経済的なフォトリレー。スキーム、説明

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経済的なフォトリレー。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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アマチュア無線家は節電の問題に細心の注意を払っています。これは、日中の照明を消すための装置であるフォトリレーについての説明を含む雑誌「ラジオ」の多数の出版物によって証明されています。

提案されたフォトリレー (その回路は図に示されています) は、自身の消費電力が低く、標準スイッチと並列の 1 線式回路を介して接続されています。このデバイスには、標準スイッチ SA1 に並列接続されたトライアック VS2 に強力な電子キーが含まれています。トライアックの動作は、ダイオードブリッジ VD4 ～ VD7 の対角線に含まれる複合トランジスタ VT5VTZ の低電流スイッチによって制御されます。トランジスタＶＴ２のエミッタ回路内の抵抗器Ｒ５は、トランジスタＶＴ２が閉じているときの「破壊」ベースモードでのトランジスタＶＴ３の動作を防止する。低電流スイッチは、抵抗器Ｒ４を流れるトランジスタＶＴ２のベース電流によってオンになる。ご存知のとおり、複合トランジスタのベースの電流伝達係数は、それを構成するトランジスタの伝達係数の積に等しくなります。筆者が使用したトランジスタの場合、この係数の最小値は 2 です。つまり、この場合の複合トランジスタのベースの電流伝達係数は 3 以上であり、十分に高い抵抗を使用することができます。抵抗R2、デバイスの消費電力はスタンバイモードでは2 Wを超えず、フォトリレーの動作後はさらに少なくなります。

フォトリレーの電気回路（クリックして拡大）

感光素子は VD1 フォトダイオードであり、赤外フォトダイオード FD256 として使用され、スペクトルの可視領域で十分な感度を備えています。シュミットトリガー DD1.1 では、しきい値要素が作成されました。応答閾値は同調抵抗器 R1 によって調整され、コンデンサ C1 はデバイスのノイズ耐性を高めます。要素 DD1.2、抵抗 R2、およびコンデンサ C1.3 では、フォトダイオードの短期間の照射中の誤検知を排除するリレースイッチング遅延ユニットが作成され、要素 DD1 では、必要な動作ロジックを提供するインバータが、トランジスタ上で作成されます。 VT1 - 出力スイッチ。 DD3 チップは、VD4 ツェナーダイオードと R2 抵抗のパラメトリック電圧レギュレータによって電力を供給されます。ダイオード VDXNUMX はフィルタコンデンサ C の放電を防止します。3 フォトリレーがアクティブになったとき。

DD1 マイクロ回路のシュミットトリガはインバータに組み込まれており、一見したところ、K2LA2 または K561LE7 マイクロ回路の要素 561I-NOT または 5OR-NOT のインバータで置き換えることができます。しかし、この装置では、そのような置き換えは正しくありません。要素 DD1.1 と DD1.2 の入力の電圧はゆっくりと変化します。最初の電圧は自然光のレベルの滑らかな変化により、2 番目の電圧は RЗС2 の大きな時定数により変化します。回路。シュミットトリガには明確な応答しきい値があり、入力トランジスタの 1 つがまだ閉じる時間がなく、XNUMX 番目のトランジスタがすでに開き始めている場合、入力特性のこの場所の論理要素には不確実ゾーンがあります。その結果、トランジスタに貫通電流が流れ、マイクロ回路の消費電流が急激に増加します。キーオントランジスタ VTXNUMX および UXNUMXZ の入力回路は微小電流モードで動作するため、マイクロ回路の動作モードのこのような変更はデバイスの誤動作につながります。

提案されたフォトリレーは次のように動作します。標準 SA1 スイッチと並列に照明ネットワークに接続すると、コンデンサ C4 は、VD7-VD3 ダイオードブリッジによって整流された電流の数半サイクルの間充電されます。電圧がツェナーダイオード VDZ の降伏電圧 (微小電流モードでは、数ミリアンペアの電流で正規化された安定化電圧より低い) に達すると、トランジスタ VT2 と U1Z が開きます。トランジスタを流れる電流が VS1 トライアックを開くのに十分な値に達すると、VS4 トライアックが開き、スイッチと VD7-VDXNUMX ダイオードブリッジの両方が短絡されます。

コンデンサ C3 は、トライアック VS1 が閉じている間、主電源電圧の各半サイクルの開始時に再充電されます。

デバイスが接続されると、コンデンサ C2 が放電され、DD1.2 要素の入力の電圧は 0、出力の電圧は対数になります。 1、および要素DD1.3の出力 - log 0であるため、電界効果トランジスタVT1は閉じており、デバイスの動作に影響を与えません。

デバイスのさらなる動作は、フォトダイオード VD1 の照度レベルによって決まります。それ（レベル）が不十分な場合、フォトダイオードの逆抵抗が高く、DD1.1 素子の入力に対数レベルが存在します。 1、出力 - ログレベル。 0であり、デバイスの動作に変化は起こりません。主電源電圧の各半サイクルの開始時に、トライアックVS1が開き、照明ランプEL1に電圧を供給します。

光レベルが増加すると、VD1 フォトダイオードの逆抵抗が減少し、ある時点でその両端の電圧がシュミットトリガしきい値 DD1.1 未満になります。log 3 レベルが出力 (ピン 1) に現れますが、電流は抵抗R2を通じてコンデンサC2の充電が開始されます。数十秒後 (コンデンサ C3 の静電容量と抵抗 R1.2 の抵抗値に応じて)、シュミットトリガ DD4 の結合入力の電圧がトリガレベルに達し、その時点で log 0 レベルが表示されます。その結果、DD1.3 素子がその出力 (ピン 10) に切り替わり、ログレベル 1 が表示され、電界効果トランジスタ VT1 が開き、トランジスタ VT2 と VT3 のエミッタ接合が分流されます。その後、トランジスタ VT1 は開いたままとなり、トライアック VS1 の制御電極を通って電流が流れますが、抵抗 R4 によって最大振幅が 1 mA 未満に制限され、これはトライアックの開放電流よりも小さくなります。

TC106-10-10 トライアックを輸入トライアックに置き換える実験中に、VT137-600 トライアックの一部のインスタンスでは、開放電流が 1 mA 未満であり、フォトリレーがスタンバイモードの場合、トライアックが主電源電圧の最大振幅に達すると開き、EL1 ランプは中途半端に点灯します。このような高感度の Si ミスターを備えたフォトリレーを通常に動作させるには、抵抗 R4 の抵抗を 1 MΩ に増やす必要がありました。

照度レベルが低下すると、フォトダイオード VD1 の逆抵抗が増加し、DD1.1 素子の入力電圧が上昇し、ある時点でシュミットトリガ DD1.1 が切り替わり、出力にログレベルが現れます。 0. 電源電圧まで充電されたコンデンサ C2 は、抵抗 R3 を通じて放電を開始します。数十秒後、DD1.2 素子の入力の電圧が大幅に低下し、DD1.2 素子、続いて DD1.3 素子が切り替わり、トランジスタ VT1 のゲートにログレベルが現れます。 0になり、複合トランジスタUT2UTZのエミッタ接合のシャントを停止して閉じます。各半サイクルの開始時に、EL1 ランプが点灯しながら、トライアック VS1 が開き、オンになります。

フォトダイオード VD1 の短期間の照射 (たとえば、通過する車のヘッドライト、稲妻のフラッシュなど) では、完全に放電されたコンデンサ C2 の電圧が大幅に変化する時間がありません。これにより、高いノイズ耐性が実現します。提案されたフォトリレーの。

詳細について。故障した CFL の電子安定器から取り外したトランジスタ MJE13002 とダイオード 1N4007。トランジスタの交換基準：コレクタ・エミッタ間電圧 - 400 V 以上、最大コレクタ電流 - 100 mA 以上、ベースの静電流伝達係数 h_21E - 25 より大きい。このトランジスタパラメータが 25 未満の場合、抵抗 R4 の抵抗を 200 kOhm に下げる必要があります。

VD4-VD7 ダイオードの要件 - 少なくとも 100 mA の直流、少なくとも 700 V の逆電圧。トライアック TS106-10 は少なくともクラス 5 の電圧、つまり閉状態で少なくとも 500 V の電圧に耐える必要があります。図に示されているトライアックを輸入品と交換する場合は、スイッチング電力を考慮し、照明ランプのコールドフィラメントを流れる電流が公称電流の5～10倍であることに留意する必要があります。。負荷電力が 200 W を超える場合は、トライアックをヒートシンクに取り付ける必要があります。

FD256 フォトダイオードは古いテレビの SDU から取り外されました。スペクトルの可視部分のフォトダイオードが市販されることはほとんどないため、FD256 がない場合は、他のタイプの IR フォトダイオードを試してみる価値があります。適合性の基準は、照明の変化に伴う逆抵抗の変化が少なくとも 212 倍であることです。以前に産業機器で使用されていた一部の IR フォトダイオードは、スペクトルの可視部分で優れた感度を備えています。たとえば、IP-XNUMX タイプの煙火災感知器から抽出された IR フォトダイオードは非常に優れています。これは、施設や組織で定められた耐用年数に達した火災警報器の修理中に大量に廃棄されます。実験中は、スペクトルの赤外領域の放射が最小限に抑えられている LED ランプを使用してフォトダイオードを照明する必要があります。

ツェナーダイオード VD3 - 安定化電圧 3,3 ～ 5 V の低電力、ダイオード VD2 - 低電力シリコン。 KP501AトランジスタをKP501、KP504、KP505シリーズのいずれかに置き換えます。 KR1561TL1 チップの代替品 - K561TL1、564TL1、または CD4093B の輸入類似品。

固定抵抗器 - 図に示されている任意のタイプの損失電力 (抵抗器 R4 の損失電力 - 0,5 W - は、電気強度の理由から選択されました)。デバイスを屋内に設置する場合のトリマー抵抗器 R1 - どのタイプでも、屋外に設置する場合は、SPO-0,15、SPO-0,5、または SP4-1 などの密閉設計の抵抗器を使用することが望ましいです。抵抗器の内部空洞をシールするには、ハウジングから出るエンジンローラーにテクニカルワセリンまたは CIATIM グリースの層を塗布する必要があります。

コンデンサ C1、C3 は、フィルムとセラミックの両方の任意のタイプにすることができます。 C2 - 輸入酸化物 (公称電圧 - 50 V - 層間絶縁が良好であるため、動作電圧よりも大幅に高く選択されます) - 定格電圧が高いほど、絶縁は優れています、つまり漏れ電流が少なくなります）。

このデバイスは、45x25 mm の寸法のユニバーサルブレッドボードの一部に組み立てられます。保守可能な部品を使用し、取り付けにエラーがない場合、調整はトリミング抵抗 R1 で目的のしきい値を設定することになります。耐候性を考慮して、調整されたボードは 212 層のニトロラッカーで覆われ、IP-XNUMX 火災感知器のハウジング内に配置され、外観が良好です。

著者: K.モロズ

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