Во второй части мы рассмотрели, как рассчитывается блок питания для самодельного датчика света. Сегодня произведем расчет блока управления лампой накаливания, пользуясь формулами теории электрических цепей.
Расчет блока управления
Напряжение питания 12 В подается на фоторезистор Rф и резистор постоянного сопротивления R1. Так как эти резисторы включены в цепь последовательно, то через них будет протекать один и тот же ток I1. Между фоторезистором и постоянным резистором подключается инверсный вход компаратора.
Компаратор(сравнивающее устройство) - логический электронный прибор с двумя входами и одним выходом. Компаратор выдает высокое напряжение (логическая единица) в случае, если напряжение на первом (прямом) входе выше, чем на втором (инвертирующем) и низкое выходное напряжение (логический ноль) если напряжение первого входа ниже второго инвертирующего входа.
Когда фоторезистор не освещен, ток на инверсный вход компаратора практически не поступает из-за большого сопротивления Rф относительно подстроечного резистора Rп1, на который так же поступает входной ток. Ток через фоторезистор будет колебаться от нескольких мкА до 50 мкА.
Следовательно, целесообразно будет подобрать номиналы резисторов R1 и R2, которые включены в цепь между землей и входами компаратора, от 10 кОм до 1 МОм. Выберем номиналы обоих резисторов по 10 кОм.
Рассчитаем номинальную мощность рассеивания. При хорошем освещении сопротивление Rф мало, и составляет порядка 1 кОм. Общее сопротивление Rф и R1 составит:
Rф1=Rф+R1=10000+1000=11000 Ом
Тогда I1=Еп/Rф1=12/11000=0,001 А = 1 mА
Ur1=R1*I1=1000*0,001=10 В
Рассеиваемая мощность на резисторе R1:
Pr1=I1*Ur1=0,001*20 = 0,01 Вт
Выбираем резистор R1 мощностью 0.125 Вт. При хорошем освещении, ток через фоторезистор, разделяясь, идет на резистор R1 и, на инвертирующий вход компаратора LM393.
Рассмотрим работу данного компаратора при различных напряжениях на его входах.
Если напряжение на не инвертирующем входе больше напряжения чем на инвертирующем входе, то за счет основной формулы компаратора: Uвых=К*Uвх+ выходное напряжение сильно возрастает и достигает напряжения питания Eп. И за счет положительной обратной связи через резистор R4, часть напряжения с выхода компаратора поступает обратно на положительный вход компаратора, таким образом обеспечивая возрастание напряжения на положительном входе компаратора.
И это будет происходить до тех пор, пока выходное напряжение Uвых не перестанет реагировать на вход. За счет положительной обратной связи компаратор насыщается он уже не чувствует как бы не росло напряжение на положительном входе компаратора. Uвых меняться не будет и останется постоянным.
Так как для регулировки чувствительности блока управления, нужен резистор с регулируемым сопротивлением, то выберем резистор Rп1 в качестве подстроечного резистора с сопротивлением порядка от 10 до 100 кОм.
По мере освещения сопротивление фоторезистора уменьшается, следовательно, больший ток идет на инвертирующий вход компаратора. И когда напряжение на инвертирующем входе компаратора станет больше чем на не инвертирующем - произойдет переключение компаратора, и на его входе будет логический “0”, те есть 0 В. Ток поступать на транзистор не будет и реле закроется.
Выбираем подстроечный резистор Rп1 из-за того, что все элементы данной схемы не идеальны и имеют погрешности, для этого нужна ручная регулировка порога срабатывания.
Максимальная рассеиваемая мощность резистора Rп1:
Р=Umax*Imax=Umax*U/Rп1=12*12/100000=0.00144 Вт.
Следовательно, берем данный резистор с рассеивающей мощность 0.125 Вт.
Данное электромагнитное реле срабатывает при напряжении 12 В.
В качестве нагрузки используется лампа накаливания 220 В переменного напряжения с мощностью 100 Вт. Выбираем реле из серии КУ-1, контакты которого нормально разомкнуты. Сопротивление катушки реле составляет 527 Ом. Тогда ток определяется выражением:
I=U/R=12/527=0.0227 A = 22.7 мА.
В качестве элемента управления данным реле, возьмем биполярный транзистор структуры npn BD135. Резистор R3 используется для ограничения тока базы транзистора.
Сборка производилась на макетной плате размерами 100 х 70 мм. Данное устройство полностью работоспособно. Блок питания и блок управления размещены на подставке из фанеры. Так как различные устройства с таким принципом работы зачастую используются в открытых местностях, чаще на улицах или прихожих домов, следовательно, ручная регулировка чувствительности в данном устройстве очень важна из-за перемен времен года. Порог срабатывания данного устройства можно регулировать с помощью подстроечного резистора. Принципиальная электрическая схема блока питания и фотореле приведена ниже.
При работе с устройствами, которые подключаются в сеть 220 В, следует соблюдать технику безопасности. Так как такое напряжение очень опасно для человеческой жизни.
При выполнении работ по проектированию и реализации аналогового автомата включения освещения приходилось несколько десятков раз тестировать данное устройство. Особое внимание нужно уделялось блоку питания так как именно он подключается в сеть. В итоге получилось два устройства, которые были спроектированы на одной плате. Такие приборы нашли широкое применение в быту человека.
Пропустили первые две части? Оставляем ссылки:
1. Самодельный датчик света из подручных деталей.
2. Собираю блок питания для самодельного датчика освещения.
Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.