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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Akustischer Lichtschalter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Die Logik des akustischen Schalters ähnelt einem Zähltrigger. Ein akustisches Signal schaltet die Lampen ein, wenn sie ausgeschaltet sind, oder aus, wenn sie eingeschaltet sind. In den Pausen zwischen den Signalen bleibt der Zustand der Lampen unverändert.
Der Schaltkreis des Schalters ist in Abb. 1 dargestellt. 1. EL1000 - eine oder mehrere parallel geschaltete Lampen (Glühlampen oder "Energiesparlampen") mit einer Gesamtleistung von bis zu 154 W, die über einen Schalter gesteuert werden. Dank der Verwendung der sparsamen Mikroschaltungen K1UD1A [4013] und HEF2BP [0,88] beträgt die aktive Komponente des aus dem Netzwerk verbrauchten Stroms bei ausgeschalteter Lampe nur 1 mA. Wie die Praxis gezeigt hat, bietet die Einbeziehung einer Lampe in einen Gleichstromkreis, der durch eine Diodenbrücke VDXNUMX und nicht durch Wechselstrom gleichgerichtet wird, eine bessere Störfestigkeit des Geräts. Die von dieser Brücke gleichgerichtete Spannung wird nach dem Löschen ihres Überschusses mit dem Widerstand R7, dem Begrenzen der VD4-Zenerdiode auf 10 V und dem Glätten mit dem Kondensator C1 auch zum Speisen der Mikroschaltungen verwendet. Der Kondensator C6 in ihrem Leistungskreis unterdrückt hochfrequente Störungen. Aufgrund der geringen Stromaufnahme übersteigt die Verlustleistung des Widerstands R7 0,25 Watt nicht. Der Kondensator C3 reduziert die Wahrscheinlichkeit einer Fehlbedienung des Geräteschalters durch vom Netz eindringende Störungen erheblich. Dies wurde experimentell bestätigt. Der Operationsverstärker DA1 verstärkt die vom BM1-Mikrofon kommenden Signale. Die Verstärkung, von der die Ansprechschwelle abhängt, wird durch den Trimmwiderstand R4 eingestellt. Da die Verbindung des invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers mit einer gemeinsamen Gleichstromleitung durch den Kondensator C4 unterbrochen ist, ist der Gleichanteil der Spannung an diesem Eingang und am Ausgang des Operationsverstärkers immer gleich dem gleichen Spannungsanteil an der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers. Durch Auswahl des Widerstands R1 in der Stromversorgungsschaltung des BM1-Mikrofons wird er ungefähr gleich der halben Versorgungsspannung des Operationsverstärkers eingestellt. Dadurch ist es möglich, den maximalen Hub der Wechselspannung an seinem Ausgang zu erhalten. Die Kondensatoren C2 und C5 bilden den Frequenzgang des Verstärkers und unterdrücken die hochfrequenten Komponenten des Signals. Ein Amplitudendetektor der variablen Komponente des Signals ist auf den Dioden VD2 und VD3 aufgebaut. Der Widerstand R5 verlangsamt den Anstieg der Spannung am Kondensator C8 und verhindert, dass der Schalter durch zu kurze akustische Signale auslöst. Über den Widerstand R6 wird der Kondensator C8 am Ende des Signals entladen. Sobald die Spannung am Kondensator C8 den Schwellwert für den Eingang C des DD1.1-Triggers (ca. 5 V) überschreitet, setzt der Trigger seine Ausgänge in einen Zustand, der dem logischen Pegel am Eingang D entspricht. Die Schaltung R11C9 erzeugt a Verzögerung von etwa 1 s zwischen der Änderung des Logikpegels der Spannung am inversen Ausgang des Triggers und an seinem Eingang D. Daher ändert der Zustand des Triggers nur den ersten einer Reihe von Impulsen, die während der Verzögerung am Eingang C empfangen werden . Damit entfällt die Unvorhersehbarkeit des Zustands des Schalters nach Empfang einer unbekannten Anzahl aufeinanderfolgender Schallimpulse, die beispielsweise durch mehrfache Schallreflexionen von Raumwänden und darin befindlichen Gegenständen entstehen. Es ist zu beachten, dass die Takteingänge der Trigger der HEF4013BP-Mikroschaltung im Gegensatz zu Analogen (KR1561TM2, CD4013BCN) Schalteigenschaften mit Hysterese wie ein Schmitt-Trigger aufweisen.Aus diesem Grund ist es nicht wünschenswert, die angegebene Mikroschaltung durch Analoge zu ersetzen. Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, erzeugt die R8C10-Schaltung einen Impuls, der den DD1.1-Trigger am Ausgang 1 auf einen niedrigen Pegel setzt. Dies ist erforderlich, damit die EL1-Lampe nach dem Einschalten des Geräts ausgeschaltet bleibt, bis ein Signal das schaltet es ein wird empfangen. Es schaltet sich auch bei Netzspannungswiederkehr nach einem Stromausfall nicht selbstständig ein. Wenn der Ausgang des Triggers DD1.1 auf Low gesetzt ist, ist es am Eingang S des Triggers DD1.2 genauso, da die Diode VD5 offen ist. In dieser Situation bleibt der Pegel am Ausgang 13 des Triggers DD1.2 unabhängig vom Pegel an den Eingängen C und D niedrig, da am Eingang R eine Spannung mit hohem Pegel anliegt. Bei einem High-Pegel am Ausgang 1 des Triggers DD1.1 wird die Diode VD5 geschlossen. Die über den Widerstand R10 am Eingang S des Triggers DD1.2 ankommende pulsierende Spannung (Netz, gleichgerichtet durch die Brücke VD1) zu Beginn jeder Halbwelle versetzt den Trigger in einen Zustand mit High-Pegel am Ausgang 13. Die Signal von diesem Ausgang dient zum Öffnen des Trinistors VS1. Bitte beachten Sie, dass zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Trinistors kein Widerstand liegt, was von den Handbüchern für die Verwendung von Trinistoren der Serien KU201 und KU202 empfohlen wird. Dies ist nicht erforderlich, da der Ausgangswiderstand des Triggers DD1.2 in beiden Zuständen recht klein ist. Sobald der Trinistor öffnet, nimmt die Spannung zwischen seiner Anode und Kathode stark ab, der Spannungspegel am Eingang S und am Ausgang 13 des Triggers DD1.2 wird niedrig und der Impuls, der den Trinistor geöffnet hat, stoppt. Somit bleibt seine Dauer immer minimal ausreichend, um den Trinistor zu öffnen. Im nächsten Halbzyklus wird der Vorgang wiederholt. Es ist zu beachten, dass es zu einem „Einfrieren“ des beschriebenen Geräts kommen kann, wenn das Gerät nach dem Ausschalten zu schnell wieder mit dem Netzwerk verbunden wird. Trennen Sie in diesem Fall das Gerät vom Netz und schalten Sie es wieder ein, nachdem Sie mindestens 10 s gewartet haben, bis sich die Kondensatoren entladen haben. Werden als EL1 eine oder mehrere „Energiesparlampen“ ohne Blindleistungskorrektor verwendet, ist die Bedienung des Schalters etwas anders als bei Glühlampen. Im elektronischen Vorschaltgerät von "Energiesparlampen" befindet sich ein Dioden-Netzspannungsgleichrichter mit Glättungskondensator. Daher fließt der Strom nicht durch die Lampe, bis der Momentanwert der Spannung im Netzwerk die Spannung überschreitet, auf die der Kondensator geladen wird, und er nur geringfügig kleiner ist als die Amplitude des Netzwerks Bis zu diesem Punkt die Lampe Widerstand sehr hoch ist, so bleiben die Pegel am Eingang S und am Ausgang des Triggers DD1.2 niedrig und die Öffnungsspannung wird nicht an die Steuerelektrode des Trinistors geliefert. Der Trinistor öffnet, nachdem die Spannung im Netzwerk etwa 15 V höher ist als die Spannung am Lampenkondensator. Das Hauptproblem bei der Steuerung von "Energiesparlampen" mit einem Trinistor besteht darin, dass der Leckstrom dieses Geräts (im geschlossenen Zustand) mehrere Milliampere erreichen kann. Obwohl dies nicht ausreicht, um die Lampe kontinuierlich brennen zu lassen, blinkt sie gelegentlich, da der Glättungskondensator allmählich durch den Leckstrom aufgeladen und dann durch den blinkenden Lampenstrom entladen wird. Das ist nicht nur optisch unangenehm, sondern verkürzt auch die Lebensdauer der Lampe. Um Blitze zu beseitigen, können Sie entweder eine andere Instanz des Trinistors aufnehmen oder eine gewöhnliche Glühlampe parallel zur "energiesparenden" schalten. Die zweite Option ist vorzuziehen. Ein Rangieren, wie es manchmal empfohlen wird, einer "Energiesparlampe" mit einem Widerstand ist in diesem Fall nicht akzeptabel. Ein weiteres Problem ist mit einem erheblichen gepulsten Strom verbunden, der durch die Lampe fließt (insbesondere der "Energiesparmodus") im Moment des Einschaltens. Dieser Impuls kann die SCR- oder Gleichrichterdioden beschädigen. Viele "Energiespar"-Lampen sind zwar mit Strombegrenzungselementen ausgestattet, aber wenn mehrere solcher Lampen parallel geschaltet werden, ist es wünschenswert, einen Widerstand mit einem Widerstandswert von etwa 10 Ohm mit ihnen in Reihe zu schalten. Die Leistung dieses Widerstands muss mindestens nach der Formel berechnet werden
wobei P die Leistung des Widerstands W ist; R ist sein Widerstand, Ohm; Rsum - die Gesamtleistung der Lampen, W; U - Spannung im Netzwerk, V; Lambda - Leistungsfaktor (normalerweise 0,3 ... 0,5).
Ein Diagramm einer anderen Version der EL1-Lampenschalteinheit ist in Abb. 2 dargestellt. 1. Die Nummerierung der Elemente setzt hier die in Abb. 1.2. Dieser Knoten unterliegt keinem "Auflegen", ist weniger kritisch für den Strom der Trinistoröffnung und schaltet vor allem die Lampe bei einem niedrigeren Momentanwert der Netzspannung ein. Auf dem DD9-Trigger ist ein einzelner Vibrator montiert. Es startet dabei bei Vorhandensein eines zulässigen High-Pegels am Eingang des D-Flip-Flops das Signal, das dem Eingang C über den Spannungsteiler R10R15 zugeführt wird. Dies geschieht zu Zeiten, wenn die Spannung an der Anode des Trinistors ansteigt und etwa XNUMX V erreicht. Während die Spannung am Eingang D logisch niedrig ist, bleibt das Flip-Flop am Ausgang 13 niedrig, der Transistor VT1 und der Trinistor VS1 sind geschlossen und die Lampe wird entregt. Bei High-Pegel am Eingang D überführen die am Eingang C ankommenden Impulse zu Beginn jeder Halbwelle der Netzspannung den Trigger in einen Zustand mit High-Pegel am Ausgang. Transistor VT1 und Trinistor VS1 öffnen, Spannung wird an die Lampe angelegt. Der Kondensator C11 wird über den Widerstand R13 geladen. Nach ca. 10 µs erreicht die Spannung am Eingang R des Flip-Flops den Schwellwert und das Flip-Flop kehrt in seinen Ausgangszustand zurück. Der Trinistor bleibt bis zum Ende des Halbzyklus geöffnet, und im nächsten wird der Vorgang wiederholt. Die Eigenschaften von SCR-Steuergeräten und deren Anwendung finden sich in [3, 4]. Die SCRs KU202K - KU202R, KU202K1-KU202R1 können in den Leistungsschalter eingebaut werden. Wenn die Lampenleistung 400 W nicht übersteigt, sind auch KU201K-KU201N-Trinistoren geeignet. Bei einer Schaltleistung von mehr als 200 W sollte der Trinistor auf einem Kühlkörper montiert werden. Bei SCRs der Serie KU202 beträgt der Öffnungsstrom der Steuerelektrode garantiert nicht mehr als 100 mA, obwohl er bei den meisten tatsächlich um ein Vielfaches geringer ist. Bei allen vom Autor getesteten Proben (etwa ein Dutzend) überschritt dieser Strom 10 mA nicht. Wenn der DD1-Chip in einem Gerät, das gemäß der in Abb. 1 nicht in der Lage sein wird, den gewünschten Strom zu liefern, kann eine Auswahl eines Trinistors erforderlich sein. Für einen nach dem Schema in Abb. 2 ist es nicht erforderlich, einen Trinistor auszuwählen. Der Transistor KT940A kann durch KT940B sowie durch KT604 und KT605 mit beliebigen Buchstabenindizes ersetzt werden. Alle diese Transistoren arbeiten recht zuverlässig, obwohl die an sie angelegte Spannung formal den maximal zulässigen Wert überschreitet. Analog der Diodenbrücke KBU6G - RS604. Geeignet sind auch andere Diodenbrücken oder Einzeldioden, die für eine Sperrspannung von mindestens 400 V und für die Stromaufnahme der vom Schalter angesteuerten Lampen ausgelegt sind. Die Dioden KD521A ersetzen alle Low-Power-Siliziumdioden. Als Operationsverstärker DA1 sind nicht nur K154UD1A, sondern auch K154UD1B, sowie 174UD1A, 174UD1B, KR154UD1A, KR154UD1B geeignet. Bei Mikroschaltungen der Serien 174 und K174 ist ein Metallgehäuse mit Pin 5 verbunden. Da die Mikroschaltkreise der KR174-Serie in einem Kunststoffgehäuse ausgeführt sind, bleibt ihnen dieser Abschluss frei und es ist nicht erforderlich, ihn irgendwo anzubringen. Das Mikrofon CZN-15E kann durch jedes andere kleine Elektretmikrofon mit eingebautem FET-Verstärker ersetzt werden. Passend ist zum Beispiel das Haushaltsmikrofon MKE-332. Beim Anschluss ist die Polarität zu beachten. Der Widerstand R1 wird so gewählt, dass die Spannung zwischen den Mikrofonleitungen etwa 5 V beträgt. Literatur: 1. Micropower-Operationsverstärker 154UD1. - rdalfa.lv/data/oper_usil/1541.pdf.
Autor: K. Gavrilov, Nowosibirsk; Veröffentlichung: radioradar.net
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