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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Berührungslose Lichtsteuerung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Sobald ein Gast die Schwelle Ihrer Wohnung überschreitet, blitzt wie von Zauberhand ein Licht im Flur auf und erhellt die Dämmerung, die normalerweise zu jeder Tageszeit für den Flur typisch ist. Und der springende Punkt liegt im Teppich, der in der Wohnung in der Nähe der Eingangstür liegt, oder besser gesagt in der darunter versteckten empfindlichen Antenne, oder genauer gesagt, in der elektronischen Maschine, die die Lampe im Flur steuert. Der Automat (Abb. 1) besteht aus nur zwei digitalen Mikroschaltungen (DD1 und DD2), einem Transistor (VT1) und einem Trinistor (VS1). Es enthält einen Impulsgenerator, der auf den Logikelementen DD1.2-DD1.4, dem Kondensator C7 und dem Widerstand R10 aufgebaut ist und Rechteckimpulse mit einer Frequenz von 10000 Hz (oder 10 kHz ist die Audiofrequenz) erzeugt. Darüber hinaus spielt die Stabilität der Frequenz keine große Rolle. Daher beträgt die Wiederholungsperiode dieser Impulse 0,1 ms (100 µs). Diese Impulse sind praktisch symmetrisch, sodass die Dauer jedes Impulses (oder einer Pause dazwischen) etwa 50 μs beträgt. An den Logikelementen DD1.1, DD2.1, den Kondensatoren C1-C3, den Widerständen R1, R2, der Diode VD1 und der Antenne WA1 mit Stecker X1 ist ein kapazitives Relais angebracht, das auf die Kapazität zwischen der Antenne und den Netzwerkleitungen reagiert.
Wenn diese Kapazität unbedeutend ist (weniger als 15 pF), werden am Ausgang des DD1.1-Elements Rechteckimpulse mit der gleichen Frequenz von 10 kHz gebildet, die Pause zwischen ihnen wird jedoch (aufgrund der Differenzierkette C1R1) auf 0,01 reduziert ms (10 μs). Es ist klar, dass die Pulsdauer 100 – 10 = 90 μs beträgt. Allerdings gelingt es dem Kondensator C3 in so kurzer Zeit immer noch, sich fast vollständig zu entladen (über die Diode VD1), da seine Ladezeit (über den Widerstand R2) lang ist und etwa 70 ms (70000 μs) beträgt. Da der Kondensator nur dann aufgeladen wird, wenn am Ausgang des DD1.1-Elements ein hoher Spannungspegel anliegt (sei es ein Impuls oder nur ein konstanter Pegel), wird der Kondensator während eines Impulses mit einer Dauer von 90 μs aufgeladen C3 hat keine Zeit, sich merklich aufzuladen, und daher bleibt am Ausgangselement DD2.1 ständig ein hoher Spannungspegel. Wenn die Kapazität zwischen der WA1-Antenne und den Netzwerkkabeln (z. B. aufgrund des menschlichen Körpers) auf 15 pF oder mehr ansteigt, nimmt die Amplitude des Impulssignals an den Eingängen des DD1.1-Elements so stark ab, dass die Impulse am Ausgang dieses Elements verschwindet und geht in einen konstant hohen Pegel über. Jetzt kann der Kondensator C3 über den Widerstand R2 aufgeladen werden und am Ausgang des Elements DD2.1 wird ein Low-Pegel eingestellt. Er ist es, der den Einzelvibrator (Wartemultivibrator) startet, der aus den Logikelementen DD2.2, DD2.3, dem Kondensator C4 und den Widerständen R3, R4 besteht. Während die Kapazität des Antennenkreises klein ist, wodurch am Ausgang des DD2.1-Elements ein hoher Spannungspegel anliegt, befindet sich der Einzelvibrator in einem Zustand, in dem der Ausgang des DD2.2-Elements niedrig ist. und die Ausgabe von DD2.3 wird hoch sein. Der Zeiteinstellkondensator C4 wird entladen (über den Widerstand R3 und den Eingangskreis des Elements DD2.3). Sobald jedoch die Kapazität deutlich ansteigt und am Ausgang des DD2.1-Elements ein niedriger Pegel auftritt, erzeugt der Einzelvibrator sofort eine Zeitverzögerung, die bei den angegebenen Nennwerten der C4R3R4-Schaltung etwa 20 s beträgt. Gerade zu diesem Zeitpunkt erscheint am Ausgang des DD2.3-Elements ein niedriger Pegel und am Ausgang von DD2.2 ein hoher Pegel. Letzterer kann einen elektronischen Schlüssel öffnen, der aus dem Logikelement DD2.4, dem Transistor VT1, der Diode VD3 und den Widerständen R5-R8 besteht. Dieser Schlüssel bleibt jedoch nicht ständig geöffnet, was sowohl im Hinblick auf den Energieverbrauch als auch vor allem aufgrund der völlig nutzlosen Erwärmung des Steuerübergangs des VS1-Trinistors eindeutig unangemessen wäre. Daher wird der elektronische Schlüssel erst zu Beginn jeder Halbwelle des Netzwerks aktiviert, wenn die Spannung am Widerstand R5 wieder auf etwa 5 V ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt liegt anstelle eines hohen Spannungsniveaus ein niedriges vor Am Ausgang des DD2.4-Elements erscheint Spannung, wodurch zuerst der Transistor VT1 und dann der Trinistor VS1 öffnet. Sobald dieser jedoch öffnet, sinkt die Spannung an ihm erheblich, wodurch die Spannung am oberen (je nach Schaltung) Eingang des DD2.4-Elements und damit der niedrige Pegel am Ausgang von abnimmt Dieses Element wechselt wieder abrupt auf einen hohen Wert, was dazu führt, dass der Transistor VT1 automatisch schließt. Der Trinistor VS1 bleibt jedoch während dieser Halbwelle geöffnet (ein). Im nächsten Halbzyklus wiederholt sich alles in der gleichen Reihenfolge. Somit öffnet sich der elektronische Schlüssel nur für einige Mikrosekunden, die zum Einschalten des Trinistors VS1 erforderlich sind, und schließt sich dann wieder. Dadurch werden nicht nur der Stromverbrauch und die Erwärmung des Trinistors reduziert, sondern auch der Grad abgestrahlter Funkstörungen deutlich reduziert. Wenn die 20-sekündige Belichtung endet und die Person den „magischen“ Teppich bereits verlassen hat, erscheint am Ausgang des DD2.3-Elements erneut ein hoher Pegel und am Ausgang von DD2.2 ein niedriger Pegel. Letzterer verriegelt den elektronischen Schlüssel über den unteren Eingang des Elements DD2.4. In diesem Fall kann der Transistor VT1 und damit der Trinistor VS1 nicht mehr (gemäß dem oberen Eingang des DD2.4-Elements im Diagramm) durch Synchronisieren von Netzwerkimpulsen geöffnet werden. Wenn die Verschlusszeit abgelaufen ist, sich die Person aber noch auf der Matte (auf der WA1-Antenne) befindet, wird der elektronische Schlüssel erst gesperrt, wenn die Person die Matte verlässt. Wie aus Abb. 1 ersichtlich ist, ist der VS1-Trinistor in der Lage, die horizontale (laut Diagramm) Diagonale der VD5-Diodenbrücke zu schließen. Dies kommt jedoch einer Schließung der vertikalen Diagonale derselben Brücke gleich. Wenn daher der Trinistor VS1 geöffnet ist, ist die EL1-Lampe eingeschaltet; wenn es nicht geöffnet ist, erlischt die Lampe. Lampe EL1 und Schalter SA1 sind handelsübliche Elektrogeräte im Flur vorhanden. Mit dem SA1-Schalter können Sie die EL1-Lampe also jederzeit und unabhängig von der Maschine einschalten. Sie können es nur ausschalten, wenn der Trinistor VS1 geschlossen ist. Wichtig ist jedoch auch, dass nach dem Schließen der Kontakte des SA1-Schalters die Maschine stromlos ist. Daher kann die Bildung der Zeitverzögerung jederzeit durch Schließen und anschließendes Öffnen des Schalters SA1 unterbrochen werden. Die Maschine wird von einem parametrischen Stabilisator gespeist, der einen Ballastwiderstand R9, eine Gleichrichterdiode VD4 und eine Zenerdiode VD2 enthält. Dieser Stabilisator erzeugt eine konstante Spannung von etwa 10 V, die durch die Kondensatoren C6 und C5 gefiltert wird, und der Kondensator C6 glättet niederfrequente Wellen dieser Spannung und C5 – hochfrequente Wellen. Betrachten Sie kurz den Betrieb der Maschine (vorausgesetzt, der Schalter SA1 ist geöffnet). Solange die WA1-Antenne nicht durch die Kapazität des menschlichen Körpers blockiert wird, liegt am Ausgang des DD2.1-Elements ein konstant hoher Pegel an. Daher befindet sich der Einzelvibrator im Standby-Modus, in dem der Ausgang des DD2.2-Elements einen niedrigen Pegel aufweist und der elektronische Schlüssel (am unteren Eingang des DD2.4-Elements) gesperrt wird. Dadurch wird der VS1-Trinistor nicht durch die Taktimpulse geöffnet, die von der VD2.4-Brücke über den R5-Widerstand am oberen Eingang des DD6-Elements ankommen. Wenn eine Person den Antennenkreis blockiert, erscheint am Ausgang des DD2.1-Elements ein niedriger Pegel, der einen einzelnen Vibrator auslöst, und am Ausgang des DD2.2-Elements erscheint ein hoher Pegel, wodurch der elektronische Schlüssel und der Trinistor VS20 geöffnet werden für 1 s (die Lampe EL1 ist während dieser Zeit eingeschaltet). Wenn zu diesem Zeitpunkt die Sperrung des Antennenkreises aufgehoben ist (die Person hat die Matte verlassen), erlischt die Lampe EL1, andernfalls brennt sie weiter, bis die Person die Matte verlässt. In jedem Fall geht der einzelne Vibrator (und die gesamte Maschine) wieder in den Standby-Modus. Um das Licht vorzeitig auszuschalten (ohne 20 Sekunden zu warten), reicht es bei plötzlichem Bedarf aus, den Schalter SA1 zu schließen und zu öffnen. Dann geht die Maschine auch in den Standby-Modus. Die erforderliche Empfindlichkeit der Maschine hängt von den Abmessungen der WA1-Antenne, der Dicke der Matte und anderen schwer zu berücksichtigenden Faktoren ab. Daher wird die gewünschte Empfindlichkeit durch Ändern des Widerstandswerts des Widerstands R1 ausgewählt. Somit führt eine Erhöhung seines Widerstands zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit und umgekehrt. Allerdings sollte man sich aus zwei Gründen nicht zu einer übermäßigen Sensibilität hinreißen lassen. Erstens erfordert eine Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands R1 über 1 MΩ in der Regel dessen Auffüllen mit Lack, um den Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die Betriebsart auszuschließen. Zweitens sind bei übermäßiger Empfindlichkeit der Maschine Fehlalarme nicht ausgeschlossen. Sie sind auch möglich, nachdem der Boden im Flur gewaschen, aber noch nicht trocken ist. Um das Licht auszuschalten, sollten Sie dann die WA1-Antenne vorübergehend über einen einpoligen Stecker X1 trennen. Die WA1-Antenne ist eine Folie aus einseitiger Glasfaserfolie, die auf der Folienseite mit einer zweiten Folie aus dünnem Textolith, Getinaks oder Polystyrol bedeckt ist. Entlang des Umfangs des ersten Blattes wird die Folie auf die eine oder andere Weise auf eine Breite von etwa 1 cm entfernt. Anschließend werden beide Blätter zusammengeklebt, wobei die Randstellen der Antenne, an denen sich die Antenne befindet, sorgfältig mit Klebstoff (z. B. Epoxidharzspachtel) gefüllt werden Die Folie wird entfernt. Besonderes Augenmerk sollte auf die Zuverlässigkeit des Anschlusses des Drahtes gelegt werden, der von der Folie zur Außenseite der Antenne führt. Die Antennenabmessungen variieren je nach verfügbarer Matte. Seine Fläche (auf der Folie) beträgt ungefähr 500 ... 1000 cm2 (angenommen 20x30 cm). Wenn die Länge des Kabels von der Maschine zur Antenne sehr groß ist, muss es möglicherweise abgeschirmt werden (der Schirmstrumpf wird an den unteren Anschluss des Widerstands R1 angeschlossen). Dann nimmt aber einerseits zwangsläufig die Empfindlichkeit des Automaten ab, andererseits muss ggf. die Kapazität des Kondensators C1 etwas erhöht werden. Da der Schirm galvanisch mit dem Netzwerk verbunden wird, muss er oben mit einer guten und dicken Isolierung abgedeckt werden. Die Maschine selbst wird durch Druck- oder Oberflächenmontage auf einer Kunststoffplatte montiert. Die Platine befindet sich in einer Kunststoffbox geeigneter Größe, die ein unbeabsichtigtes Berühren elektrischer Punkte verhindert, da alle mehr oder weniger gefährlich sind, da sie an das Netzwerk angeschlossen sind. Aus diesem Grund sollten alle Lötarbeiten während der Einstellung durchgeführt werden, nachdem die Maschine vom Netz (vom Schalter SA1) getrennt wurde. Die Einstellung besteht darin, die Empfindlichkeit (mit Widerstand R1), wie bereits erwähnt, und gegebenenfalls die Verschlusszeit des One-Shot (mit Widerstand R4) zu wählen. Die Verschlusszeit kann übrigens auf 1 Minute (bei R4 = 820 kOhm) oder mehr erhöht werden. Wenn Sie die Details wie in Abb. 1 anwenden, kann die maximale Leistung der EL1-Lampe (oder mehrerer parallel geschalteter Lampen) 130 W erreichen, was für einen Flur völlig ausreichend ist. Anstelle des Trinistors KU202N (VS1) ist der Einbau von KU202M oder im Extremfall KU202K, KU202L, KU201K oder KU201L zulässig. Diodenbrücke (VD5) der Serie KTs402 oder KTs405 mit dem Buchstabenindex Zh oder I. Wenn Sie die Brücke derselben Serie, jedoch mit dem Index A, B oder C verwenden, beträgt die zulässige Leistung 220 Watt. Diese Brücke lässt sich einfach aus vier einzelnen Dioden oder zwei Baugruppen der KD205-Serie zusammenbauen. Wenn Sie also die Dioden KD105B, KD105V, KD105G, D226B, KD205E verwenden, müssen Sie die Lampenleistung auf 65 W, KD209V, KD205A, KD205B – 110 W, KD209A, KD209B 155 W, KD225V, KD225D – 375 W begrenzen , KD202K, KD202L, KD202M, KD202N, KD202R, KD202S 440 W. Weder der Trinistor noch die Brückendioden benötigen einen Kühlkörper (Kühler). Diode VD1 – jeder Impuls oder Hochfrequenz (Germanium oder Silizium) und Dioden VD3, VD4 – jeder Gleichrichter, zum Beispiel Serie KD102-KD105. Zenerdiode VD2 - für eine Stabilisierungsspannung von 9 ... 1O V, angenommen, Serien KS191, KS196, KS210, KS211, D818 oder Typ D814V, D814G. Transistor VT1 – einer der Serien KT361, KT345, KT208, KT209, KT3107, GT321. Die Chips K561LA7 (DD1 und DD2) können vollständig durch KM1561LA7, 564LA7 oder K176LA7 ersetzt werden. Um die Wärmeableitung zu verbessern, empfiehlt es sich, aus vier Halbwatt-Ballastwiderständen (R9) einen Zwei-Watt-Ballastwiderstand (R82) zu machen: mit einem Widerstand von 5,1 kOhm in Parallelschaltung oder einem Widerstand von 0,125 kOhm in Reihenschaltung. Die restlichen Widerstände sind vom Typ MLT-0,125, OMLT-0,125 oder VS-2. Aus Gründen der elektrischen Sicherheit muss die Nennspannung des Kondensators C500 (vorzugsweise Glimmer) mindestens 1 V betragen. Die Kondensatoren C3-C5, C7 und C2 bestehen aus Keramik, Glimmer oder Metallpapier mit beliebiger Nennspannung (außer CXNUMX). Oxid-(Elektrolyt-)Kondensatoren C4 und C6 jeglicher Art mit einer Nennspannung von mindestens 15 V. Eine andere Version der Maschine zum Einschalten einer Tischlampe (Wandleuchte, Stehlampe oder Deckenlampe) mit einer Handbewegung (leichte Berührung) ist in Abb. 2 dargestellt. Diese Maschine ist im Wesentlichen ein elektronisches Analogon eines herkömmlichen Druckknopfschalters mit einer Verriegelung, die jedes zweite Mal funktioniert: ein Druck – die Lampe ist an, ein anderer – die Lampe ist aus.
Diese Maschine basiert ebenfalls nur auf zwei digitalen Mikroschaltungen, verwendet jedoch anstelle der zweiten Mikroschaltung K561LA7 (vier logische Elemente 2I-NOT) die Mikroschaltung K561TM2 (zwei D-Flip-Flops). Es ist leicht zu erkennen, dass die Auslöser der letzten Mikroschaltung anstelle des einzelnen Vibrators der vorherigen Maschine installiert sind. Betrachten wir kurz ihre Arbeit in der Maschine. Der Zweck des Triggers DD2.1 ist Hilfszweck: Er sorgt für eine streng rechteckige Form der Impulse, die an den Zähleingang C des Triggers DD2.2 angelegt werden. Wenn es keinen solchen Impulsformer gäbe, wäre das DD2.2-Flip-Flop nicht in der Lage, am Eingang C eindeutig in einen einzelnen Zustand (wenn sein direkter Ausgang hoch und sein inverser Ausgang niedrig ist) oder Null (wenn die Ausgangssignale sind) zu schalten sind das Gegenteil von den angegebenen) Zustand. Da der Installationseingang S (Einstellung „Eins“) des Triggers DD2.1 im Verhältnis zu seinem Installationseingang R (Einstellung „Null“) konstant hoch ist, ist sein invertierter Ausgang ein regulärer Follower. Aus diesem Grund schärft die Integrierschaltung R3C4 die Fronten der vom Kondensator C3 entnommenen Impulse stark. Wenn die Spannung niedrig ist (die WA1-Antenne kann nicht von Hand beeinflusst werden), hat auch der inverse Ausgang des Triggers DD2.1 einen niedrigen Spannungspegel. Sobald jedoch die Spannung am Kondensator C3 (halten Sie Ihre Hand nahe genug an die WA1-Antenne) auf etwa 5 V an, wechselt der niedrige Pegel am inversen Ausgang des Triggers DD2.1 mit einem starken Sprung in einen hohen Pegel . Im Gegenteil, nachdem die Spannung am Kondensator C3 (die Hand wurde entfernt) unter 5 V absinkt, ändert sich auch der hohe Pegel am gleichen invertierten Ausgang abrupt in einen niedrigen. Für uns ist jedoch nur der erste (positive) dieser beiden Spannungsstöße wichtig, da der DD2.2-Trigger nicht auf einen negativen Spannungsstoß (am Eingang C) reagiert. Daher wechselt der DD2.2-Trigger immer dann in einen neuen Zustand (einzeln oder null), wenn die Hand in ausreichend geringer Entfernung zur WA1-Antenne gebracht wird. Der direkte Ausgang des Triggers DD2.2 ist mit dem oberen (gemäß Schema) Eingang des Elements DD1.2 verbunden, das Teil des elektronischen Schlüssels ist. Durch Einwirkung auf diesen Eingang kann der Auslöser den elektronischen Schlüssel und damit den Trinistor VS1 sowohl öffnen als auch schließen und dadurch die EL1-Lampe ein- oder ausschalten. Beachten Sie, dass die direkte Verbindung des inversen Ausgangs des DD2.2-Triggers mit seinem eigenen Informationseingang D seinen Betrieb im gewünschten Zählmodus gewährleistet – „jedes zweite Mal“, aber die Integrationsschaltung C5R4 ist erforderlich, damit nach der Anwendung auf die Automatik Stromversorgung (zum Beispiel nach dem Ausschalten von „ Staus“), würde der DD2.2-Trigger zwangsläufig auf den Nullzustand gesetzt, entsprechend der erloschenen Lampe EL1. Wie bei der Vorgängermaschine kann die EL1-Lampe auch mit einem herkömmlichen SA1-Schalter eingeschaltet werden. Es wird jedoch ausgeschaltet, wenn einerseits der Schalter SA1 geöffnet ist, andererseits der Trigger DD2.2 auf Null gesetzt ist. Ein weiteres Merkmal dieser Maschine ist, dass der Impulsgenerator (10 kHz) nach einem vereinfachten Schema aufgebaut ist – nur zwei Elemente (DD1 und DD1.4) statt drei. Anstelle der Mikroschaltung K561TM2 (DD2) ist die Verwendung von KM1561TM2, 564TM2 oder K176TM2 zulässig. Andere Details darin sind die gleichen wie im vorherigen. Es ist sinnvoll, die Abmessungen der Antenne über die Fläche der Folie auf 50...100 cm2 zu reduzieren. Von zweifellosem Interesse für Bastelfans ist die einfachste Lichtmaschine (Abb. 3), die nur eine Mikroschaltung (DD1) enthält. Dieses Gerät ist sozusagen ein elektronisches Analogon eines herkömmlichen Tasters mit Selbstrückstellung: gedrückt - die Lampe leuchtet, beim Loslassen erlischt sie. Es ist sehr praktisch, beispielsweise einen Sessel mit einem solchen berührungslosen „Knopf“ auszustatten, dessen Licht darüber automatisch aufleuchtet, wenn man zum Lesen, Stricken oder anderen Outdoor-Aktivitäten darin sitzt.
Der Unterschied zwischen diesem vereinfachten Automaten und den vorherigen besteht darin, dass er keinen einzigen Vibrator oder Auslöser hat. Daher ist der Kondensator C3 direkt mit dem unteren (gemäß Diagramm) Eingang des DD1.2-Elements des elektronischen Schlüssels verbunden. Wenn kein „Fahrer“ vorhanden ist, verhindert die unter der Sitzpolsterung versteckte WA1-Antenne nicht das Auftreten eines Impulssignals am Ausgang des DD1.1-Elements, der Kondensator C3 wird entladen und damit der elektronische Schlüssel und der Trinistor VS1 geschlossen sind, ist die Lampe EL1 aus. Wenn sich ein Urlauber auf einen Stuhl setzt, verschwinden diese Impulse, der Kondensator C3 wird aufgeladen und der elektronische Schlüssel ermöglicht das Öffnen des Trinistors VS1, das Licht geht an. Natürlich erschöpfen diese Beispiele bei weitem nicht alle Möglichkeiten des Einsatzes von Lichtautomaten. Autor: V.V.Bannikov
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