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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Controle de iluminação sem contato. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / iluminação Assim que um hóspede atravessa a soleira do seu apartamento, imediatamente, como num passe de mágica, uma luz pisca no corredor, iluminando o crepúsculo que costuma ser característico do corredor a qualquer hora do dia. E a questão toda está no tapete que fica dentro do apartamento perto da porta da frente, ou melhor, na antena sensível escondida embaixo dele, ou mais precisamente, na máquina eletrônica que controla a lâmpada do corredor. A máquina (Fig. 1) é montada em apenas dois microcircuitos digitais (DD1 e DD2), um transistor (VT1) e um trinistor (VS1). Ele contém um gerador de pulsos construído em elementos lógicos DD1.2-DD1.4, capacitor C7 e resistor R10, e produz pulsos retangulares com frequência de 10000 Hz (ou 10 kHz é a frequência de áudio). Além disso, a estabilidade da frequência não é particularmente importante. Portanto, o período de repetição destes pulsos é de 0,1 ms (100 μs). Esses pulsos são quase simétricos, portanto a duração de cada pulso (ou pausa entre eles) é de aproximadamente 50 μs. Nos elementos lógicos DD1.1, DD2.1, capacitores C1-C3, resistores R1, R2, diodo VD1 e antena WA1 com conector X1, é feito um relé capacitivo que responde à capacitância entre a antena e os fios da rede.
Quando esta capacitância é insignificante (menos de 15 pF), pulsos retangulares da mesma frequência de 1.1 kHz são formados na saída do elemento DD10, mas a pausa entre eles é reduzida (devido ao circuito diferenciador C1R1) para 0,01 ms (10 μs). É claro que a duração do pulso é 100 - 10 = 90 µs. Porém, em tão pouco tempo, o capacitor C3 ainda consegue ser quase totalmente descarregado (através do diodo VD1), pois seu tempo de carga (através do resistor R2) é longo e aproximadamente igual a 70 ms (70000 μs). Como o capacitor é carregado apenas no momento em que há um alto nível de tensão na saída do elemento DD1.1 (seja um pulso ou apenas um nível constante), durante um pulso com duração de 90 μs, o capacitor C3 não tem tempo para carregue visivelmente e, portanto, no elemento de saída DD2.1 sempre permanece em um nível de alta tensão. Quando a capacitância entre a antena WA1 e os fios da rede aumenta (por exemplo, devido ao corpo humano) para 15 pF ou mais, a amplitude do sinal de pulso nas entradas do elemento DD1.1 diminuirá tanto que os pulsos na saída deste elemento desaparecerá e se transformará em um nível alto constante. Agora o capacitor C3 pode ser carregado através do resistor R2, e a saída do elemento DD2.1 é ajustada para um nível baixo. É ele quem aciona o one-shot (multivibrador de espera), montado nos elementos lógicos DD2.2, DD2.3, capacitor C4 e resistores R3, R4. Embora a capacitância do circuito da antena seja pequena, razão pela qual há um alto nível de tensão na saída do elemento DD2.1, o monoestável está em um estado em que a saída do elemento DD2.2 será baixa e a saída de DD2.3 será alto. O capacitor de temporização C4 é descarregado (através do resistor R3 e do circuito de entrada do elemento DD2.3). Porém, assim que a capacitância aumentar visivelmente e um nível baixo aparecer na saída do elemento DD2.1, o monoestável gerará imediatamente um atraso de tempo, nas classificações especificadas do circuito C4R3R4, igual a aproximadamente 20 s. Justamente neste momento, um nível baixo aparecerá na saída do elemento DD2.3 e um nível alto na saída do DD2.2. Este último é capaz de abrir uma chave eletrônica feita em um elemento lógico DD2.4, transistor VT1, diodo VD3 e resistores R5-R8. Mas esta chave não fica aberta o tempo todo, o que seria claramente impraticável tanto em termos de consumo de energia como, mais importante, devido ao aquecimento completamente inútil da junção de controle do tiristor VS1. Portanto, a chave eletrônica é acionada apenas no início de cada meio ciclo da rede, quando a tensão no resistor R5 aumenta novamente para aproximadamente 5 V. Neste momento, em vez de um nível de alta tensão, um nível de baixa tensão o nível aparece na saída do elemento DD2.4, devido ao qual o transistor VT1 e então abre primeiro o tiristor VS1. Mas assim que este último abrir, a tensão nele cairá significativamente, o que fará com que a tensão na entrada superior (de acordo com o circuito) do elemento DD2.4 diminua e, portanto, o nível baixo na saída deste o elemento será novamente substituído abruptamente por um alto, o que causará o fechamento automático do transistor VT1. Mas o tiristor VS1 permanecerá aberto (ligado) durante este meio ciclo. Durante o próximo meio ciclo tudo se repetirá na mesma sequência. Assim, a chave eletrônica abre apenas por alguns microssegundos necessários para ligar o SCR VS1, e depois fecha novamente. Graças a isso, não apenas o consumo de energia e o aquecimento do SCR são reduzidos, mas também o nível de interferência de rádio emitida é drasticamente reduzido. Quando a exposição de 20 segundos termina e a pessoa já saiu do tapete “mágico”, um nível alto aparece novamente na saída do elemento DD2.3 e um nível baixo na saída do DD2.2. Este último bloqueia a chave eletrônica na entrada inferior do elemento DD2.4. Neste caso, o transistor VT1 e, portanto, o tiristor VS1, não pode mais ser aberto (na entrada superior do elemento DD2.4 no diagrama) sincronizando os pulsos da rede. Se a velocidade do obturador tiver expirado, mas a pessoa ainda permanecer no tapete (na antena WA1), a chave eletrônica não será travada até que a pessoa saia do tapete. Como pode ser visto na Figura 1, o SCR VS1 é capaz de fechar a diagonal horizontal (de acordo com o circuito) da ponte de diodos VD5. Mas isto equivale a fechar a diagonal vertical da mesma ponte. Portanto, quando o tiristor VS1 está aberto, a lâmpada EL1 está acesa; quando não está aberto, a lâmpada se apaga. A lâmpada EL1 e o interruptor SA1 são aparelhos elétricos padrão disponíveis no corredor. Assim, com a chave SA1 você ainda pode ligar a lâmpada EL1 a qualquer momento, independente da máquina. Só pode ser desligado quando o tiristor VS1 estiver fechado. Porém, também é importante que após o fechamento dos contatos da chave SA1 a máquina seja desenergizada. Portanto, a formação do retardo sempre pode ser interrompida à vontade fechando e abrindo a chave SA1. A máquina é alimentada por um estabilizador paramétrico contendo resistor de lastro R9, diodo retificador VD4 e diodo zener VD2. Este estabilizador produz uma tensão constante de cerca de 10 V, que é filtrada pelos capacitores C6 e C5, com o capacitor C6 suavizando as ondulações de baixa frequência dessa tensão e C5 suavizando as ondulações de alta frequência. Vamos considerar brevemente o funcionamento da máquina (assumindo que a chave SA1 está aberta). Contanto que a antena WA1 não esteja bloqueada pela capacitância do corpo humano, há um nível alto constante na saída do elemento DD2.1. Portanto, o dispositivo one-shot está em modo standby, no qual há um nível baixo na saída do elemento DD2.2, que trava (na entrada inferior do elemento DD2.4) a chave eletrônica. Como resultado, o tiristor VS1 não é aberto pelos pulsos de clock que chegam à entrada superior do elemento DD2.4 da ponte VD5 através do resistor R6. Quando uma pessoa bloqueia o circuito da antena, um nível baixo aparece na saída do elemento DD2.1, acionando um monoestável, e um nível alto aparece na saída do elemento DD2.2, abrindo a chave eletrônica e o tiristor VS20 por 1 s ( a lâmpada EL1 fica acesa durante esse período). Se a essa altura o bloqueio do circuito da antena tiver cessado (a pessoa saiu do tapete), a lâmpada EL1 apaga-se, mas se não, continua acesa até a pessoa sair do tapete. Em qualquer caso, o one-shot (e a máquina como um todo) entra novamente no modo de espera. Para desligar a luz antes do previsto (sem esperar 20 segundos), caso precise repentinamente, basta fechar e abrir a chave SA1. Depois a máquina também entra em modo de espera. A sensibilidade necessária da máquina depende do tamanho da antena WA1, da espessura do tapete e de outros fatores que são difíceis de levar em consideração. Portanto, a sensibilidade desejada é selecionada alterando a resistência do resistor R1. Assim, um aumento na sua resistência leva a um aumento na sensibilidade e vice-versa. Porém, não se deve deixar levar pela sensibilidade excessiva por dois motivos. Em primeiro lugar, aumentar a resistência do resistor R1 acima de 1 MOhm, via de regra, requer o seu preenchimento com verniz para eliminar a influência da umidade do ar no modo de operação. Em segundo lugar, se a máquina for excessivamente sensível, os falsos positivos não podem ser excluídos. Eles também são possíveis depois que o piso do corredor foi lavado, mas ainda não secou. A seguir, para apagar a luz, deve-se desconectar temporariamente a antena WA1 através do conector unipolar X1. A antena WA1 é uma folha de fibra de vidro unilateral coberta com uma segunda folha de textolite fina, getinax ou poliestireno no lado da folha. Ao longo do perímetro da primeira folha, a folha é retirada de uma forma ou de outra até uma largura de cerca de 1 cm, depois as duas folhas são coladas, preenchendo cuidadosamente com cola (por exemplo, massa epóxi) as áreas periféricas da antena onde a folha foi removida. Atenção especial deve ser dada à confiabilidade da terminação do fio que vai da folha até a parte externa da antena. As dimensões gerais da antena dependem do tapete existente. Aproximadamente sua área (de acordo com a folha) é de 500...1000 cm2 (digamos 20x30 cm). Se o comprimento do fio que vai da máquina até a antena for significativo, pode ser necessário blindá-lo (a meia de blindagem é conectada ao terminal inferior do resistor R1). Mas então, por um lado, a sensibilidade da máquina diminuirá inevitavelmente, por outro lado, a capacitância do capacitor C1 poderá ter que ser ligeiramente aumentada. Como a tela será conectada galvanicamente à rede, ela deve ser coberta com um isolamento bom e espesso na parte superior. A própria máquina é montada em uma placa plástica por meio de instalação impressa ou montada em superfície. A placa é colocada em uma caixa plástica de dimensões adequadas, o que evita o toque involuntário em qualquer ponto elétrico, pois todos são perigosos de uma forma ou de outra, desde que estejam conectados à rede. Por este motivo, todas as soldagens durante a instalação devem ser realizadas após primeiro desconectar a máquina da rede (do switch SA1). O ajuste consiste em selecionar a sensibilidade (com resistor R1), conforme já mencionado, e a velocidade do obturador do monoestável (com resistor R4), se necessário. A propósito, a velocidade do obturador pode ser aumentada para 1 minuto (em R4 = 820 kOhm) ou mais. Se usarmos os detalhes como na Fig. 1, a potência máxima da lâmpada EL1 (ou de várias lâmpadas conectadas em paralelo) pode chegar a 130 W, o que é suficiente para um corredor. Em vez do SCR KU202N (VS1), é permitido instalar KU202M ou, como último recurso, KU202K, KU202L, KU201K ou KU201L. Ponte de diodo (VD5) da série KTs402 ou KTs405 com índice de letras Zh ou I. Se usar uma ponte da mesma série, mas com índice A, B ou C, a potência permitida será de 220 W. Esta ponte pode ser facilmente montada a partir de quatro diodos separados ou dois conjuntos da série KD205. Portanto, ao usar os diodos KD105B, KD105V, KD105G, D226B, KD205E, você terá que limitar a potência da lâmpada a 65 W, KD209V, KD205A, KD205B - 110 W, KD209A, KD209B 155 W, KD225V, KD225D - 375 W , K D202K, KD202L, KD202M, KD202N, KD202R, KD202S 440 W. Nem o SCR nem os diodos da ponte requerem dissipador de calor (radiador). Diodo VD1 - qualquer pulso ou alta frequência (germânio ou silício), e diodos VD3, VD4 - qualquer retificador, por exemplo, a série KD102-KD105. Diodo Zener VD2 - para uma tensão de estabilização de 9...1O V, suponha, série KS191, KS196, KS210, KS211, D818 ou tipo D814V, D814G. Transistor VT1 - qualquer uma das séries KT361, KT345, KT208, KT209, KT3107, GT321. Os microcircuitos K561LA7 (DD1 e DD2) podem ser facilmente substituídos por KM1561LA7, 564LA7 ou K176LA7. Para melhorar a dissipação de calor, é aconselhável fazer um resistor de reator de dois watts (R9) a partir de quatro de meio watt: com resistência de 82 kOhm para conexão paralela ou resistência de 5,1 kOhm para conexão em série. Os demais resistores são do tipo MLT-0,125, OMLT-0,125 ou VS-0,125. Por segurança elétrica, a tensão nominal do capacitor C2 (de preferência mica) deve ser de pelo menos 500 V. Os capacitores C1-C3, C5 e C7 são de cerâmica, mica ou metal-papel com qualquer tensão nominal (exceto C2). Capacitores de óxido (eletrolíticos) C4 e C6 de qualquer tipo com tensão nominal de pelo menos 15 V. Outra versão da máquina para acender um abajur de mesa (arrandela, luminária de chão ou luminária de teto) com um aceno de mão (leve toque) é mostrada na Fig. Esta máquina é essencialmente um análogo eletrônico de um botão convencional com um mecanismo de travamento que é ativado a cada duas vezes: um toque - a lâmpada está acesa, outro - a lâmpada está apagada.
Esta máquina também é construída em apenas dois microcircuitos digitais, mas em vez do segundo microcircuito K561LA7 (quatro elementos lógicos 2I-NOT), ela usa o microcircuito K561TM2 (dois flip-flops D). É fácil perceber que os gatilhos do microcircuito mais recente estão instalados em vez do vibrador único da máquina anterior. Vejamos brevemente como eles funcionam na máquina. A finalidade do trigger DD2.1 é auxiliar: fornece uma forma estritamente retangular dos pulsos fornecidos à entrada de contagem C do trigger DD2.2. Se não existisse tal modelador de pulso, o gatilho DD2.2 não seria capaz de mudar claramente na entrada C para um único (quando sua saída direta é alta e sua saída inversa é baixa) ou zero (quando os sinais de saída são opostos a aqueles indicados) estado. Como a entrada de ajuste S (ajuste “um”) do trigger DD2.1 é constantemente alimentada com um nível alto em relação à sua entrada de ajuste R (ajuste “zero”), sua saída inversa é um repetidor regular. É por isso que o circuito integrador R3C4 aguça acentuadamente as bordas dos pulsos retirados do capacitor C3. Quando a tensão nele é baixa (a antena WA1 não é tocada com a mão), a saída inversa do gatilho DD2.1 também está em um nível de tensão baixo. Mas assim que a tensão no capacitor C3 aumentar (aproxime a mão o suficiente da antena WA1) para cerca de 5 V, o nível baixo na saída inversa do gatilho DD2.1 mudará drasticamente para alto. Pelo contrário, após reduzir a tensão no capacitor C3 (removido manualmente) abaixo de 5 V, o nível alto na mesma saída inversa também mudará abruptamente para baixo. Porém, apenas o primeiro (positivo) desses dois surtos é importante para nós, uma vez que o trigger DD2.2 não responde a um surto de tensão negativo (na entrada C). Portanto, o gatilho DD2.2 mudará para um novo estado (um ou zero) sempre que a mão for levada até a antena WA1 a uma distância suficientemente próxima. A saída direta do gatilho DD2.2 é conectada à entrada superior (conforme diagrama) do elemento DD1.2, que faz parte da chave eletrônica. Atuando sobre esta entrada, o gatilho é capaz tanto de abrir quanto de fechar a chave eletrônica, e com ela o tiristor VS1, ligando ou desligando a lâmpada EL1. Observe que a conexão direta da saída inversa do trigger DD2.2 com sua própria entrada de informação D garante seu funcionamento no modo de contagem desejado - “a cada duas vezes”, mas o circuito integrador C5R4 é necessário para que após fornecer a fonte de alimentação à máquina (por exemplo, após desligar os "plugues") o gatilho DD2.2 seria necessariamente colocado no estado zero, correspondente à lâmpada apagada EL1. Tal como na máquina anterior, a lâmpada EL1 pode ser ligada com o interruptor habitual SA1. Mas será desligado se, por um lado, a chave SA1 estiver aberta, por outro lado, o gatilho DD2.2 estiver zerado. Outra característica desta máquina é que o gerador de pulsos (10 kHz) é montado segundo um circuito simplificado - com apenas dois elementos (DD1 e DD1.4) em vez de três. Em vez do microcircuito K561TM2 (DD2), é permitido usar KM1561TM2, 564TM2 ou K176TM2. Outros detalhes nele são iguais aos do anterior. Faz sentido reduzir as dimensões da antena para 50...100 cm2 sobre a área da folha. De interesse indiscutível para os entusiastas de reparos é a máquina leve mais simples (Fig. 3), contendo apenas um microcircuito (DD1). Este dispositivo é como um análogo eletrônico de um botão normal com auto-reset: pressionado - a lâmpada acende, liberada ela apaga. É muito conveniente equipar esse “botão” sem contato, por exemplo, com uma poltrona, cuja luz acima acende automaticamente toda vez que você se senta nela para ler, tricotar ou outra recreação ativa.
A diferença entre esta máquina simplificada e as anteriores é que ela não possui máquina de disparo único nem gatilhos. Portanto, o capacitor C3 está conectado diretamente à entrada inferior (de acordo com o circuito) do elemento DD1.2 da chave eletrônica. Se não houver “piloto”, a antena WA1 escondida sob o estofamento da cadeira não impede a ocorrência de um sinal de pulso na saída do elemento DD1.1, o capacitor C3 é descarregado e, portanto, a chave eletrônica e o tiristor VS1 são fechada, a lâmpada EL1 não acende. Quando o veranista se senta em uma cadeira, esses pulsos desaparecem, o capacitor C3 é carregado e a chave eletrônica permite a abertura do SCR VS1, a luz acende. É claro que esses exemplos não esgotam todas as possibilidades de utilização de autômatos leves. Autor: V.V. Bannikov
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