Серед численних описів сенсорів і тригерів в сучасній технічній літературі для радіоаматорів можна зустріти схеми пристроїв практично на будь-який смак. Після того як логічні мікросхеми з польовими транзисторами, включаючи КМОП-мікросхеми, стали широко доступні, створити сенсорний пристрій не представляє великої праці. Проте кожна з них має свої переваги і свої недоліки, що припускає наявність конструкторської ніші для новаторських рішень і удосконалень у цій галузі. Вирішивши сказати своє слово з даної теми, пропоную читачам опис нескладного електронного пристрою, що поєднує тригер (вузол з двома стійкими станами) і сенсорний вузол, завдяки якому тригер управляється простим дотиком до сенсорного контакту. Два стійких стани тригера в поєднанні з сенсорним вузлом забезпечують наступний режим функціонування: один раз торкнувся сенсора – світло включився, другий раз торкнувся – сенсор вимкнувся.

Рекомендоване пристрій можна використовувати в широких межах – від вимикача нічника (бра) або вузла управління вентилятором, до іграшок різного призначення. При цьому слід мати на увазі не тільки область застосування пристрою, але і його конструктивні особливості. Так, наприклад, сенсором може бути будь струмопровідний предмет, що має опір від декількох ом до десятків мега. Зокрема, це може бути декоративна квітка в горщику, так як його стовбур, листя, земля і корпус квіткового горщика є сенсорами. Цього можна досягти, якщо в якості сенсора використовувати металевий штир, який застромлять в землю квіткового горщика на 2 … 10 см і електрично з’єднаний з входом 5 мікросхеми DD1 (Рис. 1.8).

Перевага даної розробки перед уже відомими схемами полягає в тому, що поєднане пристрій реалізовано всього на одній мікросхемі К561ТЛ1 (що говорить про простоту конструкції), а також в особливості управління лампою розжарювання. Цей вузол не зовсім звичайний. Справа в тому, що завдяки «не стандартні» управлінню тиристором подача синусоїдальної напруги від освітлювальної мережі на лампу розжарювання відбувається на початковій ділянці синусоїди, тобто коли миттєва величина напруги незначна. Тому лампа розжарювання НЕ буде піддаватися перевантажень у момент включення (найнебезпечніший момент в «життя» електроламп). Таке рішення дозволяє забезпечити надійність роботи лампи і зберегти її ресурс в разі реалізації іншої схеми управління лампою в мережі 220 В. Електрична схема пристрою показана на Рис. 1.8.

DD1 К561ТЛ1

Рис. 1.8. Електрична схема сенсорного пристрою з вузлом «щадного» управління навантаженням

Елементи схеми і їх призначення

Мікросхеми DD1.1 … DD1.4. Утворюють двохкаскадний схему тригера з чутливим входом.

Наявність тиристорного електронного вузла забезпечує практично безшумне управління навантаженням.

Сенсорний контакт Виконує функцію датчика. Являє собою металеву пластину площею 25 … 30 см2, Вирізану. з бляшаної декоративної решітки акустичних систем будь-якої марки. Пластина може мати будь-яку потрібну форму (коло, квадрат).

Змінна напруга, наведене в тілі людини, контактуючи з сенсором Ει, впливає на компоненти мікросхеми DD1.1 і DD1.2 і тим самим сприяє переключенню бістабільної осередку RS-тригера, утвореної елементами DD1.3, PD1.4, в друге стійкий стан.

Обмежувальний резистор R2. Через цей резистор до виходу елемента DD1.3 підключається підсилювач струму на транзисторі VT1.

Транзистор VT1. Виконує функцію підсилювача, який управляє тиристором VS1. Стан транзистора VT1 і тиристора VS1 залежить від логічного стану на виході тригера. Може бути замінений КТ3107 з індексами Б, Г, Д, Ж, І, Л, КТ361Г … КТ361Д, КТ814Б … КТ814Г.

У стані високого логічного рівня на виводі 10 мікросхеми DD1.3 транзистор VT1 і тиристор VS1 замкнені; в стані низького рівня – відкриті.

Тиристор VS1. Тип тиристора – КУ201К … М, КУ202К … М, Т112-10 або аналогічний.

Лампа розжарювання EL. Є навантаженням для тиристора VS1. Замість неї можна використовувати будь-яку відповідну активне навантаження з потужністю споживання до 60 Вт. При більш потужної навантаженні тиристор замінюється більш потужним і встановлюється на тепловідвід.

Осередок RS-тригера перемикається потенціалами низького рівня по входах (висновків) 8 і 13 відповідно компонентів DD1.3 і DD1.4. При цьому вхід 8 Має значення S (Set – вхід установки 1), а вхід 13 – значення R (Reset – вхід установки 0) схеми тригера. На входи RS-тригера подаються переключають сигнали з негативним потенціалом.

Утримує R-вхід (висновок 13 DD1.4) з’єднаний з виходом мікросхеми DD1.3, а утримує S-вхід (висновок 8 DD1.3) – з виходом мікросхеми DD1.4, в результаті чого утворюється замкнута петля зворотного зв’язку для цифрових сигналів. Завдяки такому рішенню при кожному торканні сенсора Е1 низький рівень напруги, керуючий тригером, буде присутній то на виводі 8 DD1.3, то на виводі 13 DD1.4. Відповідно з кожним дотиком цифровий сигнал на виходах RS-тригера буде змінюватися.

Неполярний конденсатор С). Забезпечує наступну початкову установку вузла: стійкий стан тригера зберігається, поки на пристрій подано напруга живлення. У момент подачі живлення тригер встановлюється так, що:

на виведення 10 мікросхеми DD1.3 присутній високий рівень напруги;

транзистор VT1 і тиристор VS1 замкнені;

лампа розжарювання ELI погашена.

Тип конденсатора – КМ6 або аналогічний.

Діод VD2. Основний компонент схеми. Забезпечує наступний характер роботи вузла: якщо на виводі 10 мікросхеми DD1.3 присутній низький рівень напруги, транзистор VT1 відкритий тоді, коли на діод VD2 падіння напруги менше, ніж на стабілітроні VD1. В інший час транзистор VT1 виявляється замкнений. Оскільки процес відкривання транзистора відбувається відповідно до синусоїдальним зміною змінного напруги в освітлювальної мережі 220 В з частотою 50 Гц, з такою ж частотою надходять на лампу розжарювання імпульси, що відкривають транзистор і відповідно тиристор, і формування цих імпульсів відбувається на початку кожного періоду синусоїди.

Оксидний конденсатор С2. Згладжує пульсації напруги. Тип конденсатора – К50-24, К50-35 на робочу напругу не нижче 25 В.

Стабілітрон VD1. Захищає пристрій від перенапруги в освітлювальної мережі 220 В, що особливо важливо в нічний час і в сільських умовах. Тип стабілітрона – будь-який, розрахований на напругу стабілізації 12 … 15 В, наприклад Д814Д.

Обмежувальний резистор Л4. Виконує ту ж функцію, що і стабілітрон VD1.

Елементи VD3, 1?4, З2 і VD1 утворюють безтрансформаторний джерело живлення.

Випрямний діодний міст VD4 … VD7. Тип диодной збірки – КЦ402А, КЦ405А, КЦ407А або дискретні діоди типу КД105Б … КД105В, КД243Г, 1Ν4004 … 1Ν4007. Ці ж рекомендації стосуються можливої ​​заміни діодів VD2 і VD3.

Постійні резистори Ri … R3, R6. Тип резисторів – МЛТ-0,25, С2-33.

Світлодіод HL1. Тип світлодіода – АЛ307БМ або аналогічний.

Струм споживання пристрою (без урахування струму споживання лампи розжарювання) не перевищує 12 мА. При необхідності мікросхему К561ТЛ1 можна замінити її закордонним аналогом CD4093A … CD4093B.

Чому ж при розробці конструкції була обрана все-таки мікросхема К561ТЛ1?

Справа в тому, що мікросхема спроектована як чотири незалежних логічних елемента 2І-НЕ з тригером Шмітта; має високу чутливість по входу, має високу перешкодозахищеність (до 45% від У “ит); гранично малий робочий струм споживання і може працювати в широкому діапазоні живлячих напруг (3 … 15 В). Саме висока перешкодозахищеність входів мікросхеми від статичної електрики та перевищення напруги вхідних рівнів дозволяє використовувати її в даній конструкції, що містить сенсор.

Елементи збірки

Пристрій збирається на монтажній платі і закріплюється в корпусі з діелектрика. При монтажі прагнуть мінімізувати довжину висновків елементів схеми і таким чином зменшити вплив електричних перешкод. Силова частина монтується так, щоб корпуси тиристора і випрямних діодів (у разі застосування дискретних діодів) не мали несанкціонованого контакту з іншими елементами.

Розподіл фаз при підключенні пристрою до освітлювальної мережі не має принципового значення. Чутливість вузла, що реагує на сенсор Е1, коригується резистором R7 (Показаний на схемі пунктиром): при збільшенні опору R1 чутливість сенсора підвищується, при зменшенні – знижується. Таким чином, поріг чутливості можна задати достатнім для спрацювання навіть від випадкового дотику домашньої тварини або тільки від провідної частини тіла людини.

В авторському варіанті довжина з’єднувального проводу безпосередньо від висновків 2 і 5 мікросхеми DD1 до сенсорної пластини Е1 становила 25 см. Зазвичай це неекранований гнучкий провід типу МГТФ перетином 0.8 … 1 мм2, Довжина якого не повинна перевищувати 30 см. У цьому випадку резистор Р7 не потрібен, так як вузол працює без збоїв і помилкових спрацьовувань.

Якщо в силу об’єктивних причин, обумовлених конструктивними особливостями монтажу пристрою, довжина проводу перевищує 30 см, можливі помилкові спрацьовування, що походять від електричних перешкод в освітлювальної мережі 220 В, наприклад при підключенні праски або електрочайника. В даному випадку резистор R ^ (показаний внизу схеми на Рис. 1.8 пунктиром) повинен бути включений в схему, щоб повністю виключити помилкові спрацьовування.

Пропонований пристрій зручно у використанні ще й тому, що в ньому передбачений вузол індикації стані тригера на світлодіоді HL1. При відкритих транзисторі VT1 і тиристорі VS1 і відповідно включеної лампі ELI світлодіод HL1 буде світитися. Яскравість світіння залежить від опору обмежувального резистора R5 ланцюзі колектора VT1. При іншому стані тригера світлодіод буде погашений. Цей вузол індикації зручний при контролі працездатності пристрою, якщо, наприклад, лампа розжарювання або елементи управління НЕ справні.

При випробуваннях пристрою автор, крім дроту МГТФ, використовував екранований провід від висновків 2 і 5 мікросхеми DD1 до сенсора Е1, з’єднавши екран з негативним полюсом джерела живлення. Результат виявився задовільним – вплив перешкод вдалося уникнути при довжині дроту 1 м. Однак застосовувати екранований провід в даному випадку можна тільки при живленні від джерела з гальванічною розв’язкою від мережевої напруги.

Пристрій в даному виконанні харчується безпосередньо від освітлювальної мережі змінного струму 220 В і не має гальванічної розв’язки. Тому при роботі з ним необхідно дотримуватися обережності. Монтаж елементів слід виконувати при повністю відключеному від мережевої напруги пристрої. Після складання пристрою перше включення повинно виконуватися за допомогою стабілізованого джерела струму зі знижувальним трансформатором і з вихідною напругою 9 … 15 В (попередньо від’єднавши вузол керування навантаженням і елементи бестрансформаторного джерела живлення). Негативний полюс джерела живлення (загальний провід) заземлювати не треба.

Пристрій не вимагає налагодження.

Чутливість сенсора регулюють опором постійного резистора R \. Як відомо, принцип дії сенсора полягає в реакції на наведене на тілі людини (другом провідному предметі) змінне напруга. Тому там, де таких наведень бути не може, наприклад в полі, а також там, де немає поблизу енергетичних комунікацій, сенсор практично марний.

Джерело: Кяшкаров А. П., Збери сам: Електронні конструкції за один вечір. – М .: Видавничий дім «Додека-ХХ1», 2007. – 224 с .: іл. (Серія «Збери сам»).