2.2.4. СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

 

Светочувствительные переключатели позволяют про­изводить включение и выключение различных управляе­мых устройств при определенной интенсивности света или при наступлении темноты.

Они могут применяться и в качестве сигнализаторов взлома, если, например, вместо контакта реле, срабаты­вающего с наступлением темноты, использовать контакт, через который питается звонок сигнализации. Тогда при появлении в искусственно или естественно затемненной комнате посторонних лиц с карманными фонариками, или при зажигании ими света, либо же при попадании через открытую дверь дневного света срабатывает зво­нок. При соответствующей настройке схемы можно до­биться большой продолжительности звучания сигнала.

Рис. 103. Фотоэлектрическое реле на триггерах Шмитта

 

Такое устройство должно обладать высокой чувстви­тельностью, а схема, срабатывающая при наступлении темноты, — определенным временем задержки. Обеспе­чение большой постоянной времени необходимо для того, чтобы избежать нежелательного переключения ре­ле на различные посторонние сигналы.

Светочувствительные переключатели со стационар­ным питанием.. На рис. 103 показано фотоэлектрическое реле на триггерах Шмитта, которое обладает высокой чувствительностью и термостойкостью, имеет отстройку от посторонних сигналов и заданную скорость срабаты­вания. В качестве фотодатчика используется фоторезис­тор на основе сульфида кадмия. В темноте его сопротивление велико (10 МОм), а уже при слабом освеще­нии (10 лк) заметно снижается (1 кОм). Максимальная рассеиваемая мощность при 40 °С равна 200 мВт, при температуре свыше 50 ^СС она составляет 100 мВт.

На транзисторы TJ, T2 и ТЗ подается постоянное на­пряжение от стабилитрона ZX6. Чувствительность схемы устанавливается потенциометром R1 (грубая настрой­ка) или R2 (точная настройка). Состоящий из транзи­стора Т1 усилительный каскад управляет работой триг­гера Шмитта. Причем когда входное напряжение тригге­ра ниже определенного (пускового) уровня, транзистор ТЗ открыт, а Т2 закрыт.

Если входное напряжение триггера превышает на­пряжение запуска, схема переключается: Т2 открыва­ется, а ТЗ закрывается.

Триггерная схема обладает высоким быстродействи­ем при переключениях, и ее можно настроить на опре­деленное напряжение запуска (1,3 В).

Допустим, транзистор ТЗ закрыт, тогда Т4 тоже за­крыт, поскольку потенциал его эмиттера выше, чем по­тенциал базы, на 0,6 В из-за наличия диода D1. Когда триггер переключится, ТЗ откроет транзистор Т4 и реле J сработает. Диод D2 защищает транзистор Т4 от всплесков напряжения, возникающих при выключении реле. Под влиянием кратковременных световых импуль­сов (например, молнии) схема становится нечувстви­тельной благодаря конденсатору С1.

Достоинством реле является и то, что оно независи­мо от скорости изменения освещенности всегда срабаты­вает четко, надежно и с малым гистерезисом. Время пе­реключения в зависимости от выбора параметров триг­гера Шмитта равно 10 мкс, что гораздо меньше, чем у механического реле.

На рис. 104 изображен переключатель с селеновыми фотоэлементами, работающий при затемнении, который позволяет включать приборы световой и звуковой сигна­лизации. В качестве светочувствительного элемента применен селеновый фотоэлемент типа SeH 13X26, он работает как фоторезистор. Реле имеет ток срабатыва­ния 20 — 25 мА. Пороговый переключатель, выполненный на транзисторах Т1 и Т2, управляет германиевым тран­зистором ТЗ р-n-р-типа.

Резистор, включенный между базой и эмиттером транзистора ТЗ, служит для отвода остаточного тока, а сопротивление между коллектором Т2 и базой ТЗ ограничивает максимальный базовый ток. Пороговые значения для включения устройств управления (подачи импульса для реле) определяются прямым напряжением диода D1.

Рис. 104. Переключатель с селеновыми фотоэлементами, срабатыва­ющий при наступлении сумерек

 

Фотоэлемент вместе с ограничивающим резистором (15 кОм) образуют верхнюю половину делителя напря­жения, нижняя половина которого (500 кОм) позволяет устанавливать желаемое пороговое значение импульса. Конденсатор, соединенный со входом транзистора 77, обеспечивая необходимое время задержки (и подавляя паразитные колебания), делает возможным надежную работу реле.

Рис. 105. Фотоэлектрическое реле со стационарным питанием

 

Схема чувствительного фотореле приводится на рис. 105. Для его питания достаточно одной плоской бата­рейки. В качестве чувствительного элемента использу­ется кремниевый фотодиод. Сама схема выполнена для реле-счетчика или шагового искателя: моностабильный мультивибратор, состоящий из транзисторов Т2 и ТЗ, при каждом световом сигнале только один раз открыва­ет транзистор Т4 или реле.

На рис. 106 приведена схема тиристорного светочув­ствительного переключателя для двух вариантов. Из рис. 106, аи б видно, как может быть решена проблема зажигания тиристора при помощи фототранзистора. В первом случае (рис. 106, а) тиристор загорается при освещении фототранзистора. Если транзистор не освеща­ется (по другому транзистору не течет ни базовый, ни коллекторный ток), транзистор остается закрытым.

При освещении фототранзистора транзистор BFY34 открывается и текущий теперь через него коллекторный ток зажигает тиристор. На рис. 106, б показан проти­воположный случай, когда тиристор загорается при уменьшении освещенности фототранзистора. Ток через тиристор и нагрузочный резистор Rt(устройство управ­ления) в обоих случаях протекает только с прекраще­нием подачи питающего напряжения, а не из-за восста. новления первоначальной освещенности.

Рис. 106. Тиристорный светочувствительный переключатель с самоблокировкой:

а — включение при освещении фототранзистора; б — включение при прекраще­нии освещения фототранзистора (Rt — сопротивление нагрузки)

 

Светочувствительные переключатели с питанием от сети. На рис. 107 изображен работающий от сети транзисторный переключатель, включающийся с наступлени­ем темноты (сумерек).

Рис. 107. Переключатель с сетевым питанием, срабатывающий с на­ступлением темноты

 

На потребитель Л (лампу накаливания с максималь­ной мощностью 100 Вт) выпрямленное напряжение по­ступает с мостового выпрямителя через тиристор 77г. Его зажигание обеспечивает триггер Шмитта, состоящий из составных транзисторов Tl, T2 и транзистора ТЗ. С на­ступлением сумерек под влиянием фотоэлемента Fпо­тенциал базы транзисторов 77, Т2 возрастает, в резуль­тате они открываются. Коллекторное напряжение тран­зистора Т2 в это время уменьшается, вследствие чего транзистор ТЗ закрывается. Коллекторное напряжение транзистора ТЗ через диод D1 зажигает тиристор Th, который включает лампу накаливания Л. Крем­ниевый диод D2 в эмиттерной цепи транзистора ТЗ служит для уменьшения гистерезиса триггера Шмитта.

При освещении фотоэлемента триггер Шмитта пере­ключается, изменяя свое первоначальное состояние. Ти­ристор закрывается, прекращая таким образом подачу питания на лампу Л. Триггер Шмитта и часть схемы с чувствительным элементом питаются стабилизирован­ным напряжением 10 В. Уровень срабатывания переклю­чателя регулируют сопротивлением потенциометра PL

При размещении фотоэлемента надо следить за тем, чтобы свет зажженной лампы непосредственно не попа­дал на его светочувствительную поверхность, так как в этом случае в результате оптической связи лампа будет постоянно включаться и выключаться (мигать) в со­ответствии с постоянной времени фоторезистора.

В рассматриваемой схеме в качестве транзисторов 77, Т2 и ТЗ применяют приборы типов: ВС182С, ВС184С, ВС109С, BCY58VII — BCY58X, а в качестве стабилитрона Z7ZX10, ZX12 (ZL10, ZL12).

Для нагрузки 100 Вт пригодны диоды типов: BY238 SiEKS, S1EK6, S1EK7. Вместо D2 и D3 могут быть ис­пользованы приборы типов BAY41, BAY42, BAY46, в ка-честве тиристоров — ТО, 8N5AOO, ТО, 8N4AOO; BRY43, BRY44, 2N1599, TI145A4, TIC39D, фотоэлемента — BPY45, BPY46, BPY48 и др.

На рис. 108, а представлен вариант фотореле, рабо­тающего от напряжения переменного тока 220 В с фо­тотранзистором ВРХ43.

Рис. 108. Светочувствительные переключатели с питанием от сети на специальных полупроводниковых элементах:

а — фототранзисторный; б — фототиристорный; a — на триаках, срабатываю­щих при наступлении темноты

 

Светочувствительный переключатель можно собрать и на фототиристоре, как показано на рис. 108, б. При зажигании тиристора реле срабатывает, а его контакт используется для управления устройствами.

На рис. 109, в показан переключатель на триаках, срабатывающий при наступлении темноты. Здесь сопро­тивление светочувствительного элемента возрастает в зависимости от уменьшения интенсивности дневного света, Когда переменное напряжение на конденсаторе достиг­нет определенного уровня, включается диак и триак от­крывается, зажигая тем самым лампу накаливания.

На рис. 109 изображена схема переключателя на ин­тегральной микросхеме типа TDA1024 фирмы Philips.

Рис. 109. Переключатель, срабатывающий при наступлении темноты, построенный на интегральной микросхеме типа TDA1024 фирмы Philips

 

В качестве светочувствительного элемента использован кадмиево-сульфидный фоторезистор, включенный в мост Уитстона. С наступлением сумерек его сопротивление во­зрастает и напряжение на выходе моста (которое сое­динено с выводами 4 и 5 интегральной микросхемы) че­рез вывод 2 подает сигнал зажигания на управляющий электрод триака Тс. Необходимый порог срабатывания можно установить с помощью потенциометра.

Надо следить за тем, чтобы фоторезистор не имел оптической связи с лампой накаливания, так как это мо­жет вызвать постоянное мигание лампы.

Автоматические переключатели внутреннего освеще­ния. При помощи электронного светочувствительного переключателя, изображенного на рис. 110 и 111, мож­но осуществить полностью автоматическое включение и выключение внутреннего освещения помещений. Оно гаснет в том случае, если помещение совершенно пусто, т. е. в нем нет ни одного человека. Упомянутые переклю­чатели разработаны прежде всего для помещений без окон.

Рис. 110. Принципиальная схе­ма соединений автоматическо­го переключателя внутреннего освещения

Рис. 111. Упрощенная схема автоматического переключателя внут­реннего освещения

 

В каждую дверь вмонтировано по два световых заслона (Fl — Л1 и F2 — Л2), расположенных на одина­ковом расстоянии (около 10 см) и на одинаковой высоте (рис. 110). Когда кто-то входит в помещение, они сра­батывают и включается свет. Одновременно с этим счет­чик получает один импульс. Если люди из помещения выходят, то счетчик считает в обратном порядке и гасит свет, как только помещение покидает последний человек. Схему можно условно разделить на две основные части (см. рис. 111): счетчики 1 и 2 с входом НЕ-И и реле; блок определения направления движения.

Счетный блок состоит из двух бинарных десятичных счетчиков. Если они оба установлены на нуль, то всегда их параллельно соединенные выводы (IC1 и IC2) на­ходятся в одинаковом состоянии, поэтому обмотка реле обесточена. Как только счетчик 2 получит импульс, на его выходе появляется логическая единица и реле сра­батывает. Каждый следующий числовой импульс уве­личивает различия между счетчиками.

Если числовой импульс получит счетчик 1, то разни­ца показаний счетчиков сокращается, что в конце кон­цов приводит к одинаковому состоянию всех парал­лельных выводов, и реле отпускает.

Для определения идентичности параллельных выходов используют резисторы R2 — R9 (по 10 кОм), ин­верторы I1, 12, 13 и 14, а также диоды Dl — D8. Элемен­ты D1 — D8, а также D9 — D12 — это германиевые диоды типа АА133, поскольку из-за большого падения напря­жения (свыше 0,6 В) на кремниевых диодах не может быть обеспечено надежное переключение инвертора.

Рассмотрим работу схемы. Если выводы 12 счетчи­ков (рис. ПО) имеют одинаковое напряжение (нулевое), то через диоды DJи D2 на входе инвертора 14 уста­навливается нулевой уровень. В таком случае точка А инвертора 14 должна иметь уровень логической 1 (рис. 111). Поскольку на резисторах R2 — R4 напряжение ме­нее 0,4 В, его нет и на выходе инвертора (в точке Л).

Пусть на выводах 12 счетчиков будут уровни логиче­ской 1. Тогда на выходе инвертора будет логический 0. Напряжение точки А в этом случае тоже равно нулю. Если выводы 12 имеют различные уровни, то входы ин­вертора 14 подключены к земле через диод D1 или D2. На его входе, следовательно, появляется логический сигнал «Да». Поскольку резисторы R2 и R4 имеют оди­наковые номиналы, то в точке А появляется напряже­ние около 1,2 В. Поэтому, если состояние счетчиков 1 и 2 различное, по крайней мере на одной из точек А, В, С и Dпоявляется напряжение, большее 1,2 В. Это на­пряжение через диоды D9 — D12 изменяет базовый ток транзистора Т1, который включает реле в коллекторной цепи транзистора ТЗ.

Источником импульсов и цепью распознавания на­правления движения является интегральная микросхема типа СА3086, которая включает в себя пять не связан­ных друг с другом транзисторов. Два из них использо­ваны для создания триггера Шмитта. Прекращение ос­вещения светочувствительного элемента F2 вызывает скачок положительного напряжения на коллекторе вто­рого транзистора. Оно через конденсатор, соединенный с выводами 5 и 6, попадает и на базу третьего транзи­стора (вывод 6}, на чьем коллекторе возникает импульс отрицательного напряжения. Последний через конден­сатор С1 формирует импульс «движение вперед».

Если свет падает на F2 через четвертый транзистор, находящийся после триггера Шмитта (выводы 9, 10, И интегральной микросхемы типа СА3086), то с помощью конденсатора 4,7 нФ формируется импульс «движение назад». Резисторы, подключенные к выводам 6 и 12, служат для разряда конденсаторов, соединенных с выводами 5 — 6 и 11 — 12 IC4.

Затемнение F1 означает подключение к земле катода диодов DM, D15 через инвертор 16. Следовательно, им­пульсы переключения через конденсатор 4,7 нФ, соединен­ный с выводами 5 и 11 IC4, поступают к земле и счет­чик перестает считать.

Рассмотренная схема питается от напряжения 5 В. Реле, установленное в переключателе, функционирует от 12 В, поэтому только к транзистору ТЗ должно быть по­дано питание 12 В. Целесообразно создать источник питания для всего устройства с таким напряжением, а от него через стабилизатор получать уже необходимые 5 В.

Светочувствительный переключатель может быть установлен и в помещении, где несколько дверей. Для этого надо столько раз смонтировать блок распознава­ния направления движения (и подачи импульсов), сколько дверей в помещении. Все импульсы «движение вперед» или «движение назад» надо подводить к одно­му и тому же счетчику.

При монтаже переключателя особое внимание следу­ет обращать на то, чтобы при установке фотоэлементов обеспечивалась надежная работа схемы. При этом нуж­но позаботиться о точной направленности пучков света и соответствующей защите от внешних световых источ­ников. Следить необходимо еще и за тем, чтобы при перекрытии светового барьера (заслона) происходило надежное включение.

 

2.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

 

2.3.1. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

 

Электрические двигатели, например для небольших моделей поездов, пароходов, в основном представляют собой машины постоянного тока с возбуждением от по­стоянных магнитов. Приведем несколько примеров уп­равления такими двигателями.

Изменение направления вращения двигателей. Для изменения направления вращения достаточно поменять полярность питания. Это можно сделать следующим об­разом:

1) с помощью сдвоенного переключающего реле (с двумя контактами). В схеме на рис. 112 при отключенном реле двигатель вращается в одну сторону (по ча­совой стрелке, например); если реле сработает, то направление вращения изменится на противоположное. Недостаток метода: грубое переключение из-за быстрой работы реле. И еще: отключение и повторное включение источника тока происходит при полной нагрузке, что приводит к сильному искрению между контактами реле, что в свою очередь является причиной их выхода из строя и появления помех.

 

Рис. 112. Изменение направле­ния вращения двигателя путем изменения полярности питания (с использованием реле с дву­мя контактами)

Рис. 113. Изменение направле­ния вращения двигателя путем изменения полярности питания (с использованием двух управ­ляющих реле)

 

В схеме необходимо использовать реле, рассчитан­ное на напряжение питания, т.е. U_пит=Uv;

2) при помощи двух простых переключающих реле, у каждого из которых есть по одному контакту.

Как видно из рис. 113, если реле находятся в одном и том же состоянии (оба включены или оба выключе­ны), двигатель не вращается. Срабатывание реле J1 дает направление вращения по часовой, a J2 — против часовой стрелки. Достоинства метода: если оба реле включены, двигатель накоротко замкнут, никакого вра­щения нет (он заторможен). Это способствует быстрой его остановке. Поочередное срабатывание реле позволя­ет плавно изменять направление движения.

Недостатком такого устройства является необходи­мость двух каналов управления (Uviи Uvi). Можно ог­раничиться и одним каналом, снабдив сервоузел пере­ключателями, обеспечивающими быстрое прерывание цепи (ркс. 114): в основном положении оба контакта Морзе не замкнуты, двигатель не работает; при пере­мещении переключателя налево реле Л срабатывает, что приводит к вращению двигателя против часовой стрелки.

Рис. 114. Изменение направления враще­ния двигателя при помощи сервоузла (см. схему на рис. 113)

 

Схема позволяет изменять угловую частоту враще­ния. Практически же, медленно перемещая переключатель, можно добиться и регулирования угловой часто­ты, например из-за значительной инерции моделей су­дов;

3) используя сдвоенную батарею питания (рис. 115);

4) при помощи мостовой схемы на транзисторах (рис. 116).

 

Рис. 115. Изменение направле­ния вращения двигателя при помощи схемы двойного ста­ционарного питания

Рис. 116. Изменение направле­ния вращения двигателя при помощи мостовой транзистор­ной схемы

 

Когда на контакт Uviподается положительный по­тенциал, а на U_V2— отрицательный, транзисторы Т1 и ТЗ открыты, а Т2 и Т4 закрыты. Контакт А двигателя имеет положительный потенциал, а В — отрицательный,

Если на Uviподать отрицательный потенциал, а на U_V2 — положительный, то проводящим будет транзи­стор Т4, а также Т2.

Транзисторы Т1 и ТЗ закрыты. Контакт А двигателя положительный, В — отрицательный. Направление вра­щения, следовательно, будет противоположным.

Рис. 117. Изменение направления вращения двигателя в зависимости от полярности выпрямленного напряжения

 

Когда транзисторы открыты, они на самом деле не обладают нулевым сопротивлением. Между их коллек­торами и эмиттерами всегда есть какое-то падение на­пряжения, и его необходимо учитывать. Если транзи­стор германиевый, то оно равно 0,5В, для кремниевого транзистора падение напряжения составляет 1 В.

На рис. 117 показан двигатель малой мощности с по­стоянным магнитом, изменение направления вращения которого достигается переменой полярности выпрям­ленного напряжения (переключатель К). Светодиоды одновременно являются и индикаторами, и выпрямите­лями. К индикаторам и переключателю подводятся два проводника а и б (рис. 117).

Схема на рис. 118 служит для запуска и остановки двигателей. Как только свет достигнет фотодиода (рис. 119, а) (фоторезистора, фототранзистора), его сопро­тивление уменьшается, транзистор Т1 закрывается, Т2 и ТЗ открываются и двигатель вступает в работу. Если ТЗ — транзистор на 200 мВт, то ток управляемого дви­гателя составляет 30 — 50 мА, если же транзистор рас­считан на несколько ватт, то 100 — 1000 мА (например, с транзисторами типа АС 128 или ASZ1016). Напряже­ние питания выбирается в соответствии с типом двига­теля и может составлять от 3 до 12 В.

При помощи схемы на рис. 118, б можно также ме­нять направление вращения, но в зависимости от степе­ни освещенности диодов D1 и D2.

Изменение частоты вращения двигателей. Одним из способов, позволяющих это реализовать, является изме­нение питающего напряжения, т. е. числа подключае­мых источников питания (рис. 119, а). Здесь следует опасаться только одного: контактным переключателем нельзя накоротко соединять два следующих друг за дру­гом вывода источника питания.

Аналогичный результат можно получить, если по­следовательно с двигателем включить переменный рези­стор (потенциометр) (рис. 119, б). Однако в этом слу­чае не учитываются изменения нагрузки двигателя. Идеальным было бы решение с автоматически меняю­щимся значением сопротивления потенциометра, которое само приспосабливалось бы к изменениям нагрузки. Ес­ли бы нагрузка возрастала, сопротивление уменьшалось бы, и наоборот, т. е. напряжение поддерживалось бы все время постоянным.

Рис. 118. Двигатель с постоянным магнитом:

а — световое управление; б — изменение направления вращения при помощи светочувствительного переключателя

Рис. 119. Изменение частоты вращения двигателя с постоянным маг­нитом:

а — переменным питающим напряжением; б — с помощью потенциометра; в — стабилизированным источником питания; г — применением импульсной схемы питания; д — временные характеристики

 

На рис. 119, в показана схема линейно-последователь­ного источника питания. На вход усилителя с одной стороны поступает необходимое (заданное) напряжение Uзад, с другой — Uвых. Разница между ними усиливается, а резистором с электронной регулировкой сводят ее к нулю. При этом колебания нагрузки вызывают только незначительное изменение выходного напряжения. Недостатком метода является низкий коэффициент по­лезного действия.

Рис. 120. Регулятор скорости моделей железных дорог

 

Более удачна схема импульсного питания, показан­ная на рис. 119, г. Если переключатель включен, двига­тель вращается с максимальной угловой частотой и энергия не рассеивается. Когда двигатель выключен, состояние идеальное: нет потребления и паразитных помех.

Рис. 121. Принципиальная схема соединений регулятора скорости моделей железных дорог с автоматической цепью защиты от пере­грузок (Р1 — регулятор скорости)

 

Предположим, что переключатель включают через определенные промежутки времени (с довольно боль-шой частотой). Двигатель запускается, не достигнув максимальной частоты вращения (п_тах). В этом случае он имеет среднюю скорость, а энергия будет убывать только во время выключения переключателя. Для того чтобы получить необходимую частоту вращения, до­статочно просто изменить соотношение временных ин­тервалов закрытого и открытого состояний (см. рис, 119, д). В качестве достоинства метода можно отметить то, что, поскольку двигатель всегда питается полным напряжением, он при всех обстоятельствах сохраняет максимальный крутящий момент. Однако прерывистый режим работы всегда вызывает и сильные помехи при переключении. Поэтому надо обязательно поставить фильтр для подавления этих помех.

Регуляторы скорости модели железной дороги. Схе­ма на рис. 120 с успехом может быть использована для непрерывного регулирования скорости (потенциометр Р2) в моделях железных дорог. Когда движок потенци­ометра находится между средним положением и точкой А, транзисторы Т1 и Т2 открыты и, следовательно, вы­ходное напряжение положительно. На двигателе (т. е. на выходе) отрицательное напряжение появляется тогда, когда движок потенциометра находится между средним положением и точкой В. Тогда открыты транзисторы ТЗ и Т4. При среднем положении движка выходное на­пряжение равно нулю.

При настройке схемы двигатель подключается к ее выходу. Затем, устанавливая потенциометр Р2 в край­нее положение В, потенциометром Р1 добиваются 12 В. На рис. 121 приведена принципиальная схема сое­динений регулятора скорости моделей железных дорог с автоматической цепью защиты от перегрузок. Она выполняет следующие функции: позволяет устанавливать различные скорости в зависимости от настройки потенциометра Р1; защищает регулятор от временных возможных перегрузок путем автоматического уменьше­ния выходного тока, например когда происходит корот­кое замыкание при сходе поезда с рельсов; сигнализи­рует о перегрузке (светодиод); после устранения неис­правности (например, короткого замыкания) цепь защиты от перегрузок автоматически возвращается в исходное состояние.

Рис. 122. Принципиальная схема соединений регулятора скорости моделей железных дорог с цепью замедленного пуска

 

При нормальных условиях транзисторы 77 и Т2 от­крыты. Светодиод в это время получает запирающее на­пряжение, поэтому не горит.

Если потребление тока нагрузкой, подключенной к выходу схемы, возрастет настолько, что коллекторный потенциал транзистора Т2 упадет приблизительно на 1,9 В по сравнению с базой Т], светодиод зажжется и своим свечением укажет на наступление перегрузки. Поскольку по светодиоду, связанному с базой транзистора Т1 и с коллектором Т2, течет ток, транзистор Т1 закрывается. Уменьшается базовый ток транзистора Т2, тем самым ограничивая ток нагрузки.

После устранения перегрузки светодиод и оба тран­зистора возвращаются в исходное состояние. При корот­ком замыкании на рельсах схема позволяет снизить ток на 20 % по сравнению с его нормальным значением (1 А), когда локомотив движется с полной скоростью. Это особенно важно, если с помощью одного трансфор­матора питают несколько регуляторов и поездов. При отсутствии автоматической цепи защиты от перегрузок в этом случае сгорел бы тиристор регулятора.

В качестве Т1 могут использоваться транзисторы, способные поддерживать базовый ток Т2 на уровне 40 мА. Транзистор Т2 обеспечивает выходной ток 1 А.

Регулятор скорости железнодорожных моделей, схе­ма которого приведена на рис. 122, выполняет следующие функции: в зависимости от настройки потенцио­метр Р1 позволяет устанавливать различные скорости движения, при помощи переключателя K немедленно ос­танавливает двигатель, а затем с задержкой плавно за­пускает его в обратном направлении.

Основным элементом этой схемы является эмиттер-ный повторитель, выполненный по схеме Дарлингтона и состоящий из трех транзисторов. Напряжение, снятое сдвижка потенциометра, соединенного со стабилитро­ном, подается на базу транзистора Т1. На эмиттере транзистора ТЗ получается напряжение меньше, чем на базе Т1, за счет диодов. При помощи потенциометра Р1 можно отрегулировать поступающее на двигатель напряжение в пределах от 0 до 13 В.

Изменение направления вращения осуществляют пе­рестановкой переключателя K, меняя полярность на­пряжения, подаваемого на двигатель. Заметим, что вслед за этим переключением оно медленно повышает-ся до заданного значения. Из двух установленных дио­дов D1 и D2 открыт всегда только один (в зависимости от положения переключателя). В положении K, пока­занном на рисунке, диод D2 открыт, D1 закрыт. Ток течет через резистор R1.

Рис. 123. Схема импульсного управления направлением и частотой вращения двигателя

 

Возникающий скачок положительного напряжения, попадая через конденсатор С2 на управляющий элект­род тиристора Th, отпирает его. Напряжение питания тиристора подается от конденсатора С1, который после отпирания быстро разряжается. Таким образом, с уменьшением напряжения на конденсаторе тиристор закрывается. При быстром разряде конденсатора исче­зает и выходное напряжение, и только спустя несколько секунд — по мере заряда конденсатора С1 большой ем­кости — опять достигает значения, предварительно установленного потенциометром Р1. Время обратной установки определяется постоянной времени, рассчи­тываемой по значениям R2, Р2, CLТакой медленный запуск очень удобен, так как это облегчает режим для двигателя модели, и, кроме того, это случай, близкий к реальному, когда скорость увеличивается постепенно.

Рис. 124. Формы сигналов на транзисторе Т4 схемы рис. 123:

1 — максимальная частота вращения двигателя; II — IV — средняя частота вра щгния двигателя; V — остановка двигателя

 

На рис. 123 приведена схема импульсного управле­ния направлением и частотой вращения двигателя.

Однопереходный транзистор Т2 работает как гене­ратор линейного пилообразного напряжения. Такая форма сигналов получается, если Т1 применяется в ка­честве генератора постоянного тока, заряжающего кон­денсатор емкостью 100 нФ.

Значение тока определяется напряжением базы транзистора. Если движок потенциометра передвигать по направлению к +5 В (на рисунке — вверх), то уменьшается базовый, а значит и эмиттерный ток, за­ряжающий конденсатор, частота при этом тоже умень­шается. Если движок потенциометра передвигать в про­тивоположном направлении, частота будет увеличи­ваться.

При настройке частота устанавливается равной 50 Гц (в диапазоне от 20 до 200 Гц). Пилообразное на­пряжение через транзистор ТЗ поступает на транзи­стор Т4, точнее на его базу, без значительного линейно­го искажения. Эмиттер же Т4 имеет регулируемый потенциал, определяемый положением движка потенциометра. Если в какой-либо момент потенциал эмитте­ра более положительный, чем потенциал базы, транзи­стор 2N2926 находится в закрытом состоянии. В такой же степени, в какой уменьшается напряжение эмиттера, уменьшается время закрывания по сравнению с време­нем открывания транзистора (рис. 124). Стабильно он открыт тогда, когда напряжение эмиттера уменыиито примерно до нуля. Таким образом, путем измененш значений сопротивления потенциометра Р можно получить сигнал с регулируемым коэффициентом заполне­ния импульсов.

Когда транзистор Т4 закрыт, Т5 тоже закрыт. Сле­довательно, открываются транзисторы Т6 и 77, двига­тель вращается с максимальной частотой. Если картина изменится на противоположную, то напряжение пита­ния не поступает на двигатель, он останавливается.

Рис. 125. Модификация части схемы рис. 124

 

При помощи подключен­ного на выходе диода огра­ничивают подачу значи­тельного отрицательного на­пряжения к транзистору 77. Управляющий ток его рассчитан для тока нагруз­ки 1,5 А. Для больших его значений целесообразно ис­пользовать каскад Дарлинг­тона, построенный на тран­зисторах типа ВС251 и 2N2905 (рис. 125). Поскольку транзистор 77 работает в режиме переключения, он на­гревается слабо. Для отвода теплоты достаточно неболь­шого радиатора.

Как видно из рис. 123, потенциометр 4,7 кОм в эмит-терной цепи транзистора Т4 имеет отвод в середине. При перемещении движка от среднего положения вверх частота вращения двигателя возрастает, однако из-за изменения полярности реле вращается он в противопо­ложном направлении.

 

2.3.2. АВТОМАТЫ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ШТОР

 

Приведенные здесь схемы позволяют осуществлять автоматическое задвигание и раздвигание затемняю­щих штор (в зависимости от интенсивности внешнего света) при помощи, например, одного из светочувстви­тельных переключателей, срабатывающего с наступле­нием темноты.

Рис. 126. Автоматическое устройство для движения штор с использо­ванием светочувствительного переключателя и двигателя постоянного тока:

а — кинематическая схема; б — электронная схема

 

Возможное решение показано на рис. 126. Штора изображена задвинутой, она имеет две точки захвата: Р1 и Р2 (рис. 126, а). Двигатель, приводящий в движе­ние шторы, управляется микропереключателями Mlи М2 (ограничителями положения штор). Автоматичес­кое раздвигание штор осуществляется следующим об­разом. Одновременно с началом движения штор посредством переключения контактов изменяется поляр­ность питающего напряжения в точках kи l (рис. 126, б). Перемена полярности может произойти и в резуль­тате переключения переключателя (точки т и р). Дви­гатель при этом сразу же вступает в работу. Тогда ток под действием положительного напряжения через тонеограничивающий резистор R_V2, диод D_y2, контакты двигателя Mlпоступает в точку т.

После пуска двигателя микропереключатель М2 ограничения положения шторы при ослаблении приводно­го шнура (между Р2 и М2) быстро возвращается в ис­ходное положение и шунтирует своим контактом после­довательно соединенные элементы R_V2и D_y2. Ток воз­буждения возрастает. Двигатель вращается до тех пор, пока микропереключатель Mlне прервет цепь его пи­тания. Как видно из рис. 127, а, пружинный рычаг мик­ропереключателя Mlприводится в действие при помощи шнура, закрепленного в точке Р1.

Рис. 127. Автоматическое устройство для движения штор с использо­ванием светочувствительного переключателя:

а — вариант с сериесным двигателем; б — вариант с сериесным двигателем и изменением полярности питания при помощи микропереключателей

 

Когда начинает темнеть, якорь реле J1 занимает другое положение и своими контактами меняет поляр, ность питающего напряжения. Двигатель начинает вращаться в противоположном направлении. Ток течет уже через токоограничивающий резистор R_vi, диод D_у1, кон­такты и микропереключатель М2. Затем микропере­ключатель Mlисключает из цепи пусковые и ограничи­вающие пусковой ток элементы R_v1и D_yl. Когда шторы задвинуты, микропереключатель М2 прерывает цепь питания двигателя и он останавливается.

На рис. 127, а представлена схема двигателя посто­янного тока с последовательным возбуждением (сериесного двигателя). У него большой пусковой момент (он пропорционален квадрату пускового тока). Для того чтобы изменить направление вращения сериесного двигателя путем изменения полярности питающего на­пряжения, надо его обмотку возбуждения питать от выпрямителя. Тогда по обмотке возбуждения ротора будет течь ток всегда одного направления (в зависимо­сти от полярности питающего напряжения).

Различие схем рис. 126 и 127, а состоит в том, что в последней мы используем сериесный двигатель и за­ставляем двигаться только штору.

Предположим, что штора движется в каком-либо направлении. Если резко изменить полярность входа (чем управляет реле светочувствительного переключа­теля, срабатывающего при наступлении сумерек), то направление движения шторы изменится на противопо­ложное. Когда штора достигла какого-либо конечного положения (выдвинута или задвинута), она при помощи буферного ограничителя, вмонтированного в точку захвата, прерывает цепь двигателя через микропере­ключатели Mlи М2.

В качестве сериесного двигателя применен двига­тель автомобильного стеклоочистителя 12 В/0,8 А с ре­дуктором. При отключении двигателя диоды (на 1 А), с точки зрения всплесков индуктивного напряжения, возникающих на роторе и статоре двигателя, соединены в схеме в проводящем направлении. Поэтому они мо­гут быть рассчитаны на большой ток, но малое обрат­ное напряжение.

В схеме, представленной на рис. 127, б, изменение полярности ротора двигателя производится с помощью микропереключателей Mlи М2.

На рисунке показано положение, когда штора раз­двинута, т. е. микропереключатель М2 находится в ра­бочем (включенном), a Ml— в нерабочем (выключен­ном) состоянии.

При наступлении сумерек реле светочувствительного переключателя J1 отпускает. Тогда двигатель начинает работать и штора движется справа налево. Достигая крайнего положения, штора нажимает на левый огра­ничитель и переключает оба микропереключателя: включает Mlи заставляет вернуться в исходное поло­жение М2. Тем самым прерывается цепь двигателя и осуществляется изменение полярности вращения его ротора. При срабатывании реле светочувствительного переключателя J1 двигатель начинает вращаться в про­тивоположном направлении и работает до тех пор, пока движущаяся слева направо штора не переведет (нажа­тием на правый буферный ограничитель) микропере­ключатели в показанное на рисунке положение.

В этом случае диоды не нужны. Реле, срабатываю­щему с наступлением сумерек, достаточно только од­ного контакта, однако механика здесь сложнее, чем на рис. 127, а.

 

2.3.3. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОЛИВ ЦВЕТОВ

 

Рис. 128. Принцип действия автоматического устройства для полива цветов:

1 — чувствительные зонды (датчики); 2 — резиновая трубка; 3 — емкость с водой; 4 — выход зонда; 5 — регулировочный блок; 6 — потенциометр настрой­ки чувствительности; 7 — штепсельное гнездо электронасоса; 8 — электронасос

Рис. 129. Электрическая схема автоматического устройства для поли­ва цветов

 

Во время летних отпусков полив домашних цветов доставляет много забот. На рис. 128 показана схема устройства, пригодного для автоматического полива больших растений (например, пальмы). В грунт глиня­ного цветочного горшка помещены два чувствительных зонда (датчика) из медной проволоки, фиксирующих сопротивление грунта. Зонды диаметром 5 мм и длиной 5 см должны быть воткнуты в землю на расстоянии не­скольких сантиметров друг от друга. Вода в землю по­дается электронасосом по резиновой трубке, которая должна находиться от ближайшего чувствительного зонда на расстоянии 7 — 8 см.

Рис. 130. Автоматическое устройство для полива цветоз; а — печатная плата; б — монтажная схема (М1;1)

 

Когда растению будет не хватать влаги, т. е. земля достаточно высохнет, сопротивление между зондами увеличивается. Тогда через контакт реле регулировоч­ного блока электронасос получает питающее напряже­ние и подает в землю из резервуара необходимое коли­чество воды.

Одновременный автоматический полив нескольких растений можно осуществить, последовательно соединив несколько чувствительных зондов и сделав соответству­ющее распределение воды на выходе из насоса либо же одновременно используя несколько насосов.

Принципиальная схема автоматического устройства для полива цветов изображена на рис. 129. Она пост­роена на двух интегральных микросхемах типа CD4001. Конечно, можно использовать и другие подобные логи­ческие схемы ИЛИ — НЕ (NOR).

Когда выходной уровень делителя напряжения (ко­торый состоит из потенциометра Р, резистора Rl, aтакже сопротивления земли между чувствительными зондами) превысит 4,2 В, то на выводе 5IC1 будет О, транзистор 77 через несколько секунд откроется. Это время определяется звеном R3 — С1. Одновременно пе­реключается моностабильный мультивибратор инте­гральной микросхемы IC2, состоящей из двух узлов со­вместно с цепочкой R5 — С2, и примерно на 95 с блоки­рует вход 13 IC1.

Рис. 131. Схе­ма разводки автоматическо­го устройства для полива цве­тов:

I — штепсельное гнездо; II — по­тенциометр на­стройки чувстви­тельности; III — переключатель

 

Когда транзистор 77 открывается, реле J срабаты­вает и приводит в действие электронасос, который подает воду. В течение 95 с происходит подача воды. Если за это время сопротивление земли не понизится в до­статочной степени, цикл повторяется. Однако, если на выводе 3 IC1 появляется логическая 1, подача воды приостанавливается до тех пор, пока снова на этом вы­воде не восстановится 0.

Нерабочее время может быть уменьшено приблизи­тельно до 15 с, если параллельно резистору R5 подклю­чить резистор на 120 кОм. Печатная плата и монтаж­ная схема регулировочного блока приведены на рис. 130, а общая схема — на рис. 131.

 

 

<-- Назад

Далее -->