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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kostengünstiges Fotorelais. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Funkamateure legen großen Wert auf Energiesparthemen – dies belegen zahlreiche Veröffentlichungen in der Zeitschrift Radio, in denen Fotorelais beschrieben werden – Geräte zum Ausschalten der Beleuchtung bei Tageslicht. Das vorgeschlagene Fotorelais (sein Diagramm ist in der Abbildung dargestellt) weist einen geringen Eigenstromverbrauch auf und wird über eine Zweileiterschaltung parallel zum Standardschalter angeschlossen. Das Gerät enthält einen leistungsstarken elektronischen Schlüssel auf Basis des Triac VS1, der parallel zum Standardschalter SA1 geschaltet ist. Der Betrieb des Triacs wird durch einen Niederstromschalter an einem Verbundtransistor VT2VTЗ gesteuert, der an die Diagonale der Diodenbrücke VD4-VD7 angeschlossen ist. Der Widerstand R5 im Emitterkreis des Transistors VT2 verhindert, dass der Transistor VT3 im „gebrochenen“ Basismodus arbeitet, wenn der Transistor VT2 geschlossen ist. Der Niedrigstromschalter wird durch den Basisstrom des Transistors VT2 eingeschaltet, der durch den Widerstand R4 fließt. Bekanntlich ist der Übertragungskoeffizient des Basisstroms eines zusammengesetzten Transistors gleich dem Produkt der Übertragungskoeffizienten der Transistoren, aus denen er besteht. Für die vom Autor verwendeten Transistoren beträgt der Mindestwert dieses Koeffizienten 30, d. h. der Stromübertragungskoeffizient der Basis des Verbundtransistors beträgt in diesem Fall nicht weniger als 900, was die Verwendung eines ziemlich hochohmigen Widerstands ermöglicht R4, während die vom Gerät verbrauchte Leistung im Standby-Modus 0,15 W nicht überschreitet und nach dem Auslösen des Fotorelais deutlich weniger beträgt.
Das lichtempfindliche Element ist die Fotodiode VD1, die als Infrarot-Fotodiode FD256 verwendet wird und im sichtbaren Bereich des Spektrums eine ausreichende Empfindlichkeit aufweist. Der Schmitt-Trigger DD1.1 verfügt über ein Schwellwertelement. Die Ansprechschwelle wird durch den Trimmwiderstand R1 eingestellt, der Kondensator C1 erhöht die Störfestigkeit des Geräts. Auf Element DD1.2, Widerstand RЗ und Kondensator C2 befindet sich eine Relaisschaltverzögerungseinheit, die Fehlalarme bei kurzzeitiger Beleuchtung der Fotodiode ausschließt, auf Element DD1.3 befindet sich ein Wechselrichter, der die notwendige Betriebslogik gewährleistet, auf Transistor VT1 gibt es einen Ausgangsschalter. Die Mikroschaltung DD1 wird von einem parametrischen Spannungsstabilisator mit einer Zenerdiode VD3 und einem Widerstand R4 gespeist. Die Diode VD2 verhindert die Entladung des Filterkondensators C3 wenn das Fotorelais aktiviert wird. Die Schmitt-Trigger der DD1-Mikroschaltung sind als Wechselrichter enthalten und können auf den ersten Blick durch Wechselrichter aus den 2I-NOT- oder 2OR-NOT-Elementen der Mikroschaltung K561LA7 oder K561LE5 ersetzt werden. Bei diesem Gerät ist ein solcher Austausch jedoch falsch. Die Spannung an den Eingängen der Elemente DD1.1 und DD1.2 ändert sich langsam: zum einen aufgrund einer sanften Änderung des natürlichen Lichtniveaus und zum anderen aufgrund der großen Zeitkonstante der RЗС2-Schaltung. Schmitt-Trigger haben eine eindeutige Ansprechschwelle, und die Logikelemente an dieser Stelle der Eingangskennlinie weisen eine Unsicherheitszone auf, wenn einer der Eingangstransistoren noch keine Zeit zum Schließen hatte und der zweite bereits zu öffnen begonnen hat. Dadurch entsteht ein Durchgangsstrom durch die Transistoren und der von der Mikroschaltung verbrauchte Strom steigt stark an. Der Eingangskreis des Schalters der Transistoren VT2 und U1Z arbeitet im Mikrostrommodus, und eine solche Änderung des Betriebsmodus der Mikroschaltung führt zu Fehlfunktionen des Geräts. Das vorgeschlagene Fotorelais funktioniert wie folgt. Beim Anschluss an das Beleuchtungsnetz parallel zum Standardschalter SA1 wird der Kondensator C4 für mehrere Halbzyklen des von der Diodenbrücke VD7-VD3 gleichgerichteten Stroms aufgeladen. Wenn die Spannung darüber die Durchbruchspannung der Zenerdiode VD2 erreicht (im Mikrostrommodus ist sie niedriger als die auf einen Strom von mehreren Milliampere normierte Stabilisierungsspannung), öffnen die Transistoren VT1 und U1. Wenn der Strom durch die Transistoren einen Wert erreicht, der ausreicht, um den Triac VS4 zu öffnen, öffnet dieser und überbrückt sowohl den Schalter als auch die Diodenbrücke VD7-VDXNUMX. Der Kondensator C3 wird zu Beginn jeder Halbwelle der Netzspannung aufgeladen, während der Triac VS1 geschlossen ist. Wenn das Gerät angeschlossen ist, wird der Kondensator C2 entladen, die Spannung an den Eingängen des Elements DD1.2 ist 0, die Spannung an seinem Ausgang ist logarithmisch. 1 und der Ausgang des Elements DD1.3 ist log 0, sodass der Feldeffekttransistor VT1 geschlossen ist und keinen Einfluss auf den Betrieb des Geräts hat. Der weitere Betrieb des Gerätes wird durch die Beleuchtungsstärke der Photodiode VD1 bestimmt. Reicht dieser (der Pegel) nicht aus, ist der Sperrwiderstand der Fotodiode hoch und an den Eingängen des Elements DD1.1 liegt ein logarithmischer Pegel an. 1, Ausgabe – Protokollebene. 0, und es treten keine Änderungen im Betrieb des Geräts auf - zu Beginn jeder Halbwelle der Netzspannung öffnet der Triac VS1 und versorgt die Beleuchtungslampe EL1 mit Spannung. Mit zunehmender Beleuchtungsstärke nimmt der Sperrwiderstand der Fotodiode VD1 ab und irgendwann wird die Spannung an ihr kleiner als die Auslöseschwelle des Schmitt-Triggers DD1.1 – an seinem Ausgang (Pin 3) erscheint ein logarithmischer Pegel von 1. , während der Strom durch den Widerstand RЗ beginnt, den Kondensator C2 aufzuladen. Nach einigen zehn Sekunden (abhängig von der Kapazität des Kondensators C2 und dem Widerstandswert des Widerstands R3) erreicht die Spannung an den kombinierten Eingängen des Schmitt-Triggers DD1.2 den Triggerpegel und an seinem Ausgang erscheint ein Log-Pegel von 4 (Pin 0). Infolgedessen schaltet das Element DD1.3 auf seinen Ausgang (Pin 10), erscheint auf dem Pegel log 1 und der Feldeffekttransistor VT1 öffnet, wodurch die Emitterverbindungen der Transistoren VT2 und VT3 überbrückt werden. Anschließend bleibt der Transistor VT1 geöffnet und durch die Steuerelektrode des Triac VS1 fließt ein Strom, der durch den Widerstand R4 auf eine maximale Amplitude von weniger als 1 mA begrenzt wird, was geringer ist als der Öffnungsstrom des Triac. Bei Experimenten zum Austausch des TS106-10-10-Triacs durch importierte Triacs stellte sich heraus, dass in einigen Fällen der VT137-600ET-Triacs der Öffnungsstrom weniger als 1 mA beträgt und der Triac, wenn sich das Fotorelais im Standby-Modus befindet, öffnet sich, wenn die maximale Amplitude der Netzspannung erreicht ist, während die EL1-Lampe mit voller Intensität leuchtet. Für den normalen Betrieb eines Fotorelais mit einem so empfindlichen Si-Mistor musste der Widerstandswert des Widerstands R4 auf 1 MOhm erhöht werden. Mit abnehmender Beleuchtungsstärke steigt der Sperrwiderstand der Fotodiode VD1, die Spannung an den Eingängen des Elements DD1.1 steigt und irgendwann schaltet der Schmitt-Trigger DD1.1 – an seinem Ausgang erscheint ein logarithmischer Pegel. 0. Der auf die Versorgungsspannung geladene Kondensator C2 beginnt sich über den Widerstand R3 zu entladen. Nach einigen zehn Sekunden sinkt die Spannung an den Eingängen des Elements DD1.2 so stark, dass das Element DD1.2 und danach DD1.3 umschalten und am Gate des Transistors VT1 ein logarithmischer Pegel erscheint. 0, und es schließt, wodurch die Überbrückung der Emitterübergänge des Verbundtransistors UT2UTZ gestoppt wird. Zu Beginn jeder Halbwelle öffnet und schaltet der Triac VS1 ein – die Lampe EL1 leuchtet auf. Wenn die Fotodiode VD1 kurzzeitig beleuchtet wird (z. B. durch die Scheinwerfer eines vorbeifahrenden Autos, Blitze usw.), hat die Spannung an einem vollständig entladenen Kondensator C2 keine Zeit, sich wesentlich zu ändern – dadurch wird eine hohe Störfestigkeit des vorgeschlagenen Geräts erreicht Fotorelais. Zu den Details. MJE13002-Transistoren und 1N4007-Dioden wurden aus dem elektronischen Vorschaltgerät einer defekten Kompaktleuchtstofflampe entfernt. Kriterien für den Austausch von Transistoren: Kollektor-Emitter-Spannung – mindestens 400 V, maximaler Kollektorstrom – mindestens 100 mA, statischer Basisstromübertragungskoeffizient h21E - mehr als 25. Wenn dieser Transistorparameter weniger als 25 beträgt, sollte der Widerstandswert des Widerstands R4 auf 200 kOhm reduziert werden. Anforderungen an die Dioden VD4-VD7 - Durchlassstrom von mindestens 100 mA, Sperrspannung von mindestens 700 V. Der Triac TC106-10 muss mindestens der Spannungsklasse 5 entsprechen, d. h. im geschlossenen Zustand einer Spannung von mindestens 500 V standhalten. Wann Wenn Sie den im Diagramm angegebenen Triac durch einen importierten ersetzen, müssen Sie die Schaltleistung berücksichtigen und bedenken, dass der Strom durch den kalten Glühfaden der Beleuchtungslampe 5 bis 10 Mal höher ist als der Nennstrom. Bei einer Lastleistung über 200 W muss der Triac auf einem Kühlkörper montiert werden. Die Fotodiode FD256 wurde aus der SDU eines alten Fernsehers entfernt. Fotodioden im sichtbaren Teil des Spektrums sind sehr selten erhältlich. Wenn Sie also nicht über die FD256 verfügen, lohnt es sich, mit anderen Arten von IR-Fotodioden zu experimentieren. Eignungskriterium ist mindestens eine zehnfache Änderung des Sperrwiderstandes bei wechselnder Beleuchtung. Einige IR-Fotodioden, die früher in Industrieanlagen verwendet wurden, weisen auch eine gute Empfindlichkeit im sichtbaren Teil des Spektrums auf. Sehr gut eignen sich beispielsweise IR-Fotodioden aus Rauch-Brandmeldern, beispielsweise vom Typ IP-212, die bei der Reparatur von Feuermeldern, die die festgelegte Lebensdauer erreicht haben, in Institutionen und Organisationen in großen Mengen entsorgt werden. Bei Experimenten muss die Fotodiode mit einer LED-Lampe beleuchtet werden, die eine minimale Strahlung im Infrarotbereich des Spektrums aufweist. Zenerdiode VD3 – jede Low-Power-Diode mit einer Stabilisierungsspannung von 3,3...5 V, Diode VD2 – jede Low-Power-Siliziumdiode. Wir können den KP501A-Transistor durch jeden der Serien KP501, KP504 und KP505 ersetzen. Möglicher Ersatz der Mikroschaltung KR1561TL1 - K561TL1, 564TL1 oder ein importiertes analoges CD4093B. Festwiderstände – jede Art der im Diagramm angegebenen Verlustleistung (Verlustleistung des Widerstands R4 – 0,5 W – gewählt aus Gründen der elektrischen Festigkeit). Trimmerwiderstand R1 bei der Installation des Gerätes im Innenbereich – beliebiger Art; bei Aufstellung im Freien empfiehlt sich die Verwendung eines Widerstands in geschlossener Bauform, zum Beispiel SPO-0,15, SPO-0,5 oder SP4-1. Um den inneren Hohlraum des Widerstands abzudichten, sollte an der Stelle, an der die Motorrolle aus dem Gehäuse austritt, eine Schicht technisches Vaseline oder CIATIM-Fett aufgetragen werden. Die Kondensatoren C1, C3 können von jedem Typ sein, sowohl Film- als auch Keramikkondensatoren, C2 - importiertes Oxid (Nennspannung - 50 V - aus Gründen der Gewährleistung einer guten Zwischenplattenisolierung deutlich höher als die Arbeitsspannung gewählt - je höher die Nennspannung, desto besser Isolierung, d. h. weniger Leckstrom). Das Gerät ist auf einem Fragment eines Universal-Steckbretts mit den Maßen 45 x 25 mm montiert. Wenn Sie wartungsfähige Teile verwenden und bei der Installation keine Fehler auftreten, kommt es bei der Installation darauf an, den Trimmwiderstand R1 auf die gewünschte Ansprechschwelle einzustellen. Zum Schutz vor Witterungseinflüssen wird die justierte Platine mit zwei Schichten Nitrolack beschichtet und in ein optisch ansprechendes Gehäuse des Brandmelders IP-212 eingesetzt. Autor: K. Moroz
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