5.3. Лампа, включаемая и выключаемая
ЛУЧОМ СВЕТА
На рис. 5.5 приведена схема электронного переключателя, собранного на дискретных элементах, аналогичная схеме такого же устройства, но на микросхеме SUS-1. Благодаря малому потреблению тока в состоянии покоя (всего около 100 мкА при напряжении 4 В) это устройство уступает только схемам, собранным на КМОП-микросхемах, и по сравнению с ними имеет еще то преимущество (на момент написания этой книги), что может быть собрано из легко доступных элементов.
Рис. 5.5. Транзисторный переключатель с сенсорным управлением
Как видно из принципиальной схемы, речь снова идет о би-стабильном мультивибраторе (триггере), собранном на транзисторах V2 и VЗ, включенных перед усилительными каскадами (V1 и V4). При подаче напряжения питания оба входных каскада заперты, а триггер может находиться в любом состоянии. После включения устройства триггер из этого состояния выводится с помощью конденсатора в цепи базы правого транзистора триггера. В момент включения конденсатор С2 запирает базу этого транзистора, так как сначала происходит его зарядка. Эта задержка, длящаяся всего несколько миллисекунд, приводит к тому, что левый транзистор открывается. Гальваническая связь с базой правого транзистора продолжает удерживать последний в запертом состоянии и далее, заперты также каскады на транзисторах V5 и V6. Благодаря этому при напряжении питания 4 В ток покоя схемы составляет менее 100 мкА.
В устройстве по схеме на рис. 5.5 транзисторы V1...V5 могут быть КТ312Б КТ315Г. Транзистор V6 — КТ602А, П307А, П307В. Диод V7 Д226Г.
Возможны два варианта перевода триггера в новое состояние и, следовательно, открытия переключающего транзистора: динамический (однополюсное управление) и статический (двухполюсное управление). Выбор наиболее целесообразного варианта определяется характером применения схемы. Если провода ко входным клеммам короткие или если внешние сильные поля (передатчиков, осветительной сети) отсутствуют, то для переключения можно использовать импульс, поступающий на базу транзистора V1 при касании динамического входа пальцем (тело здесь играет роль «источника помех», обладающего антенным эффектом, или роль емкости). Триггер опрокидывается, так как входной транзистор на короткое время накоротко замыкает вход до сих пор открытого транзистора. В результате транзистор V2 запирается, через V3 течет ток, поддерживающий новое устойчивое состояние, при котором транзистор V5 открыт. Если теперь кратковременно коснуться другого входа, то устройство переходит в состояние покоя.
Рис. 5,6. Расширение схемы SUS1 мощным выходным транзистором, например типа GD160, GD240, ASZ1015 и т. п.
Однако все может начаться случайно, если длинные провода или большие управляющие электроды «примут» какие-либо помеховые импульсы. Это явление можно использовать только для демонстрации эффектного номера — у наблюдателя пойдет кругом голова в догадках, каким образом происходят хаотические срабатывания лампы в такой маленькой коробочке.
Здесь целесообразно применить другой тип включения. Для этого прежде всего динамические входы Елнн соединяют с массой, а статические входы Ecтат и плюсовой провод питания подключают к небольшим сенсорным электродам, которые могут быть размещены на некотором расстоянии от схемы (в зависимости от уровня помех при необходимости помехоустойчивость можно повысить с помощью второго RС-фильтра). Развязывающий резистор в цепи статического входа защищает не только базу транзистора от слишком большого тока, но и в комбинации с конденсатором, в ином случае играющим роль «динамической» емкостной связи, образует фильтр низких частот, который эффективно замыкает накоротко, например, высокочастотные помехи (здесь используется принцип разделения напряжений: сопротивление конденсатора мало для высоких частот, но бесконечно велико для постоянного напряжения). Выходной транзистор может непосредственно переключать токи максимум до 500 мА, т. е. он заведомо в состоянии включать и выключать лампу на напряжение 3,8 В и ток 0,07 А (даже с учетом амплитуды импульса тока включения). В ином случае он должен быть дополнен мощным транзистором (рис. 5.6). В зависимости от типа транзистора (его обратного напряжения и коллекторного тока) с его помощью можно переключать более высокие напряжения и токи. В этом случае иногда целесообразно поставить даже реле. Наиболее пригодным при напряжении питания 6 В является реле NSF30.1-6. Оно позволяет переключать токи до 2X3 А или напряжения до 250 В при максимальной мощности до 50 Вт во вторичной цепи.
Переключение более высоких мощностей требует и более мощного электромеханического переключающего звена, в котором названное выше реле может быть использовано в качестве промежуточного. Следует помнить, что для ограничения импульса тока при отключении необходима установка диодов. Здесь можно следовать правилу: диод должен быть рассчитан по меньшей мере на ток, который подается на него открытым транзистором V6.
В устройстве по схеме на рис. 5.6 можно использовать транзисторы П214Г или П213Б, П215.
Описанная схема может быть с успехом использована для включения ламп в обычно темном помещении (например, в подвале) с помощью карманного фонаря. Для этого его луч направляют на фоторезистор, выделенный, скажем, светлым кружком. В результате зажигаются лампы, свет которых, однако, не должен падать на фоторезистор. Поскольку кратковременное воздействие света карманного фонаря уже привело к переходу триггера в соответствующее устойчивое состояние, ничего другого для включения не требуется. Способ выключения определяется местными условиями. Тривиальным решением является установка пары сенсорных элементов, интереснее — использование второго фоторезистора. Для решения этой задачи зачастую достаточно бумажной трубки, защищающей фоторезистор от воздействия общего освещения, но не создающей преграды лучу карманного фонаря. Преимущество такого способа включения и выключения ламп очевидно: при его использовании фактически осуществляется полная изоляция сети.