Акустический автомат лестничного освещения на симисторе

Аннотация

Статья рассматривает автомат, включающий нагрузку (лампу накаливания) на заданное время от 10 сек до 2 мин, по звуковому сигналу. Применение симистора в качестве коммутирующего элемента позволило сократить число силовых элементов, устанавливаемых на теплоотвод, с пяти до одного.

Общие сведения

Часто на лестничных площадках, в подсобных помещениях, ванных комнатах и т.п. наблюдается ситуация, когда освещение забывают выключить и лампа долго горит без надобности, накручивая Киловатт-часы. Подобной ситуации можно избежать, если собрать несложный акустический автомат, включающий лампу по звуковому сигналу на заданное время. При этом длительность выдержки будет продлеваться по мере повторного поступления звуковых сигналов. Совсем не лишним будет дополнение такого автомата функцией плавного зажигания лампы, что позволит значительно увеличить срок её службы, благодаря ограничению броска тока в момент включения. Данный автомат можно использовать совместно также и с энергосберегающими лампами, установив регулятор времени задержки включения лампы в положение, соответствующее нулевому значению.

Схема электрическая принципиальная

Схема электрическая автомата приведена на рис.1. Автомат содержит: стабилизатор питания, собранный на элементах Cl, VD1...VD4, VD5, С2...С4, DA1; схему выделения моментов перехода сетевого напряжения через нуль на транзисторах VT1, VT2; схему управления симистором на транзисторах VT3...VT8 и логических элементах DD1.1 ...DD1.4; усилитель переменного напряжения на транзисторах VT9, VT10; одновибратор-формирователь импульса сброса таймера на элементах DD2.1, DD2.2 и собственно таймер, состоящий из задающего генератора на элементах DD2.3, DD2.4 и счётчиков DD3.1 и DD3.2.

При появлении на входе микрофона M1 звука шагов, разговоре, хлопке закрываемой двери и т.п. переменное напряжение амплитудой несколько милливольт усиливается двухкаскадным транзисторным усилителем VT9, VT10 до уровня 2...3 В и, проходя через разделительный конденсатор С13, запускает одновибратор, который на выходе элемента DD2.2 формирует короткий положительный импульс, обнуляющий счётчики DD3.1 и DD3.2 и тем самым перезапускающий таймер. При этом на выходе самого старшего разряда счётчика DD3.2 (вывод 8) появляется уровень лог.О, который инвертируясь элементом DD2.5, смещает в обратном направлении диод VD10, разрешая работу генератора. При первой подаче питающего напряжения одновибратор срабатывает независимо от появления звуковых сигналов, благодаря интегрирующей цепочке C16-R31, которая формирует короткий отрицательный импульс, воздействующий на вход элемента DD2.2 через развязывающий диод VD9. Диод VD7 также является развязывающим.

Прямоугольные импульсы с выхода элемента DD2.4 увеличивают состояние счётчиков DD3.1, а затем DD3.2, о чём свидетельствует мигание зелёного светодиода HL1 и последовательное зажигание HL2...HL4 в соответствии с появлением двоичных кодов на выходах счётчика DD3.2.

Уровень лог.О с выхода самого старшего разряда счётчика DD3.2 (вывод 8) открывает транзистор VT3, что приводит к зарядке конденсатора С5 через резистор R6 и открыванию транзистора VT4. При этом яркость лампы накаливания определяется введённой частью переменного резистора R9 и ёмкостью конденсатора Сб. Следует заметить, что транзисторы VT5 и VT6 в данный момент закрыты, уровнем лог.1, приходящей на базу транзистора VT6 с выхода логического элемента DD2.5.

Работает схема регулятора яркости следующим образом. При положительной полуволне сетевого напряжения открывается транзистор VT1 и на верхнем выводе резистора R4, а значит на входе элемента DD1.1 присутствует напряжение, превышающее пороговое значение входного уровня лог. 1. На выходе этого элемента присутствует уровень лог.О и транзистор VT7 закрыт. Такая же ситуация происходит и при отрицательной полуволне сетевого напряжения, только при этом открывается транзистор VT2, a VT1 закрывается. В случае, когда сетевое напряжение близко к нулю, оба транзистора VT1 и VT2 закрываются и на резисторе R5, а значит на входе элемента DD1.1 появляется уровень лог.0. Короткий положительный импульс с выхода элемента DD1.1 открывает транзистор VT7 и, уже усиленный, через диод VD6 быстро заряжается конденсатор Сб. При появлении положительной или отрицательной полуволны сетевого напряжения транзистор VT7 закрыт, и конденсатор С6 начинает постепенно разряжаться со скоростью, зависящей от введённой части подстроечного резистора R9, определяющим яркость лампы накаливания.

Когда конденсатор С6 разрядится до порогового напряжения переключения элемента DD1.2, он переключится в состояние лог.1 на выходе, а элемент DD1.3 — в состояние лог.0. Отрицательный перепад напряжения с выхода элемента DD1.3, проходя через дифференцирующую цепочку C7-R14 и инвертирования элементом DD1.4, вызовет появление на его выходе короткого положительного импульса длительностью около 12 мкс, который откроет мощный транзистор VT8, а вслед за ним и симистор VS1. Лампа EL1 будет светиться с яркостью, задаваемой подстроечным резистором R9.

При увеличении сопротивления резистора R9 будет возрастать постоянная времени C6-R9 (конечно же, с учётом сопротивления резисторов R10, R13). Следовательно будет возрастать время задержки включения симистора, считая с момента перехода сетевого напряжения через ноль, поэтому яркость лампы будет уменьшаться. И наоборот, при уменьшении сопротивления резистора R9, яркость лампы будет возрастать.

Если поступление звуковых сигналов будет продолжаться, одновибратор будет продолжать формировать обнуляющие импульсы, и время выдержки будет продлеваться. Если поступление звуковых сигналов прекратится, одновибратор будет оставаться в исходном состоянии и, когда счётчик DD3.2 достигнет своего восьмого состояния, уровень лог.1, инвертируясь элементом DD2.5 откроет диод VD10 и, тем самым, заблокирует работу генератора. Счётчик DD3.2 останется в восьмом состоянии и уровнем лог.1 с выхода своего самого старшего разряда (вывод 8) закроет транзистор VT3, а транзисторы VT6 и VT5, в свою очередь, будут открыты уровнем лог.0, приходящим на базу VT6 с выхода элемента DD2.5. При этом конденсатор С5 быстро разрядится через резистор R8, транзистор VT4 закроется, и задержка включения симистора будет определяться теперь постоянной времени C6-R13. Но лампа теперь зажигаться не будет в каждом полупериоде сетевого напряжения, поскольку постоянная времени C6-R13 достаточно велика и конденсатор С6 не будет успевать разряжаться до порогового напряжения переключения логического элемента DD1.2. Таким образом, лампа накаливания будет выключена до появления следующего звукового сигнала.

Конструкция и детали

Автомат собран на печатной плате из двустороннего фольгированного стеклотекстолита (рис.2) толщиной 1,5 мм из квадратной заготовки размерами 78 х 78 мм.

Для установки в стандартную пластмассовую сетевую разветвительную коробку типа КЭМ5-10-7 в квадратной заготовке вырезаются уголки размерами 13x13мм. В автомате применены постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,5 (R3), подстроечные — СПЗ- 38б, электролитические конденсаторы — типа К50-35 или аналогичные импортные, неполярные — К10-17. Микрофон может быть типа CZN-15E, МКЭ-332, МКЭ-333, МКЭ-389-1 (используются в телефонии). На месте стабилитрона VD5 могут работать Д814В (Г, Д), Д810, Д811, Д812, а также КС510, КС512 или аналогичные маломощные с напряжением стабилизации 10... 12 В. Диоды VD6...VD10 — любые маломощные кремниевые из серий КД503, КД521, КД522. Диоды моста VD1...VD4 могут быть из серии КД226 с индексами «Г», «Д», «Е», а также FR157, FR207 или другие с минимально допустимым током не менее 1 А и обратным напряжением не менее 400 В. На месте симистора VS1 могут работать ВТ137, ВТ138, ВТ139 с минимально допустимым напряжением не менее 400В. Транзисторы VT9, VT10 должны быть из серии КТ3102 с индексом «ЕМ» или импортные ВС547С, но обязательно со статическим коэффициентом передачи тока не менее 400; VT1...VT3, VT6 — из серий КТ3107 с любым буквенным индексом; VT4, VT5, VT7 — из серий КТ3107, КТ503 с любым буквенным индексом, VT8 — из серий КТ815, КТ817. Микросхемы серии КР1564 заменимы на ИМС серии КР1554.

Настройка автомата заключается в установке требуемой яркости с помощью резистора R9, времени нарастания яркости лампы от нуля до заданного значения — с помощью резистора R6, чувствительности усилителя — с помощью резистора R19, и времени выдержки таймера — с помощью резистора R27. При мощности лампы накаливания более 60 Вт симистор необходимо установить на небольшой теплоотвод. Отзывы и вопросы по работе устройства читатели могут направлять на адрес электронной почты автора E-mail: A_Odinets@tut.by

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}