Чтобы лампы не перегорали

Чаще всего случается именно так — повернули выключатель, и тут вспышка, щелчок и — темнота. Отчего нити накала перегорают именно в момент включения? Дело в том, что сопротивление холодной нити раз в десять ниже ее сопротивления в накаленном состоянии, отчего в момент включения создается значительный бросок тока; мгновенно выделяется тепловая энергия, на порядок выше номинальной мощности. И если вы «угадали» щелкнуть выключателем в тот миг, когда сетевое напряжение достигает амплитудного значения, возникают электродинамические силы, способные разорвать перегруженную нить.

Нетрудно догадаться, что сохранить лампу помогло бы включение последовательно с лампой некоего токопроводящего элемента, начальное сопротивление которого существенно выше «холодного» сопротивления нити накала. По мере ее прогрева сопротивление «пускового» элемента должно падать до нуля, чтобы далее лампа нормально светила.

Как изменяется во времени сопротивление нити, показывает кривая 1 на рисунке 1.

Видно, что быстрый рост сопротивления нити происходит примерно через 0,03 секунды после подачи напряжения, а выход на близкий к номинальному уровень — примерно через 1 секунду. В качестве токоограничителя R1 еще несколько лет назад у нас была разработана кремниевая «таблетка» массой 0,007 г с начальным сопротивлением 110 Ом. Ее Ом-секундная характеристика изображена на рисунке 1 кривой 2.

Характер изменения общего сопротивления «таблетки» и нити 100-ваттной лампы ELI иллюстрирует кривая 3 на том же рисунке. Поскольку общее начальное сопротивление возрастает вчетверо, во столько же раз снижается ток, чем значительно облегчается «стартовый» режим работы лампы. Кремниевые токоограничители можно монтировать как внутри ламповой колбы, так и встраивать в токопроводящий патрон. Как показал эксперимент, «таблетки» увеличивают срок службы ламп накаливания до двух лет. Однако «таблеток» пока нет, и вряд ли они скоро появятся в продаже. Продлить век ламп накаливания могут несложные токоограничители из доступных электронных узлов. Принципиальная схема одной из подобных конструкций приведена на рисунке 2.

Устройство может быть выполнено в виде приставки, монтируемой внутри подставки настольной лампы или корпуса бра. Здесь функцию резистора с переменным сопротивлением, включенным последовательно с лампой ELI, выполняет тринистор VS1, включенный за выпрямителем VD3.

Импульсную команду на управляющий электрод тринистора подает аналог однопереходного транзистора, построенный на доступных биополярных транзисторах VT3, VT4.

Плавное, в течение 5…10 секунд нарастание тока лампы (и яркости ее свечения) задается цепочкой R1, C1; растущее на конденсаторе С1 напряжение постепенно приоткрывает составной транзистор VT1, VT2, все более ускоряя моменты срабатывания пары VT3, VT4 и отпирания тринистора.

Не исключено, что в перспективе может найти место необычный метод первоначального ограничения тока ламп, используя аналоги самовосстанавливающихся предохранителей типа MF-R, MF-S, выпускаемых фирмой Bourns. Они имеют небольшое сопротивление при номинальном токе, но уже при пятикратном броске тока их сопротивление возрастает до нескольких мегом. На рисунке 3 видно, что для защиты нити лампы предохранитель FU1 включается параллельно ей.

Рис. 3

Начальный бросок тока проходит через элемент FU1; по мере роста его сопротивления все большая часть тока ответвляется в лампу, постепенно ее накаливая.

После выключения светильника выключателем SA1 самовосстанавливающийся предохранитель возвращается в исходное состояние и вновь готов к срабатыванию. Вероятно, для ограничения всплеска тока в питающей сети понадобится ввести в нее индуктивное сопротивление Z1, падение напряжения на котором в нормальном режиме лампы весьма невелико.

Стоит обратить внимание, что проблема, о решении которой шла речь, связана со скачкообразной подачей напряжения на лампы накаливания. А что, если отрешиться от этого стереотипа и включать светильник не щелчком выключателя, а плавным поворотом ручного регулятора? Реальную возможность такого способа сохранения лампы дает специализированная микросхема (рис. 4) DA1 типа ГРН-1-220.

Последняя представляет собой симисторный фазоимпульсный регулятор напряжения, который позволяет плавно изменять напряжение на лампе и ее ток в пределах 0…97 % от сетевого напряжения, которое может достигать 400 В. Если микросхема работает без теплоотвода, находясь в просторном корпусе, можно управлять нагрузкой до 250 Вт; в миниатюрной конструкции, где отвод тепла затруднен, мощность нагрузки снижается до 100 Вт, чего, впрочем, достаточно для большинства бытовых светильников. Управляется микросхема переменным резистором R1 типа СП-0,4 или СПЗ-9Ф с линейным характером изменения сопротивления.

Ценным качеством такого выключателя-регулятора является то, что при промежуточных положениях резистора R1 можно задать свечение лампы вполнакала, в режиме ночника.

П. ЮРЬЕВ

 

Не бросайтесь на собак, даже если построили отпугиватель

Давно замечена способность собак воспринимать неразличимые человеком ультразвуки — звуковые колебания частотой свыше 20 кГц. Еще в средние века был изобретен ультразвуковой свисток, с помощью которого охотник, выслеживающий в лесу добычу, бесшумно подзывал своего верного друга. Но отношения человека и собаки не всегда складываются гармонично.

Нередко случаются встречи с «незнакомой» собакой, чей норов неизвестен и поведение непредсказуемо. В подобных обстоятельствах самое разумное, не озлобляя животное резкими выпадами, побудить его держаться подальше.

Схема генератора ультразвука, способного удержать зверя на расстоянии, изображена на рисунке 1.

Устройство содержит два генератора импульсов, построенных на микросхеме DD1, усилитель и ультразвуковой излучатель. Источник электрических колебаний ультразвукового диапазона собран на логических ячейках типа 2ИЛИ-НЕ DD1.3, DD1.4, охваченных обратными связями через внешние цепочки с элементами R3, R4, С2, которые задают частоту в пределах порядка 15…40 кГц.

Есть сведения, что воздействие ультразвукового излучения получается более «убедительным», когда модулируется звуковой частотой. В нашем устройстве эту роль выполняет генератор на ячейках DD1.1, DD1.2, конструктивно отличающийся от первого лишь величиной емкости в частотозадающих цепочках C1, R1, R3. Когда на выходе 4 ячейки DD1.2 появляется сигнал высокого уровня, его напряжение, поступая на вход 8 ячейки DD1.3, запускает ультразвуковой генератор. Таким образом, с выхода 11 DD1.4 идут пачки ультразвуковых импульсов, которые усиливаются составным транзистором VT1, VT2 и преобразуются в воздушные колебания динамической головкой ВА1 типа 6ГДВ-5Д-4.

Поскольку генератор не будет работать постоянно, в качестве выключателя предусмотрена кнопка SB1. Источник питания устройства можно составить из двух последовательно соединенных гальванических батарей типа 3LR12. Постоянные резисторы — МЛТ мощностью 0,125…0,5 Вт, переменные СП-0,4 или подобные ему.

Конденсаторы могут быть типа МБМ (С1) и КЛС (С2).

На рисунке 2 показано расположение выводов примененных микросхем и транзисторов.

Рис. 2

Компоновку изделия определяют наиболее габаритные детали — динамическая головка (80x50x30 мм) и комплект батарей питания (67x62x22 мм каждая). Ультразвуковой излучатель можно поместить в торце продолговатого прямоугольного футляра, за динамической головкой — сложенные вместе «широкими» сторонами батареи, сбоку от них — монтажную плату с радиоэлектронными компонентами. Ручки переменных резисторов следует вывести на заднюю стенку футляра, а на верхней — укрепить ручку для переноски. Кнопку, включающую питание, можно поместить на футляре сверху, но можно управлять ей, вынеся за пределы футляра и связав с ним гибким двухпроводным кабелем длиной около полуметра.

Однако всегда следует помнить о том, что далеко не все собаки боятся ультразвуков, и нужно вести себя так, чтобы отпугиватель вам не понадобился.

Г. ЮРЬЕВ