositivo. O fotorrelé proposto funciona da seguinte maneira. Quando conectado à rede de iluminação em paralelo com o switch SA1 padrão, o capacitor C4 será carregado por vários meio ciclos da corrente retificada pela ponte de diodo VD7-VD3. Quando a tensão atingir a tensão de ruptura do diodo zener VDZ (no modo microcorrente é menor que a tensão de estabilização, normalizada a uma corrente de vários miliampères), os transistores VT2 e U1Z serão abertos. Quando a corrente através dos transistores atingir um valor suficiente para abrir o triac VS1, ele abrirá, desviando tanto a chave quanto a ponte de diodo VD4-VD7. O capacitor C3 será recarregado no início de cada meio ciclo de tensão de rede, enquanto o triac VS1 estiver fechado. Quando o dispositivo é conectado, o capacitor C2 é descarregado, a tensão nas entradas do elemento DD1.2 é 0, a tensão em sua saída é log. 1, e na saída do elemento DD1.3 - log 0, então o transistor de efeito de campo VT1 está fechado e não tem nenhum efeito na operação do dispositivo. A operação posterior do dispositivo é determinada pelo nível de iluminação do fotodiodo VD1. Se (nível) for insuficiente, a resistência reversa do fotodiodo é alta, há um nível de log nas entradas do elemento DD1.1. 1, na saída - nível de log. 0, e nenhuma alteração na operação do dispositivo ocorre - no início de cada meio ciclo da tensão da rede, o triac VS1 abre, fornecendo tensão à lâmpada de iluminação EL1. À medida que o nível de iluminação aumenta, a resistência reversa do fotodiodo VD1 diminui e, em algum momento, a tensão nele se torna menor que o limite do gatilho Schmitt DD1.1 - um nível de log 3 aparece em sua saída (pino 1), enquanto a corrente através do resistor R2 começa a carregar o capacitor C2. Após algumas dezenas de segundos (dependendo da capacitância do capacitor C3 e da resistência do resistor R1.2), a tensão nas entradas combinadas do gatilho Schmitt DD4 atinge o nível de disparo e um nível log 0 aparece em seu saída (pino 1.3) Como resultado, o elemento DD10 muda para sua saída (pino 1) aparece nível de log 1 e o transistor de efeito de campo VT2 abre, desviando as junções do emissor dos transistores VT3 e VT1. No futuro, o transistor VT1 permanece aberto e uma corrente flui através do eletrodo de controle do triac VS4, limitada pelo resistor R1 a uma amplitude máxima inferior a XNUMX mA, que é menor que a corrente de abertura do triac. Durante experimentos para substituir o triac TC106-10-10 por triacs importados, descobriu-se que, para algumas instâncias dos triacs VT137-600, a corrente de abertura é inferior a 1 mA e o triac, quando o fotorrelé está no modo de espera, abre quando a amplitude máxima da tensão de rede é atingida, enquanto a lâmpada EL1 brilha sem entusiasmo. Para a operação normal de um fotorrelé com um simistor tão sensível, a resistência do resistor R4 teve que ser aumentada para 1 MΩ. Quando o nível de iluminação diminui, a resistência reversa do fotodiodo VD1 aumenta, a tensão nas entradas do elemento DD1.1 aumenta e, em algum momento, o gatilho Schmitt DD1.1 muda - um nível de log aparece em sua saída. 0. O capacitor C2, carregado com a tensão de alimentação, começa a descarregar através do resistor R3. Após algumas dezenas de segundos, a tensão nas entradas do elemento DD1.2 diminui tanto que o elemento DD1.2, seguido por DD1.3, comuta, um nível de log aparece na porta do transistor VT1. 0, e fecha, deixando de desviar as junções do emissor do transistor composto UT2UTZ. No início de cada meio ciclo, abre e liga o triac VS1 - enquanto a lâmpada EL1 acende. Com iluminação de curto prazo do fotodiodo VD1 (por exemplo, pelos faróis de um carro que passa, relâmpagos, etc.), a tensão em um capacitor C2 completamente descarregado não tem tempo de mudar significativamente - isso atinge uma alta imunidade a ruídos do fotorrelé proposto. Sobre detalhes. Transistores MJE13002 e diodos 1N4007 removidos do reator eletrônico de uma CFL com defeito. Critérios para substituição de transistores: tensão coletor-emissor - não inferior a 400 V, corrente máxima do coletor - não inferior a 100 mA, coeficiente de transferência de corrente estática da base h21E - mais de 25. Se este parâmetro do transistor for menor que 25, a resistência do resistor R4 deve ser reduzida para 200 kOhm. Requisitos para diodos VD4-VD7 - corrente direta de pelo menos 100 mA, tensão reversa de pelo menos 700 V. Triac TC106-10 deve ter pelo menos classe 5 em tensão, ou seja, suportar uma tensão de pelo menos 500 V no estado fechado. Ao substituir o triac indicado no diagrama por um importado, é necessário levar em consideração a potência comutada e ter em mente que a corrente no filamento frio de uma lâmpada de iluminação é 5 ... 10 vezes maior que a nominal . Com uma potência de carga superior a 200 W, o triac deve ser instalado em um dissipador de calor. O fotodiodo FD256 foi removido do SDU de uma TV antiga. Os fotodiodos na parte visível do espectro raramente estão disponíveis comercialmente; portanto, na ausência do FD256, vale a pena experimentar outros tipos de fotodiodos infravermelhos. O critério de adequação é uma mudança de pelo menos dez vezes na resistência reversa com uma mudança na iluminação. Alguns fotodiodos IR, anteriormente utilizados em equipamentos industriais, possuem boa sensibilidade na parte visível do espectro. Muito bons, por exemplo, são os fotodiodos infravermelhos extraídos de detectores de incêndio de fumaça, por exemplo, do tipo IP-212, que são descartados em grandes quantidades durante o reparo de alarmes de incêndio que chegaram ao fim de sua vida útil em instituições e organizações. É necessário iluminar o fotodiodo durante os experimentos com uma lâmpada LED que tenha radiação mínima na região infravermelha do espectro. Diodo Zener VD3 - qualquer baixa potência com uma tensão de estabilização de 3,3 ... 5 V, diodo VD2 - qualquer silício de baixa potência. Substituiremos o transistor KP501A por qualquer uma das séries KP501, KP504, KP505. Possível substituição do chip KR1561TL1 - K561TL1, 564TL1 ou um análogo importado de CD4093B. Resistores fixos - qualquer tipo de potência de dissipação indicada no diagrama (a potência de dissipação do resistor R4 - 0,5 W - foi escolhida por razões de resistência elétrica). Resistor trimmer R1 ao instalar o dispositivo em ambiente interno - qualquer tipo, quando localizado ao ar livre, é desejável usar um resistor de design fechado, por exemplo, SPO-0,15, SPO-0,5 ou SP4-1. Para vedar a cavidade interna do resistor, deve-se aplicar uma camada de vaselina técnica ou graxa CIATIM no rolo do motor no ponto em que ele sai da carcaça. Os capacitores C1, C3 podem ser de qualquer tipo, tanto de filme quanto de cerâmica, C2 - óxido importado (tensão nominal - 50 V - escolhido significativamente mais alto que a tensão de trabalho por motivos de bom isolamento intercamada - quanto maior a tensão nominal, melhor o isolamento , ou seja, menos corrente de fuga). O dispositivo é montado em um fragmento de uma breadboard universal com dimensões de 45x25 mm. Ao usar peças que podem ser reparadas e não houver erros na instalação, o ajuste se resume a definir o limite de resposta desejado com um resistor de ajuste R1. Para proteção contra intempéries, a placa ajustada é coberta com nitro-laca em duas camadas e colocada em um invólucro do detector de incêndio IP-212, que tem uma boa aparência. Autor: K. Moroz
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