Е.Л. Яковлев, г. Ужгород  РА 6'2010
Схем электронных реле времени в массовой радиотехнической литературе было опубликовано уже достаточно много. При этом каждый из авторов старался предельно упростить свою конструкцию и применить в ней самые современные на то время радиокомпоненты. К сожалению, не все авторы проводили предварительное макетирование своих разработок. Только этим можно объяснить появление в печати недостаточно проработанных материалов.
В одном из последних номеров журнала «Радио-Мир» [1] была опубликована схема для задержки выключения света в подсобных помещениях. Конструкция заинтересовала своей простотой, но при ее макетировании оказалось, что по своему прямому назначению она неработоспособна - после отпускания кнопки включения света SB1 «ПУСК» лампа накаливания мгновенно потухала.
Даже простейший анализ схемы рис.1
 
 показывает, что в ней имеются, как минимум, две принципиальных ошибки. Первая и основная состоит в подключении диода однополупериодного выпрямителя VD1 к аноду симистора VS1. Если авторы [1] предполагали, что лампа EL1 в одном из режимов схемы «таки светится», то следовало бы учесть и то, что нецелесообразно значительно задерживать момент ее отпирания относительно моментов перехода сетевым напряжением через нуль - иначе упадет яркость свечения лампы. Допустим, за время задержки отпирания симистора VS1 амплитуда напряжения сети и на входе выпрямителя VD1, соответственно, возрастет от нуля до 50.. .60 В. При значении балластного сопротивления резисторов R1-R2 5 кОм амплитуда тока нагрузки составляет даже не 10 мА, а намного меньше, т.к. диод VD1 -однополупериодный выпрямитель. Возможное эффективное значение тока нагрузки выпрямителя будет и того меньше, поскольку диодом VD1 в схеме рис.1 выпрямляются достаточно кратковременные импульсы с анода симистора.
На макете первоначально выпрямитель был заменен источником постоянного напряжения 8 В.
Он подключался к схеме электромеханического реле (на транзисторах VT1-VT2 и электромагнитном реле К1) вместо стабилитрона VD2. Стабилитрон на время из схемы выпаивался, а сеть 220 В в это время, естественно, на схему не подавалась. Время задержки выключения света в устройстве определяется параметрами времязадающей цепочки C1-R5. Если требуется задержка на 1...1,5 мин, а емкость С1 равна 100 мкФ, то величина R5 должна быть не 15 кОм, как это было обозначено на рис.1 в [1], а не менее 1 МОм. Это необходимое для схемы условие, но, увы, недостаточное.
Авторы применили в схеме реле К1 типа РЭС55А (паспорт 601). По справочнику [2] это реле (РС4.569.600-01) имеет сопротивление обмотки геркона около 380 Ом. Значит при напряжении питания 8 В, ток обмотки должен быть порядка 20 мА. Такой ток выпрямитель схемы рис.1 при свечении лампы EL1 не обеспечивает. Возможно, авторы [1] возлагали надежды на «помощь» конденсатора С2 в обеспечении работы реле. Но, емкость 50 мкФ малоэффективна при низкоомной обмотке реле. Это показал эксперимент.
В первую очередь в схеме рис.2 анод диода VD1 был соединен непосредственно с сетевым проводом.
 
 Поскольку однополупериодный выпрямитель на диоде VD1 заряжает накопительный конденсатор С1 через резистор R5, то и величина этого резистора была увеличена до 1 МОм. Схема стала работоспособной. Действующий макет показан на фото 1. Временная задержка схемы выключения света при испытаниях макета составила около 35 сек. Задержку можно было увеличивать, например, за счет увеличения емкости конденсатора С1, но выявился технологический недостаток схемы - балластные сопротивления R1-R2 сильно нагреваются в процессе нахождения схемы под напряжением. Целесообразной была замена резисторов типа МЛТ-2 на импортные спрессованные керамикой 5-ти ваттные - фото 2.
 
На макете использовались отечественные симисторы типа КУ208Г - см. фото 1 и импортные см. фото 2. Одновременно для более надежного запирания симистора VS1 его управляющий переход был шунтирован резистором R6, а силовая цепь симистора - резистором C3-R7. Это желательно сделать, если, например, в качестве нагрузки симистора будет использоваться не только лампа накаливания, но и двигатель вентилятора.
Для повышения надежности работы транзисторов схемы обмотка реле Р1 зашунтирована обратносмещенным диодом VD3.
Схема рис.2 работоспособна, но не оптимальна из-за нагрева резисторов R1-R2 во время нахождения под напряжением 220 В. Исключить нагрев балластного сопротивления стабилитрона VD2 можно при использовании конденсатора С1 -рис.3.
 
 Резистор R1 ограничивает ток заряда этого конденсатора при включении устройства в сеть, а резистор R2 обеспечивает разряд этого конденсатора после отключения схемы таймера. Внешний вид макета показан на фото 3.
 
Увеличив номинал конденсатора С1, например, до 0,68... 1,5 мкФ можно повышать и ток, потребляемый схемой таймера от конденсатора фильтра питания С2. При этом возможно надо будет увеличить емкость этого конденсатора и учесть, что возрастет и нагрев стабилитрона VD1 при работе таймера.
В данной схеме стабилитрон VD1 используется как стабилизатор напряжения питания схемы таймера в отрицательные полупериоды сетевого напряжения и как обычный диод для возможности работы конденсатора С1 в данной схеме. Для облегчения температурного режима стабилитрона без замены маломощного типа (Д814Д) более мощным, например, Д815Д, единственная пара включающих контактов реле Р1 подает питание в схему выпрямителя питания таймера только на относительно короткое время его работы 1 ...1,5 мин. «Малое» количество групп контактов в использованном реле - всего одна у реле типа JZC-20F (4088) DC 12V - привело к необходимости использования для управления симистором VS1 напряжения питания реле Р1.
В принципе, схема рис.3 была промежуточным вариантом в поиске и отработки схем электронных таймеров заданной выдержки времени, поэтому приводить топографию ее печатной платы и фотографию собранного макета нецелесообразно. Результаты экспериментов показали, что от «механического» реле управления бесконтактным выключателем (симистором) надо перейти к оптопаре. Наиболее распространенными и доступными на радиорынках в настоящее время являются импортные МОС 3021 ...3023 и аналогичные. Даже их цена приближается к стоимости механических реле - 5...6 гривен. Многие из этих реле специально разрабатывались для управления мощными симисторами.
В схеме рис.4
 
 выходная цепь оптопары U1 через ограничительный резистор R6 включена между выводами анода и управляющего перехода силового симистора VS1. проверка десяти экземпляров оптопар МОС3021...МОС3023 показала, что они отпираются при токе через светодиод 3,5...6 мА. Величина этого тока ограничивается в схеме рис.4 резистором R5.
Значительно повысить входное сопротивление ключевого элемента таймера можно при замене биполярного транзистора VT1 полевым - рис.5.
 
Изменяется и алгоритм работы времязадающего конденсатора СЗ. Теперь в длительных паузах между включениями выдержки времени для управления лампой накаливания EL1 этот конденсатор разряжен через резистор R3. В момент кратковременного нажатия кнопки SB1 «ПУСК» конденсатор СЗ быстро заряжается до напряжения стабилизации стабилитрона VD5 (8 В). Транзистор VT1, оптопара U1 и симистор VS1 отпираются. Лампа накаливания EL1 зажигается.
После разряда конденсатора СЗ через резистор R3 до напряжения запирания транзистора VT1 симистор VS1 переходит в непроводящее состояние.
Разряд конденсатор СЗ происходит медленно, поэтому также медленно изменяется и сопротивление канала полевого транзистора VT1. Падает ток через светодиод оптопары и определенный момент он становится меньше тока включения симистора оптопары.
Лучшими релейными свойствами обладает схема рис.6.
 
 В ней в качестве порогового элемента использован «интегральный стабилитрон» DA1 типаТL431. Известно, что для него пороговым напряжением включения/выключения является 2,5 В. Если напряжение на конденсаторе СЗ превышает 2,5 В, то выходной транзистор DA1 насыщен. Соответственно, через ограничительный резистор R5 и светодиод оптопары U1 протекает достаточный для отпирания симистора оптопары ток. Светодиод HL1 - индикаторный. Он предназначен для оперативной индикации работы схемы силового симистора VS1 во время проверки работоспособности устройства без подключения лампы EL1. Достоинствами схемы рис.6 являются:
•  двухполупериодная   схема   выпрямителя (VD1...VD4), что позволяет снизить требования к величине емкости конденсатора С1;
•  возможность получения в схеме больших выдержек времени за счет использования конденсатора СЗ большой емкости и увеличения сопротивления резистора R3;
•  возможность для достижения больших выдержек без увеличения номиналов C3-R3 увеличить до 25 В напряжение на выходе стабилизатора питания схемы. При этом, естественно, надо будет использовать и более высоковольтный стабилитрон VD5, увеличить номинал резистора R5.
На рис.7 показан рисунок печатной платы устройства, на рис.8 - расположение радиокомпонентов на ней, а на фото 4 - внешний вид собранного макета.
 
 
 
Следует отметить, что при экспериментальной проверке макета, когда были схемно запрограммированы большие выдержки времени таймера, наблюдалось понижение яркости свечения лампы накаливания EL1 непосредственно перед ее погасанием. Объяснением этому является, хоть и небольшое, но различие чувствительности симисторов U1 и VS1 к полярности приложенного к ним напряжения. Работе устройства задержки выключения света лампы накаливания это не мешает. Более того, это своеобразный визуальный сигнализатор того, что через пару секунд свечение EL1 вообще прекратится.
Внимательное прочтение этой статьи призвано показать читателям, что процесс познания и совершенствования безграничны. И вполне возможно, что уже в ближайшее время другой автор создаст еще более совершенную собственную схему или модернизирует вышеописанную. Такова жизнь. Только следует помнить, что критерием истины является практика, а на заслуженную критику никогда не следует обижаться. Особенно, если она доброжелательная. Но, это понимание приходит к человеку с годами...
Литература:
1.  Партии Я., Партина Л., Задержка выключения света// Радиомир. - 2010. - №3. - С.34.
2.  Игловский И.Г., Владимиров Г.В., Справочник по слаботочным реле // Ленинград. - ЭНЕРГО-АТОИЗДАТ - 1990. - С.493-497.