Три схемы фотодатчиков на фоторезисторах

Различные схемы фотореле, опубликованные в радиолюбительской литературе, что называется на любой вкус и цвет. С трудом можно найти какое-нибудь свежее решение.

Фотореле на микросхеме КР1564ТЛ2

Предлагаемая схема (рис. 1), как нам представляется, оригинальна. В качестве фотодатчика служит распространенный фоторезистор СФЗ-1.

Рис.1. Принципиальная схема фотореле на фоторезисторе.

Он преобразует световой сигнал, улавливаемый чувствительной поверхностью, в электрические колебания, которые затем поступают на вход порогового детектора на одном элементе микросхемы D1.1 типа КР1564ТЛ2.

Эта микросхема состоит из шести однотипных элементов-логических инверторов с триггерами Шмитта. На втором элементе D1.2 реализована схема задержки времени включения нагрузки.

Чувствительность схемы (порог переключения триггера Шмитта) плавно регулируется переменным резистором R1, который совместно с фотодатчиком образует делитель постоянного напряжения. Желательно применить многооборотистый прибор, типа СП5-1.

Когда темно-инвертирующий выход D1.1 (выв. 2) в состоянии высокого логического уровня (лог. 1) и конденсатор С2 быстро разряжается через резистор R4, благодаря диоду VD1. Когда освещение попадает на фоторезистор PR, - на выв. 2 элемента лог. 0.

Далее сигнал поступает на схему временной задержки. В результате зарядки конденсатора С2 через резистор R3 до напряжения порога срабатывания элемента D1.2 выдержка времени существенно может изменяться в зависимости от номиналов С2 и R3 от нескольких секунд до минут.

Зарядившись, конденсатор С2 перебрасывает триггер в другое устойчивое состояние, и на выходе D1.2 (выв. 4) оказывается высокий логический уровень (лог. 1). Транзистор VT1 открывается, на реле К1 поступает напряжение питания и реле коммутирует нагрузку. Диод VD2 препятствует броскам обратного тока при включении/выключении реле.

Схема очень проста и не требует настройки, кроме установки резистором R1 порога срабатывания триггера в зависимости от освещенности конкретного объекта.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ312(А“В), КТбОЗ(А-Б), КТ608Б, КТ801(А, Б). К1 -маломощное реле РЭС15, паспорт (003), или аналогичное, на напряжение срабатывания сообразно напряжению питания схемы.

Питание схемы некритично и осуществляется от любого стабилизированного блока питания с выходным напряжением 9...14 В. Ток, потребляемый схемой от источника питания в пассивном режиме (фоторезистор не освещается), не превышает 2...3 мА. При включении реле, ток увеличивается до 20 мА.

Надежное фотореле на микросхеме К561А7

При управлении мощной нагрузкой или нагрузкой в сети 220 В необходимо применять другое реле, обеспечивающее надежность и безопасность работы устройства.

На рис. 2. показана аналогичная схема чувствительного фотоавтомата с применением логических элементов микросхемы КМОП К561А7. Устройство имеет отличительную особенность -при затемненности фоторезистора PR реле К1 включено. Подразумевается, что своими контактами реле коммутирует исполнительную цепь нагрузки.

При резком освещении фоторезистора (например, включении света в помещении) триггер Шмитта на логических элементах D1.1-D1.3 переключается, реле К1 отпускает и нагрузка обесточивается.

А вот при плавном увеличении освещенности, таком как рассвет устройство включает нагрузку также резко -при достижении сигнала на входе триггера порогового уровня переключения триггера Шмитта. Усилитеь на транзисторе VT1 преобразует изменение сопротивления фоторезистора PR (СФЗ-1) в электрический ток.

Рис. 2. Схема надежного фотореле на микросхеме К561А7.

Когда чувствительная поверхность фоторезистора освещена -транзистор ѴТ1 открыт и сигнал высокого уровня через развязку на диодах VD1, VD2 поступает на вход независимых инверторов.

Цепь R4C1R5 обеспечивает задержку в 2,5-3 мин, из-за чего сигнал высокого уровня, проходящий свободно через диод VD2, поступает на вход элемента D1.2 только после того, как зарядится через резистор R4 конденсатор С1, обеспечивающий временнную составляющую задержки.

После этого на выв. 8 элемента D1.3 будет лог. 1 и на его выв. 9 - тот же уровень. Соответственно на выходе этого инвертора (выв. 10) окажется низкий логический уровень, а на выходе элемента D1.4 - высокий логический уровень.

В результате открывается ключевой транзистор ѴТ2 и включается реле. Благодаря задержке включения устройство может испоьзо-ваться с любым типом реле - дребезг контактов отсутствует.

Применение этой схемы эффективно в ситуациях с плавным изменением освещенности объекта. Переменный резистор R1 регулирует чувствительность фотодатчика.

Фотореле с бестрансформаторным питанием

Схема на рис. 3отличается бестрансформаторным сетевым питанием и тиристорным управлением активной нагрузки. В основе ве - транзисторный переключатель с бестрансформаторным питанием от сети 220 В, включающий лампу освещения HL1.

Рис. 3. Схема фотореле с бестрансформаторным питанием.

Мощность лампы имеет ограничение в 100 Вт, что обусловлено параметрами мощности тиристора VS1, управляющего лампой. Такая мощность лампы достаточна для освещения любого предмета, находящегося на антресоли.

На лампу HL1 выпрямленное напряжение поступает с выпрямителя, включенного по мостовой схеме на диодах VD4-VD7. Вместо указанных на схеме диодов можно использовать готовый выпрямительный мост, рассчитанный на обратное напряжение не менее 300 В, например КЦ405А.

Тиристор включается триггером Шмитта, состоящим из составных транзисторов ѴТ1, ѴТ2 и транзистора ѴТЗ. С наступением сумерек под влиянием изменяющегося сопротивления фоторезисторов PR1, PR2 (они включены параллельно для лучшей чувствительности) потенцил базы транзисторов ѴТ1, ѴТ2 возрастает и они открываются.

Колекторное напряжение транзистора ѴТ2 в это время уменьшается, вследствие чего транзистор ѴТЗ оказывается закрытым. Коллекторное напряжение транзистора ѴТЗ через диод VD1 открывает тиристор VS1, который включает лампу HL1.

Кремниевый диод VD2 в эмиттерной цепи транзистора ѴТЗ служит для уменьшения гистерезиса (разницы пороговых уровней переключения) триггера Шмитта. Благодаря этому порог переключения мал, т. е. лампа не мерцает и не мигает в переходный момент освещенности фотоэлементов.

При освещении фоторезисторов триггер Шмитта переключается, изменяя свое первоначальное состояние. Тиристор закрывается, прекращая подачу питания на лампу HL1. Триггер Шмитта и часть схемы с чувствительным фоторезистором питаются стабилизированным напряжением +10...+14 В.

Этот параметр зависит от номинала стабилитрона VD3. Уровень чувствительности узла (срабатывания фотопереключателя) регулируется изменением сопротивления переменного резистора R8.

При размещении фотоэлемента в корпусе устройства необходимо следить за тем, чтобы свет зажженной лампы не попадал на светочувствительную поверхность фоторезисторов, так как в таком случае из-за оптической связи лампа HL1 будет постоянно включаться и выключаться (мигать) в зависимости от параметров (постоянной времени) фоторезисторов.

Собранная без ошибок с исправными радиодеталями схема не нуждается в настройке и начинает работать сразу. Все резисторы, кроме R1, - типа МЛТ-0,25, МЛТ-0,5, а резистор R1 мощностью рассеивания 2 Вт.

Фоторезисторы СФЗ-1 могут быть заменены на другие приборы, сопротивление которых при полной темноте составляет не менее 1МОм, а при освещенности падает до 50 кОм и меньше.

Фоторезисторы можно монтировать как в корпусе основного устройства (авторский вариант), так и с подключением через разъем, - на расстоянии. Главное - провода соединения фотоэлементов со схемой не должны быть длиннее 1 м.

Это условие необходимо выполнить для уменьшения влияния посторонних наводок, провоцирующих узел на ложные срабатывания. В качестве лампы HL1 можно использовать любую активную нагрузку мощностью до 100 Вт.

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