Акустическое реле (1407УД2, КР1182ПМ1)

Стремительное повышение цен на электроэнергию побуждает применять различные способы энергосбережения. Благодаря повсеместному применению в различной радиоаппаратуре современной электронной базы и экономичных источников питания эргономические показатели бытовой техники в последние годы резко улучшились. И все же несмотря на всеобщий прогресс заката архаичных, но дешевых ламп накаливания в обозримом будущем не предвидится.

Рис. 1.29

Из-за низкого КПД таких ламп затраты на освещение зачастую превышают стоимость потребленной электроэнергии всеми другими электроприборами, находящимися в постоянной эксплуатации в этом же помещении. Снизить затраты на освещение можно с помощью различных устройств автоматики. Принципиальную схему одного из возможных вариантов такого устройства вы видите на рис. 1.29. Устройство представляет собой акустическое реле с плавным включением и отключением ламп накаливания. Применение современной электронной базы позволило создать надежную, устойчиво работающую малогабаритную конструкцию. Основу предлагаемого реле составляют две микросхемы. Первая, DA1, представляет собой микромощный программируемый малошумя-щий усилитель в корпусе DIP8, вторая, DA2 - фазовый регулятор мощности в корпусе Power DIP12+4.

Сразу же после подачи напряжения питания замыканием выключателя SA1 лампа накаливания EL1 находится в выключенном состоянии. От внутреннего источника стабильного тока микросхемы DA2 начинает заряжаться конденсатор С9. Процесс его зарядки до напряжения 1,5 В длится около 2 с, за это время лампа плавно зажигается, после чего продолжает светить с максимальной мощностью. Конденсаторы С11, С12 предназначены для задержки включения транзисторных аналогов тринисторов на каждой полуволне сетевого напряжения. Резистор R13 нужен для разрядки конденсатора С9 после отключения питания, что при последующем включении (спустя не менее чем 15 с) снова обеспечит плавное зажигание лампы накаливания.

Узел управления микросхемой DA2 получает питание от простейшего параметрического стабилизатора напряжения, построенного на стабилитроне VD5 и элементах СЮ, VD3, R14. Цепь VD4 R15 компенсирует влияние цепи VD3, R14 на узлы микросхемы DA2. Процесс зарядки конденсаторов С2, СЗ, СЮ после подачи напряжения питания длится около 10 с, после чего акустическое реле полностью готово к нормальному функционированию.

При включении лампы выключателем SA1 через резистор R10 начинает заряжаться конденсатор С7. При указанных на схеме номиналах R10 и С7 зарядка этого конденсатора до напряжения 4...5 В длится около 90 с при условии, что на микрофон не оказывается существенного акустического воздействия. Как только напряжение на этом конденсаторе превысит суммарное пороговое напряжение затвор-исток полевых транзисторов VT2 и ѴТЗ, эти транзисторы откроются, конденсатор С9 начнет разряжаться через резистор R12 и открытый канал транзистора ѴТЗ, следовательно, лампа плавно погаснет в течение 3...4 с.

Если звуковое давление на мембрану микрофона превысит некоторое значение, то переменное напряжение звуковой частоты, усиленное ОУ DA1, поступит на детектор, построенный на диодах VD1 и VD2. Как только напряжение на конденсаторе С8 превысит 1.6...2.5    В, транзистор VT1 откроется и разрядит конденсатор С7. Следовательно, транзисторы VT2 и ѴТЗ закроются, конденсатор С9 снова начнет заряжаться, и лампа плавно включится. Использование в качестве ключей полевых n-канальных транзисторов обогащенного типа позволяет значительно упростить схему устройства без ущерба для эксплуатационных характеристик акустического реле.

Ток, потребляемый микросхемой DA1, программируется резистором R5. В данном случае его значение находится в интервале 100...    150 мкА. Цепь R6 С5 снижает усиление и шумы ОУ на высоких звуковых частотах. В некоторых случаях может оказаться полезным шунтирование микрофона конденсатором емкостью 0,01 мкФ. Резистор R7 уменьшает чувствительность реле к случайным коротким звукам.

В конструкции могут быть применены постоянные резисторы МЯТ, С2-23, С2-33. Переменный резистор R4 - типа СПЗ-386,

РП1-63М. Оксидные конденсаторы - малогабаритные импортные аналоги К50-35 известных зарубежных производителей, керамические - КМ-5, КМ-6, К1СМ. Если вы ограничены габаритами корпуса, то можно попробовать оксидно-полупроводниковые конденсаторы, например, ниобиевый К53-4. Нужно подобрать экземпляр с током утечки не более 50 нА при напряжении 15 В и температуре корпуса конденсатора 25 °С.

Диоды VD1, VD2 - любые маломощные кремниевые, например, серий КД103, КД510, КД521, КД522. Диоды VD3, VD4 можно заменить на RL104-RL107, IN5395, КД102Б, КД243Д, серий КД209, КД528 (Б - Д). Стабилитрон VD5 - любой маломощный на 8...10 В, например, КС182А, КС126М, КС191Ж, Д814Б, 1N4739A, TZMC-9V1. Токовые ключи на полевых транзисторах можно заменить на КП501Б, КП501В или ZVN2120. При этом VT2 и ѴТЗ желательно подобрать с возможно большим пороговым напряжением затвор-исток, иначе для получения длительной выдержки потребуется увеличение емкости конденсатора С7 или сопротивления резистора R10.

Операционный усилитель КР1407УД2 можно заменить импортным аналогом LM4250. Можно использовать и КР140УД12, если верхний по схеме вывод резистора R5 соединить с общим проводом и подобрать его сопротивление. Микрофон можно применить любой электретный с током потребления не более 500 мкА при питающем напряжении 4,5 В.

На провода питания, идущие к микросхеме DA2, можно надеть небольшие ферритовые трубочки (L1, L2), аналогичные используемым в импульсных блоках питания или блоках строчной развертки.

Налаживание безошибочно собранного звукового реле сводится к установке напряжения, равного половине постоянного напряжения питания, подбором сопротивления резистора R1 на положительном выводе конденсатора СЗ. Переменным резистором R4 устанавливается желаемая чувствительность микрофонного усилителя. Время выдержки, которое отрабатывает звуковое реле до отключения питания, зависит от параметров С7 и R10.

Микросхема КР1182ПМ1 способна работать с нагрузкой мощностью до 150 Вт. Рекомендуется использовать ее с лампами накаливания общей мощностью до 100 Вт. При этом к ее теплоотводным выводам желательно припаять небольшой радиатор площадью 4...6 см2 из листовой латуни. Вместо пайки можно приклеить радиатор к корпусу микросхемы теплопроводным клеем «АлСил-5».

Если необходимо управлять лампами накаливания большей мощности, то можно применить параллельное включение микросхем, либо дополнить устройство симистором.

При разводке платы следует учитывать возможное негативное влияние микросхемы DA2 на входные цепи ОУ DA1. Если в устройство будет установлен дополнительный симистор, то существует вероятность, что уровень создаваемых помех сильно возрастет, поэтому может потребоваться применение сетевого LC фильтра.

Если резистор R13 заменить на переменный, то можно управлять мощностью, подаваемой на нагрузку. Можно увеличить сопротивление резистора R12, тогда при наступлении тѵішины лампа накаливания будет погасать не полностью, что в некоторых случаях может быть удобным.

При настройке и эксплуатации устройства следует учитывать, что все ее элементы имеют гальваническую связь с осветительной сетью, и соблюдать меры предосторожности.

Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, Москва 2008