на цифровых ИМС, легче согласовать выход ФЭУ со входом ИМС. Вариант ФЭУ, выполненного па одном элементе 2И-НЕ, описан в «Радио», 1977, № 3, с. 60. По чувствительности оно эквивалентно ФЭУ с однокаскадным УПТ первой группы и ее можно улучшить, если на фоторезистор отдельно подавать большее напряжение источника питания. Следует учесть, что в данном случае логический элемент выполняет функцию не порогового элемента, а УПТ, поэтому если освещенность светочувствительного элемента резко не изменяется, то и напряжение на выходе элемента может быть в пределах 0,4… 2,4 В.
Если в ФЭУ на цифровых ИМС фоторезистор необходимо вынести на несколько метров, то для повышения помехоустойчивости и улучшения согласования с проводной линией связи следует применять логические элементы с открытым коллекторным выходом (например, элементы ИМС K155ЛA7, K155ЛA8) или использовать транзисторный согласующий каскад, который будет повышать и чувствительность ФЭУ.
ФЭУ, в которых в качестве управляющих элементов используются электромагнитные реле, обладают большим гистерезисом, так как ток срабатывания реле больше тока отпускания. Поэтому включение и отключение исполнительных устройств происходит не при одинаковой освещенности фоторезистора. Кроме того, в таких ФЭУ при включении и выключении наблюдается нечеткое срабатывание, проявляющееся в виде «дребезга», особенно в случаях относительно медленного нарастания и убывания среднего уровня освещенности фоторезистора или когда уровень его освещенности имеет значительные колебания относительно среднего уровня. Чтобы избавиться от этих недостатков, нужно обеспечить не плавное, а резкое (скачкообразное) изменение силы тока, проходящего через обмотку реле, т. е. необходимо использовать для этого УПТ, обладающие пороговым эффектом (например, триггеры с эмиттерной связью).
ФЭУ без пороговых элементов чаще всего используют для фотоизмерительных приборов и в тех устройствах, где необходимо плавное изменение значения регулирующего параметра, пропорционально изменению освещенности светочувствительного элемента.
ФЭУ с использованием порогового элемента получили более широкое распространение.
Иногда для простоты в качестве порогового элемента используют стабилитрон, включая его между выходом УПТ и базой транзистора ключевого каскада, нагрузкой которого служит электромагнитное реле или другое управляющее устройство. При достижении на нагрузочном резисторе УПТ падения напряжения, превышающего напряжение пробоя стабилитрона, он открывается и подает напряжение для управления ключевым каскадом. Однако такие устройства имеют ограниченное применение, так как не для всякого ФЭУ можно подобрать стабилитрон с нужным напряжением пробоя, кроме того, следует учитывать и разброс параметров стабилитронов и невозможность плавного регулирования этого порога без усложнения устройства.
Более широкое распространение в радиолюбительской практике получили ФЭУ с использованием в качестве порогового элемента триггера Шмитта, принцип работы которого подробно рассмотрен в статье В. Крылова и В. Лапшина «Триггер с эмиттерной связью», опубликованной в сборнике «В помощь радиолюбителю», вып. 52. Некоторые ФЭУ с использованием триггера Шмитта описаны в «Радио», 1975, № 6, с. 35 и 1977, № 12, с. 55.
В последнее время в устройствах автоматики все чаще применяют ИМС. При использовании для ФЭУ в качестве порогового элемента триггера Шмитта на транзисторах очень трудно, даже усложняя конструкцию, получить в исходном состоянии выходное напряжение, близкое к нулю. Т. е. на выходе триггера всегда присутствует потенциал, превышающий по значению логический 0.
Для автоматических устройств, выполняемых на ИМС, целесообразно применять ФЭУ с использованием в качестве порогового элемента триггер Шмитта в интегральном исполнении.
На рис. 1 приведена схема ФЭУ, обладающего хорошей чувствительностью.
Рис. 1. Принципиальная схема ФЭУ с использованием триггера Шмитта в интегральном исполнении
Для согласования высокого входного сопротивления фоторезистора R1 со входом триггера DD1 и для исключения влияния соединительной линии от вынесенного фоторезистора применен каскад на транзисторе VT1, выполняющий функцию УПТ и улучшающий крутизну фронта сигнала с фоторезистора. При затемненном фоторезисторе R1 на базу транзистора VT1 подается положительное напряжение около 0,7 В. В это время транзистор открыт, напряжение на его коллекторе (не более 0,8 В) меньше порога срабатывания триггера, поэтому на его выходе присутствует потенциал логической 1. При освещении фоторезистора его сопротивление уменьшается, напряжение на базе транзистора уменьшается до минус 0,8…1,6 В, в результате он закрывается, напряжение на коллекторе возрастает до значения, превышающего порог срабатывания триггера и на его выходе появляется логический 0. Подбором резистора RJ при затемненном фоторезисторе устанавливают на входе триггера напряжение 0,8 В, а подстроечным резистором R3 добиваются максимальной чувствительности ФЭУ.
Если нужно чтобы при освещенном фоторезисторе на выходе триггера DD1 была логическая 1, коллектор транзистора VT1 следует подключить к выводу «+5 В», его эмиттер — непосредственно к входам триггера, резисторы R5 и R6 исключить совсем, а сопротивления резисторов R4 и R7 уменьшить соответственно до 820 и 910 Ом. В этом случае с уменьшением уровня освещенности напряжение на базе транзистора увеличивается от нуля до плюс 2 В. Транзистор при этом открывается и напряжение на его эмиттере возрастает от 0,9 до 2 В, превышая порог срабатывания триггера, в результате на выходе триггера появляется потенциал логического 0. Порог срабатывания триггера устанавливают подбором резистора R7. Однако сопротивление этого резистора не должно быть меньше 620 Ом, иначе триггер может самовозбудиться.
Напряжение источника питания, равное 22 В (17 + 5) для фоторезистора ФСК-2, можно считать оптимальным для получения максимальной чувствительности.
Существенным недостатком триггеров с эмиттерной связью является наличие гистерезиса, т. е. напряжение отпускания всегда меньше напряжения срабатывания триггера. Величина гистерезиса триггера составляет обычно десятые доли вольта. Меры по уменьшению гистерезиса рассмотрены в статье «Триггеры с эмиттерной связью», помещенной в сборнике «В помощь радиолюбителю», вып. 52, но они, к сожалению, значительно усложняют устройства. В качестве порогового элемента в ФЭУ лучше всего, пожалуй, применять не триггер Шмитта, а электронное реле В. И. Турченкова (принцип работы описан в «Радио», 1974, № 1, с. 37), обладающее рядом преимуществ, в том числе и меньшим гистерезисом и получением возможности хорошего согласования со входами цифровых ИМС. Примером может служить ФЭУ, описанное в «Радио», 1983, № 11, с. 48. Но в таком варианте ФЭУ применены два источника питания и не полностью использованы возможности электронного реле В. И. Турченкова.
Порог срабатывания и отпускания электронного реле В И. Турченкова зависит от входного тока (от внешнего источника), текущего через коллекторный переход первого транзистора, и номинала резистора в коллекторной цепи этого транзистора. Отсюда следует, что простое ФЭУ на базе электронного реле В. И. Турченкова можно создать без источника входного тока, заменив резистор в коллекторной цепи первого транзистора фоторезистором с большим темновым сопротивлением.
На рис. 2 приведена схема практически проверенного и сравнительно простого варианта ФЭУ.
РЕДАКТОРАМ
