Михаил Адаменко - В помощь радиолюбителю. Выпуск 11

Принципиальная схема индикатора состояния сетевого выключателя приведена на рис. 7.

Рис. 7. Принципиальная схема индикатора состояния сетевого выключателя

При положительной полуволне сетевого напряжения (на клемме S1 напряжение более положительно, чем на клемме S2) после прохождения нуля тиристор Тс1 заперт или выключен. При этом ток на нагрузку проходит через LED-светодиод D2 и резистор R1, который ограничивает максимальный ток диода до значения примерно 100 мА. В это время диод D2 светится. Когда сетевое напряжение достигнет значения 9,1 В, на управляющий электрод тиристора Тс1 через стабилитрон D1 будет подано напряжение, обеспечивающее отпирание тиристора. Тиристор Tс1 откроется, и с этого момента ток потечет через него. Падение напряжения на тиристоре уменьшится, и светодиод D2 погаснет. Время свечения диода D2 определяется напряжением стабилизации стабилитрона D1. При отрицательной полуволне сетевого напряжения тиристор Тс1 открыт уже от нулевого напряжения синусоиды, поэтому диод D2 не светится.

Все детали индикатора размещены на небольшой печатной плате размерами 37x14 мм, изготовленной из одностороннего фольгированного гетинакса или текстолита. Печатная плата и расположение элементов на ней приведены на рис. 8.

Рис. 8. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) индикатора состояния сетевого выключателя

Печатная плата размещается внутри выключателя. Светодиод D2 располагается в специально просверленном в крышке выключателя отверстии и с платой соединяется двумя проводками. В качестве резистора R1 следует использовать металлический резистор мощностью не менее 0,6 Вт, стабилитрон D1 должен быть типа BZX85V009.1, тиристор Тс1 — типа ВТА10А/600V, светодиод D2 — диаметром 5 мм красного цвета.

Работоспособность данного индикатора была неоднократно проверена. В то же время до конца остается невыясненным вопрос, выдержит ли предлагаемое устройство замыкание в цепи, вызванное появлением вольтовой дуги, инициируемой в электрической лампочке при перегорании нити накала.

В предлагаемой конструкции используется сетевое напряжение 220 В. Поэтому при сборке, налаживании и эксплуатации прибора следует строго соблюдать меры предосторожности, необходимые при работе с высокими напряжениями.

Предлагаемый терморегулятор представляет собой обычный переключатель переменного тока, в котором источником управляющего сигнала является термистор, а в качестве переключающего элемента используется симметричный тиристор. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 9.

Рис. 9. Принципиальная схема простого терморегулятора

Основу терморегулятора составляют датчик температуры, схема управления, выполненная на транзисторах Т1-Т5, а также переключающий элемент Тс1. В качестве датчика температуры в данной конструкции используется термистор R22, имеющий отрицательный тепловой коэффициент. Это означает, что при низкой температуре такой термистор имеет большое сопротивление, а при повышении температуры его сопротивление уменьшается. Именно это свойство термистора используется в данной конструкции для оценки изменений температуры окружающей среды.

Сигнал от датчика температуры поступает на схему управления, выполненную на транзисторах Т1-Т5. При этом на транзисторах Т4 и Т5 собран триггер Шмитта, формирующий управляющее напряжение смещения для транзистора Т3. Каскад на транзисторе Т3 выполняет роль усилителя переменного напряжения, а также обеспечивает включение нагрузки при нулевом сетевом напряжении. Усиленный сигнал подается на каскады, выполненные на транзисторах Т1 и Т2, на выходе которых формируются управляющие импульсы для переключающего элемента. В качестве переключающего или ключевого элемента в предлагаемой схеме использован симметричный тиристор Тс1, который, в отличие от обычного тиристора или транзистора, позволяет переключать обе полуволны сетевого напряжения.

Термистор R22 вместе с регулировочным резистором R21 и резистором R17 образует делитель напряжения, обеспечивающий формирование напряжения смещения, подаваемого на базу транзистора Т4. При этом определенным положениям движка резистора R21 соответствует значение выбираемой величины температуры, при которой переключается триггер и, соответственно, включается или отключается нагрузка. С поворотом движка резистора R21 в ту или иную сторону изменяется величина напряжения смещения на базе транзистора Т4, что приводит или к его открыванию, или к запиранию. В результате срабатывает триггер Шмитта, выполненный на транзисторах Т4 и Т5.

Для под держания нужной температуры положение движка резистора R21 необходимо выбрать таким образом, чтобы при достижении этой температуры происходило переключение триггера. Так, например, если температура окружающей среды меньше, чем выбранная, то транзистор Т4 закрыт, а транзистор Т5 открыт. При этом делитель, образованный резисторами R13 и R14, обеспечивает формирование напряжения смещения необходимой величины, которое подается на базу транзистора Т3. Каскад на транзисторе Т3 усиливает уменьшенные импульсы сетевого напряжения, поступающие через резисторы R1 и R9. Усиленные импульсы подаются на схему переключения, образованную транзисторами T1, Т2 и симистором Тс1. В результате симистор открывается, а на нагрузку подается питающее напряжение. Если в качестве нагрузки используется нагревательный элемент, то он начнет функционировать в обычном режиме, обогревая, например, помещение. Когда температура окружающей среды станет равной той величине, которая выбрана с помощью регулятора R21, напряжение на базе транзистора Т4 станет равно порогу, необходимому для срабатывания триггера Шмитта.

В этом случае транзистор Т4 откроется, а транзистор Т5 закроется. В результате напряжение смещения, подаваемое на базу транзистора Т3, изменится. Поэтому перестанут поступать управляющие импульсы на схему переключения, а нагревательный элемент отключится от сети. Если температура немного понизится, то на базе транзистора Т4 появится пороговое напряжение, достаточное для срабатывания триггера. Триггер опять переключится, на нагревательный элемент вновь поступит напряжение питания. Необходимо отметить, что особенностью такого триггера является то, что при его срабатывании наблюдается явление гистерезиса. Это означает, что для включения схемы на вход триггера необходимо подать иное, большее напряжение, чем для выключения.

Как известно, при включении нагрузки в момент, когда величина напряжения в сети отличается от нуля, из-за большого скачка тока появляются помехи, распространяющиеся в сети и влияющие на работу других электроприборов, в первую очередь телевизионной и радиоаппаратуры. Одна из отличительных особенностей предлагаемого устройства заключается в том, что включение нагрузки происходит в тот момент, когда сетевое напряжение проходит через нулевую точку. В результате указанные помехи ограничиваются или почти полностью устраняются. Для этого используется каскад на транзисторе Т3, на базу которого через резисторы R1 и R9 подается сетевое напряжение. Естественно, данный каскад функционирует только в том случае, когда на базе транзистора Т3 присутствует напряжение смещения необходимой величины. В этом случае уменьшенное переменное напряжение сети усиливается и далее поступает на схему переключения, в состав которой входят транзисторы Т1 и Т2, а также дифференцирующие цепочки, выполненные на элементах R7C2 и R8C3.

Из поступающих с коллектора транзистора Т3 положительных и отрицательных импульсов дифференцирующие цепочки, выполненные на элементах R7C2 и R8C3, формируют управляющие импульсы для симистора. Сформированные импульсы усиливаются транзисторами Т1 и Т2 в зависимости от их полярности. Каскад на транзисторе Т1 усиливает отрицательные импульсы, а каскад на транзисторе Т2 — положительные. Далее усиленные импульсы подаются на управляющий электрод симистора и открывают его. Таким образом, каскады на транзисторах Т1 и Т2 вместе с указанными дифференцирующими цепочками формируют в начале каждого полупериода импульс тока, который обеспечивает открытие симистора. В результате симистор подключает нагрузку к сетевому напряжению от начала до конца каждого полупериода. При этом напряжение сети подается на нагревательный элемент.

Симметричные тиристоры (симисторы) могут включаться при подаче управляющего импульса не только при прямом, но и при обратном напряжении на аноде, поэтому такие тиристоры могут работать в цепях управления переменным током. Через симистор, находящийся в выключенном состоянии, проходит незначительный ток утечки. Если же симистор включен и находится в проводящем состоянии, то при протекании значительного тока остаточное напряжение на нем не превышает величин от десятых долей до единиц вольт.