Рис. 1.8. Электрическая схема сенсорного устройства с узлом «щадящего» управления нагрузкой

Элементы схемы и их назначение

Микросхемы DD1.1 ... DD1.4. Образуют двухкаскадный схему триггера с чувствительным входом.

Наличие тиристорного электронного узла обеспечивает практически бесшумное управление нагрузкой.

Сенсорный контакт выполняет функцию датчика. Представляет собой металлическую пластину площадью 25 ... 30 см2, вырезаны. с жестяной декоративной решетки акустических систем любой марки. Пластина может иметь любую нужную форму (круг, квадрат).

Переменное напряжение, приведенное в теле человека, контактируя с сенсором Ει, влияет на компоненты микросхемы DD1.1 и DD1.2 и тем самым способствует переключению бистабильной ячейки RS-триггера, образованной элементами DD1.3, PD1.4, во второе устойчивое состояние.

Ограничительный резистор R2. Из-за этого резистор к выходу элемента DD1.3 подключается усилитель тока на транзисторе VT1.

Транзистор VT1. Выполняет функцию усилителя, который управляет тиристором VS1. Состояние транзистора VT1 и тиристора VS1 зависит от логического состояния на выходе триггера. Может быть заменен КТ3107 с индексами Б, Г, Д, Ж, И, Л, КТ361Г ... КТ361Д, КТ814Б ... КТ814Г.

В состоянии высокого логического уровня на выводе 10 микросхемы DD1.3 транзистор VT1 и тиристор VS1 закрыты; в состоянии низкого уровня - открыты.

Тиристор VS1. Тип тиристора - КУ201К ... М, КУ202К ... М, Т112-10 или аналогичный.

Лампа накаливания EL. Есть нагрузкой для тиристора VS1. Вместо нее можно использовать любую подходящую активную нагрузку с мощностью потребления до 60 Вт. При более мощной нагрузке тиристор заменяется более мощным и устанавливается на теплоотвод.

Очаг RS-триггера переключается потенциалами низкого уровня по входам (заключений) 8 и 13 соответственно компонентов DD1.3 и DD1.4. При этом вход 8 Имеет значение S (Set - вход установки 1), а вход 13 - значение R (Reset - вход установки 0) схемы триггера. На входы RS-триггера подаются переключают сигналы с отрицательным потенциалом.

Содержит R-вход (вывод 13 DD1.4) соединен с выходом микросхемы DD1.3, а удерживает S-вход (вывод 8 DD1.3) - с выходом микросхемы DD1.4, в результате чего образуется замкнутая петля обратной свя связи для цифровых сигналов. Благодаря такому решению при каждом касании сенсора Е1 низкий уровень напряжения, управляющий триггером, будет присутствовать то на выводе 8 DD1.3, то на выводе 13 DD1.4. Согласно с каждым прикосновением цифровой сигнал на выходах RS-триггера будет изменяться.

Неполярный конденсатор С). Обеспечивает следующую начальную установку узла: устойчивое состояние триггера сохраняется, пока на устройство подано напряжение питания. В момент подачи питания триггер устанавливается так, что:

на выводе 10 микросхемы DD1.3 присутствует высокий уровень напряжения;

транзистор VT1 и тиристор VS1 закрыты;

лампа накаливания ELI погашена.

Тип конденсатора - КМ6 или аналогичный.

Диод VD2. Основной компонент схемы. Обеспечивает следующий характер работы узла: если на выводе 10 микросхемы DD1.3 присутствует низкий уровень напряжения, транзистор VT1 открыт тогда, когда на диод VD2 падение напряжения меньше, чем на стабилитроне VD1. В остальное время транзистор VT1 оказывается заперт. Поскольку процесс открывания транзистора происходит в соответствии с синусоидальным изменением переменного напряжения в осветительной сети 220 В с частотой 50 Гц, с такой же частотой поступают на лампу накаливания импульсы, открывающие транзистор и соответственно тиристор и формирование этих импульсов происходит в начале каждого периода синусоиды.

Оксидный конденсатор С2. Сглаживает пульсации напряжения. Тип конденсатора - К50-24, К50-35 на рабочее напряжение не ниже 25 В.

Стабилитрон VD1. Защищает устройство от перенапряжения в осветительной сети 220 В, что особенно важно в ночное время и в сельских условиях. Тип стабилитрона - любой, рассчитанный на напряжение стабилизации 12 ... 15 В, например Д814Д.

Ограничительный резистор Л4. Выполняет ту же функцию, что и стабилитрон VD1.

Элементы VD3, 1 × 4, СО2 и VD1 образуют бестрансформаторный источник питания.

Выпрямительный диодный мост VD4 ... VD7. Тип диодной сборки - КЦ402А, КЦ405А, КЦ407А или дискретные диоды типа КД105Б ... КД105В, КД243Г, 1Ν4004 ... 1Ν4007. Эти же рекомендации касаются возможной замены диодов VD2 и VD3.

Постоянные резисторы Ri ... R3, R6. Тип резисторов - МЛТ-0,25, С2-33.

Светодиод HL1. Тип светодиода - АЛ307БМ или аналогичный.

Ток устройства (без учета тока потребления лампы накаливания) не превышает 12 мА. При необходимости микросхему К561ТЛ1 можно заменить ее зарубежным аналогом CD4093A ... CD4093B.

Почему же при разработке конструкции была выбрана все же микросхема К561ТЛ1?

Дело в том, что микросхема спроектирована четырех независимых логических элемента 2И-НЕ с триггером Шмитта; имеет высокую чувствительность по входу, имеет высокую помехозащищенность (до 45% от В "ит) предельно малый рабочий ток и может работать в широком диапазоне питающих напряжений (3 ... 15 В). Именно высокая помехозащищенность входов микросхемы от статического электричества и превышения напряжения входных уровней позволяет использовать ее в данной конструкции, содержит сенсор.

элементы сборки

Устройство собирается на монтажной плате и закрепляется в корпусе из диэлектрика. При монтаже стремятся минимизировать длину выводов элементов схемы и таким образом уменьшить влияние электрических помех. Силовая часть монтируется так, чтобы корпуса тиристора и выпрямительных диодов (в случае применения дискретных диодов) не имели несанкционированного контакта с другими элементами.

Распределение фаз при подключении устройства к осветительной сети не имеет принципиального значения. Чувствительность узла реагирует на сенсор Е1, корректируется резистором R7 (Показанный на схеме пунктиром): при увеличении сопротивления R1 чувствительность сенсора повышается, при уменьшении - снижается. Таким образом, порог чувствительности можно задать достаточным для срабатывания даже от случайного прикосновения домашнего животного или только от ведущей части тела человека.

В авторском варианте длина соединительного провода непосредственно от выводов 2 и 5 микросхемы DD1 к сенсорной пластины Е1 составляла 25 см. Обычно это неэкранированный гибкий провод типа МГТФ сечением 0.8 ... 1 мм2, длина которого не должна превышать 30 см. В этом случае резистор Р7 не нужен, так как узел работает без сбоев и ложных срабатываний.

Если в силу объективных причин, обусловленных конструктивными особенностями монтажа устройства, длина провода превышает 30 см, возможны ложные срабатывания, происходящих от электрических помех в осветительной сети 220 В, например при подключении утюга или электрочайника. В данном случае резистор R ^ (показан внизу схемы на рис. 1.8 пунктиром) должен быть включен в схему, чтобы полностью исключить ложные срабатывания.

Предлагаемое устройство удобно в использовании еще и потому, что в нем предусмотрен узел индикации состоянии триггера на светодиоде HL1. При открытых транзисторе VT1 и тиристоре VS1 и соответственно включенной лампе ELI светодиод HL1 будет светиться. Яркость свечения зависит от сопротивления ограничительного резистора R5 цепи коллектора VT1. При другом состоянии триггера светодиод будет погашен. Этот узел индикации удобен при контроле работоспособности устройства, если, например, лампа накаливания или элементы управления НЕ исправны.

При испытаниях устройства автор, кроме провода МГТФ, использовал экранированный провод от выводов 2 и 5 микросхемы DD1 к сенсору Е1, соединив экран с отрицательным полюсом источника питания. Результат оказался удовлетворительным - влияние помех удалось избежать при длине проволоки 1 м. Однако применять экранированный провод в данном случае можно только при питании от источника с гальванической развязкой от сетевого напряжения.

Устройство в данном исполнении питается непосредственно от осветительной сети переменного тока 220 В и не имеет гальванической развязки. Поэтому при работе с ним необходимо соблюдать осторожность. Монтаж элементов следует выполнять при полностью отключенном от сетевого напряжения устройства. После сборки устройства первое включение должно выполняться с помощью стабилизированного источника тока с понижающим трансформатором и с выходным напряжением 9 ... 15 В (предварительно отсоединив узел управления нагрузкой и элементы бестрансформаторного источника питания). Отрицательный полюс источника питания (общий провод) заземлять не надо.

Устройство не требует налаживания.

Чувствительность сенсора регулируют сопротивлением постоянного резистора R \. Как известно, принцип действия сенсора заключается в реакции приведенное на теле человека (другом ведущем предмете) переменное напряжение. Поэтому там, где таких наводок быть не может, например в поле, а также там, где нет поблизости энергетических коммуникаций, сенсор практически бесполезен.

Источник: Кяшкаров А. П., Собери сам: Электронные конструкции за один вечер. - М.: Издательский дом «Додека-ХХ1», 2007. - 224 с.: Ил. (Серия «Собери сам»).