В болгарском радиотехническом журнале была опубликована схема простейшего таймера для управления питанием нагрузки переменного тока. В данной статье рассмотрены ее особенности и способы ее модернизации. Впоследствии эта схема (рис. 1) неоднократно повторялась в этом журнале за исключением лишь характера нагрузки Rн - предлагалось использовать лампу накаливания, электродвигатель.

Непосредственно нагрузка включена в цепь переменного тока диодного моста VD1-VD4. В диагональ постоянного тока этого моста включался тиристор VS1. Как только на схему будет подано переменное сетевое напряжение, тиристор VS1 открывается и через нагрузку Rн начинает протекать ток. Открыванию тиристора способствует то, что в первоначальный момент времени после подключения устройства к сети конденсатор С1 разряжен. Затем С1 начинает заряжаться через резисторы R1, R2 и управляющий переход тиристора VS1. Открытое состояние тиристора сохраняется и по мере заряда конденсатора С1. Как только конденсатор зарядится настолько, что значительно уменьшится ток через него и управляющий переход тиристора, тиристор VS1 перейдет в запертое непроводящее состояние. Нагрузка Rн будет обесточена и отключится от сети. Это состояние схемы соответствует готовности таймера к последующей работе - включению. Если теперь нажать кнопку SB1, то конденсатор С1 будет зашунтирован небольшим сопротивлением резистора R3. Ток управляющего перехода тиристора VS1 значительно увеличивается и тиристор открывается. После отпускания кнопки SB1 еще некоторое время будет протекать ток заряда конденсатора С1, открытый тиристор VS1 будет пропускать ток через нагрузку Rн. При этом через тиристор протекает пульсирующий постоянный ток, а через нагрузку Rн - переменный ток. Изменяя величину переменного сопротивления R1, можно регулировать время задержки отключения нагрузки Rн от сети. На рис.2 показан рисунок печатной платы для схемы рис. 1.

Фактически на этой печатной плате автором проводились эксперименты по повышению качества работы схемы. Так, на ней предусмотрены отверстия для монтажа резистора, шунтирующего управляющий переход тиристора. Схема крайне проста, но имеет несколько существенных технологических недостатков. Попытка заменить рекомендованные в статье тиристоры типа КТ206/400 была вынужденной мерой, поскольку в настоящее время этот тип тиристоров устарел и давно не поступает в продажу. При этом оказалось, что схема вообще отказывается работать со многими современными типами тиристоров и симисторов из-за значительного тока управления ими. Так были "забракованы" для схемы рис.1 отечественные КУ201, КУ202, КУ208, Т106-10, импортные ВТ151-600R и другие. Работу схемы обеспечили приборы типа ВТ134-600Е. В настоящее время и недефицитны, их стоимость невелика. Оказалось, что предложенная в болгарском журнале регулировка длительности формируемого таймером импульса при столь чувствительном полупроводниковом ключе, как ВТ134-500Е, не оптимальна. Предлагалось изменять постоянную времени заряда конденсатора С1 регулировки величины сопротивления R1 в цепи заряда С1. Обеспечить значительно большие пределы регулирования выдержки таймера при сохранении устойчивого управления тиристором VS1 можно, если постоянную времени заряда конденсатора сохранять примерно неизменной, и при этом регулировать величину напряжения, снимаемого с зарядной цепи для управления тиристором (рис.3).

Управляющий переход полупроводникового ключа VS1 в положении «В» шунтируется переменным сопротивлением R4 и резистором R5. В крайнем левом по схеме положении движка R4 суммарное сопротивление, подключаемое к точкам схемы 1-3, практически равно сопротивлению R5 - 100 Ом. В крайнем правом положении движка R4 - 2,2 кОм. При величине емкости конденсатора С1 - 10 мкФ (на напряжение 400...450 В) пределы регулировки выдержки времени таймера составили 3...4 с - 70...90 с. Сопротивление резистора R3 в схеме рис.3 выбрано почти в десять раз больше, чем в схеме прототипа (рис. 1). Это во столько же раз уменьшает ток через контакты кнопки SB1 во время разряда конденсатора С1. Другой положительной особенностью схемы рис.3 является то, что в момент нажатия кнопки SB1 работа схемы лишь подготавливается, нагрузка Rн остается фактически обесточенной, в отличие от схемы прототипа. Если потребителю нужна фиксированная выдержка таймера, то достаточно в положении «А» поставить в схему перемычку между контактами 2-3. Резистор R2, указанной на схеме величины, задает максимальную выдержку таймера. Измените его номинал при монтаже схемы и зададите другую выдержку. Если потребителя не очень затруднит для включения таймера подержать кнопку SB1 нажатой примерно 1 с, то схему можно дополнительно упростить (рис.4).

При этом резистор R1 для конденсатора С1 будет и зарядным резистором, и разрядным. На рис.5 и рис.6 показаны рисунки печатных плат и расположение деталей на них для схем рис.3 и рис.4 соответственно.

Пожалуй, самым существенным недостатком рассмотренных принципиальных схем является сложность приобретения для них малогабаритного, но высоковольтного электролитического конденсатора С1 емкостью 10 мкФ 400...450 В. На радиорынках крупных городов это реально, для небольших населенных пунктов - проблема. Да и стоимость такого конденсатора будет высокой. Попытка избавиться от перечисленных недостатков без значительного усложнения схемы привела к разработке нескольких последующих схем. Наиболее простой и совершенной из них является схема, показанная на рис.7.

При включении в сеть схемы рис.7 тиристор VS1 будет продолжать находиться в выключенном непроводящем состоянии, поскольку контакты, НО кнопки SB1 разомкнуты. Если теперь в произвольный момент времени нажать эту кнопку, то выпрямленное мостом VD1-VD4 сетевое напряжение через резистор R1 и диод VD6 будет приложено к стабилитрону VD5 и конденсатору С1. Конденсатор С1 зарядится до напряжения стабилизации стабилитрона. Отпустив кнопку SB1, мы подключим зарядившийся конденсатор С1 к цепям управления тиристором VS1. Тиристор перейдет в проводящее состояние, и через нагрузку Rн будет протекать переменный сетевой ток. В этой схеме конденсатор С1 может быть низковольтным, например, на 25...50 В. Это значительно упрощает его выбор по емкости для достижения желаемого времени отключения таймера. Одновременно облегчен и рабочий режим по току для кнопки SB1. На рис.8 показан один из вариантов рисунка печатной платы для схемы рис.7.

Для этой схемы необходим чувствительный по управлению полупроводниковый ключ. Причем в данном случае не существенно, тиристор это будет или симистор. Оказалось, что устойчивую работу обеспечивает прибор типа 2Р4М NEC. Для него максимально допустимое напряжение 400 В и ток 2 А. Для большинства случаев этого более чем достаточно. О чувствительности к управлению можно косвенно судить по сопротивлению управляющего перехода. Для данных полупроводниковых приборов оно составляет около 20 кОм. Значит, этот полупроводниковый прибор на 1-3 порядка чувствительнее по управлению по сравнению с широко известными КУ201, КУ208. Однако даже небольшой радиатор еще никому не вредил. По сравнению с прототипом в схему рис.7 также добавлен резистор R3, шунтирующий управляющий переход тиристора. Это значительно повышает вероятность нахождения тиристора в выключенном состоянии после отработки таймером кратковременного включения нагрузки Rн. Величина сопротивления резистора не принципиальна, поэтому на схемах не обозначена. Может оказаться, что в некоторых случаях резистор можно не устанавливать на плату. При этом конденсатор С1 можно использовать с меньшей емкостью. Диод VD6, включенный последовательно с резистором R1, ускоряет процесс заряда конденсатора С1 при нажатии кнопки SB1 за счет исключения некоторого разряда этого конденсатора вблизи переходов сетевым напряжением через нуль. Тип диода VD6 не имеет принципиального значения. При экспериментах был применен отечественный маломощный диод типа КД522, т.е. низковольтный. Казалось бы, амплитуда импульсов напряжения на выходе моста VD1-VD4 в режиме подготовки устройства к работе, когда нажата кнопка SB1, более 220 В, а диод - низковольтный и не пробивается. Для столь высокого напряжения выпрямительного моста диод включен в прямом направлении и открыт. Он запирается только вблизи переходов сетевым напряжением через нуль, когда напряжение на выходе моста становится менее напряжения заряжающегося конденсатора С1, т.е. примерно менее 25 В. Значение резистора R1 (рис.7)не имеет принципиального значения. Поскольку режим его работы кратковременный, то и нагреваться не успевает при допустимой рассеиваемой мощности 1...2 Вт. Во время экспериментов величина сопротивления резистора R1 была взята 8,2 кОм. Если применить более мощные импортные стабилитроны VD5, то можно уменьшить величину сопротивления резистора R1. Резисторы R2, R3 (рис.7) были взяты по 3,9 кОм. При емкости конденсатора С1 2200 мкФ (35 В) и стабилитроне VD5 типа КС222Ж выдержка времени составила 20 с. Интересным оказался факт: падение напряжения на управляющем переходе прибора 2Р4М составляло примерно 0,7 В при его работе в проводящем состоянии и около 0,5 В в выключенном (не проводящем) состоянии. Можно поэкспериментировать и значительно увеличить величину сопротивления резистора R3. Это позволит использовать конденсатор С1 меньшей емкости, ускорить процесс его предварительного заряда перед включением таймера. Следует отметить, что в данной схеме для эксперимента были испытаны и другие типы полупроводниковых ключей. Так, BT151-650R при тех же комплектующих схемы, что и для 2Р4М, обеспечивал выдержку времени всего лишь 4 с, а ВТ134-7с. Тип диодов VD1-VD4 зависит от необходимого рабочего тока нагрузки Rн. Указанные на схеме рис. 1, 3 и 7 диоды 1N4007 обеспечивают ток нагрузки до 1 А. Часто этого более чем достаточно - мощность нагрузки Rн может быть до 200 Вт.

Радиоаматор №1 2009г стр. 46

Домашняя