Юный техник - для умелых рук 1985-06, страница 12

Электроника

СЕНСОРНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Электрические кнопки и выключатели, работающие п цепи переменного тока, недолговечны. Особенно быстро онн выходят из строя при сравнительно большой мощности нагрузки — в многоламповых люстрах, электронагревательных приборах. Можно ли заменить их более надежными? Современная электроника позволяет это. Уже разработаны и используются в современные телевизорах так называемые сенсорные переключатели программ. Выпускаются сенсорные регуляторы яркости настольных

ламп. Проектируется радиоаппаратура с сенсорными выключателями и переключателями.

Расскажем о принципе работы сенсорного выключателя. Механические контакты в нем заменены небольшой металлической пластиной — сенсором, соединенной с автоматическим устройством, включающим нагрузку. Касаясь сенсора пальцем, вы как бы подключаете к нему конденсатор небольшой емкости, одну обкладку которого обра

зует ваше тело, а другую — сетевые провода. Автомат реагирует на это и подает сигнал на тринистор — тот и включает нагрузку. Чтобы выключить нагрузку, нужно повторно коснуться сенсора. Есть и другие схемы выключения.

Сенсорными выключателями удобно пользоваться дома для управления различными электроприборами. Помимо долговечности, они обладают еше одним преимуществом — бесшумностью работы.

Знакомство с сенсорными выключателями начнем с простейшей конструкции — сенсорной кнопки для включения электрического звонка (рис. 1). Основная деталь ее — газоразрядная лампа МТХ-90. Это так называемый тиратрон с холодным катодом, то есть лампа без нити накала. Баллон тиратрона заполнен инертным газом. Чувствительность тиратрона чрезвычайно высока. Судите сами — лампа зажигается, когда в цепи сетки тиратрона протекает ток в несколько миллионных долей ампера!

Кроме тиратрона, в устройстве вы видите тринистор VI, являющийся своеобразным электрическим ключом, и диодный выпрямительный мост (диоды V2—V5). В исходном состоянии выпрямленное мостом напряжение поступает через делитель R4R3 на конденсатор С1. При этом он заряжается до напряжения, меньшего, чем напряжение зажигания лампы, когда управляющий сигнал на сетке отсутствует. Тринистор закрыт, и через нагрузку (электрический звонок Зв) течет незначительный пульсирующий ток.

Стоит коснуться пальцем сенсора Е1, как между сеткой тиратрона и фазным проводом сети переменного тока окажется подключенной емкость тела. В цепи сетки лампы, а значит, и через тело человека потечет очень слабый ток, определяемый значением емкости и сопротивлением резистора R1. Этот ток абсолютно неощутим для человека, но достаточен для зажигания лампы. В момент зажигания конденсатор С1 разрядится через лампу и резистор R2, и напряжение между анодом и катодом лампы упадет. Лампа погаснет. Конденсатор С1 вновь начнет заряжаться, и через некоторое время лампа снова вспыхнет, и так далее. Иначе говоря, каскад на тиратроне превращается в релаксационный генератор, вырабатывающий короткие импульсы. С резистора R2 импульсы поступают через конденсатор С2 на управляющий электрод тринистора и открывают его. Тринистор замыкает диагональ диодного моста — нагрузка оказывается подключенной к сети. Звонок будет работать до тех пор, пока вы держите палец на контакте Е1.

В схеме сенсорной кнопки звонка ис

пользованы резисторы МЛТ-1 (R3) и МЛТ-0,5 (остальные), конденсаторы —■ бумажные, типа МБМ. Тринистор может быть, кроме указанного на схеме, КУ201К. Оба тринистора допускают управление нагрузкой мощностью до 400 Вт, Правда, уже при мощности свыше 100 Вт тринистор желательно установить на толстую металлическую пластину — теплоотвод, чтобы он не перегревался. Выпрямительные диоды могут быть п другие, рассчитанные на обратное напряжение не ниже 300 В и ток, превышающий максимальный ток нагрузки.

Детали устройства можно смонтировать в небольшом корпусе из изоляционного материала и укрепить корпус на внутренней стороне коробки входной двери. На лицевой стороне дверной коробки устанавливают сенсор — металлическую пластину любой формы (рис. 2). Удобно разместить рядом с сенсором тиратрон — он будет сигнализировать о срабатывании автомата. Но тиратрон должен быть «утоплен» в древесину, чтобы на него не попадал прямой свет. Ведь при освещении тиратрона его напряжение зажигания может меняться.

Если при включении автомата в сеть тиратрон сразу зажигается, увеличьте сопротивление резистора R4. Затем коснитесь сенсора. Если тиратрон не светится, коснитесь пинцетом его сетки. Если тиратрон не вспыхнет и в этом случае, поменяйте местами проводники, идущие от устройства к сети (нижний по схеме проводник должен обязательно соединяться с фазным проводом, а верхний — с нулевым). Когда тиратрон зажигается только при касании его сетки, уменьшите сопротивление резистора R1, но не менее чем до 200 кОм.

Иногда при возрастании сетевого напряжения такой звонок может включиться самопроизвольно. Чтобы избежать этого, надо уменьшить сопротивление резистора R3 или увеличить R4. Но при этом следует проверить работу устройства при пониженном напряжении.

Второе сенсорное устройство применяется взамен обычного электрического выключателя освещения (рис. 3). В нем два тиратрона образуют триггер — ге

нератор с двумя устойчивыми состояниями. Чтобы обеспечить работу тиратронов в триггерном режиме, на их сетки через резисторы R2 и R4 подано постоянное напряжение, обеспечивающее начальную ионизацию (тихий разряд между сеткой и катодом).

При включении устройства в сеть один из тиратронов вспыхивает. Допустим, это будет тиратрон Л1. При этом напряжение на сглаживающем конденсаторе С1 устанавливается выше напряжения горения, но ниже напряжения зажигания тиратрона. Если теперь коснуться сенсора F2, вспыхнет лампа Л2, а Л1 погаснет — триггер перейдет в другое устойчивое состояние. Через лампу Л2 и управляющий электрод тринистора потечет постоянный ток, тринистор откроется и, замкнув диагональ моста на диодах V3—V6, включит нагрузку — осветительную лампу ЛЗ. Чтобы выключить ее, достаточно коснуться сенсора Е1 и перевести триггер в первоначальное состояние.

Тринистор может быть КУ202К— КУ202Н или КУ201К, КУ201Л (для нагрузки мощностью до 100 Вт). Выбор диодов моста зависит от тока нагрузки, как и в предыдущем автомате. Конденсатор С1 — электролитический, на напряжение не ниже 150 В, С2 — МБМ, СЗ — КСО.

Детали выключателя можно смонтировать в небольшом корпусе (рис. 4), на лицевой стенке которого размещены сенсоры в виде круглых металлических пластин. Через отверстие в центре сенсорной пластины Е2 должен быть виден тиратрон Л1 — тогда выключатель легко будет найти в темноте.

Налаживание устройства начинают с • перевода триггера в состояние, при котором горит лампа Л2. Измеряют указанное на схеме напряжение и устанавливают его точнее подбором резистора R8. Измеряют напряжение на нагрузке — оно должно быть примерно равно сетевому. Если напряжение ниже на 5—10 В, уменьшают сопротивление резистора R6, а затем проверяют (и при необходимости подбирают резистором R8) напряжение на конденсаторе С1.

Переведя триггер в другое состояние, измеряют напряжение на конденсаторе

10