Чувствительное сенсорное устройство с задержкой выключения

 Среди сенсорных электронных устройств особое место занимают узлы, имею­щие питание непосредственно от осветительной 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, чувствительны и надежны (не допускают ложных срабатывании), чем их собратья с более сложной конфигурацией и элементной базой.

То, что электронное устройство, а тем более сенсорное, 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 самому человеку. Элементы схемы заземлять не надо. С точки зрения безопасности, эти опасения несостоятельны. Опасности поражения электрическим током здесь ника­кой нет. Не зависимо от фазировки подключения в осветительную сеть устройство абсолютно безопасно для повторения и использования. Единственное ограниче­ние: монтаж и проверку надо выполнять при отключенном напряжении, а при под­ключенном в сеть устройстве нельзя касаться руками и неизолированным инстру­ментом деталей и элементов несущих сетевой потенциал. Рассмотрим схему на рисунке.

Устройство включит лампу накаливания EL1 от любого прикосновения к контак­ту Е1 и оставит ее во включенном состоянии в течение установленного времени задержки. Это время настраивается переменным резистором R3 и может изме­няться от долей секунды до 22 мин (при указанной емкости оксидного конденсато­ра С3). Это время задержки также зависит от указанной емкости. Максимальное время задержки выключения устанавливается при верхнем (по схеме) положении движка переменного резистора R3. Узел задержки собран по классической схеме на многофункциональной микросхеме DA1 КР1006ВИ1. С выхода DA1 управляю­щий сигнал поступает на усилитель тока на транзисторе VT2.

Полевой транзистор VT1 имеет большое (в несколько десятков МОм) сопротив­ление перехода сток-исток-затвор, что препятствует попаданию сетевого напря­жения на сенсорный контакт, а резисторы R1 и R6 общим сопротивлением 10 МОм ограничивают ток от общего (по схеме) провода настолько, что потенциал на сен­соре Е1 практически незаметен.

Из-за того, что схема работает только на одной полуволне сетевого напряже­ния (это определяется однопериодным выпрямителем на диоде VD4), лампа нака­ливания EL1 во время задержки выключения будет слегка мерцать.

Сенсор Е1 представляет собой пластину величиной с пятирублевую монету из тонкой жести, взятой из декоративного внешнего оформления решеток акустичес­ких систем С-30 или аналогичных.

Если на сенсор нет воздействия, на выводе 3 микросхемы DA1 присутствует высокий уровень напряжения, транзистор VT2 заперт, потенциал на управляющем электроде тринистора VS1 недостаточен для его открывания, и он закрыт, лампа EL1 не светится.

Наведенное на сенсоре электрическое поле наводок переменного напряжения через проводник поступает на затвор полевого транзистора VT1, приводит к его открыванию. Транзисторный переход сток-исток шунтирует резистор R2, поэтому при открывании транзистора в точке А присутствует напряжение близкое к напря­жению стабилизации стабилитрона VD1. Неполярный конденсатор С4 не пропуска­ют постоянную составляющую напряжения, поэтому на вход Z DA1 попадает толь­ко запускающий схему задержки импульс. Вследствие этого потенциал на выходе микросхемы DA1 (вывод 3) меняется на низкий уровень, открывается транзистор VT2, зажигается индикаторный светодиод HL1, на управляющем электроде тринис­тора присутствует достаточный для его открывания потенциал — и лампа EL1 за­горается. В таком состоянии находится устройство, пока не истечет время задерж­ки таймера, реализованного на микросхеме DA1.

В тот момент, когда на выводе 3 микросхемы DA1 присутствует низкий уровень напряжения, транзистор VT2 открыт только в период времени, когда на диоде VD3 падение напряжения меньше, чем на стабилитроне VD1. В остальное время тран­зистор VT1 оказывается заперт. Процесс открывания транзистора происходит со­образно синусоидальному характеру изменения переменного напряжения освети­тельной сети 220 В с частотой 50 Гц, поэтому открывающие транзистор и соответ­ственно тиристор импульсы поступают на лампу накаливания с этой же частотой, и формирование этих импульсов происходит в начале каждого периода синусоиды. Основным элементом, обеспечивающим такой характер работы узла, является диод VD3. Если данная ресурсосберегающая функция лампы накаливания для кон­кретного случая применения устройству не нужна, диод VD3 из схемы исключают.

Спектр применения устройства разнообразен и ограничивается только фанта­зией радиолюбителя. Данный электронный узел может включать и автоматически выключать различные электронные приборы с мощностью до 60 Вт. Устройство может выполнять функции сигнального устройства: при касании дверной ручки входной двери (для этого сенсор Е1 подключается к дверной ручке неэкраниро- ванным проводом типа МГТФ-1 длиной до 30 см — во избежании наводок и лож­ных срабатываний) сработает пьезоэлектрический капсюль со встроенным генера­тором HA1 (подключение к точке A показано на схеме пунктиром) и на определен­ное время включится лампа накаливания, сигнализирующая о попытке открывания двери. Могут быть и другие варианты применения устройства. Хорошие результа­ты дает применение устройства в качестве квартирного звонка. В этом случае к контакту A и общему проводу (как показано на схеме пунктиром) подключается звуковой капсюль со встроенным генератором HA1, а микросхема DA1, элементы обвески и силовой узел, кроме источника бестрансформаторного питания на эле­ментах VD3R4, из схемы исключаются.

Пока нет воздействия на сенсор Е1 устройство практически не потребляет тока — эта величина ничтожно мала и находится в пределах 2 мА. Устройство можно питать от источника питания с понижающим трансформатором. Напряжение пита­ния в пределах 6.16 В. Мощный выход микросхемы КР1006ВИ1 позволяет без дополнительного усилителя управлять нагрузкой с током потребления до 200 мА, поэтому в случае питания от альтернативного источника к выходу DA1 можно под­ключить электромагнитное реле на напряжение, соответствующее напряжению пи­тания устройства, контактами которого коммутировать нагрузку.

В налаживании устройство не нуждается и при исправных элементах начинает работать сразу после включения. Чувствительность узла можно подкорректировать изменением сопротивления резистора R6. Увеличение сопротивления R4 приведет к увеличению чувствительности устройства и наоборот. При необходимости при­менения провода к сенсору Е1 длиной более 30 см (в совокупном варианте боль­шого электрического фона в помещении, на предприятиях, участках сборки и ис­пытания электронного оборудования, ремонтных мастерских) узел может реагиро­вать на изменение фона без воздействия человека на сенсор Е1, то есть работать с помехами. Чтобы купировать эти помехи, в схему вводят шунтирующий постоян­ный резистор R22 между точкой A и общим проводом (показан внизу схемы).

Транзистор VT1 заменяют на КП501 с любым буквенным индексом, КП7131А9 или на микросборки КР1014КТ1, 2VN2120, ZN2120, содержащие аналогичные транзисторы.

Лампа накаливания EL1 рассчитана на напряжение 220.235 В и мощность 7.60 Вт. Предохранитель FU1 введен в схему как дополнительный элемент безопасности. Его можно заменить на самовосстанавливающийся предохранитель типа MF-R025, LP60-025 или аналогичный. В последнем случае общая стоимость деталей возрас­тает. Звуковой капсюль со встроенным генератором HA1 можно заменить на лю­бой подходящий, рассчитанный на постоянное напряжение 5...15 В (от этого может изменяться только громкость и тон звука), например, HSB23-A8, KPI-1410, 1205FXP. Если применить капсюль типа KPI-4332-12, то звук будет прерывистым.

Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,5, MF-50, Р1-4, С1-4, С2-26, C2-33 или аналогичные. Оксидный конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного на­пряжения. Его тип К50-24, К50-29 или аналогичный. Стабилитрон VD1 заменяют на КС175А, Д808, Д814А или на аналогичный с напряжением стабилизации 6.12 В. Выпрямительный диод VD4 заменяют на КД226В, КД258Б, Д112-16 и аналогичные, учитывая, что его обратное напряжение не должно быть менее 300 В. Вместо транзистора VT2 можно применить КТ3107 с индексами Б, Г, Д, Ж, И, Л, КТ361Г- КТ361Д, КТ814Б-КТ814Г. Неполярный конденсатор С4 типа КМ6 или аналогичный. Тиристор VS1 должен быть с минимальным током управляющего электрода. Кроме указанного на схеме, это может быть Т112-16-х или другой, с худшими характери­стиками, например, типа КУ201К-КУ201М, КУ202К-КУ202М. Выпрямительный мост, состоящий из диодов VD5-VD8 типа КЦ402А, КЦ405А, КЦ407А или из диск­ретных диодов типа КД105Б-КД105В, КД243Г, 1 N4004-1 N4007. Эти же рекомен­дации касаются возможной замены диодов VD3 и VD4. Светодиод типа АЛ307БМ или аналогичный.

Устройство собирают на монтажной плате и закрепляют в корпусе из диэлект­рического материала. При монтаже элементов стремятся к тому, чтобы их выводы имели минимальную длину (для уменьшения влияния помех). Силовую часть мон­тируют так, чтобы корпуса тиристора и выпрямительных диодов (в случае приме­нения дискретных диодов) не имели контакта с другими элементами (не санкцио­нированного по электрической схеме).

Устройство работает только при наличие в осветительной сети напряжения 220 В. Поэтому при несанкционированном отключении электроэнергии, устройство сигнализации окажется бесполезным. Особенность устройства в том, что сенсор­ный узел, как и все другие сенсоры, эффективен только там, где есть наведенное в человеке (или животном) электрическое поле переменного тока — в жилых и производственных помещениях, и будет бесполезен в поле, в горах и на открытой местности.

Для этой записи еще нет комментариев.

Станьте первым, кто оставит комментарий к этой записи!

Для добавления комментариев зарегистрируйтесь или авторизируйтесь.