Техника и электроника

Электронные устройства для дома

Существует много разнообразных областей применения, где требуются временные переключатели (таймеры) с периодом переключения от нескольких секунд до нескольких минут. Наиболее интересными являются устройства, в которых переключатель не потребляет тока в режиме ожидания, т. е. в периоды времени от момента автоматического выключения до момента следующего включения. Типичным примером является осветительное устройство, установленное на даче или в гараже. Фонарь, включенный с помощью такого переключателя, остается в рабочем состоянии достаточно продолжительное время, необходимое для того, чтобы добраться до дома или автомобиля. Преимущество батарейных источников питания по сравнению с сетевым также очевидно, так как батарейные источники питания позволяют использовать более дешевые элементы проводки и кнопочные устройства. Такие переключатели также найдут применение для освещения на непродолжительное время мест общественного пользования или для поддержания фар автомобиля включенными в течение одной или нескольких минут для освещения садовой дорожки, ведущей к дому.

-Таймеры с периодом выключения до одной секунды представляют собой несложные схемы, которые собираются с использованием конденсатора, резистора и подходящей триггерной схемы. Для построения цифровых устройств с периодом переключения до десяти и более минут требуются уже генераторы и многокаскадные делители. Кроме этих двух типов устройств имеется большая группа разнообразных таймеров, представляющих собой как простые схемы, использующие ЛС-цепочки на электролитических конденсаторах, так и более сложные и точные, использующие цифровые элементы. Однако элементы задержки времени на электролитических конденсаторах не совсем оправдывают себя по двум причинам. Во-первых, такие конденсаторы имеют токи утечки, которые меняются в процессе длительной эксплуатации и могут существенно влиять на общий зарядный или разрядный ток таймерной схемы. Во-вторых, емкость таких конденсаторов может отклоняться на —5СН-+100% от номинального значения. С появлением интегральных микросхем на КМОП-структурах, обладающих чрезвычайно высоким входным сопротивлением, стало возможным применение неэлектролитических конденсаторов и резисторов с более высоким сопротивлением. Наиболее подходящими являются пленочные конденсаторы или конденсаторы с органическим диэлектриком (например, полистирольные, поликарбонатные) емкостью около 1 мкФ. Следует отметить, что поликарбонатные конденсаторы имеют меньшие размеры, поэтому они и были выбраны для данного устройства. Поскольку в нашем устройстве скорость заряда конденсатора должна изменяться, а переменные резисторы, используемые для этой цели, в настоящее время обладают сопротивлением не более 2,2 МОм (что явно недостаточно), целесообразно заряжать конденсатор постепенно, ступенчато, с помощью генератора, который генерирует короткие импульсы с частотой примерно два импульса в секунду. При изменении длительности выходных импульсов меняется общая скорость заряда конденсатора, таким образом, изменяется период переключения таймерного устройства. Построенный на таком принципе таймер надежен в работе и обладает точными и воспроизводимыми характеристиками. Несколько таких схем используется  и   в. работе   других  устройств,  рассмотренных в этой книге.

На рис. 4.1 показана схема таймера. Элементы А и В КМОП-микросхемы соединены между собой по схеме генератора автоколебаний с рабочей частотой примерно 2 Гц. Предположим, что конденсатор С2 только что разрядился, в этом случае входы элемента С будут находиться в состоянии логического 0, а его выход — в состоянии логической 1. При этом на входе элемента А устанавливается высокий уровень (логической 1) и генератор возбуждается. Пока выход элемента А в состоянии логической 1, диод VD1 находится в проводящем состоянии, а переменный резистор RP1 управляет током, заряжающим конденсатор С1. Когда выход элемента А в состоянии логического 0, ток проходит только через резистор R3. Таким образом, выходной сигнал представляет собой последовательность коротких положительных импульсов, длительность которых регулируется переменными резистором RP1. Резистор R1 генератора автоколебаний препятствует прохождению тока от конденсатора С1, ограничивая входной ток элемента А. Диод VD1 выполняет роль развязывающего элемента входной и выходной цепей этого элемента. Положительные импульсы через резистор R6 и диод VD2 заряжают конденсатор С2 до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение напряжения срабатывания на входе элемента    С. При достижении порога срабатывания элемент С изменяет свое состояние. Его выход переходит в состояние логического 0, а выход элемента А продолжает оставаться в состоянии логической 1, при этом зарядка конденсатора С2 быстро завершается. Элемент D1 инвертирует и усиливает сигнал, который затем поступает на вход составных транзисторов VT2 и VT3, обеспечивающих достаточное усиление по мощности для срабатывания реле К. Диод VD3, конденсатор СЗ и резистор R7 предназначены для устранения дребезжания реле, возникающего в момент прохождения через него рабочего тока. Транзистор VT1, включенный между конденсатором С2 и кнопкой . Цуск предназначен для разряда этого конденсатора, он устраняет нежелательные явления, которые могут быть вызваны прохождением токов утечки через длинные проводники.

Конструкция схемы, представленной на рис. 4.2, довольно простая. В ней 29 разрезов и 15 перемычек. На плате с 24 медными полосками по 37 отверстий в каждой все элементы схемы располагаются ближе к одной стороне, на свободном месте размещается реле. В схеме может быть использовано любое реле с рабочим напряжением 6 В. Если реле не умещается, то используется дополнительная плата, имеющая 24 полоски с 50 отверстиями. Переменный резистор RP1 включается в схему таким образом, чтобы при вращении его ручки по часовой стрелке его сопротивление уменьшалось, а время переключения увеличивалось. Схема обеспечивает задержку по времени от 20 с до 2 мин.