0

Экономный индикатор

В статье описывается простой и экономный указатель места рас­положения электрического выключа­теля.

Наиболее часто оптические инди­каторы встраивают в те сетевые вы­ключатели, которые находятся в за­темнённом месте квартиры, чтобы с достаточной точностью указать на их расположение в тёмное время суток.

Обычно, схема оптического сете­вого индикатора подключается па­раллельно контактам имеющегося сетевого выключателя, откуда следует, что инди­катор потребляет некоторую мощность от питаю­щей сети всегда, когда выключатель разомкнут, а это большая часть времени суток, поэтому стано­вится очевидной необходимость в его экономич­ности.

Достаточно экономичными, но не самыми яр­кими являются излучатели на газонаполненных элементах (ток потребления около 1 мА, при токоограничительном резисторе около 120 кОм). К тому же, они имеют не очень большой ресурс. Наиболее яркими, но менее экономичными (ток потребления 5…20 мА) являются светодиодные индикаторы, которые имеют гораздо больший ресурс.

С целью повышения экономичности сетевых светодиодных индикаторов их переводят в дина­мический режим работы. Такой режим позволяет снизить в разы средний ток, потребляемый ин­дикатором от сети, а также увеличить амплитуду импульса тока через светодиод, то есть получить вспышки большей яркости.

Следует отметить, что частота вспышек (при RC=const) генератора также несёт дополнитель­но информацию о напряжении питания, причём при полном сохранении основной бытовой функ­ции индикатора.

Схема сетевого индикатора, который предна­значен для встраивания в сетевые выключатели, показана на рис.1. Как видно из рис.1, это ре­лаксационный генератор, в котором диод VD1 служит однополупериодным выпрями­телем сетевого напряжения. Резистор R1 выполняет две функции — служит токоограничительным и времязадающим элементом релаксационного генератора одновременно, а конденсатор С1 служит накопительным элемен­том.

Рис. 1

Активный элемент генератора — планарный транзистор VT1 структуры n-p-n, который вклю­чен инверсно (на эмиттере «+» питающего напря­жения) двухполюсником, и работает в режиме об­ратимого лавинного пробоя. При работе в таком режиме на ВАХ транзистора VT1 имеется участок с отрицательным сопротивлением, поэтому вве­дение положительной обратной связи с входа на выход генератора не требуется.

Частота генерации (вспышек) определяется параметрами цепи R1С1, а также значением пи­тающего напряжения. Энергия вспышки E=CU2/2 (Дж). В авторском варианте сетевых индикато­ров, частота вспышек выбрана равной 1 …2 Гц.

Как известно, особенностью включения тран­зистора в такой режим является также и более высокая, чем при обычном не инверсном вклю­чении, температурная стабильность ВАХ. Так, например, для транзисторов КТ315 напряжение пробоя изменяется всего на 100…150 мВ, при из­менении температуры от -50 до +65°С.

Данная схема сетевого индикатора, по срав­нению с индикаторами на газонаполненных при­борах, обладает ещё одним достоинством: при её установке в сетевой выключатель не «под­свечивали», как цокольная компактная люминес­центная лампа MAXSUS spiral 20W 4100К, так и самодельная лампа на базе светодиодного блока марки R58-60LED 3528 4W 250 лм, с двумя вклю­чёнными параллельно группами, состоящими из 30 включённых последовательно ультраярких SMD-светодиодов, балластным конденсатором 0.82 мкФ, мостовым выпрямителем и конденса­тором фильтра 2.2 мкФ 250 В.

Физический смысл этого явления заключает­ся в том, что хотя напряжение питания при разомкнутом контакте сетевого выключателя также по­ступает через схему индикатора на упомянутые лампы. Однако значение тока в цепи настолько мало, что не превышает ток потерь в схеме лам­пы, поэтому накопления энергии на конденсато­рах сетевого фильтра этих ламп не происходит, и их излучатели не «подсвечиваются».

Конструкция

Соединение деталей индикаторов выполнено объёмным монтажом путём соединения выводов деталей между собой по кратчайшему расстоя­нию в виде компактных блоков в двух конструк­тивных вариантах.

Первый вариант (рис.2) предназначен для установки в непрозрачный корпус, с механи­ческой доработкой корпуса (сверлением от­верстия под светодиод), поэтому светодиод вынесен на двух проводниках нужной длины из объёма блока.

Рис. 2

Второй вариант (см. фото в начале статьи) предназначен для установки в прозрачный кор­пус сетевого выключателя без его механической доработки, поэтому светодиод расположен в са­мом блоке.

Детали

Транзистор VT 1 — КТ315 с любым буквенным индексом, или импортные, 2SC3370, 2SC945, ВС337, 2SC337-40, 2SD667, BD667.

Диод VD1 — любой кремниевый с об­ратным напряжением от 400 В и неболь­шими габаритными размерами.

Светодиод VD2 — обычный индикатор­ный типа АЛЛ307, красного или зелёного цвета свечения, яркости которых вполне достаточно при их установке в выключа­тели, которые расположены в жилом по­мещении.

Если сетевой выключатель находится достаточно далеко, и в месте, которое видно, но до него неудобно добирать­ся, в схему индикатора можно устано­вить сверхъяркий светодиод, вспышки которого чётко различимы с достаточно большого расстояния.

Конденсатор С1 с малой утечкой типа ЭТО или К52-2, К52-1, К52-3, К50-35, или аналогичный импортный.

В авторском экземпляре установлен импорт­ный оксидный конденсатор вертикального кон­структивного исполнения 100 мкФ 25 В.

Настройка

Поскольку планарные транзисторы КТ315 как элементы не предназначены (хотя и могут рабо­тать) изготовителем для работы в лавинном ре­жиме, в некоторых случаях может возникнуть не­обходимость отбора транзистора.

Учитывая наличие на элементах устройства сетевого напряжения, предварительный отбор транзистора, а иногда и конденсатора, для инди­катора лучше провести, используя сетевой низко­вольтный источник питания (ИП) с плавно изме­няющимся выходным напряжением от 0 до 30 В, например, типа Б5-7. Схема для предварительно­го отбора транзисторов показана на рис.3.

Рис. 3

Для удобства отбора транзисторов, работаю­щих в режиме обратимого лавинного пробоя с инверсным включением по питанию, из имею­щихся в наличии, собирают испытательную схе­му. В качестве гнездовых соединителей XS2 ис­пользована панелька для установки микросхем. В результате чего получается испытательный стенд, в котором замена транзистора осущест­вляется простой установкой его в панельку.

Отбор транзисторов проводят следующим об­разом. На собранную схему от ИП подают напря­жение 3 В. Светодиод не должен светиться. Далее плавно увеличивают значение напряжения пита­ния до получения устойчивой генерации с часто­той примерно 1…2 Гц. Вспышка и погасание све­тодиода должны быть чёткими и «не размытыми», что свидетельствует о хороших переключатель­ных свойствах данного экземпляра транзистора.

Отобранный таким образом транзистор уста­навливают в схему рис.1, временно заменив резистор R1 цепочкой, состоящей из последо­вательно включённых авометра в режиме изме­рения переменного тока, постоянного резистора 270 кОм и переменного резистора 2 мОм, введен­ного на максимальное значение сопротивления.

Изменением положения подвижного контакта переменного резистора в сторону уменьшения сопротивления добиваются примерно той же ча­стоты генерации, что и при испытаниях с блоком питания на стенде; контролируя при этом полу­чившееся значение тока, которое должно нахо­диться в интервале 0.1 …0.4 мА.

Следует отметить, что при размыкании сете­вого выключателя вспышки светодиода появля­ются не сразу, а с некоторой задержкой, что не есть неисправность, а вызвано достаточно боль­шой постоянной времени самой цепи и формов­кой накопительного конденсатора.

Статистические испытания

Статистические испытания, проведенные мной на упомянутом ранее стенде, показали, что из партии имевшихся транзисторов КТ315 (б/у и новых) в количестве 50 шт. устойчиво генериро­вали при напряжении питания 9 В — 15 шт., при 12 В — 18 шт., при 15 В — 10 шт., при 18 В — 5 шт., а 2 шт. не генерировали вообще.

На этом же стенде были проверены и единич­ные экземпляры импортных транзисторов прово­димости n-p-n, типов 2SC3370, 2SC945, BC337, 2SC337-40, 2SD667, BD667, имевшиеся в нали­чии, которые по напряжению на конденсаторе С1 (2…3 В, рис.3) ничем не отличались от транзи­сторов КТ315.

Следует также отметить ещё одну возмож­ность схемы релаксационного генератора, на­пример, для транзисторов, которые генерирова­ли при напряжении питания 9 В: при увеличении напряжения питания частота вспышек увеличива­лась, визуально переходя в постоянное свечение.

Дополнительные измерения, проведённые на конденсаторе С1 (рис.3) с помощью осцилло­графа, показали, что с увеличением прилагаемо­го к схеме напряжения частота релаксационного генератора повышается, а амплитуда уменьша­ется. Предельная частота генерации (срыв коле­баний) достигала 100…200 кГц в зависимости от экземпляра транзистора.

Автор: Сергей Ёлкин, г. Житомир
Источник: Радиоаматор №9-10/2020

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.