2.1.1. Как сделать необычным управление «обычным» таймером на микросхеме КР1006ВИ1

С появлением мигающих светодиодов в радиотехнике произошла микрореволюция. Применение мигающих светодиодов – сегодня уже достаточно распространенное явление, и, пожалуй, разве что ленивый не знает о них. Такие приборы (по внешнему виду они ничем не отличаются от «старого доброго» АЛ307 в пластмассовом корпусе) можно применять не только по прямому назначению – в виде светового прерывистого индикатора, но и иначе, к примеру, в качестве датчика – прерывателя сигналов звуковой частоты.

В устройствах световой и звуковой индикации однотонный звук часто утомляет и свидетельствует о скудости мысли автора и анахронизме электронного устройства, а между тем изменить ситуацию к лучшему несложно и под силу даже специалисту с небольшим опытом монтажа электронных элементов, тем более большой группе читателей журнала «Современная электроника» – признанным специалистам, которые в данном случае становятся почти самостоятельными «дирижерами» оркестра личной звуковой сигнализации. Давайте совместно разберем несколько проверенных на практике примеров.

Вариативность практических экспериментов с прерыванием генерации на КР1006ВИ1. Интегральная микросхема КР1006ВИ1 часто используется в радиолюбительских конструкциях для генерации импульсов звуковой частоты с высоким содержанием гармоник. Такой генератор, реализованный по классической, многократно описанной в литературе схеме, вырабатывает импульсы, близкие к прямоугольной форме.

Выходная частота импульсов генератора равна примерно 1200 Гц и зависит от элементов времязадающей цепи – сопротивления постоянных резисторов R1, R2 и емкости конденсатора С1.

Частоту генератора можно менять, увеличивая и уменьшая значения данных элементов. Такой относительно простой генератор практически годится для широкого круга всевозможных новаторских и экспериментальных решений, к примеру, для звуковой сигнализации того или иного технического процесса, осуществляемого (контролируемого) электронным устройством. Мощный выход микросхемы КР1006ВИ1 позволяет подключать нагрузку с током потребления до 250 мА. Амплитуда сигнала на выходе генератора 2/3 UH.

На рисунке 2.1 показана простая базовая схема включения генератора с обозначениями пунктиром некоторых новаторских решений. Рассмотрим ее работу.

Рис. 1.1. Электрическая схема включения КР1006ВИ1

В качестве излучающего элемента HA1 применен пьезоэлектрический капсюль ЗП-3. В таком виде узел представляет собой звуковой сигнализатор однотонального сигнала, который приводится в действие, если замкнуть контакты включателя SF1.

Для усиления громкости звука можно не дополнять схему усилителем; достаточно просто подключить динамическую головку мощностью 1–3 Вт (например, 3ГД-38, как показано внизу рис. 2.1) с сопротивлением катушки не менее 8 Ом между общим проводом и выводом 3 микросхемы DA1. Громкость звука усилится в 2–3 раза.

Подключение производится через разделительный оксидный конденсатор С4 емкостью 10–50 мкФ на рабочее напряжение более 16 В. Это необходимо для того, чтобы на работу микросхемы не влиял посторонний ток от других сопряженных устройств, в данном случае чтобы постоянная составляющая постоянного напряжения не воздействовала на катушку динамической головки.

Конденсатор С3, взаимодействуя с пьезоэлектрическим капсюлем HA1, способствует получению более приятного на слух звука. Громкость звучания пьезоэлектрического капсюля можно повысить и другим путем – сочетанием (приближением) выходной частоты генератора импульсов с резонансной частотой пьезоэлектрического капсюля HA1, но это тема для отдельной статьи. В формате же нашего небольшого экспериментального исследования продолжим знакомство с реакцией микросхемы КР1006ВИ1 на различные варианты включения светодиодов в ее цепях.

О деталях схемы, представленной на рисунке 2.1: постоянные резисторы типа МЛТ-0,25 или любые другие малой мощности. Конденсаторы типа КМ-6 или аналогичные, с группой ТКЕ H90. Напряжение питания устройства в диапазоне 5-15 В. Ток потребления (базовой схемы с пьезоэлектрическим излучателем) 8 мА. Вместо микросхемы КР1006ВИ1 (в базовом исполнении представляет собой интегрированную схему на биполярных транзисторах) можно применять зарубежные аналоги таймеров 555, ICL555, ICLM7555. В последнем случае ток потребления еще более сократится, так как исполнение микросхемы будет реализовано на полевых МОП-транзисторах.

Генератор в таком виде работает в постоянном режиме и излучает однотональный сигнал. Небольшая доработка узла позволяет расширить возможности базовой схемы и получить различные необычные звуковые эффекты, которые привлекут внимание эффективнее, нежели однотонный звук.

Доработка заключается во введении в электрическую схему мигающего светодиода. Применение мигающего светодиода незначительно усложняет схему, однако я считаю это весьма эффективным вариантом, так как из базового генератора удалось сделать генератор прерывистого и мультитонального сигнала.

Есть несколько вариантов подключения мигающего светодиода, каждый из которых подробно рассмотрен ниже.

В качестве мигающего светодиода использовался прибор L517hD-F (сила свечения – 7,5 мкД, номинальное постоянное напряжение – 3 В, диаметр излучающей головки – 5 мм).

В качестве HL1 можно также применять мигающие светодиоды L-816BRSC-B, L-769BGR, L-56DGD, TLBR-5410, L-36BSRD, L-297-F и аналогичные по электрическим характеристикам.

Вариант 1. Включение мигающего светодиода параллельно конденсатору С2. Электрическая схема представлена на рисунке 2.2.

Рис. 2.2. Электрическая схема включения мигающего светодиода параллельно конденсатору С2

В данном случае вход управления положительным импульсом микросхемы КР1006ВИ1 шунтируется светодиодом на общий провод. Во время активного свечения HL1 частота звукового сигнала минимальна.

Это интересно! Получается интересный звуковой эффект – трехтональная сирена с равной длительностью импульсов каждого тона. Форма импульсов на выходе генератора (вывод 3) прямоугольная со сдвигом частоты на 200–250 Гц через каждые 0,3 с (это наглядно иллюстрирует рис. 2.3).

Рис. 2.3. Форма импульсов генератора с разным напряжением Un

График зависимости частоты от питающего напряжения таков, что при понижении питающего напряжения с мигающим светодиодом L517hD-F отечественного светодиода АЛ307БМ до 3,5 В (и увеличении U n свыше 15,5 В) генерация срывается.

При стабилизированном Un= 5 В на выходе микросхемы фиксируется однотональный прерывистый сигнал с частотой около 1050 Гц (см. график на рисунке 2.4).

Рис. 2.4. Иллюстрация зависимости частоты от питающего напряжения

Если конденсатор С2 исключить из схемы, незначительно уменьшается частота импульсов генератора.

Следующим шагом было подключение последовательно (в прямом направлении) с мигающим светодиодом L517hD-F отечественного светодиода АЛ307БМ (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Подключение последовательно (в прямом направлении)

Получился удивительный эффект, напоминающий (на слух) хаотичную беспорядочную «морзянку». При понижении Un с 12 до 5,5 В генерация срывается; то же происходит и при превышении Un свыше 15,5 В.

При подключении светодиода АЛ307БМ последовательно с мигающим, но в обратном направлении обнаружился тот же эффект, что и вообще без светодиода АЛ307БМ.

Вариант 2. Шунтирование вывода 7 микросхемы DA1 на общий провод.

Форма импульсов на выходе генератора приближена к прямоугольной. Частота выходного сигнала 2225 Гц. На слух звук напоминает потрескивание электрических разрядов.

Рис. 2.6. График зависимости выходного сигнала от питающего напряжения в варианте 2

На графике зависимости сигнала от питающего напряжения (рис. 2.6) наглядно видно, что при понижении Un ниже 10 В появляется стабильная генерация импульсов частотой от 500 до 800 Гц с периодом следования (прерыванием) частотой примерно 2 Гц (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Стабильная генерация импульсов частотой от 500 до 800 Гц с периодом следования (прерыванием) частотой примерно 2 Гц

Вариант 3. Подключение мигающего светодиода к объединенным входам 2 и 6 микросхемы DA1 и положительному полюсу источника питания (см. рис. 2.8).

Рис. 2.8. Электрическая схема подключения мигающего светодиода к объединенным входам 2 и 6 микросхемы DA1 и положительному полюсу источника питания

На подключенном к выходу генератора осциллографе (при Un=12 В) наблюдаются пачки импульсов, состоящие из двух прямоугольников (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Вид, форма импульсов и график зависимости выходного сигнала от питающего напряжения при различных подключениях

На слух работа генератора воспринимается как звук медицинского аппарата, контролирующего работу человеческого сердца (звуки «пик-пик» в момент прохождения пульса). Светодиод не светится. Он начинает слабо вспыхивать, только если последовательно с ним включить ограничительный резистор сопротивлением 330 Ом, что на работу генератора не влияет.

При уменьшении Un до 5 В фиксируется прерывистый звуковой сигнал с базовой частотой генератора 800 Гц. При уменьшении Un до 3,5 В пьезоэлектрический капсюль HA1 излучает однотональный сигнал соответствующей (напряжению питания) амплитуды и частотой, примерно равной 600 Гц.

Интересно , что справочные (известные в открытых источниках) данные микросхемы КР1006ВИ1 показывают, что она стабильно работает в интервале постоянного питающего напряжения 4,5-16 В, однако приведенный выше пример позволяет использовать схему генератора с мигающим светодиодом и (в том числе) с пониженным, относительно номинального, напряжением питания микросхемы.

Вариант 4. Шунтирование входа 7 микросхемы DA1 светодиодом на положительный полюс источника питания.

Светодиод HL1 мигает с частотой примерно 2 Гц. На выходе генератора фиксируется двухтональный звук, напоминающий на слух сирену пожарной машины.

В момент зажигания светодиода HL1 базовая частота генератора увеличивается примерно вдвое. Этот эксперимент иллюстрирует рисунок 2.10.

Рис. 2.10. Иллюстрация увеличения частоты сигнала в эксперименте по варианту 4

При увеличении питающего напряжения свыше 12 В характер чередования сигнала не меняется, но изменяется сама граница частоты. Так, при Un=15 В верхний предел частоты уже не 1200 Гц, а более 1500. При увеличении питающего напряжения свыше 16 В генерация срывается.

Вариант 5. Мигающий светодиод L517hD-F заменяется на фоторезистор СФ3-3 и подключается, как и в варианте 3, к 6-му выводу микросхемы DA1. Другим выводом фоторезистор подключается поочередно (варианты): «А» – к отрицательному и «Б» – к положительному полюсу источника питания (при Un=12 В).

Это подключение иллюстрирует рисунок 2.11.

Результат следующий: при затемнении фоторезистора в варианте «А» пьезоэлектрический капсюль НА1 воспроизводит колебания звуковой частоты около 1000 Гц. При освещении рабочей поверхности фоторезистора генерация отсутствует.

В варианте «Б» результат аналогичный. Необходимо только отметить, что в этом случае чувствительность устройства к освещенности в несколько раз лучше.

Рис. 2.11. Подключение с помощью фоторезисторов

При уменьшении напряжения питания до +5 В все повторяется, с той лишь разницей, что громкость звукового сигнала и амплитуда импульсов соответственно ниже, а частота выходного (воспроизводимого) сигнала находится в районе 500–600 Гц.

На основе рассмотренного эффекта можно создать немало удивительных приборов наподобие незаслуженно забытого «терменвокса», где звуковое сопровождение изменялось в зависимости от емкости вокруг антенн.

Рассмотренное в варианте 5 устройство может изменять громкость и частотную палитру звука в зависимости от светового потока на рабочей поверхности фоторезистора, который (поток) можно соответственно затемнять или усиливать манипуляциями рук вокруг фоторезистора.

Напряжение питания 12 В при проведении эксперимента обеспечивалось стабилизированным источником питания.

Вариантов применения устройства прерывистой и трехтональной (вариант 1) сигнализации очень много, и они ограничиваются только творческими замыслами радиолюбителя.

Такие электронные схемы можно применять в качестве сигнализатора открывания дверцы старого холодильника (новые таким функционалом снабжены). Или опять же, к примеру, повышения контролируемой температуры; в любом случае конструкция будет отличаться мягким, необычным звучанием, достаточной для восприятия в одном помещении громкостью и простотой повторения (необходимо соответственно случаю добавить мигающий светодиод к стандартной схеме таймера КР1006ВИ1).

Конкурировать по простоте и себестоимости с описанным вариантом могут зуммеры, изготовленные на производстве, рассчитанные на широкий спектр постоянного напряжения, например FMQ-2724, или аналогичные электронные устройства, построенные, к примеру, на микросхеме КР1436АП1 с прерывистой регулируемой генерацией.

Включение мигающего светодиода в цепь управления генерацией микросхемы КР1006ВИ1 существенно расширяет возможности и этого электронного узла, который, на первый взгляд, кажется «затертым», доисторическим и бесперспективным. На мой взгляд, светодиод дает этой классической электронной схеме на КР1006ВИ1 новую жизнь и возможную популярность среди радиолюбителей.

 

Промышленные настольные светильники с электронным запуском (балластом) довольно распространены и популярны из-за удобства регулировки угла наклона и устойчивости на струбцине. На моем рабочем столе светильник работает годами. Некоторые экземпляры проработали более 10 лет с одной лампой при использования 2–3 часа в сутки.

Внутри «черного ящика», кроме энергосберегающей лампы 11 Вт (и силой светового потока 800 Лм) фирмы Feron с цоколем G23 и размерами 19x32x237 мм установлен электронный балласт (ЭПРА – электронный пускорегулирующий аппарат), который в некоторых случаях называют адаптером питания или преобразователем напряжения. ЭПРА представляет собой однотактный генератор на двух транзисторах 13002 с частотой примерно 40 кГц, нагруженный на повышающий трансформатор.

Такая частота мерцания практически незаметна на глаз, что становится дополнительным фактором удобства светильника. Но когда лампа в таком светильнике самопроизвольно гаснет, невольно задумываешься, в чем тут дело, и начинаешь вникать.

В большинстве случаев (80 % от числа отказов) выявлялся один и тот же недостаток (причина неисправности) адаптера энергосберегающей лампы (ЭПРА) – обрыв ограничительного резистора на самом входе схемы. Этот анализ часто повторяющихся неисправностей дал основание предполагать, что простым способом, без покупки и последующей замены дорогостоящих элементов схемы, таких как транзисторы 13002 и повышающий трансформатор на ферритовом сердечнике, можно вернуть такие светильники в исправное состояние.

Раньше, когда мне приносили в ремонт такие светильники, я действительно выпаивал транзисторы 13002, составляющие вместе с элементами схемы и диоды типа 1N4007, проверяя их. Однако со временем пришел к выводу, что этого делать вовсе не следует, ибо слабое звено данного светильника вовсе не полупроводники и даже не повышающий трансформатор, а резистор, выявить который можно, проверив последовательно «прохождение» тока от места подключения проводов (напряжение осветительной сети 220 В).

После резистора, обозначенного на плате R1, напряжения нет. Проверка работоспособности элементов, установленных на печатной плате (см. рис. 2.18), осуществляется с помощью омметра. В моем случае был применен стрелочный тестер 7001, а для точного определения сопротивления вновь устанавливаемого резистора – цифровой М830.

Рис. 2.18. Открытый корпус светильника с печатной платой ЭПРА

Также я неоднократно замечал, что при замене ламп разных фирм-производителей (разные названия, но все производства КНР) не всякая лампа с той же мощностью работает стабильно. К примеру, лампы Philips работают устойчиво, зажигаясь сразу после подачи питания, а лампы Ferron включаются с несколькими «фальш-старта-ми», мигая в течение 10–30 секунд. И все это время нестабильного запуска со стороны цоколя лампы заметно слабое искрение. Проверив с помощью нескольких разных ламп и полностью исключив возможность плохого контакта в цоколе, я подпаивал проводники непосредственно к контактам лампы и… получал тот же эффект. Значит, лампы разных производителей, формально подходящих под определения одной и той же мощности, размеров и светового потока, все же отличаются. И, возможно, на электронный балласт действует разная нагрузка при подключении, казалось бы, аналогичных ламп, что и является причиной выхода из строя его отдельных (дискретных) элементов.

После выявления неисправного элемента его надо заменить.

Вместо неисправного «штатного» резистора R1 (в обрыве) с сопротивлением 91 Ом и мощностью рассеяния 0,125 Вт устанавливается новый – с «повышенной» мощностью рассеяния 0,5 Вт и сопротивлением 47 Ом. Место нахождения R1 на стандартной плате ЭПРА настольного светильника показано на рисунке 2.19.

Рис. 2.19. Резистор R1, подлежащий замене, выделен

После доработки настольный светильник стал еще более надежен. Во-первых, мы установили резистор с «повышенной» мощностью рассеяния, что теперь дает дополнительную гарантию устройству при его длительной работе даже в круглосуточном режиме, во-вторых, незначительно уменьшив его сопротивление, мы увеличили ток в цепи, то есть повысили максимально возможную мощность электронного балласта (ЭПРА) данного светильника. Это не замедлило сказаться и при последующих экспериментах с лампами разных производителей. Теперь все подключаемые на штатное место лампы с заявленной производителем мощностью 11 Вт зажигаются (не мигая) и работают стабильно. Таким образом, предлагаемая простая доработка и как рацпредложение, и как способ ремонта имеет важный смысл.

Но даже если отремонтировать настольный светильник с энергосберегающей лампой мощностью 11 Вт указанным способом не удастся, проверьте транзисторы, диоды и трансформатор; простая схема однотактного генератора вполне позволяет это сделать.

Трансформатор содержит две обмотки; на первичную воздействует импульсное напряжение с амплитудой около 6,6 В, а на вторичной, к которой двумя контактами непосредственного подключается энергосберегающая лампа, выходное напряжение составляет 230 В. Поэтому проверить обмотки на обрыв или короткое замыкание несложно.

И в самом крайнем случае, если не помогло и это, но «старая» настольная лампа вам дорога как память или ее необходимо сохранить по другим причинам, примените готовый преобразователь-адаптер из… другой энергосберегающей лампы с «классической» колбой. Такую лампу (с цоколем Е14 или Е27 с ЭПРА) без особого труда можно приобрести в магазине за 60-100 рублей, в то время как отдельная плата адаптера для рассмотренного типа светильника (по результату моего поиска в глобальной сети) вообще не продается, а сам светильник в магазине стоит более 700 рублей. В этой замене я вижу определенный экономический смысл, а кроме того, и применение своему радиотехническому опыту.

Причем даже у вышедшей из строя (не зажигающейся после нескольких лет эксплуатации) энергосберегающей лампы со стандартным цоколем Е27, освещавшей определенный участок и вашего жизненного пути, преобразователь (ЭПРА), скорее всего, исправен; поэтому не спешите выбрасывать «перегоревшие» энергосберегающие лампы в утиль.

Аккуратно разберите пластмассовый цоколь (как правило, это можно сделать с помощью отвертки и поворота на 10–15° вокруг оси), отпаяйте проводники от цоколя и стеклянной трубки и вытаскивайте адаптер-преобразователь для дальнейшего использования в своем хозяйстве (или на детали).

Представленный на рисунке 2.20 адаптер можно подключить вместо рассмотренного выше электронного балласта пришедшего в неисправность настольного светильника, замкнув на плате ЭПРА контакты для подключения одной колбы (там подключаются две колбы и схема ЭПРА организована с последовательным подключением).

Для примера схемы, которая используется в энергосберегающих лампах, – пройдите по ссылке: http:// www.airalania.ru/airm/149/26/index.shtml.

Рекомендованную доработку сможет сделать практически каждый рачительный хозяин в своем доме, хотя бы немного знакомый с электротехникой.

Рис. 2.20. Внешний вид платы ЭПРА (электронного балласта) из обычной энергосберегающей лампы с цоколем Е27

При разборе перегоревшей энергосберегающей лампы хотел бы предостеречь об опасности разбивания (нарушения целостности) стекла колбы: внутри стеклянной трубки – ртуть, которая имеет свойство накапливаться в организме и вредит ему (опасна для человека). Но если стекло не повреждено – опасности нет.

Долговременность работы (и, косвенно, надежность лампы) связана с количеством включений/отключений и температурой окружающего воздуха. К примеру, могу ответственно констатировать на моем экспериментальном примере, что при температуре воздуха ниже -10 °C световой поток снижался почти в 2 раза (фиксировалось визуально).

Очевидно также, что применение таких ламп на улице, для освещения придомовой территории и подсобных помещений, где температура мало отличается от уличной, неэффективно в условиях суровых зим, поэтому сегодня для уличного освещения применяют экономичные светодиодные, а также «не энергосберегающие» ртутные и натриевые лампы. Бесспорным плюсом можно считать лишь то, что энергосберегающие лампы пожаробезопасны относительно ламп накаливания, поскольку температура их колбы при работе не превышает 60 °C.

В качестве электронных ключей (усилителей тока) в балластах небольшой мощности (до 15 Вт) применяются мощные биполярные транзисторы (они видны на рисунке 2.20 в центре печатной платы и сразу справа от высокочастотного трансформатора) с минимальным уровнем потерь мощности (до 0,5 Вт на транзистор). Это транзисторы BUL45D2, BUL38D, BUL39D, MJE18004D2, MJE13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009. Мощные биполярные транзисторы типа MJE18004D2, MJE13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009 (последние – фирмы Motorola) выпускают многие зарубежные фирмы-производители, поэтому вместо аббревиатуры MJE могут присутствовать в маркировке транзистора символы ST, PHE, KSE, HA и другие.

Типичная неисправность ЭПРА заключается в том, что если эксплуатировать такой светильник даже с лампой небольшой мощности (8 Вт) для подсветки аквариума в режиме 12 часов в сутки, то он выходит из строя через полгода-год эксплуатации. А между тем и ЭПРА, и сами энергосберегающие лампы могли бы служить дольше…

 

2.4.1. Восстановление перегоревших энергосберегающих ламп

Как правило, большинство перегоревших энергосберегающих ламп «больше не зажигаются» из-за перегорания одной или обеих разогревающих нитей (накала) – контакты на торцах стеклянной трубки; такую неисправность можно выявить обычной «прозвонкой» с помощью тестера. Но на практике они перегорают не одновременно.

С большой вероятностью можно утверждать, что часто перегорает одна из спиралей (нитей) накала.

Установив обрыв тестером, на плате электронного балласта – ЭПРА надо замкнуть контакты, идущие к неисправной спирали (поскольку в электрической схеме нити накала энергосберегающей лампы соединены последовательно), и лампу, и балласт, подав питание, можно использовать дальше в течение довольно длительного времени, что также экономит семейный бюджет.

 

2.4.2. Устранение других неисправностей

Недостатком ЭПРА является наличие сквозных токов через силовые транзисторы. Во время работы транзистор периодически открывается одновременно с началом закрывания второго открытого транзистора в момент насыщения трансформатора. Поскольку открывание транзистора происходит быстрее, чем его закрывание, в переходный момент времени (длительностью примерно 1 мкс) оба транзистора, включенные в разные плечи моста ЭПРА, оказываются открытыми. Ограничительные резисторы в эмиттерных цепях транзисторов MJE13003 (и аналогичных) защищают их, но, как показала практика, не всегда. Устанавливать же вместо транзисторов MJE13003 другие возможные аналоги с малым сопротивлением насыщения, более мощные, к примеру MJE13007, нецелесообразно, так как такая замена скажется на надежности устройства в еще худшую сторону.

Я сталкивался и с другими типичными неисправностями ЭПРА:

1. Выход из строя одного (или обоих) ключевых транзисторов типа MJE13003. Пробой транзисторов влечет за собой пробой двух из четырех элементов выпрямителя, реализованного на диодах типа 1N4007.

2. Пробой, потеря емкости или обрыв оксидного конденсатора, установленного в схеме для фильтрации питающего напряжения. Напряжение на обкладках оксидного конденсатора в данном случае порядка 200 В, емкость в диапазоне 2–6 мкФ.

Китайский производитель (VITO, Ferron и другие) устанавливает, как правило, самые дешевые пленочные конденсаторы, не сильно заботясь о температурном режиме и надежности устройства. Оксидный конденсатор в данном случае применяется в устройстве ЭПРА в качестве высоковольтного фильтра питания (установлен параллельно), поэтому должен быть высокотемпературным (105 °C).

При цене светильника в 200 рублей (вместе с ЭЛ, отдельно она стоит от 20 до 50 руб.) проще заменить его полностью, купив такой же новый, нежели выкраивать время для поездки в магазин радиотоваров, покупать оксидный конденсатор соответствующего номинала за 50 рублей, ехать домой, тратить время на ремонт.

Несмотря на рабочее напряжение, указанное на таком конденсаторе, 250–400 В (с запасом, как и положено), он все равно «сдает».

Что можно рекомендовать?

Транзисторы MJE13003 рассчитаны на максимальное напряжение Umax=400 В, максимальный постоянный ток коллектора Zmax k=1,5 А, максимальный импульсный ток коллектора =3 А, напряжение насыщения коллектор-эммитер инкэ=5 В. Ток, потребляемой энергосберегающей лампой мощностью 8 Вт, составляет 180 мА. Поэтому очевидно, что транзисторы данного типа выходят из строя не от теплового пробоя, а в момент зажигания лампы, при импульсном броске тока.

Гораздо лучшей заменой в данном случае, обеспечивающей запас надежности ЭПРА, или электронного балласта, является замена данных транзисторов на (как ни странно) отечественные аналоги КТ8175А, КТ8181А, КТ8182А, КТ8108А, КТ8136А, КТ859АМ1. Особенно рекомендую замены КТ8108А, КТ8136А, так как эти мощные биполярные транзисторы заметно превосходят устанавливаемые в ЭПРА производителем MJE13003 по всем важнейшим электрическим характеристикам (см. выше).

Вышедшие после пробоя транзисторов диоды выпрямителя типа 1N4007 можно заменить такими же или аналогичными по электрическим характеристикам, например, отечественными диодами КД105В, КД105Г.

Что сделать, чтобы восстановить «перегоревшую» энергосберегающую лампу? Как уже было отмечено выше, важной и полезной отличительной чертой энергосберегающих ламп относительно «старых» ламп накаливания считается то, что первые будут работать и при обрыве нити подогрева (накала). Главное, что необходимо для зажигания газа внутри лампы, – это относительно высокое напряжение – 200–300 В.

На рисунке 2.21 представлена электрическая схема ЭПРА (электронного балласта) светильника для энергосберегающей лампы (11 Вт), которой можно заменить неисправный ЭПРА (если вы не сумели его восстановить приведенным выше простым способом); такой схемы также достаточно для подсветки в салоне автомобиля и в сумерки на природе. Устройство пригодится везде, где отсутствует сетевое напряжение 220 В.

Рис. 2.21. Электрическая схема преобразователя

Схема проста в повторении и содержит минимум деталей.

Принцип работы устройства. Устройство состоит из генератора прямоугольных импульсов, реализованного на популярном таймере КР1006ВИ1. Микросхема включена по стандартной схеме автогенератора; частота импульсов – около 30 кГц.

На выход микросхемы D1 нагружен мощный полевой транзистор, работающий в ключевом режиме и повышающий трансформатор. Транзистор открывается с каждым положительным фронтом импульсов с выхода микросхемы D1. В качестве Т1 используется промышленно изготовленный трансформатор HDBKEE2201A. Вместо указанного на схеме типа Т1 можно применить другой, с аналогичными электрическими характеристиками. Первичная обмотка должна меть сопротивление постоянному току 110–300 Ом, а вторичная обмотка– соответственно 12–15 Ом. Соотношение сопротивления обмоток 1:20. Можно подбирать трансформатор для этой схемы по другому пути.

О деталях и налаживании. Среди трансформаторов на рабочее напряжение 220 В нужно выбрать ток, который на вторичной понижающей обмотке без нагрузки выдаст переменное напряжение 6–8 В.

Потребляемый от источника питания ток не превышает 200 мА. Все постоянные резисторы – типа МЛТ-0,5, конденсаторы С1 – типа К50-29, С2, С3 – типа КМ, С4 – марки КБП-Ф или К73-11.

Схема в настройке не нуждается, и при исправных элементах и правильном монтаже устройство начинает работать сразу. В процессе эксплуатации трансформатор Т1 будет издавать тихий свист и может нагреваться до температуры 30–40 °C.

Паять полевой транзистор VT1 следует, соблюдая меры предосторожности; пайка каждого вывода – не более 2 с; паяльник необходимо заземлить.

Элементы схемы монтируются на макетной плате. Напряжение питания схемы (11–14 В) подключается через разъем типа РП10-5 или аналогичный.

 

Для контроля открывания двери шкафа-купе, установленного в квартире, я использовал несложную электрическую схему устройства, позволяющего контролировать состояние охраняемого объекта на расстоянии до 1 м посредством отраженного инфракрасного (далее – ИК) луча (схема представлена на рисунке 2.22).

 

2.5.1. Принцип действия устройства

Принцип действия устройства прост. Когда световой поток, излучаемый светодиодом HL1, отражается от объекта и попадает на фотоприемник, электронный узел, реализованный на 2 микросхемах – компараторе КР1401СА1 и таймере КР1006ВИ1, вырабатывает управляющий сигнал. Он открывает транзистор VT1, включенный в режиме усилителя тока; параллельно шунтирующему резистору R9 подключается устройство сигнализации (на схеме не показано, поскольку им может быть почти любое устройство сигнализации).

Рис. 2.22. Электрическая схема устройства

Мощность зависит от электрических характеристик транзистора VT1; к примеру, слаботочное электромагнитное реле, звуковой капсюль с встроенным генератором НЧ.

Источник ИК-излучения – диоды HL1, HL2, соединены параллельно для усиления светового потока, и ИК-приемник – 2 параллельно соединенных фотодиода ФД263-01 (последние смонтированы в одной плоскости, рядом друг с другом на расстоянии 4–5 см).

Фоточувствительные (рабочие) поверхности расположены в одном направлении и на одной линии. Напротив них на подвижной двери (дверь открывается горизонтально, как купе) на расстоянии до 1 м от стены с ИК-датчиками надежно закрепляется плоский участок зеркальной поверхности (обрезанное бытовое зеркало размерами 10x10 см).

ИК-диоды HL1, HL2 подключены к источнику питания и включены постоянно. Совмещение зеркала и плоскости приемника-передатчика происходит не всегда, а только в момент перемещения двери в горизонтальной плоскости, когда ее смещают при открывании-закрывании; таким образом, зеркальная поверхность в определенный момент отражает (возвращает) посланный ИК-пере-датчиком луч.

Важно понимать, что только в момент перемещения (открывания-закрывания) двери охраняемого объекта зеркало отражает луч излучателя и возвращает его.

Два фотоприемника (фотодиода) подключены параллельно также для обеспечения высокой чувствительности узла к световому потоку.

Рабочие поверхности диодов ФД263 прикрыты изолированными от света трубками, чтобы защитить чувствительные поверхности от воздействия естественного света и электрического освещения (в зоне действия устройства). Чувствительность узла в широких пределах регулируется переменным резистором R4.

При отсутствии отраженного светового потока (обычное состояние – дверь купе или открыта, или закрыта) сопротивление фотодиодов VD1 и VD2 велико, и напряжение на неинвертирующем входе (вывод 6 компаратора D1) имеет низкий потенциал.

Одновременно с этим на выходе компаратора (вывод 1 D1) будет присутствовать высокий уровень напряжения.

Таймер D2 находится в состоянии ожидания: на выходе (вывод 3 D2) напряжение близко к нулю. Транзистор VT1 закрыт; его переход эмиттер – коллектор имеет большое сопротивление, и напряжение питания не поступает на (предполагаемое на схеме рис. 2.22) устройство сигнализации.

Когда дверь-купе в движении, фотодиоды в определенный момент времени принимают отраженный световой сигнал. Длительность этого момента не принципиальна, так как для запуска таймера, реализованного на микросхеме КР1006ВИ1, достаточно импульса длительностью даже в 1 мс.

На входе 6 компаратора D1 разность потенциалов увеличивается (сопротивление фотодиодов резко уменьшается), а на выходе компаратора (вывод 1) на время действия момента прохождения отраженного ИК-излу-чения устанавливается напряжение низкого уровня. Этот отрицательный фронт импульса через конденсатор С1 (отсекающий постоянную составляющую напряжения) попадает на вход запуска таймера (вывод 2). Таймер D2 запускается и вырабатывает выходной импульс положительной полярности и определенной длительности на выводе 3 D2. Этот импульс, в свою очередь, транзистор VT1, включенный как усилитель тока – токовый ключ, и в электрической цепи, подключенной параллельно резистору R9 электронной сигнализации, течет ток. Звучит сирена или включается реле.

Длительность выходного импульса зависит от сопротивления переменного резистора R5 и может варьироваться от нуля до нескольких минут при постоянной емкости конденсатора С2 (его емкость – 1 мкФ).

Время задержки выключения можно продлить, увеличив емкость конденсатора С2 до 100 мкФ. Более этого значения увеличивать емкость не следует, так как на практике узел теряет стабильность во временных интервалах.

По окончании времени действия таймера микросхема D2 переходит в исходный режим ожидания и снова запустит таймер при поступлении отрицательного фронта импульса на вход запуска – вывод 2 D2.

 

2.5.2. О налаживании

При правильном монтаже и исправных элементах устройство начинает работать сразу после сборки. Перед первым включением узла установите движки переменных резисторов в среднее положение. Незначительная настройка заключается в установке чувствительности (изменение порога срабатывания) компаратора D1. Это достигается изменением сопротивления переменного резистора R4. Данный процесс регулировки выполняется при закрепленных в корпусе устройства ИК-датчиках, установке устройства на стену помещения и отражательного зеркала – в месте соответственно его установки – на подвижной двери купе.

Чувствительность устройства необходимо увеличить перемещением движка переменного резистора R4.

Определенные трудности на практике могут возникнуть, только если при появлении отраженного сигнала (при перемещении двери-купе) сигнализация не включается или включается нестабильно. Это говорит об удаленности двери с участком зеркала от фотодатчиков (распылении ИК-излучения в пространстве).

При ложных срабатываниях, вызванных включением электрического освещения в месте установки датчиков или при воздействии прямых солнечных лучей, чувствительность прибора придется уменьшить.

Ложные срабатывания могут иметь место, если в помещениях не предусмотрены шторы на окнах. Однако данные предупреждения актуальны только при очень ярком постороннем свете. В интерьерах обычной городской квартиры с окнами, зашторенными на 1/4, в которых устройство испытано в марте 2013 года, устройство показало хорошую работоспособность.

Переменным резистором R5 регулируется длительность звучания сигнализации (установка времени действия таймера). При необходимости установки максимальной длительности в несколько минут этот резистор заменяется постоянным – сопротивлением 91-150 кОм.

 

2.5.3. О деталях

Электролитические (оксидные) конденсаторы типа К50-29, К50-35 или аналогичные, рассчитанные на рабочее напряжение не менее 16 В. Конденсатор С1 любой неполярный; с его емкостью можно экспериментировать в пределах 0,1–1 мкФ.

Переменные резисторы типа СП5-1ВБ – с линейной характеристикой.

Все постоянные резисторы, кроме R1, типа МЛТ-0,125.

R1 мощностью выше 0,5 Вт. Вместо транзистора VT1 применяются приборы КТ815, КТ817, КТ819 с любым буквенным индексом.

Если в качестве устройства сигнализации предполагается относительно мощная нагрузка, то между эмиттером VT1 и общим проводом включают электромагнитное реле, рассчитанное на напряжение питания устройства. Контакты реле в этом случае будут коммутировать более мощную нагрузку.

Напряжение питания схемы стабилизированное в диапазоне 10–13 В (в более широких диапазонах не испытано).

В качестве сигнализации резонно применять любые подходящие электронные устройства – с током потребления до 0,5 А. Это ограничение обусловлено электрическими параметрами транзистора VT1. В авторском варианте данный транзистор применяется без теплоотвода.

Все неиспользуемые выводы компаратора D1 в целях стабильной и помехоустойчивой работы соединяются с общим проводом.

Вместо микросхемы КР1401СА1 можно применить приборы К1401СА1, КР1101СА2, КБ1401СА1-4 без изменений в монтаже.

Зеркала для отражения сигнала взяты от детского набора.

Устройство нашло применение для сигнализации открывания двери шкафа-купе и имеет теперь большой смысл. Раньше в шкаф «беспардонно» заходило стадо хозяйских котов (состоящее из двух хитрых представителей свого рода), научившись «откормленными» мордами и лапами отодвигать двери шкафа, насыщенного одеждой. Делая так, коты преследовали определенный умысел: обильно покушав, они достигали затемненного и «теплого» места на полке шкафа, выбрасывая с нее белье и устраиваясь своими кошачьими телами с некоторым участием совести. Теперь звуковая сигнализация отпугивает их или хотя бы обозначает «тревогу», чтобы я или кто-нибудь из домашних вовремя выгнал котов, и обезопасил одежду в шкафу.