Акустическое реле для светильника
Осветительные лампы накаливания по потреблению электроэнергии занимают одно из первых мест среди других бытовых приборов. Даже в небольшой квартире обычно используется более десятка лампочек. Для того чтобы снизить расход электроэнергии, необходимо установить несложное устройство автоматики.
Описанный ниже вариант реле предназначен для работы с осветительными лампами накаливания общей мощностью до 1000 Вт. Эту конструкцию отличает простота, высокая надежность, доступность элементной базы, легкая повторяемость и минимум настройки. Устройство плавно зажигает лампы на полную мощность в течение 0,5...2 с и медленно гасит их после окончания времени выдержки за 15...20 с с задержкой скорости снижения яркости свечения в самом конце процесса на 2...6 с. Это акустическое реле имеет высокую чувствительность, уровень которой легко регулируется, устойчиво как к импульсным сетевым помехам, так и к коротким звуковым. После включения питания на нагрузку подается не менее 97 % мощности.
Рис.1.32
Реле включает освещение, если уровень акустических шумов превысил заданное значение, и плавно отключает питание нагрузки спустя установленное время, если наступила тишина. Устройство как бы «рассуждает» - если тихо, значит в помещении никого нет, и лампы через некоторое время можно погасить.
Обратимся к схеме устройства (рис. 1.32). При замыкании выключателя SA1 на устройство подается сетевое напряжение переменного тока 220 В и лампа накаливания EL1 быстро, но все-таки плавно зажигается вне зависимости от того, было ли достаточное акустическое воздействие от микрофона ВМ1 или нет. Логика проста: щелкнули выключателем, значит нужен свет. Если тишина не будет нарушена, то лампа EL1 погаснет через 40...60 с.
В качестве акустического датчика используется малогабаритный импортный электретный микрофон. Микрофонный усилитель построен на половине микросхемы операционного усилителя (ОУ) DA1, которая питается однополярным напряжением. Для этого на его неинвертирующий вход подается примерно половина напряжения питания, образованная делителем R1 R2 и микрофоном. Такое включение позволяет сэкономить несколько деталей. Чувствительность микрофонного усилителя определяется соотношением сопротивлений резисторов R3 и R4. Усиленный звуковой сигнал детектируется на диодах VD1 и VD2. Как только напряжение на конденсаторе С6 превысит напряжение но конденсаторе С7, компаратор на DA1.2 переключится, на выв. 6 появится напряжение лог. 1. Поскольку конденсатор С6 заряжается относительно медленно, то лампа EL1 зажигается на полную мощность с задержкой, что уменьшает вероятность ее перегорания в момент включения. Операционные усилители серии 574 имеют на входах полевые транзисторы, и их входное сопротивление очень высокое. Поэтому для получения большой выдержки времени достаточно времязадающе-го конденсатора С6 небольшой емкости!
При появлении на выходе DA1.2 лог.1 включается релаксационный генератор на однопереходном транзисторе ѴТ1, нагрузкой которого является импульсный трансформатор Т1. Так как цепь второй базы питается пульсирующим напряжением, то работа генератора синхронизирована с частотой сети. Это дает возможность легко осуществить фазовую регулировку подаваемой на нагрузку мощности. Когда напряжение на конденсаторе С6 падает до 2 В, уменьшается и напряжение на выходе DA1.2. Открывающие симистор импульсы поступают на его управляющий вывод на каждой полуволне сетевого напряжения со все возрастающей фазовой задержкой, лампа EL1 плавно гаснет. С указанными на схеме номиналами R5, С6 при наступлении тишины время работы лампы на полную мощность составляет около 3 мин, а период погасания длится около 20 с.
Слаботочные узлы управления симистором питаются от простого параметрического стабилизатора, состоящего из конденсатора СЮ, резистора R11, выпрямительного моста VD5, диода VD4, стабилитрона VD3 и сглаживающего выпрямленное напряжение конденсатора С8. Конденсатор С11 уменьшает проникающие в сеть помехи, уровень которых возрастает на непродолжительное время перед погасанием лампы.
Детали. В устройстве можно использовать резисторы С2-22, С2-23, МЛТ, ВС и другие соответствующей мощности. Высокоомный резистор R5 можно составить из нескольких резисторов. Конденсаторы: С1 типов К10-17, КМ-5, КМ-6; С4, С9 - типов К73-9, К73-17; СЮ, С11-К73-16, К73-17, К73-24 В на напряжение не менее 400 В.
Конденсатор С6 можно взять из серии К53-4 и с возможно меньшими токами утечки или составить из нескольких точных конденсаторов. Остальные конденсаторы - типов К50-35, К50-24 или импортные аналоги. Транзистор ѴТ1 можно взять любой из серии КТ117. В качестве DA1 устойчиво работают КР574УД2А, К574УД2Б. Можно применить и ОУ типа К575УД2 (A-В), но они имеют иную цоколевку. Симистор можно заменить КУ208Д1, ТС12-10-4, ТС112-16-6 или другим аналогичным на напряжение не менее 400 В и соответствующий нагрузке ток. Диодный мост можно заменить КЦ422Г, DB104, КЦ407А или 4 диодами, например, КД243Ж, КДЮ5Б, 1N4007. Диоды 1N4148 можно заменить любыми из серий КД103, КД521, КД122. Стабилитрон подойдет любой маломощный на 12...14 В, например, Д814Д, КС512А, КС213Ж. Микрофон можно использовать серий МКЭ-337-1, МКЭ-389-1, МКЭ-332, МКЭ-333. Трансформатор наматывают на кольце К10x6x3 из феррита М2000НН. Перед намоткой острые края кольца стачивают, кольцо покрывают тонким слоем эпоксидной смолы или несколькими слоями цапонлака. Обе обмотки наматывают проводом ПЭШО, ПЭЛШО с диаметром медной жилы 0,08...0,1 мм. Первичная обмотка содержит 130 витков, вторичная - 70. После намотки первичную обмотку пропитывают цапонлаком. Можно использовать и быстросохнущий лак для ногтей или лак БТ-577. Кольцо можно взять К12x8x3 или ферритовый цилиндр от катушек ПЧ приемника «Альпинист».
Наладка. Подбором сопротивления резистора R1 устанавливают напряжение +6 В на выв. 2 DA1.1, резистором R7 - напряжения 2 В на выв. 5 DA1.2, переменным резистором R3 устанавливают желаемую акустическую чувствительность микрофонного усилителя. Вместо резистора R9 временно подключают переменный на 22 кОм. Медленно уменьшая его сопротивление, добиваются наиболее яркого свечения лампы EL1. После чего измеряют сопротивление его введенной части и вместо переменного устанавливают постоянный на такое же сопротивление. Если лампа не зажигается на полную мощность, то нужно поменять между собой выводы одной из обмоток импульсного трансформатора.
Симистор в пластмассовом корпусе ТО-220 устанавливают на теплоотвод при мощности нагрузки более 40 Вт. Максимальная мощность управляемой лампы или нескольких параллельно включенных ламп накаливания зависит от типа примененного теплоотвода.
В авторском варианте устройство смонтировано на двух платах размерами 65x32 мм и предназначено для установки в декоративный защитный стакан подвесного светильника с одной лампой накаливания мощностью 100 Вт. Если параллельно выключателю SA1 установить диод, например, КД226Е, то лампа накаливания будет оставаться включенной вплоть до замыкания SA1, но если затем вы попытаетесь ее выключить размыканием этого же контакта, то увидите нечто интересное, но для этого необходимо сначала собрать описанное в этой статье устройство.
Так как конструкция имеет гальваническую связь с напряжением сети -220 В, то при настройке и эксплуатации акустического реле нужно соблюдать правила техники безопасности.
Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, Москва 2008