1. думки читачів

Світлотехніка

Головна радіоаматорові Світлотехніка

Основне призначення транзисторних вимикачів, схеми яких пропонуються увазі читачів, - вмикання і вимикання навантаження постійного струму. Крім цього, він може виконувати ще додаткові функції, наприклад, відображати свій стан, автоматично відключати навантаження при розрядці акумуляторної батареї до гранично допустимого значення або за сигналом датчиків температури, освітленості та ін. На базі декількох вимикачів можна зробити перемикач. Комутація струму здійснюється транзистором, а управління здійснюється однієї простої кнопкою з контактом на замикання. Кожне натискання на кнопку змінює стан вимикача на протилежне.

Опис аналогічного вимикача було приведено в [1], але там для управління застосовані дві кнопки. До переваг пропонованих вимикачів можна віднести безконтактне підключення навантаження, практично відсутність споживаного струму в вимкненому стані, доступні елементи і можливість застосування малогабаритної кнопки, що займає мало місця на панелі приладу. Недоліки - власний споживаний струм (кілька міліампер) у включеному стані, падіння напруги на транзисторі (частки вольта), необхідність прийняття заходів для захисту від імпульсних перешкод надійного контакту у вхідному ланцюзі (може мимоволі вимикатися при короткочасному порушенні контакту).

Схема вимикача показана на рис. 1. Принцип його роботи заснований на тому, що у відкритого кремнієвого транзистора напруга на переході база-емітер транзистора - 0,5 ... 0,7 В, а напруга насичення колектор-емітер може бути 0,2 ... 0,3 В. По суті, цей пристрій є тригер на транзисторах з різною структурою, керований однією кнопкою. Після подачі напруги живлення обидва транзистора закриті, а конденсатор C1 розряджений. При натисканні на кнопку SB1 струм зарядки конденсатора С1 відкриває транзистор VT1, і слідом за ним відкриється транзистор VT2. При відпуску кнопки транзистори залишаються у включеному стані, напругу живлення (за вирахуванням падіння напруги на транзисторі VT1) надходить на навантаження і продовжиться зарядка конденсатора С1. Він зарядиться до напруги, трохи більшому, ніж напруга на базі цього транзистора, оскільки напруга насичення колектор-емітер менше напруги база-емітер.

Мал. 1. Схема вимикача

Тому при наступному натисканні на кнопку напруга база-емітер на транзисторі VT1 буде недостатнім для підтримки його у відкритому стані і він закриється. Слідом закриється транзистор VT2, і навантаження знеструмиться. Конденсатор С1 розрядиться через навантаження і резистори R3-R5, і вимикач повернеться в початковий стан. Максимальний колекторний струм транзистора VT1 Ік залежить від коефіцієнта передачі струму h21Е і базового струму Iб: Ік = Іб · h21Е. Для зазначених на схемі номіналів і типів елементів цей струм - 100 ... 150 мА. Щоб вимикач працював нормально, струм, споживаний навантаженням, повинен бути менше цього значення.

У цього вимикача є дві особливості. Якщо на виході вимикача буде коротке замикання, після короткочасного натискання на кнопку SB1 транзистори на короткий час відкриються і потім, після зарядки конденсатора С1, закриються. При зменшенні вихідної напруги приблизно до 1 В (залежить від опорів резисторів R3 і R4) транзистори також закриються, т. Е. Навантаження буде знеструмлена.

Друге властивість вимикача можна використовувати для побудови розрядного пристрою для окремих Ni-Cd або Ni-Mh акумуляторів до 1 В перед складанням їх в батарею і подальшої загальної зарядці. Схема пристрою показана на рис. 2. Вимикач на транзисторах VT1, VT2 підключає до акумулятора розрядний резистор R6, паралельно якому підключений перетворювач напруги [2], зібраний на транзисторах VT3, VT4, що живить світлодіод HL1. Світлодіод відображає стан процесу розрядки і є додатковим навантаженням акумулятора. Резистором R8 можна змінювати яскравість світіння світлодіода, внаслідок цього змінюється споживаний їм струм. Так можна проводити коректування розрядного струму. У міру розрядки акумулятора знижується напруга на вході вимикача, а також на базі транзистора VT2. Резистори дільника в ланцюзі бази цього транзистора підібрані так, що при напрузі на вході 1 В напруга на базі зменшиться настільки, що транзистор VT2 закриється, а слідом за ним і транзистор VT1 - розрядка припиниться. При зазначених на схемі номіналах елементів інтервал регулювання струму розрядки - 40 ... 90 мА. Якщо резистор R6 виключити, розрядний струм можна змінювати в інтервалі від 10 до 50 мА. При використанні над'яскравих світлодіода цей пристрій можна застосувати для побудови кишенькового ліхтаря із захистом акумулятора від глибокого розрядження.

Мал. 2. Схема розрядного пристрою

На рис. 3 показано ще одне застосування вимикача - таймер. Він був використаний мною в портативному приладі - випробувача оксидних конденсаторів. У схему додатково введено світлодіод HL1, який відображає стан пристрою. Після включення загоряється світлодіод і конденсатор C2 починає заряджатися зворотним струмом діода VD1. При певному напруженні на ньому відкриється транзистор VT3, який закоротити емітерний перехід транзистора VT2, що призведе до вимкнення пристрою (світлодіод згасне). Конденсатор C2 швидко розрядиться через діод VD1, резистори R3, R4 і вимикач повернеться в початковий стан. Час витримки залежить від ємності конденсатора С2 і зворотного струму діода. При зазначених на схемі елементах воно становить близько 2 хв. Якщо замість конденсатора С2 встановити фоторезистор, терморезистор (або інші датчики), а натомість діода - резистор, отримаємо пристрій, який буде вимикатися при зміні освітленості, температури і т. П.

Мал. 3. Схема таймера

Якщо в навантаженні є конденсатори великої ємності, вимикач може не включитися (це залежить від їх ємності). Схема пристрою, позбавленого цього недоліку, показана на рис. 4. долучення ще один транзистор VT1, який виконує функцію ключа, а два інших транзистора керують цим ключем, ніж виключається вплив навантаження на роботу вимикача. Але при цьому загубиться властивість не включатися при наявності в ланцюзі навантаження короткого замикання. Світлодіод виконує аналогічну функцію. При зазначених на схемі номіналах деталей струм бази транзистора VT1 - близько 3 мА.

Мал. 4. Схема пристрою

Були випробувані кілька транзисторів КТ209К і КТ209В як ключ. Вони мали коефіцієнти передачі струму бази від 140 до 170.

При струмі навантаження 120 мА падіння напруги на транзисторах було 120 ... 200 мВ. При струмі 160 мА - 0,5 ... 2,2 В. Використання як ключ складеного транзистора КТ973Б дозволило значно збільшити допустимий струм навантаження, але падіння напруги на ньому було 750 ... 850 мВ, і при струмі 300 мА транзистор слабо грівся. У вимкненому стані струм настільки малий, що виміряти його за допомогою мультиметра DT830B не вдалося. При цьому транзистори попередньо не відбирати ні за якими параметрами.

На рис. 5 представлена ​​схема трьохканального залежного перемикача. У ній об'єднані три вимикача, але при необхідності їх кількість може бути збільшена. Короткочасне натискання на будь-яку з кнопок викличе включення відповідного вимикача і підключення відповідного навантаження до джерела живлення. Якщо натиснути на будь-яку іншу кнопку, включиться відповідний вимикач, а попередній вимкнеться. Натискання на наступну кнопку включить наступний вимикач, а попередній знову відключиться. При повторному ж натисканні на ту ж кнопку останній працюючий вимикач вимикається, і пристрій повернеться в початковий стан - все навантаження будуть знеструмлені. Режим перемикання забезпечує резистор R5. При включенні будь-якого вимикача напруга на цьому резисторі зростає, що призводить до закривання включеного раніше вимикача. Опір цього резистора залежить від струму, споживаного самими вимикачами, в даному випадку його значення - близько 3 мА. Елементи VD1, R3 і С2 забезпечують проходження розрядного струму конденсаторів С3, С5 і С7. Через резистор R3 конденсатор С2 розряджає в паузах між натисканнями на кнопку. Якщо цей ланцюг виключити, залишаться тільки режими включення і перемикання. Замінивши резистор R5 дротяної перемичкою, отримаємо три незалежно працюючих пристрої.

Мал. 5. Схема трьохканального залежного перемикача

Перемикач передбачалося застосувати в комутаторі телевізійних антен з підсилювачами, але з появою кабельного телебачення необхідність в ньому відпала, і проект не був реалізований на практиці.

У вимикачах можуть бути застосовані транзистори самих різних типів, але вони повинні відповідати певним вимогам. По-перше, всі вони повинні бути кремнієвими. По-друге, транзистори, комутуючі струм навантаження, повинні мати напруга насичення Uк-е нас не більше 0,2 ... 0,3 В, максимальний допустимий струм колектора Iкмакс повинен бути в кілька разів більше комутованого струму, а коефіцієнт передачі струму h21е достатній, щоб при заданому струмі бази транзистор знаходився в режимі насичення. З наявних у мене в наявності транзисторів добре зарекомендували себе транзистори серій КТ209 і КТ502, дещо гірше - серій КТ3107 і КТ361.

Опору резисторів можна змінювати в значних межах. Якщо потрібна велика економічність і не потрібна індикація стану вимикача, світлодіод не встановлюють, а резистор в ланцюзі колектора VT3 (див. Рис. 4) можна збільшити до 100 кОм і більше, але треба врахувати, що при цьому зменшиться базовий струм транзистора VT2 і максимальний струм у навантаженні. Транзистор VT3 (див. Рис. 3) повинен мати коефіцієнт передачі струму h21е більше 100. Опір резистора R5 в зарядної ланцюга конденсатора С1 (див. Рис. 1) і аналогічних йому в інших схемах може бути в інтервалі 100 ... 470 кОм. Конденсатор C1 (див. Рис. 1) і аналогічні йому в інших схемах повинні бути з малим струмом витоку, бажано застосувати оксіднополупроводніковие серії К53, але можна застосовувати і оксидні, при цьому опір резистора R5 має бути не більше 100 кОм. При збільшенні ємності цього конденсатора зменшиться швидкодія (час, після закінчення якого пристрій можна вимкнути після включення), а якщо зменшити - знизиться чіткість в роботі. Конденсатор C2 (див. Рис. 3) - тільки оксидно-напівпровідниковий. Кнопки - будь-які малогабаритні з самоповерненням. Котушка L1 перетворювача (див. Рис. 2) застосована від регулятора лінійності рядків чорно-білого телевізора, добре працює перетворювач і з дроселем на Ш-подібному магнітопроводі від КЛЛ. Можна також скористатися рекомендаціями, наведеними в [2]. Діод VD1 (див. Рис. 5) може бути будь-яким малопотужним, як кремнієвим, так і германієвих. Діод VD1 (див. Рис. 3) повинен бути обов'язково германієвих.

Налагодження вимагають пристрою, схеми яких показані на рис. 2 і рис. 5, решта в налагодженні не потребують, якщо немає особливих вимог і всі деталі справні. Для налагодження розрядного пристрою (див. Рис. 2) буде потрібно джерело живлення з регульованою напругою на виході. Перш за все, замість резистора R4 тимчасово встановлюють змінний резистор опором 4,7 кОм (в максимум опору). Підключають джерело живлення, попередньо встановивши на його виході напруга 1,25 В. Включають розрядний пристрій натисканням на кнопку і встановлюють за допомогою резистора R8 необхідний струм розрядки. Після цього встановлюють на виході джерела живлення напруга 1 В, і за допомогою додаткового змінного резистора домагаються виключення пристрою. Після цього треба кілька разів перевірити напругу виключення. Для цього необхідно збільшити напругу на виході джерела живлення до 1,25 В, включити пристрій, потім необхідно плавно зменшувати напругу до 1 В, спостерігаючи момент виключення. Потім вимірюють введену частину додаткового змінного резистора і замінюють його постійним з таким же опором.

У всіх інших пристроях також можна реалізувати аналогічну функцію виключення при зниженні вхідної напруги. Налагодження проводиться аналогічно. При цьому та обставина, що поблизу точки виключення транзистори починають закриватися плавно і струм у навантаженні теж буде плавно зменшуватися. Якщо в якості навантаження буде радіоприймач, то це проявиться як зменшення гучності. Можливо, рекомендації, описані в [1], допоможуть вирішити цю проблему.

Налагодження перемикача (див. Рис. 5) зводиться до тимчасової заміни постійних резисторів R3 і R5 на змінні з опором в 2 ... 3 рази більше. Послідовно натискаючи на кнопки, за допомогою резистора R5 домагаються надійної роботи. Після цього повторними натисканнями на одну і ту ж кнопку за допомогою резистора R3 домагаються надійного вимикання. Потім змінні резистори замінюють постійними, як сказано вище. Для підвищення завадостійкості паралельно резисторам R7, R13 і R19 треба встановити керамічні конденсатори ємністю кілька нанофарадах.

література

1. Поляков В. Електронний вимикач захищає акумуляторну батарею. - Радіо, 2002 № 8, с. 60.

2. Нечаєв І. Електронна сірник. - Радіо, 1992, № 1, с. 19-21.

Автор: В. Булатов, смт Новий Світ, Донецька обл., Україна

Дата публікації: 06.06.2016

думки читачів

Немає коментарів. Ваш коментар буде першим.

Ви можете залишити свій коментар, думка або питання по наведеним вишематеріалу: