|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Сенсорний реверсивний вмикач. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоаматор-конструктор Часто при виготовленні тієї чи іншої схеми, втіленої хоча б на макеті, при оцінці відповідності її реальної роботи та опису виникають принаймні три логічні варіанти: 1. Схема не заробила і була забракована з тих чи інших причин як непрацездатна. 2. Схема запрацювала відразу, і опрацювання не проводилося. З. Схема не запрацювала, але після уважного вивчення схемотехніки на цю тему, конструктивного опрацювання, ретельного виміру режимів, раціонального вибору радіоелементів та внесення необхідних коректив вона запрацювала. Перший варіант навряд чи варто аналізувати. Другий варіант хоч і дав позитивний результат, але може мати "підводне каміння". Зупинимося на третьому варіанті, трудомісткому спочатку, але, як показує практика [7, 11], що дозволяє в результаті отримати надійну роботу схеми в майбутньому. Як приклад розглянемо опрацювання нескладної (рис.1) і хорошої за ідеєю схеми [8].
Схема "гвоздика" (відразу привернула увагу своєю простотою, що передбачало хорошу повторюваність), тому було виготовлено три друковані плати, на які були встановлені нові радіоелементи відповідно до опису. Однак "гвоздик" ніяк не хотів працювати стабільно. Він то вимагав тривалого первинного (після двох-трьох днів знеструмленого стану) утримання сенсора, то починали з незрозумілих (на перший погляд) причин виходити з ладу транзистори VТ1-VТ4, причому на різних платах різні. На плати встановлювалися інші типи транзисторів, триністорів, плати навіть деякий час відкладалися на "дозрівання", але позитивного результату це дало. Оскільки періодично виникала потреба в сенсорному вимикачі такого типу, то з'явилася ідея розробити на базі "гвоздика" схему економічного уніфікованого сенсора, який однаково добре працював би в схемах як із живленням від батарей, так і з живленням від мережі змінного струму, як із гальванічним зв'язком з мережею, і без неї. Після теоретичного опрацювання схемотехніки "гвоздика" було зазначено, що вона має достатньо нереалізованих ресурсів. Було вирішено використовувати як активні елементи "народні" транзистори типу КТ315, причому (для кращої повторюваності) з будь-яким буквеним індексом і без попереднього відбору. Ресурс чутливості (рис.2) був підвищений зменшенням до 1 МОм опору резистора R1 і збільшенням до 1 МОм (а в деяких випадках і його винятком) опору резистора R2, оскільки [8] він спільно з R1 утворює (див. рис.1 ) дільник напруги, що надходить з майданчика сенсора, що зменшує рівень вхідної напруги приблизно в 10 разів. Для компенсації цього у схемі [8] застосовані підсилювальні елементи (КТ3102) з великим коефіцієнтом посилення струму, що недоцільно.
Для мінімізації впливу перешкод, що наводяться в сполучних дротах (чим пояснювалося [8] введення R2) в реальних конструкціях, з'єднання датчика сенсора зі схемою бажано виконувати провідниками мінімальної довжини за допомогою екранованого дроту. Статичні режими Оскільки в [10] для КТ315 не обумовлено максимальну напругу е-б, б-к, то для підвищення надійності роботи в схемі сенсора було прийнято рішення замість діода VD1 (до речі, його тип, а так само тип VD2 в [8] не вказано ) встановити стабілітрон типу КС168, включений у тому напрямі. Він повинен виконувати вже дві функції: у прямому напрямку для негативної напівхвилі сигналу працювати як звичайний діод, захищаючи перехід е-б VТ1 від впливу зворотної напруги по ланцюгу управління, а для позитивної напівхвилі - як обмежувач (супресор), що нормує максимальну величину напруги керуючої напівхвилі лише на рівні напруги його стабілізації. Такий недолік у вхідному каскаді є й у схемі сенсора [5]. У процесі опрацювання схеми (див. рис.1) було помічено, що після знаходження схеми (3-4 дні) у знеструмленому стані вона чомусь не спрацьовує навіть при тривалому торканні сенсора, але при замиканні пальцями висновків б-к VT1 на макетній платі (що свідчить про достатньо посилення активних елементів) спрацьовує. Надалі протягом одного-двох днів схема працює нормально, потім, після того ж періоду перебування в знеструмленому стані, це явище проявляється знову і усувається аналогічно. Виникло припущення, що причина явища полягає в електричному формуванні С2: як тільки С2 вперше досить зарядиться (а отже, і сформується), схема працює стійко навіть після короткочасної розрядки (замиканням висновків) С2. Для примусового початкового електричного формування С3 (див. рис.2) до рівня 0,4 при включенні напруги живлення в схему сенсора введені дільник напруги R2R3 і ключовий діод VD3. При досягненні цієї напруги VD3 закривається і надалі дільник не впливає роботу сенсора. Таке рішення до певної міри компенсує струм витоку С3, властивий оксидним конденсаторам великої ємності, а також підвищує чутливість, зменшуючи час торкання сенсора, необхідне спрацьовування схеми. В результаті вимірювань, проведених за допомогою осцилографа С1-33 з відкритим входом (вхідний опір 1 МОм), виявилося, що при досить тривалому утримуванні сенсора напруга на конденсаторі С3 зростає аж до 6...8 В, що може бути причиною виходу переходу б-к VТ2 з ладу. Тому в ланцюг його бази введений резистор R4 аналогічно схемотехніці, яка добре зарекомендувала себе в триністорному регуляторі [4]. В результаті цього значно збільшилася стала часу розрядного ланцюга С3R4 (б-е) VТ2, що дозволило отримати набагато більшу витримку при меншій (порівняно з рис.1) величині ємності оксидного конденсатора С3. Для усунення перевантажень у ланцюг бази VТ3 та VТ4 з тих же причин введені обмежувальні резистори R5, R7. Вимірювання напруги, проведені на С3, показали, що їхнє введення ніяк не вплинуло на параметри включення та вимкнення сенсора. Призначення конденсатора С3 (див. рис.1) в описі [8] не вказано. Практичні виміри на працюючій схемі показали, що його наявність знижує поріг включення приблизно на 0,1 B і підвищує таку ж величину напруга вимкнення, що збільшує загальну витримку на 10 ... 15 с. Звідси було зроблено висновок, що його застосування недоцільно. У процесі роботи при вимиканні тріністора та наявності індуктивних навантажень у мережі можливе виникнення широкого спектру перешкод. Тому зменшення внутрішнього опору джерела живлення сенсора по високій частоті в схему (див. рис.2) введено конденсатор С4, що зменшило ймовірність проникнення високочастотних перешкод в ланцюг сигналу через ланцюга живлення. Як ключ для управління VS1 (див. рис.1) навряд чи варто використовувати високовольтний транзистор великої потужності (10 Вт!) типу КТ940, подаючи у відкритому стані в ланцюг управління VS1 струм порядку 55 мА! Можна цілком обійтися і тим самим (див. рис.2) КТ315, приєднавши його до стабілізованого джерела постійної напруги, від якого отримують живлення інші транзистори схеми сенсора. Це крім стабілізації параметрів включення VS1 виключає можливі навантаження в ланцюзі його керуючого електрода, так як струм у його ланцюзі при повністю відкритому VТ4 визначається величиною резисторів, що гасять R10, R11. Оскільки по [10] максимальний струм колектора КT315 100 мА, такий режим для нього цілком безпечний. У процесі вимірювань струму (не напруги) через керуючий електрод VS1 (див. рис.2) за допомогою авометра Ц4342 було помічено, що в момент включення є ривок стрілки вимірювача у бік більшої величини, а потім встановлюється струм на рівні 4...5 мА (залежно від екземплярів VТ4 та VS1). У літературі мені не зустрічалася інформація про залежність величин струму через керуючий електрод від зміни характеру навантаження, тому передбачалося, що причина явища полягає у використанні нелінійного навантаження - НL1, опір якої в холодному стані набагато менше, ніж розжареному. Величина резистора між керуючим електродом і катодом (R5 - рис.1, R9 - рис.2, R7 - рис.3, R10 - рис.4, 5), рекомендована в літературі, для мінімізації впливу факторів, що дестабілізують, на параметри включення тріністора по ланцюгу керуючого електрода має перевищувати 1 кОм.
Живити сенсор безпосередньо від мережі (див. рис.1) недоцільно, краще підключити його харчування паралельно (а-к) триністору, наприклад, як це рекомендує [6]. Відповідно до його вольт-амперної характеристики (рис.8), після того, як VS1 включився, його можна перевести в закритий стан, знизивши струм через нього до величини, меншої за Iвыкл. У пристроях постійного струму для цієї мети використовуються або конденсатор, що комутує, або спеціальні послідовні резонансні ланцюжки, напруга перезаряду або протиЕРС яких, короткочасно прикладаючись до триністора у зворотному напрямку, вимикає його. У ланцюгах змінного та пульсуючого струму триністор закривається самостійно при переході величини його анодного струму через нуль автоматично. У цій схемі використовується ключовий амплітудний метод управління, який поступається імпульсному енерговитратам на управління. Тому шунтування ланцюга управління на час перебування триністора у відкритому стані, яке має місце у нашому випадку, є оптимальним. Крім зменшення середнього струму споживання схеми управління, така сполука, природно, дозволить також зменшити виділення тепла на R10, R11 (див. рис.2). У цьому випадку діод VD5 служить вже не для випрямлення, а для поділу джерела постійного струму живлення сенсора (згладженого С2) і джерела напруги, що пульсує, живить VS1. Динамічні режими Перевірку роботи елементів схеми сенсора зручно (і безпечно!) проводити на макеті, скориставшись джерелом постійного струму на 9...10 В, в динамічному режимі, відключивши елемент затримки (С2, рис.3), використовуючи як візуальний індикатор роботи схеми світлодіод VD3. Оскільки в цьому режимі схема є формувачем керуючого напруги з напруги наведення, що надходить з сенсорного майданчика Е1, для спостереження процесів, що відбуваються в ньому, використовують осцилограф. Амплітудне значення напруги наведення на майданчику сенсора становить 15 B (звичайно, у конкретному місці, де проводилися вимірювання). Напруга на базі VТ1 - 6 B (служить підсилювачем потужності сигналу наведень), на емітері - 6 В, на базі VТ2 - близько 6 B (служить підсилювачем з напруги та обмежувачем сигналу зверху), на колекторі - 0,8 B, з чітким обмеженням зверху. На колекторі VT3 сигнал має рівень 8 B, вже сформований (обмежений і знизу) і готовий до вступу на вихідний ключ (рис.3, 4) або ключ управління VS1 (рис.2, 5), функцію якого у всіх схемах виконує VТ4, напруга сигналу на базі якого порядку 1,5 B. При підключенні С2 (див. рис.3) та вимірюванні напруги на ньому, проведеного за допомогою осцилографа С1-33 з відкритим входом (вхідний опір 1 МОм), виявилося, що схема включається при напрузі близько 0,8 B, а вимикається при напрузі 0,7 B. Додатково з'ясувалося, що спроба підключитися до тієї ж точки тим самим осцилографом, але із закритим входом призводила до включення схеми, оскільки ємністю затримки була вхідна ємність осцилографа. Для перевірки роботи сенсора на змінному струмі з гальванічною розв'язкою від мережі використано трансформатор від електропаяльного набору 2.940.005 ТУ, що випускався Вінницьким заводом "Маяк". Схема сенсора була підключена до його нижнього роз'єму, величина змінної напруги на якому становила близько 24 В. Усі елементи схеми рис.2 залишені без змін, тільки резистори R10, R11 для отримання через стабілітрон VD1 струму 20 мА зашунтовані резистором типу МЛТ-0,5 опором 470 Ом. Як навантаження використана лампа розжарювання на напругу 28 В та потужність 20 Вт. Під час перевірки роботи схеми обірвалося всередині ізолюючої оболонки загальний дріт від голкового щупа осцилографа, а сам факт залишився непоміченим... Схема перестала працювати. Торкання сенсора або давало спалах, або лампа світилася, миготливо уповнакала, причому при кожному торканні все відбувалося по-різному. На вигляд включення впливала площа контакту, зусилля притиску, яким чином торкався - сидячи або стоячи, лівою або правою рукою і т.д. Елементи схеми з ладу не виходили. Перевіривши покаскадне проходження наведення за допомогою осцилографа, звернув увагу, що сигнал скрізь однаковий і зрозумів, що немає з'єднання з корпусом. Припаяв загальний дріт, і працездатність схеми повністю відновилася! Почав шукати причину дивної поведінки схеми. Від'єднав вхідний щуп С1-3З від С2 – схема працювала, від'єднав загальний провід осцилографа – перестала працювати, під'єднав загальний провід – запрацювала знову. Стало зрозуміло, що має місце наведення із частотою мережі через корпус осцилографа, який у домашній майстерні, звичайно, не заземлений. Перевірив рівень перешкоди на корпусі осцилографа фазним пробником з неоновою лампою – трохи світиться, перевірив китайським "диво"-пробником із цифровою індикацією – 60 В! Перевірив величину наведення на корпусі увімкненого блоку живлення - та ж цифра! Стало зрозуміло, чому під час перевірки схеми сенсора постійному струмі з живленням від цього джерела схема працювала нормально. Підключив схему (див. рис.2) з дотриманням вказаної в [8] фазування. Модернізований "гвоздик" працював нормально. Крім спеціальної мікросхеми К145АП2 [9, 11] ніде, а тим більше в серйозній промисловій апаратурі, наприклад, у селекторі вибору програм СВП-3 [2], наведення як керуючого сигналу не використовували. Який би тип сенсора не застосовувався - резистивний, ємнісний на зрив чи збудження генерації - рівень сигналу управління (попри відмінність фізичних принципів і схемотехніки) завжди стабільний, що непросто отримати з допомогою простий схеми з сигналу наведення із частотою мережі. На основі проведеного аналізу, вирішив не ускладнювати схему, а використовувати наявні ресурси сенсора - велике посилення та стабілізована напруга живлення, застосувавши резистивний сенсор, що з'єднує за допомогою опору шкіри пальця та резисторів R4, R5 вхід підсилювача постійного струму на VT1-VT4 з позитивним полюсом джерела живлення. Схема варіантів уніфікованого детектора показана на рис.4-5. Сенсор однаково добре працює від будь-якого (з поставлених у задачі на початку статті) джерел живлення, цілком безпечний і при роботі від мережі 220 B, оскільки тіло людини підключається з двох сторін контактів через опори по 1 МОм. Наприклад, величина струмообмежувального резистора, що входить до складу покажчика напруги однополюсного (з неоновою лампою) типу ІНН1, що застосовується в промисловості, дорівнює 910 кОм. В результаті проведених змін схема (див. рис.4), що знаходиться в "черговому" режимі, споживає від джерела живлення напругою 9 струм всього 1 мА! У режимі, після дотику сенсора, струм споживання 8 мА. Єдина перевірка, яку бажано провести для відбору транзисторів VT1-VT4, що встановлюються, - це "продзвонювання" переходів омметром на межі 100 кОм. При перевірці опору переходів у зворотному напрямку стрілка вимірювача не повинна відхилятися навіть незначно. Налагодження. У деяких випадках при великих коефіцієнтах посилення VТ1-VТ4 (і відсутності R2) при підключенні сенсора до джерела живлення, НL1 відразу спалахує, хоча їх повторна перевірка омметром навіть на межі 1 МОм не викликає відхилення стрілки вимірювача, що говорить про їхню справність. У такому разі надходять у такий спосіб. Паралельно переходу е-б VT1 підключають авометр, увімкнений вольтметром на межі 5...10 B. При справному VT1 HL1 повинна згаснути. Перемикають авометр на більш високі межі вимірювань, поки HL1 знову не загориться. Після цього перемикають авометр на нижчу межу, лампа повинна згаснути. Даний прийом дозволяє використовувати авометр як магазин опорів, оскільки авометри (в авторському варіанті Ц4342) мають "відкритий" вхід і вхідний опір порядку 20...25 кОм/B, що дає можливість приблизно прикинути необхідну величину R2, що зменшує загальне посилення схеми одержання чіткої роботи під конкретно застосовані транзистори. За потреби замість струмообмежувальних резисторів R10, R11 (див. рис.2) типу МЛТ-2, на яких виділяється теплова потужність порядку 4 Вт, можна встановити реактивний баласт - конденсатор типу К73-17 ємністю 0,22 мкФЧ630 В. При цьому дещо зміниться схема випрямляча (рис.6).
Зі схеми, показаної на рис.5, виключено діодне складання КЦ405В. Стабілітрон VD5 у схемі виконує дві функції: для негативної напівхвилі служить випрямляючим діодом, а для позитивної - обмежувачем на рівні напруги стабілізації. Резистор R11 служить обмеження кидка струму при заряді С5. Триністор VS1 працює однополуперіодним випрямлячем, що сприятливо позначається терміні служби НL1.
Плата розрахована розміщення деталей схем від рис.2 по рис.6. Залежно від бажаного варіанта встановлюють відповідні комплектуючі. Місця для незадіяних у цій схемі деталей або замикають дротяними перемичками, або залишають вільними. Те саме стосується і взаємних з'єднань контактних майданчиків для встановлення перемичок JР0, JР1, JР2 зі схемою. література:
Автор: С.А. Єлкін
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Найшвидші суперкомп'ютери у світі ▪ Нова мікросхема фероелектричної пам'яті FM25L16 ▪ Мікроконтролери Microchip PIC18F-Q41 ▪ Надтонкі гнучкі захисні стекла ▪ 64-розрядні процесорні ядра MIPS Warrior I6400
▪ розділ сайту Радіоаматорські розрахунки. Добірка статей ▪ стаття Кінське прізвище. Крилатий вислів ▪ стаття Коли буває найбільше гроз? Детальна відповідь ▪ стаття Обхідник траси гідрозоловидалення. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Спрощене Сегнерове колесо. Фізичний експеримент
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page