Для чего предназначено это устройство?
Управление в автоматическом режиме включением и выключением света на территории, в подъезде, когда освещенность на улице становиться ниже установленного значения.
Имеются много подобных самоделок, к которым до сих пор не потерян интерес к паянию, неумолимый прогресс и новые технические решения приходят к нам, в основе конструкции которых микроконтроллеры, но всегда остается потребность и желание собрать самому простую и недорогую схему.
Практическая полезность этой конструкции остается всегда нужной, тем более во время, когда экономия электричества стала одной из серьезных и актуальных хозяйственных проблем.
На рынке существует самые разнообразные сумеречные выключатели, которые легко доступны, зачем что-то еще изобретать? Для желающих "помастерить" и "попаять" предлагается эта миниатюрная "конструкция выходного дня", она хорошо подойдет для применения в домашней электронике. Фотореле представляет собой схему с релейным выходом, размер печатной платы 29x29x15 мм, питание от внешнего источника питания постоянного тока.
Схема фотореле.
Схема электрическая
Простое фотореле день - ночь схема. Принцип работы достаточно прост: операционный усилитель используется в качестве компаратора (сравнивающего устройства), фоторезистор определяет уровня освещения окружающей среды. Нагрузкой сумеречного выключателя является малогабаритное электромагнитное реле. Как уже указывалось выше, для определения уровня падающего света предназначен фоторезистор FR1, он имеет максимальное сопротивление в темноте около 1 МОм и минимальное в несколько сотен Ом при воздействии на него сильного света: это позволяет определить уровень освещенности на основе разницы значений сопротивления FR1. По схеме видно, что сопротивление фоторезистора входит в состав делителя напряжения, состоящий из R3, FR1 и R5 для получения необходимой величины напряжения с выхода делителя.
Подавая напряжения с делителя на вход 5 U1 (неинвертирующий вход) можно получить на выходе 7 компаратора устойчивое срабатывание, которое будет соответствовать выбранному значению яркости к величине напряжения с делителя. Включение переменного резистора (триммера) в схему с компаратором дает возможность отрегулировать порог (необходимую величину напряжения ) срабатывания компаратора, в соответствии с уровнем освещенности, при котором выходное реле должны включиться (активировано).
Работа устройства
Рассмотрим работу схемы подробнее, предполагая, что фотодатчик FR1 не освещен, находится в темноте, в результате этого сопротивление FR1 гораздо выше, чем сопротивление R3 и R5. В результате этого напряжение с делителя поступающее через R3 и R6 на вход компаратора будет примерно равно напряжению питания U1, поступающего через диод D1.
Если подстроечный резистор RV1 находится в положении ближе к минусу источника питания и дальше от положительного потенциала (катода D1), величина напряжение поступающее на инвертирующий вход 5 операционного усилителя меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе 6. Таким образом, на выходе U1 образуется сигнал высокого потенциала прикладываемый к базе Т1, транзистор открывается, величина коллекторного тока становится достаточной для срабатывания реле RL1 и зажигания LD1 (включенный светодиод сигнализирует срабатывание фотореле), замыкается контакт С и NO, включая цепь нагрузки.
Когда освещенность начинает повышаться, напряжение поступающее с делителя через R6 и D3 на контакт 5 U1 уменьшается, в следствии постепенного понижения сопротивление фоторезистора от попадания света на его чувствительный слой. В какой-то момент неинвертирующий вход станет находиться под более низким потенциалом, чем напряжение на инвертирующем вводе, определяемое триммер RV1 и компаратор переключается, изменяя состояние выхода, потенциал на выходе становится низким, транзистор Т1 закрывается. В результате гаснет светодиодный индикатор, а выходное реле переключается в исходное состояние, нагрузка выключается. Если уровень освещенности уменьшается, то на выход 7 U1 потенциал опять становится высоким и выходное реле замыкает снова (индикатор загорается).
Регулировка момента включения сумеречного выключателя в сумеречное время выставляется триммером RV1, когда необходимо зажечь уличное освещение. Плавным перемещение подстроечного резистора устанавливается уровень напряжения срабатывания устройства, перемещая движок в сторону земли (минуса) напряжение уменьшается, а в противоположную, наоборот увеличивается. Для срабатывания реле в более темное время суток необходимо резистор перемещать в направлении минуса.
Назначение элементов фотореле
Рассматривая предложенную схему можно увидеть, что в ней установлен диод D3 подключенный к выводу 5 компаратора, его назначение пропустить напряжение с делителя через резистор R6 ко входу 5 и на цепочку R4, С3, не давать быстро разряряжаться конденсатору С3, когда потенциал с делителя станет меньше чем потенциал на С3. Эта задержка по времени необходима для того чтобы не дать выключиться освещению в случае кратковременных помех по питанию, или при резком кратковременном изменении освещенности датчика (фары автомобиля и т.д.). Еще это необходимо и для того, что при переходе от темного к светлому и наоборот, реле может кратковременно срабатывать, находясь а неустойчивом состоянии, поскольку сопротивление фоторезистора на этот момент может колебаться в районе значений (гистерезиса) определяющее напряжение срабатывания.
Напряжение источника питания поступает через диод D1, защищающий от подключения напряжения обратной полярности, для фильтрации напряжения и подавления импульсных помех предусмотрены конденсаторы С1 и С2.
Схема работает от источника постоянного напряжения от 9 до 12 вольт, для нормальной работы предпочтительнее питать от стабилизированного источника (в противном случае при нестабильном источнике колебания напряжения в районе порогового значения ухудшит стабильность параметров устройства, несмотря на RC фильтр). Требуемый ток порядка 40 мА, благодаря субминиатюрному реле, потребление которого составляет около15 мА.
Дополнительно поясним работу диода D2, подключенный параллельно обмотке электромагнитного реле RL1. Так как диод подключен параллельно обмотке RL1, то во включенном состоянии реле он не функционирует, но при выключении реле, когда транзистор переключается и благодаря индуктивному характеру свойства обмотки реле на ней возникает эдс, полярностью направленной против источника питания, поэтому на коллекторе транзистора появляется в момент переключения удвоенное напряжение источника. Для исключения выхода из строя транзистора Т1 и служит диод D2, гасящий обратную полуволну возникающей ЭДС.
Перечень элементов
R1: 15 кОм
R2: 1 кОм
R3: 15 кОм
R4: 3,3 кОм
R5: 150 Ом
R6: 3,3 кОм
RV1: триммер 1 кОм М.В.
FR1: фоторезистор 2-20k
С1: 100 мкФ 25VL
С2: 100 нФ
С3: 100 мкФ 25VL
D1: 1N4148
D2: 1N4148
D3: 1N4148
LD1: LED 3 мм красный
T1: BC547
U1: LM358 аналог КР1040УД1 / КФ1040УД1
RL1: Реле 12V
На выходе тиристор
