Wyłącznik zmierzchowy

Włącznik zmierzchowy

---

Ten niedrogi przełącznik, włączający światło o zmierzchu i wyłączający o świcie jest wyposażony w oddzielne układy opóźnienia włączenia i wyłączenia. Przerywana linia dzieli schemat na dwie części: A - wyłącznik światłoczuły z bramką N1 B - układ opóźniania przełączania z bramką N2, LED i sterownikiem przekaźnika T1-T2. Napięcie w punkcie łączącym R9, R2 i C1 jest odwrotnie proporcjonalne do natężenia światła, mierzonego przez fotorezystor (LDR - light dependent resistor) R9. Przerzutnik Schmitta N1 zostaje przerzucony, gdy napięcie to przekroczy jeden z progów wejściowych. Ponieważ różnica tych progów jest większa od rozpiętości zmian napięcia dzielnika wejściowego, zastosowano regulowane sprzężenie zwrotne, osiągając zakres przełączania 300 do 400 mV. Gdy wyjście N1 jest w stanie wysokim, napięcie punktu połączenia R1 i P1 jest niemal równe napięciu zasilającemu. Gdy wyjście N1 jest w stanie niskim, napięcie to spada do poziomu wymaganego dla różnicy progów na wejściu N1. Sygnał wyjściowy N1 steruje stopniem końcowym przez dwa obwody opóźniające: D1-R4-C2 dla stanu "włączenie" i D2-R5-C2 dla stanu "wyłączenie". Po wymaganych opóźnieniach stany te pojawiają się na wyjściu N2, który za pośrednictwem stopnia T1-T2 w układzie Darlingtona uruchamia przekaźnik włączający żarówkę oraz sygnalizacyjną diodę LED. Kondensator C2 zabezpiecza układ przed zakłóceniami, które mogą się indukować w kablu łączącym LDR z układem przełączającym, mogącymi niepotrzebnie uruchomić przekaźnik. Ze względu na wysoką impedancję wejściową układu 4093 powinien to być kabel ekranowany. Pozostałe dwie bramki 4093 mogą zostać wykorzystane do powielenia układu opóźniającego (części B) w razie potrzeby zastosowania przełączania sekwencyjnego. Wartości R5-C2 i R4-C2 mogą posłużyć za początkowe przy dobieraniu dodatkowych opóźnień. Najmniejsza dopuszczalna oporność R4 i R5 wynosi 47k, zaś największa zależy przede wszystkim od upływności C2. W czasie testowania prototypów okazało się, że próg przełączania i histereza zależą od producenta układu 4093. Dobre wyniki otrzymano dla HCF4093BE firmy SGS. Układy innej produkcji wymagają użycia nieco zmienionej oporności R3. Wejścia niewykorzystanych bramek 4093 powinny zostać połączone z masą. LDR montuje się w odpowiedniej wodoszczelnej obudowie, osłoniętej przed źródłami bezpośredniego światła. P1 służy do dobierania progu natężenia światła, przy którym następuje przełączanie. Na czas regulacji zmniejsza się opóźnienie rozwierając S1. Prąd pobierany przez układ sprowadza się praktycznie do prądu wzbudzonego przekaźnika.

Wykaz elementów:
R1 : 6,8 k
R2 : 27 k
R3 : 15 k
R4 : 47 k
R5 : 150 k
R6 : 22 k
R7, R8 : 680
R9 : fotorezystor
P1 : 500 k
C1 : 100 nF
C2 : 100 uF / 16 V
C3 : 470 uF / 16 V
IC1 : 4093
T1 : BC107
T2 : BC141
D1...D3 : 1N4148
D4, D5 : LED
Re1 : przekaźnik 12 V / 180

Prosty regulator oświetlenia

Układ ten to tradycyjny regulator fazowy, który może znaleźć zastosowanie także jako urządzenie do sterowania silnikami prądu przemiennego małej mocy. Zastosowany w układzie triak TR1 dopuszcza obciążenia do 3,5A. Cewka L1 oraz kondensator C2 eliminują zakłócenia, które mogą pojawić się podczas użytkowania urządzenia. W celu zwiększenia bezpieczeństwa użytkowania, jako element regulacyjny RV1 użyty został potencjometr z osią izolowaną, wykonaną z tworzywa sztucznego.

Montaż jest dość prosty, należy go jednak przeprowadzić szczególnie dokładnie, ze względu na warunki w jakich później będzie pracować. Montaż wszystkich elementów przeprowadzamy bardzo starannie, używając dobrej jakości topnika.

Rezystor R2 jest w naszych warunkach, przy napięciu w sieci 230V, nieprzydatny - nie należy go montować. Jeżeli natomiast nasze urządzenie ma pracować przy napięciu znamionowym 110V, wtedy jego montaż jest konieczny.

Podczas sprawdzania urządzenia należy zachować szczególną ostrożność, całe urządzenie znajduje się na potencjale sieci! Sciemniacz można zamontować w ściennej puszce zamiast tradycyjnego wyłącznika, bądź w przypadku użycia go jako regulatora obrotów silnika, w izolowanej (wykonanej ze sztucznego tworzywa) obudowie.

 

Najprostszy przełącznik czasowy

Układ może pracować jako przełącznik zewnętrznych urządzeń elektrycznych o zmiennym, ustawianym czasie zadziałania. Przełącznik zasilany jest napięciem stałym 9...12V. Dokładność odliczania czasu w małym stopniu zależy od wahań zasilania.
Do budowy przełącznika wykorzystano popularny timer NE555. Po naciśnięciu przycisku SW1 układ U1 poprzez tranzystor T1 załącza przekaźnik PK1. Przekaźnik pozostaje załączony do momentu aż kondensator C1 naładuje się do poziomu napięcia przełączania U1. Czas ładowania określa ustawiona oporność potencjometru P1. Przy pojemności C1 równej 1000uF czas przełączania zawiera się w granicach 1s...10min. Czas ten można wydłużyć zwiększając pojemność kondensatora. Podczas odmierzania czasu możliwy jest restart układu. Przekaźnik rozłącza się wtedy w czasie naciskania SW1 a po jego puszczeniu odliczanie czasu zaczyna się od nowa.

Miniaturowy termostat

Standardowe układy termostatów elektronicznych wymagają zastosowania następujących elementów:

• czujnika temperatury,
• wzmacniacza pomiarowego,
• napięcia odniesienia,
• układu wykonawczego.

Poprawne dobranie wszystkich wymienionych elementów jest często zadaniem dość kłopotliwym i kosztownym. Budowę dobrej jakości termostatu znacznie upraszcza zastosowanie układu LM3911, oferowanego przez firmę National Semiconductor.

Jest to niewielki (zamknięty w obudowie DIP8) układ scalony, integrujący w strukturze trzy najważniejsze elementy termostatu, tzn. czujnik pomiarowy, źródło referencyjne oraz wzmacniacz pomiarowy. Tak więc do wykonania kompletnego regulatora wystarcza bardzo mała ilość elementów, co widać na schemacie elektrycznym. Przy pomocy potencjometra P1 ustala się temperaturę progową regulatora. Napięcie na wejściu nieodwracającym wzmacniacza pomiarowego, układu US1 zmienia się o 10mV/K. Napięcie to podawane jest z czujnika pomiarowego. W temperaturze +25°C wynosi ono 2.98V, a w temperaturze -25°C 2.48V. Wejście odwracające wzmacniacza wyprowadzone jest na zewnątrz, dzięki czemu możliwe jest podłączenie do niego potencjometra P1.

Rezystor R1, który jest włączony w szereg z wyprowadzeniem +Vc US1 ogranicza pobór prądu przez układ US1, co zapobiega jego nadmiernemu nagrzewaniu (zwiększa to stabilność pomiaru). Tranzystor T1 spełnia rolę wzmacniacza sterującego przekaźnikiem wyjściowym Prz1. Rezystory R2 i R3 ustalają warunki pracy tego tranzystora. W przypadku zastosowania przekaźnika z cewką przystosowaną do zasilania napięciem 5..8V w szereg z nią należy włączyć rezystor ograniczający prąd R4. Jego wartość należy dostosować do wymagań przekaźnika.

Mostek M1 spełnia dwie funkcje - zabezpiecza układ przed błędnym podłączeniem napięcia zasilania (do złącz AC podłączamy napięcie o dowolnej polaryzacji), może tez służyć do prostowania zmiennego napięcia zasilania. Taka sytuacja wymaga jednak zwiększenia pojemności kondensatora elektrolitycznego C2 do min. 470uF...l000uF.

Jeżeli przekaźnik Prz1 będzie miał wbudowaną równolegle do cewki diodę przeciwprzepięciową, nie występuje konieczność dodatkowego zabezpieczania tranzystora T1 przed uszkodzeniem. W przypadku braku tej diody, należy równolegle do cewki (anodą do masy zasilania) włączyć dowolną diodę krzemową, np. 1N4148.

Migająca dioda LED na 230v ac

Zasada działania:

Po podłączeniu do napięcia zasilania 230V AC zacznie płynąć prąd w obwodzie D1, R1, C1. Napięcie na kondensatorze C1 będzie się zwiększać, aż do momentu przebicia złącza emiter - kolektor tranzystora T1. Gdy napięcie na C1 osiągnie wartość przebicia T1 to rozładuje się on przez diodę D1 dając w efekcie jej rozbłyśnięcie. Tranzystor T1 wejdzie w stan blokowania i kondensator ponownie zacznie się ładować, aż do ponownego rozbłyśnięcia diody. Cykl ten będzie się powtarzał. Dioda będzie migać z częstotliwością zależną od R1 i C1.

Elementem wykonawczym tego układu jest tranzystor T1 włączony inwersyjnie tzn. emiter do plusa a kolektor do minusa. W typowym włączeniu tranzystora npn jest odwrotnie. Nie wszystkie tranzystory włączone inwersyjnie będą się zachowywały tak jak T1, zależy to od technologii wykonania. Dla niektórych tranzystorów włączonych inwersyjnie napięcie przebicia zawiera się w przedziale 8 V do 9V. Tranzystor taki zachowuje się podobnie jak diak. Układ przedstawiony na rysunku zastosowałem jako wskaźniki włączników światła na klatce schodowej wielorodzinnego bloku.

Wykaz elementów:

R1 : 82k
C1 : 220uF/10V
D1 : 1N4007
D2 : dowolna LED
T1 : np. BC 548, BC 107
W1 : włącznik światła
Ż1 : żarówka

Elektroniczna klepsydra

W wielu zastosowaniach domowych czy nawet przemysłowych zachodzi konieczność odmierzania i sygnalizowania upływu określonego odcinka czasu. Nie zawsze konieczne jest stosowanie cyfrowych wyświetlaczy, często wystarczy wskazanie orientacyjne. Zwykle pożądana jest sygnalizacja dźwiękowa po upływie odmierzanego czasu.

Prezentowany bardzo prosty układ odmierza nastawiony czas, pokazując jego upływ na linijce dziesięciu diod świecących. Dodatkowo, co jest niewątpliwą zaletą, krótkim sygnałem dźwiękowym sygnalizuje upływ 90% wyznaczonego czasu, natomiast dłuższy sygnał dźwiękowy określa koniec odmierzanego odcinka czasu. Po upływie 90% czasu ostatnie diody linijki zaczynają migać.

Opis schematu

Układ US1 jest generatorem wzorcowym, jego dokładność jest absolutnie wystarczająca do większości zastosowań. W modelu przewidziano tylko jeden zakres - pięć minut. W razie potrzeby, aby uzyskać wymagany czas należy zmienić wartości elementów R1, C1 lub stopień podziału wewnętrznego licznika (nóżki 12, 13 US1), albo też zastosować przełączniki, ewentualnie wyskalowany potencjometr. W modelu nie przewidziano przycisków START/STOP, klepsydra "rusza" po dołączeniu napięcia zasilania. Obwód zerujący R3, C2 powoduje, że start następuje zawsze od zera.

Kolejne impulsy z US1 są zliczane w dziesięciostopniowym liczniku 4017. Do kolejnych wyjść licznika dołączone są diody LED, jedenasta dioda włączona jest niejako w szereg z pozostałymi dziesięcioma. Świeci ona stale, niezależnie od stanu licznika. Uzyskujemy więc efekt wędrowania punktu świetlnego - zbliżania się do świecącej stale jedenastej diody.

Ostatnie, dziesiąte wyjście tego licznika (nóżka 11) nie jest podłączone do dziesiątej diody. Po upływie 90% czasu, czyli po zliczeniu 9 impulsów z generatora US1, na nóżce 11 pojawia się stan wysoki. Uruchomiony zostaje wtedy generator zbudowany z bramek US3B i US3C, który poprzez bramkę US3D powoduje miganie diod D10 i D11. Dodatkowo, narastające zbocze na nóżce 11 US2, dzięki obwodowi R4C3 powoduje pojawienie się na wyjściu bramki US3A stanu niskiego, co na chwilę uruchomi brzęczyk piezo. Po upływie 100% czasu na wyjściu przeniesienia (nóżka 12 US2) także pojawi się zbocze narastające, co również uruchomi brzęczyk na czas ustalony przez elementy R5C4. Przewidziano tez możliwość dołączenia rezystorów R4 i R5 do plusa zamiast do masy. Sygnały dźwiękowe pojawią się w innych momentach. Jeszcze inną kombinację otrzymamy przy dołączeniu jednego rezystora do masy, drugiego do plusa.

Dioda D13 zabezpiecza układ przed uszkodzeniem przy odwróceniu zasilania.

Do zasilania można użyć dowolnego źródła napięcia starego 6...12V - napięcie zasilające wpływać będzie na jasność świecenia diod. Jego wpływ na długość odmierzanego czasu nie jest duży, ale końcową kalibrację należy przeprowadzić przy ostatecznie ustalonej wartości napięcia zasilania. Także zmiany temperaturowe są nieznaczne i w prawie wszystkich zastosowaniach można je pominąć.

Po zmontowaniu układ należy sprawdzić i wyregulować. Do pierwszych prób (aby się nie zanudzić) korzystnie byłoby zmienić wartości R1C1, tak aby odmierzany czas wynosił kilka...kilka naście sekund - należy wtedy sprawdzić i ewentualnie zmienić według potrzeb długości sygnałów dźwiękowych.

Elementy proponowane w schemacie dotyczą wersji pięciominutowej.

Ostateczną kalibrację należy przeprowadzić wykorzystując potencjometr montażowy PR1 Pomiary przeprowadzimy wykorzystując stoper lub zegarek z sekundnikiem, albo tez bardziej elegancko mierząc częstotliwość lub okres oscylatora US1 i uwzględniając podział przez 65536 w wewnętrznym liczniku i przez 10 w układzie US2.

 

Diodowy termometr

Termometr składa się z dwóch części wykonanych na oddzielnych płytkach: przetwornika temperatura-napięcie oraz diodowego wskaźnika napięcia ze świecącym punktem ("linijka diodowa" - 16 diod elektroluminescencyjnych). Przetwornik temperatura-napięcie jest zbudowany na układzie scalonym UL1111 pracującym jako źródło prądowe (T4, T5). Źródło to jest zasilane stabilizowanym napięciem dostarczanym przez układ scalony sterowania linijki. Prąd tego źródła, ustalany drogą doboru rezystora R1, wymusza na termistorze spadek napięcia wprost proporcjonalny do jego rezystancji. W rezultacie napięcie w punkcie s rośnie w przybliżeniu proporcjonalnie do temperatury. Potencjometry R2 i R3 służą do ustalenia dolnej i górnej granicy zakresu skali wskaźnika diodowego.

Skalowanie termometru należy przeprowadzić w sposób następujący. W pierwszej kolejności należy właściwie dobrać rezystor R1. Jego wartość powinna być taka, aby przy temperaturze termistora odpowiadającej środkowi skali napięcie w punkcie s wynosiło ok. 2,5 V. Następnie trzeba ustawić dolny i górny zakres skali. W tym celu należy doprowadzić termistor do założonej temperatury minimalnej i tak ustawić potencjometr nastawny R2, aby świeciła się jednocześnie pierwsza i druga dioda. Z kolei, po podgrzaniu termistora do przyjętej temperatury maksymalnej należy tak ustawić potencjometr R3, aby świeciły się dwie ostatnie diody. W efekcie uzyskamy skalę, w której zapalenie się drugiej diody będzie oznaczało przekroczenie temperatury minimalnej, zaś zapalenie się diody ostatniej - przekroczenie temperatury maksymalnej. Należy pamiętać, że dla uzyskania prostej interpretacji wskazania, długość przyjętego zakresu wyrażona w °C musi być równa liczbie diod, jej wielokrotności lub podwielokrotności. Na przykład, jeśli przyjmiemy, że temperatura minimalna ma wynosić 4°C, a skok skali diodowej 2°C to zapalenie się drugiej diody powinno odpowiadać przekroczeniu tej właśnie temperatury minimalnej, a zapalenie diody 16-tej powinno odpowiadać przekroczeniu temperatury 32°C. Powyższą zależność można opisać wzorem:

T_n = T_p + T"(n-2)

gdzie:
T_p - temperatura początku skali, przy której punkt świetlny przechodzi z pierwszej diody na drugą,
T" - założony skok temperatury na jedną diodę,
n - numer diody,
T_n - temperatura, przy której punkt świetlny przechodzi z diody _n-1 na _n-tą.
Temperaturę końca skali można obliczyć z powyższego wzoru podstawiając całkowitą liczbę diod.

Wykaz elementów:
R1 : 30 k dobierany
R2, R3 : potencjometry nastawne 10 k
R4 : 1 k
R5 : 10 k
Termistor : NTC210 10 k lub podobny
D1-D16 : diody świecące (LED) dowolnego typu
Układ scalony : UL1111, UL1970 

Akustyczny wyłącznik światła

Na schemacie ideowym można wyróżnić następujące części: układ wzmacniania i kształtowania impulsów z mikrofonu (T1, T6), przerzutnik monostabilny opóźniający (T2, T3), przerzutnik bistabilny podtrzymujący (UCY7472), układ wykonawczy (T4, T5, Tk) oraz układ zasilający (R13, D, R10, Dz, C5, C6). Zaletą tego układu jest wykorzystanie triaka, jako elementu wykonawczego, przez co wyeliminowane zostają trzaski na stykach przekaźnika i krótkotrwałość urządzenia.

Impulsy napięcia z mikrofonu (wkładka telefoniczna) są wzmacniane oraz różniczkowane w stopniu z tranzystorem T1 i zamieniane na impulsy prądowe w tranzystorze T6. Amplituda tych impulsów, a tym samym czułość całego wyłącznika zależy od ustawienia suwaka rezystora R5.
Impulsy prądowe z tranzystora T6 wyzwalają przerzutnik monostabilny wtrącając go w stan równowagi chwilowej na czas około Jednej sekundy. Oznacza to, że kolejne włączenia lub wyłączenia nie mogą następować częściej niż raz na sekundę, co zabezpiecza przed "mruganiem" światła. Zboczem impulsu przerzutnika monostabilnego wyzwalany jest przerzutnik bistabilny, który z kolei włącza lub wyłącza tranzystory T4, T5, powodując odpowiednio wyłączanie lub włączanie triaka Tk zwierającego obwód wyjściowy.

Układ zasilany jest napięciem 5 V uzyskiwanym z napięcia sieciowego w pomocniczym zasilaczu beztransformatorowym złożonym z opornika redukcyjnego R13 (który składa się z czterech rezystorów dwuwatowych 2,2 k lub ośmiu jednowatowych 4,3 lub 4,7 k, diody prostowniczej D oraz stabilizatora z diodą Zenera R10, Dz.

Ze względu na bezpośrednie dołączanie układu do sieci obudowa powinna być wykonana z materiału izolacyjnego, na przykład z drewna lub tworzywa sztucznego. Tak wykonany wyłącznik ma charakter przedłużacza sieciowego i jest estetyczny, ale nie może być używany w sposób ciągły ponieważ znaczna moc wydzielająca się w rezystorach redukcyjnych R13 powoduje przegrzewanie się układu po około dwóch godzinach pracy. Gdy układ przewidziany jest do pracy ciągłej płytka powinna być zamknięta w obudowie z niepalnego tworzywa sztucznego, na przykład z tekstolitu z otworami zapewniającymi dobre chłodzenie elementów.

Jeżeli nie można zakupić triaka KT205 to można bez problemu stosować inne zamienniki, których obecnie na rynku jest bardzo dużo.