Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №1

Автоматическое бесконтактное переключающее устройство[100]

В. Новожилов

Автоматическое бесконтактное переключающее устройство (АБПУ) предназначено для последовательной коммутации до десяти электрических цепей. Оно может оказаться хорошим помощником в световой организации демонстрационных и выставочных залов, клубов, дискотек, а также может быть с успехом использовано радиолюбителями для коммутации различных цепей. Частоту переключения цепей в АБПУ можно изменять в широких пределах. Предусмотрена также возможность в процессе переключения зафиксировать любой канал на длительное время, продолжить коммутацию либо вернуться в начальное положение с любого положения и с этого положения продолжать коммутацию в прежней последовательности. Номер каждого включенного канала высвечивается светодиодным индикатором, что позволяет непосредственно наблюдать за частотой переключения каналов.

Отличительной особенностью устройства является отсутствие каких бы то ни было механических контактных групп, склонных к обгоранию при коммутации цепей с повышенным током нагрузки, что обеспечивает повышенную надежность, а также отсутствие в процессе коммутации радиопомех. Питание АБПУ производится от встроенного стабилизированного выпрямителя с выходным напряжением 5 В±10 %. Потребляемый устройством ток от источника питания при токовой нагрузке на каждый канал до 3 А не превышает 100 мА. Поэтому его можно питать также и от набора сухих гальванических элементов, имеющихся в широкой продаже.

Принципиальная схема АБПУ приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема АБПУ

Устройство собрано на пяти микросхемах серии К155 и одной — К514. На элементах DD1.1-DD1.3 выполнен генератор прямоугольных импульсов. С помощью переменного резистора R1 можно вручную изменять частоту генерации. Импульсы с выхода генератора поступают на вход делителя частоты, который состоит из двух последовательно включенных делителей на 2 (D-триггеры микросхемы DD2) и делителя на 10 (DD3). Таким образом, коэффициент деления равен 40. Импульсы с частотой повторения в 40 раз меньшей частоты задающего генератора поступают далее на двоично-десятичный 4-разрядный счетчик DD4, работающий в коде 1–2 — 4–8, выходы которого подключены к дешифраторам DD5 и DD6. Дешифратор DD5 управляет контрольным семисегментным светодиодным индикатором HG1, а к выходам дешифратора DD6 подключены блоки десяти транзисторных ключей. В процессе счета импульсов транзисторные ключи поочередно открываются, управляя включением тех или иных цепей.

При подаче уровня логического 0 на вход S элемента DD2.1 нажатием кнопки с фиксацией SB2 счет прекращается, и счетчик хранит ранее полученную информацию. Таким образом, на неограниченное время остается включенным тот транзисторный ключ, который был включен в момент нажатия кнопки. При повторном нажатии кнопки SB2 на вход S элемента DD2.1 поступает уровень логической 1, счет импульсов возобновляется и происходит дальнейшее переключение транзисторных ключей.

При нажатии на кнопку без фиксации SB1 делители DD2, DD3 и счетчик DD4 устанавливаются в нулевое состояние и после отпускания этой кнопки, если кнопка SB2 разомкнута, счет начинается с 1.

Блоки транзисторных ключей могут быть реализованы по самым различным схемам в зависимости от характера коммутируемой нагрузки — номинальных значений напряжения и тока. На рис. 2 показаны некоторые возможные варианты схемного выполнения транзисторных ключей.

Рис. 2. Схемы транзисторного ключа:

_{а — первый вариант ключа; б — схема мощного ключа; в — схема ключа для коммутации головных телефонов}

Транзисторный ключ, схема которого показана на рис. 2,а, рассчитан на ток нагрузки до 1 А, однако в том случае, если выходной транзистор будет снабжен теплоотводом, ток нагрузки может быть увеличен до 3 А. Если вместо транзистора КТ315А использовать КТ315И, номинальное напряжение нагрузки и напряжение питания ключа может быть увеличено до 60 В. Допустим, что вход этого ключа присоединен к выходу 3 дешифратора D6. Когда на входы дешифратора будет подан код, соответствующий десятичному числу 2, на выходе 3 дешифратора окажется низкий потенциал, соответствующий уровню логического 0. Транзистор VT1.1 окажется заперт, а транзистор VT2.1 открыт до насыщения, и нагрузка окажется под током. При смене кода на входе дешифратора на его выходе 3 появится высокий потенциал, соответствующий уровню логической 1. Транзистор VT1.1 откроется, а транзистор VT2.1 закроется. Нагрузка будет выключена. Сопротивление резистора R2.1 подбирается таким, чтобы насытить выходной транзистор в открытом его состоянии. В качестве нагрузки на схеме показана лампа накаливания, но можно использовать и другие потребители.

На рис 2,б показана схема мощного ключа, выходной каскад которого собран на транзисторе П210А. Для использования выходного р-n-р транзистора здесь понадобилось добавить к предыдущей схеме один инвертирующий каскад. При указанных на схеме сопротивлениях резисторов ключ обеспечивает в нагрузке ток 0,6 А. При уменьшении сопротивления резистора R2.2 увеличивается ток базы транзистора VT2.2 при запертом транзисторе VT1.2, уменьшается сопротивление коллектор — эмиттер VT2.2, что приводит к увеличению тока базы выходного транзистора и соответствующему увеличению тока нагрузки. При сопротивлении резистора R2.2, равном 1 кОм, ток нагрузки достигает 1,8 А. Для дальнейшего увеличения тока нагрузки нужно уменьшать сопротивления всех трех резисторов с соответствующим увеличением их мощности рассеяния.

На рис. 2,в показана схема одного из вариантов транзисторного ключа для коммутации головных телефонов. На транзисторе VT2.3 собран однокаскадный усилитель звуковой частоты. Транзистор VT1.3 используется в ключевом режиме. Вход 1 блока подключается к источнику звукового сигнала, а вход 2 — к одному из выходов дешифратора DD6. Когда на выходе дешифратора, к которому подключен блок, потенциал соответствует уровню логического 0, транзистор VT1.3 заперт, на работу схемы не влияет и входной сигнал усиливается усилителем. Когда же на вход 2 поступает потенциал, соответствующий уровню логической 1, транзистор VT1.3 отпирается. При этом выходной транзистор запирается и сигнал на выход не проходит. Если головные телефоны подключены к выходам нескольких блоков транзисторных ключей, входы 2 которых соединены с выходами дешифратора, можно будет поочередно прослушивать звуковые сигналы от разных источников, подключенных ко входам 1 ключей, выбирая тот сигнал, который необходим.

Конструктивно АБПУ может быть выполнено либо в виде отдельного устройства, либо в виде составного модуля какого-либо аппарата, в зависимости от выбранного назначения. Расположение элементов схемы произвольное. Конденсаторы С2-С4 должны быть подключены непосредственно к выводам питания микросхем DD2, DD3 и DD4 для обеспечения помехоустойчивости. Индикатор, кнопки управления и переменный резистор регулировки скорости коммутации целесообразно вывести на переднюю панель. Блоки транзисторных ключей при необходимости могут быть выполнены на отдельных платах и располагаться непосредственно около нагрузок. При этом они соединяются с цифровой частью АБПУ жгутом проводов, длина которого во избежание сбоев не должна превышать 10 м. Если выходные транзисторы ключей необходимо установить на теплоотводах, необходимо либо изолировать корпус транзистора от теплоотвода слюдяной прокладкой (при этом тепло-отвод может быть электрически соединен с общей шиной), либо изолировать теплоотвод от общей шины (при этом транзистор может быть электрически соединен своим корпусом с теплоотводом). В последнем случае обеспечивается лучший отвод тепла.

Налаживание АБПУ начинают с проверки правильности монтажа согласно принципиальной схеме, после чего подключают питание с соблюдением полярности. Блоки транзисторных ключей пока не подключают.

Правильно собранная цифровая часть устройства обычно начинает работать сразу, необходимо лишь с помощью осциллографа убедиться в наличии на выходе 8 элемента DD1 прямоугольных импульсов. В противном случае необходимо подобрать емкость конденсатора С1. Индикатор должен высвечивать периодически сменяющиеся цифры от 0 до 9, скорость переключения которых должна плавно регулироваться переменным резистором R1. При нажатии кнопки «Запись» счет должен прекратиться, а индикатор должен высветить какую-либо цифру. Допустим, что высвечивается цифра 8. Тогда с помощью осциллографа или вольтметра нужно проверить наличие уровня логического 0 на выходе 9 дешифратора DD6 и уровня логической 1 на остальных выходах этого дешифратора. При повторном нажатии на кнопку «Запись» вновь должна начаться поочередная смена цифр на индикаторе. Остановив счет на другой цифре, опять проверяют уровни на выходах дешифратора DD6. Так проверяются все 10 выходов этого дешифратора, причем уровень логического 0 должен быть только на том выходе, который соответствует цифре, высвеченной индикатором. При нажатии кнопки «Сброс» индикатор должен высвечивать цифру 0. После этого несколько раз выключают и вновь включают питание. Генератор должен надежно запускаться, в противном случае следует заново подобрать емкость конденсатора С1.

После налаживания цифровой части АБПУ можно к выходам дешифратора подключить блоки транзисторных ключей с их нагрузками. При налаживании ключей в зависимости от напряжения и тока нагрузки может понадобиться подбор сопротивлений резисторов для получения насыщенного состояния выходного транзистора в открытом состоянии.

Налаживание транзисторного ключа, схема которого показана на рис. 2,в, производится следующим образом. Не подавая на вход 1 сигнал, устанавливают кнопкой «Запись» на входе 2 ключа уровень логического 0 и подбором сопротивления резистора R2.3 добиваются получения напряжения на коллекторе транзистора VT2.3, равного +3 В. Затем подают на вход 1 сигнал от какого-либо источника и убеждаются в его неискаженности при помощи осциллографа, подключенного к головным телефонам. Уровень входного сигнала подбирается соответствующим регулятором уровня источника. Затем кнопкой «Запись» устанавливают на входе 2 ключа уровень логической 1. Звук в телефонах должен полностью исчезнуть. При этом может понадобиться подбор сопротивления резистора R1.3. На этом процесс налаживания заканчивается.

Чертеж печатной платы АБПУ приведен на рис. 3, 4.

Рис. 3. Печатная плата АБПУ (I часть)

Рис. 4. Печатная плата АБПУ (II часть)

Конденсаторное реле сверхдлительных выдержек времени

А. Аристов

Один из распространенных автоматов выдержки времени — конденсаторное реле, поскольку оно, как правило, просто по конструкции и легко налаживается. Но выдержки времени этих реле обычно не превышают нескольких минут. Для получения же больших выдержек приходится использовать конденсаторы значительной емкости, обладающие пониженными сопротивлениями утечки, что снижает стабильность и надежность работы реле.

Используя предлагаемый принцип конструирования конденсаторных реле времени, нетрудно построить автомат с выдержкой времени до… нескольких месяцев, причем времязадающий, конденсатор потребуется емкостью всего в несколько микрофарад. Принцип работы подобного реле поясняет рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема конденсаторного реле

Времязадающий конденсатор С1 после заряда его через выключатель S1 до напряжения источника питания подключается к разрядному резистору R1 и электронному ключу через выключатель S2, контакты которого замыкаются на непродолжительное время через определенные интервалы вспомогательным автоматом. Иначе говоря, конденсатор разряжается короткими порциями, что равносильно увеличению емкости конденсатора, а значит, выдержки реле времени во столько раз, во сколько продолжительность между замыканиями контактов выключателя S2 больше продолжительности их замкнутого состояния (можно сказать, что это значение соответствует скважности импульсов, управляющих контактами выключателя). Когда конденсатор разрядится до определенного напряжения, сработает пороговое устройство — электронный ключ — и реле К1 включит (или выключит) нагрузку.

А теперь познакомимся со схемой реле времени (рис. 2), построенного на основе рассмотренного принципа. Времязадающий конденсатор здесь — С1. Он подключен через контакты К2.2 герконового реле К2 к пороговому устройству на однопереходном транзисторе V1. Контакты замыкаются периодически через определенные интервалы времени, задаваемые генератором, который управляет работой реле К2.

Рис. 2. Принципиальная схема конденсаторного реле.

Предположим, что конденсатор С1 уже заряжен до напряжения источника питания и отсчет выдержки времени начался. В те моменты, когда контакты замкнуты, конденсатор С1 разряжается через резистор R2 (параллельно ему можно подключить выключателем S1 резистор R3 и ускорить разряд конденсатора в 20 раз, уменьшив тем самым во столько же установленную выдержку времени). Реле подключено к генератору импульсов большой скважности, поэтому контакты замкнуты в течение сравнительно короткого времени, а в течение более длительного периода разомкнуты и конденсатор не разряжается.

Управляющие работой реле импульсы дифференцируются цепочкой C3R7R4, в результате чего в момент окончания управляющего импульса (то есть во время заднего фронта его) в цепь базы 2 однопереходного транзистора поступает короткий отрицательный импульс амплитудой около 0,8 В, «разрешающий» открывание транзистора. Но напряжение на эмиттере транзистора пока велико, и он остается закрытым. Когда конденсатор разрядится до определенного напряжения и в этот момент на базу 2 поступит очередной отрицательный импульс, транзистор включится.

Конденсатор С1 на короткое время (0,1…0,5 мс) окажется подключенным через открытый переход эмиттер-база 1 транзистора VI к резистору R5 и начнет заряжаться через него. В результате на резисторе появится положительный импульс, который через конденсатор С2 и диод V2 поступит на управляющий электрод тринистора V4 и откроет его. Сработает реле К.1 и контактами К.1.2 (на схеме не показаны) замкнет (или разомкнет) цепь нагрузки. Поскольку при этом откроется диод У5, реле К2 окажется подключенным параллельно реле KL. Через замкнувшиеся контакты К1.1, резистор R1 и контакты К2.1 конденсатор С1 зарядится до напряжения источника питания. Автомат готов к последующему отсчету выдержки.

Диод V2 защищает управляющий р-n-переход тринистора от опасного для него обратного напряжения. Диоды V3 и V9 нужны для подавления экстратоков, возникающих при отпускании реле.

Чтобы начать новый цикл отсчета времени, реле нужно установить в исходное состояние, когда закрыт тринистор, а реле К1 обесточено. Для этого достаточно замкнуть контакты выключателя S2. Конденсатор С4 быстро зарядится через резистор R9 до уровня напряжения на катоде тринистора, а конденсатор С5 будет более медленно заряжаться через резисторы R10, R11 до напряжения включения однопереходного транзистора V6. Через некоторое время этот транзистор включится и создаст положительный импульс напряжения на резисторе R9. Он окажется соединенным последовательно с напряжением на конденсаторе С4 и создаст на катоде тринистора более положительное напряжение по отношению к аноду. Тринистор закроется, реле К1 отпустит и контактами К1.2 переключит нагрузку. Контакты K1Л разомкнутся. Диод V5 закроется, и реле К2 вновь начнет периодически включаться и выключаться.

Интервал времени между замыканием контактов выключателя S2 и отпусканием реле К1 можно установить переменным резистором R10 в пределах 0,15…5 с.

Для увеличения этого интервала достаточно подключить параллельно конденсатору С5 дополнительный конденсатор соответствующей емкости.

Такое, на первый взгляд, сложное устройство переключения реле времени в исходное состояние позволяет при необходимости автоматизировать работу устройства и добиться его периодического включения без постороннего вмешательства. После установки нужных выдержки и паузы реле будет отсчитывать заданные интервалы, включать (или выключать) нагрузку, а после некоторого перерыва вновь переходить в режим отсчета времени. Такой автомат сможет, например, подсыпать корм рыбам или мелким животным, поливать цветы во время отпуска, а совместно с кинокамерой — проводить покадровую съемку медленно протекающих процессов, таких как рост цветка.

Генератор импульсов, управляющих реле К2, собран на кремниевых транзисторах V7 и V8, включенных как аналог однопереходного транзистора. Генератор вырабатывает импульсы прямоугольной формы и амплитудой, близкой к напряжению питания. Длительность импульсов около 20 мс, частоту их следования можно плавно изменять переменным резистором R12. В итоге выдержку времени удается плавно устанавливать в пределах 2,5…80 мин или 45 мин…26 ч (в зависимости от положения контактов выключателя S1). Кроме того, возможна установка фиксированных выдержек, если переключатель S3 устанавливать в другие положения. Так при подключении им к генератору резистора R14 выдержка может быть 3 мин или 1 ч (соответственно при замкнутых и разомкнутых контактах выключателя S1). Если же будет подключен резистор R13, выдержка соответственно станет 36 ч или 30 суток. В четвертом положении переключателя к генератору импульсов будет подключен разъем XI, в гнезда которого можно вставить выводы резистора, задающего любую другую выдержку реле.

На однопереходном транзисторе V10 собран вспомогательный генератор, импульсы которого выполняют такую же роль для генератора на транзисторах V1, V8, что и импульсы последнего для каскада на транзисторе VI.

Детали реле времени можно разместить в любом подходящем корпусе. При монтаже их следует помнить, что соединение выводов конденсатора С1 с контактом группы К2.1 должно быть выполнено только над платой («в воздухе»), чтобы обеспечить лучшую изоляцию этой точки и предотвратить дополнительный разряд конденсатора.

Однопереходные транзисторы — любые из серии КТ117, биполярные можно заменить любыми аналогичными — кремниевыми транзисторами соответствующей структуры. Тринистор — любой из серии КУ101. Реле К1 — на напряжение 12 В, при токе срабатывания не более 50 мА. Реле К2 — самодельное. Обмотка его содержит 3000 витков провода ПЭВ-1 0,1, намотанных на каркасе из картона, изготовленного по размерам геркона, выполняющего роль контактов К2.1. Из герконов лучше применить тот, который рассчитан на работу при токах в доли микроампера. Для надежности работы реле внутрь каркаса катушки желательно поместить два геркона и соединить их выводы параллельно. Подойдет и готовое герконовое реле, срабатывающее при напряжении 4..8 В.

Для питания реле использован блок БП-9/12, но вполне пригоден и любой другой источник напряжешь ем 12 В, рассчитанный на ток нагрузки не менее 80 мА.

Если при расчете или подборе времязадающих резисторов R2, R3, R12-R14 окажется, что сопротивление любого из них не должно превышать 500 кОм, генератор на транзисторе V10 можно исключить.

Налаживание реле сводится к подбору времязадающих резисторов и градуировке шкал переменных резисторов R10 и R12.

В случае использования автомата для отсчета непродолжительных выдержек времени, например при проявлении фотопленки, его запускают кратковременным включением выключателя S2. Когда же автомат должен работать длительное время, например для подкармливания рыб в отпуске, контакты этого выключателя должны быть замкнуты постоянно.

Фотоэлектронные устройства (обзор)

В. Лемке

Фотоэлектронные (оптоэлектронные) устройства (ФЭУ) широко применяются в устройствах автоматики, телемеханики, оптической связи, фотоизмерительной и другой технике. Исходя из назначения, они должны соответствовать определенным требованиям, например таким: высокая чувствительность, достаточное быстродействие, способность работы в нужной части оптического диапазона и требуемом диапазоне температуры, помехоустойчивость, простота и экономичность устройства и т. д. Выполнение заданных требований достигается соответствующим выбором светочувствительных элементов и фильтров для них, схемы усилительных каскадов исполнительных устройств и т. д.

В качестве светочувствительного элемента в ФЭУ могут быть использованы фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фотоэлементы, фотоумножители, оптроны с открытым оптическим каналом и т. д.

В зависимости от типа используемого светочувствительного элемента в ФЭУ есть свои особенности, которые должны учитываться и для более полного использования возможностей светочувствительного элемента и для более рационального построения устройства.

Обычно в своих конструкциях радиолюбители используют фотодиоды и фоторезисторы.

Фотодиод — полупроводниковый прибор, являющийся приемником лучистой энергии, которая, воздействуя на фотодиод, переводит его из закрытого состояния в открытое. В зависимости от типа фотодиода максимум спектральной чувствительности может находиться в видимой области или в области инфракрасного излучения. Фотодиоды могут работать и в вентильном режиме, преобразуя световую энергию в ЭДС значением 0.5…0.7 В.

Фоторезисторы представляют собой активные полупроводниковые резисторы, чувствительные к световому излучению в широком интервале длин волн, включая ультрафиолетовый и инфракрасный спектры. Для фоторезисторов характерно то, что они обладают высоким сопротивлением в темноте, которое при освещении резко уменьшается. Существует большое разнообразие фЭУ, отличительную особенность которых определяет применяемый светочувствительный элемент.

В сравнении по параметрам с фотодиодами фоторезисторы отличаются высоким отношением светового тока к темновому, однако, значительно уступают фотодиодам в быстродействии. Рабочее напряжение фотодиодов составляет 10…20 В, а фоторезисторов — 1,3…350 В.

На практике ФЭУ выполняются, как правило, в следующих основных вариантах:

— светочувствительный элемент без усилительных элементов в цепи управляющего устройства;

— с использованием усилителя постоянного тока (УПТ);

— с использованием порогового элемента;

— светочувствительный элемент в цепи генератора импульсов;

— с модуляцией управляющего луча.

ФЭУ с фоторезистором или фотодиодом в цепи управляющего устройства без использования усилительных элементов отличаются простотой, но имеют низкую чувствительность и поэтому на практике применяются редко, например в устройствах «автостопа», где источник света находится в непосредственной близости от фоторезистора иди в автоматах включения и отключения ночного освещения, если в качестве исполнительного устройства применить тринисторы или электромагнитные реле с малым током срабатывания, а также для измерения интенсивности светового излучения при включении микроамперметра последовательно с фоторезистором. Световой ток фотодиода намного меньше светового тока фоторезистора и составляет десятки микроампер, поэтому нецелесообразно его ставить в цепи последовательно с исполнительными устройствами без усилительных элементов.

В ФЭУ с УПТ желательно использовать фоторезисторы, так как при увеличении температуры окружающей среды на 30…40 °C темновой ток фотодиодов увеличивается в несколько раз, что вызывает нестабильность работы ФЭУ.

Из применяемых в настоящее время ФЭУ с УПТ можно выделить три основные группы:

1. Фоторезистор включен между базой транзистора первого каскада УПТ и минусом (для транзистора р-n-р структуры) или плюсом (для транзистора n-р-n структуры) источника питания.

2. Фоторезистор включен между базой и эмиттером входного транзистора УПТ.

3. Фоторезистор включен в цепь УПТ, выполненного на интегральных микросхемах.

Однокаскадный УПТ на транзисторе, а также УПТ на составном транзисторе, являющийся разновидностью однокаскадного УПТ с более высоким коэффициентом усиления, применяют в ФЭУ первой группы, например в автоматах управления освещением, в измерительных приборах. Для ФЭУ тревожной сигнализации, в устройствах для подсчета и сортировки штучных изделий и т. п. обычно применяются двухкаскадные УПТ. Повышения чувствительности ФЭУ первой группы можно добиться не только подбором по соответствующим параметрам транзисторов (указано ниже), но и путем увеличения напряжения источника питания. Лучше для питания ФЭУ использовать два источника: один с напряжением 5…20 В для питания УПТ, а другой, с более высоким напряжением, для питания фоторезистора. Подбирая напряжение второго источника в пределах 20…250 В, добиваются наибольшей чувствительности ФЭУ. Практические конструкции ФЭУ с УПТ первой группы приведены в «Радио», 1975, № 3, с. 37 и № 10, с. 64.

ФЭУ, в которых фоторезистор включен между базой и эмиттером транзистора входного каскада УПТ, питаются от источника с меньшим напряжением, чем ФЭУ первой группы. В них не полностью используются возможности фоторезистора, поэтому ФЭУ даже с многокаскадными УПТ по чувствительности уступают ФЭУ с однокаскадными УПТ первой группы. Одно из ФЭУ с УПТ второй группы описано в «Радио», 1980, № 9, с. 38.

Чувствительность ФЭУ с УПТ на транзисторах зависит от статического коэффициента передачи тока (h_21э) транзисторов (особенно оконечного) и рабочего тока электромагнитного реле (или других исполнительных элементов). Чем больше коэффициент h_21э транзистора и меньше ток реле, тем выше чувствительность ФЭУ. Транзистор, ко входу которого подключается фоторезистор, должен обладать как можно меньшим обратным током коллектора (I_KBO < 2 мкА). Лучшие результаты дает применение кремниевых транзисторов.

В радиолюбительской практике используются чаше всего двухкаскадные УПТ на транзисторах, так как построение многокаскадных УПТ связано с усложнением процесса установки режимов работы транзисторов при настройке ФЭУ. Поэтому для дальнейшего повышения чувствительности можно использовать УПТ, выполненные на интегральных микросхемах (ИМС) с высоким коэффициентом усиления. Однако при этом снижается помехозащищенность ФЭУ и использовать его можно при условии неизменности освещенности помещения, в котором установлен фоторезистор.

ФЭУ выполняют на интегральных микросхемах не только для повышения их чувствительности, но и для уменьшения габаритов самих конструкций, повышения экономичности. Кроме того, в автоматических устройствах, выполненных 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.