61

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/98

Do czego to służy?

Młodzi i nie tylko młodzi Czytelnicy

EdW upominają się o prosty układ prze−
łącznika zmierzchowego, który nadawał−
by się do sterowania reklamy świetlnej,
oświetlenia domu, sklepu, a także innych
tego typu zastosowań.

W literaturze opisano wiele podob−

nych układów, jednak życzenia licznych
Czytelników nie sposób zignorować.

W artykule zaprezentowano prosty

układ przełącznika reagującego na świa−
tło, służący do sterowania pracą reklamy
świetlnej. Opisywany układ ze względu
na swoje dodatkowe możliwości znajdzie
też szereg innych zastosowań.

Jak to działa?

Schemat ideowy układu pokazano na

rry

ys

su

un

nk

ku

u 1

1.

Elementem wykonawczym zapalają−

cym żarówkę jest triak T1. Na rysun−
ku 1pokazano, że obciążeniem jest ża−
rówka. W rzeczywistości obciążeniem
może być też inny odbiornik, zasilany na−
pięciem 220V. Przy stosowaniu żarówki
należy wziąć pod uwagę, że prąd płynący
przez jej zimne włókno tuż po właczeniu,
ma wartość kilkukrotnie większą od prą−
du nominalnego. W związku z tym dob−
rze jest zastosować triak o prądzie pracy
znacznie większym, niż nominalny prąd
żarówki. W zestawie AVT−2177 przewi−
dziano traik o prądzie pracy 6A, co umoż−

liwia sterowanie żarówkami o mocy rzę−
du kilkuset watów.

Triak jest sterowany za pośrednictwem

optotriaka U1. Proponowany optotriak ty−
pu MOC3040 ma wbudowane obwody
gwarantujące włączanie triaka tuż po
przejściu napięcia sieci zasilającej przez
zero. Dzięki temu układ nie wprowadza
zakłóceń i nie wymaga stosowania filtrów
przeciwzakłóceniowych zawierających
dławiki i kondensatory. Układ może też
pracować z optotriakiem MOC3020, nie
zawierajacym wspomnianego obwodu.

Układ elektroniczny jest zasilany za po−

średnictwem zasilacza beztransformato−
rowego, zawierającego elementy R1 –

R3, C1 – C3, D1 – D5. Kluczowymi ele−
mentami zasilacza są kondensatory C1
i C2. To one wyznaczają prąd, jaki z tego
zasilacza można pobrać. Rezystor R3 za−
bezpiecza diody przed uszkodzeniem
wskutek dużego impulsu prądowego, jaki
mógłby pojawić się w chwili włączenia do
sieci. Rezystory R1 i R2 służą do rozłado−
wania kondensatorów C1, C2 po odłącze−
niu od napięcia zasilania. Bez tych rezys−
torów, po odłączeniu od sieci, w konden−
satorach mógłby pozostać znaczny ładu−
nek, który mógłby spowodować nieprzy−
jemny wstrząs przy dotknięciu przewo−
dów zasilających wyłączonego urządze−
nia. Rezystory R1...R3 są naprawdę po−

Przełącznik zmierzchowy

2177

R

Ry

ys

s.. 1

1.. S

Sc

ch

he

em

ma

att iid

de

eo

ow

wy

y

trzebne i nie należy ich pomijać, choć nie−
które podobne, wcześniej opublikowane
konstrukcje zasilaczy beztransformatoro−
wych takich rezystorów nie zawierają.

Dioda Zenera D5 jest niezbędna, by

zapobiec nadmiernemu narastaniu napię−
cia na kondensatorze C3 (napięcia zasila−
jącego układ) i tym samym uszkodzeniu
tego kondensatora i układu scalonego.

Sam układ przełącznika zmierzchowego

zrealizowano w oparciu o kostkę CMOS
4093 zawierającą cztery dwuwejściowe
bramki NAND z wejściem Schmitta (z his−
terezą na wejściu). W układzie nie można
zastosować zwykłych bramek NAND,
właśnie ze względu na brak histerezy.

Każdy układ, który ma reagować na bar−

dzo wolne zmiany czynnika sterującego
(którym tu jest światło), obowiązkowo mu−
si zawierać obwód zapewniający choćby
niewielką histerezę. Bez histerezy, w oko−
licach progu przełączania pojawią się za−
kłócenia, powodujące miganie żarówki.

Układ przełącznika zawiera dwa gene−

ratory wykonane z bramkami U2A i U2C.
Czytelników zdziwionych obecnością aż
dwóch generatorów należy poinformo−
wać, że układ w pierwszym rzędzie prze−
widziano do pracy w roli sterownika re−
klamy świetlnej, na przykład w sklepie.

Układ zachowuje się następująco:
W spoczynku napięcie na nóżce 1 bram−

ki U2A jest niższe od progu przełączania,
generatory nie pracują, i na wyjściu bram−
ki U1D utrzymuje się stan niski. Tym sa−
mym optotriak i triak są wyłączone – ża−
rówka jest wygaszona.

Oba generatory zaczynają pracować

w chwili, gdy napięcie na nóżce 1bramki
U2A wzrośnie powyżej górnego progu
przełączania tej bramki. Jak widać z porów−
nania wartości elementów R6C4 i R7C5,

generator z bramką U2A ma znacznie dłuż−
szy okres (mniejszą częstotliwość). Czas
trwania stanu wysokiego na wyjściu tej
bramki wynosi kilka sekund. W czasie tych
kilku sekund pracuje generator U2C i na je−
go wyjściu kilkakrotnie pojawia się na prze−
mian, na ponad sekundę stan niski, potem
stan wysoki, potem znów niski, itd.

Tym samym w czasie pracy żarówka

nie będzie świecić światłem ciągłym, tyl−
ko co kilka(naście) sekund (wyznaczo−
nych przez R6C4) będzie włączana i wyłą−
czana w rytm generatora U2C.

Przebieg sygnału na wyjściu bramki

U2D, a tym samym rytm zaświecania ża−
rówki pokazany jest na rry

ys

su

un

nk

ku

u 2

2.

Oczywiście zarówno czas powtarzania

porcji impulsów (R6C4), jak i częstotliwość
impulsów (R8C5) można zmieniać w bardzo
szerokich granicach, zmieniając pojemność
kondensatorów C4 i C5 (Ale zawsze powin−
no być C4>C5). Dodatkowo można zmie−
niać współczynnik wypełnienia przebiegu
z obu generatorów, stosując diody D6, D7
(dowolne, np. 1N4148) i rezystory R7, R9
(10k

Ω

...3,3M

Ω

). Przy pokazanym na rysun−

ku kierunku włączenia tych diod, zmniejszo−
ny zostanie czas trwania stanu niskiego.
Gdy diody D6, D7 zostaną włączone w prze−
ciwnym kierunku, zmniejszony zostanie
czas trwania stanu wysokiego (czyli skróco−
ny zostanie czas świecenia żarówki).

Taki impulsowy sposób pracy żarówki

jest dobry do reklamy świetlnej, ale nie dla
sterowania zewnętrznym oświetleniem
domu. G

Gd

dy

y żża

arró

ów

wk

ka

a m

ma

a ś

św

wiie

ec

ciić

ć w

w s

sp

po

os

só

ób

b

c

ciią

ąg

głły

y, nie należy montować elementów

R6, C4, R8, C5, natomiast wykonać zwory
między punktami A−A1 i B−B1.

Opisany układ może także wykorzysty−

wać tylko jeden generator, na przykład do
sterowania lampą ostrzegawczą.

Na rysunku 1nie pokazano elemen−

tu światłoczułego. Na płytce drukowa−
nej zaprojektowanej do opisywanego
układu przewidziano miejsce na dwa
potencjometry montażowe: PR1
i PR2. Jeden z nich zawsze zostanie
zastąpiony elementem światłoczułym.

Chodziło tu o zapewnienie jak naj−

większej uniwersalności układu. W olb−
rzymiej większości przypadków żarów−
ka będzie zapalana po zapadnięciu
zmroku. Aby to uzyskać, element świat−
łoczuły należy włączyć w miejsce po−

tencjometru PR1 – wtedy zmniejszanie ilości
światła spowoduje wzrost napięcia na nóżce
1bramki U2A i włączenie generatorów.

W rzadkich przypadkach potrzebne bę−

dzie działanie odwrotne: by układ włączał się
po oświetleniu czujnika. Tak sytuacja może
mieć miejsce w systemie reklamy świetlnej,
albo w lampie ostrzegawczej, które mają się
zaświecać na przykład po oświetleniu świat−
łami przejeżdżającego samochodu. Wtedy
element światłoczuły należy wlutować
w miejsce potencjometru PR1.

Co może być elementem światłoczułym?
W modelu zastosowano krajowy foto−

rezystor RPP130. Zamiast niego może być
zastosowany dowolny inny fotorezystor,
albo też fototranzystor, a nawet fotodioda.
Kilka możliwości pokazuje rry

ys

su

un

ne

ek

k 3

3. Przy

podłączaniu fotoelementu (fototranzysto−
ra, fotodiody) o nieznanym układzie wy−
prowadzeń nie trzeba się obawiać
o uszkodzenie tego elementu, jeśli tylko
potencjometr PR1 nie będzie skręcony na
zero omów. Przy odwrotnym włączeniu
fototranzystora lub fotodiody układ nie bę−
dzie działał, ale nic strasznego się nie sta−
nie. Fotorezystor nie jest elementem bie−
gunowym i można włączyć dowolnie.

W zależności od zastosowanego foto−

elementu, a także wymaganej czułości
włączania i wyłączania, potrzebna będzie
inna wartość rezystancji nastawiona po−
tencjometrem PR1. W modelu i zestawie
AVT−2177 zastosowano potencjometr o re−
zystancji 47k

Ω

, ale w niektórych przypad−

kach najprawdopodobniej zajdzie potrzeba
zastosowania potencjometru o innej (więk−
szej) wartości. Dlatego w zestawie AVT−
2177 dodatkowo przewidziano drugi po−
tencjometr montażowy o wartości 470k

Ω

.

Oczywiście zawsze należy stosować tylko
jeden potencjometr, w miejsce drugiego
wlutowany będzie fotoelement.

c.d. na str. 89

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/98

62

R

Ry

ys

s.. 3

3.. M

Mo

ożżlliiw

wo

oś

śc

cii p

po

od

dłłą

ąc

czze

en

niia

a e

elle

em

me

en

nttu

u

ś

św

wiia

attłło

oc

czzu

ułłe

eg

go

o

W

Wy

yk

ka

azz e

elle

em

me

en

nttó

ów

w

R

Re

ezzy

ys

stto

orry

y

R1,R2: 470k

Ω

R3: 330

Ω

/0,5W

R4: 100

Ω

R5: 10k

Ω

R6,R8: 1M

Ω

R10: 680

Ω

PR1: 47k

Ω

PR2: 470k

Ω

* dowolny fotorezystor np. RPYP131

K

Ko

on

nd

de

en

ns

sa

atto

orry

y

C1,C2: 220nF/400V
C3: 470µF/16V
C4: 22µF/16V
C5: 2,2µF/16V

P

Pó

ółłp

prrzze

ew

wo

od

dn

niik

kii

D1−D4: 1N4001 lub dowolna dioda prostow−
nicza
D5: dioda Zenera 12V
T1: dowolny triak 6A/600V
U1: optotriak MOC3040 (lub3041−43)
U2: CMOS 4093
D6,R7,D7,R9: nie montować (patrz tekst)

R

Ry

ys

s.. 2

2.. R

Ry

yttm

m p

prra

ac

cy

y żża

arró

ów

wk

kii w

w w

we

errs

sjjii p

po

od

ds

stta

aw

wo

ow

we

ejj

89

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/98

Niestety, wskutek zastosowania rezysto−
ra R13 o dużej wartości, na tranzystorze
T2 występuje spadek napięcia i bez diod
D2, D5 także przy Rx=0 dźwięk brzęczy−
ka byłby lekko pulsujący. Aby całkowicie
wyeliminować to pulsowanie trzeba za−
stosować diody D2 i D5. W modelu jest
to jedna dioda czerwona, druga żółta. Da−
je to spadek napięcia około 1,6V+2,2V. To
całkowicie wystarcza, by zlikwidować ja−
kiekolwiek pulsowanie dźwięku brzęczy−
ka podczas zwarcia punktów A, B.
W układzie modelowym jako tranzys−
tor T2 zastosowano BC548 z grupy
wzmocnienia prądowego B. W zestawie

AVT−2176 dla bezpieczeństwa stosowany
będzie tranzystor o jeszcze większym
wzmocnieniu, to znaczy z grupy C.

Montaż i uruchomienie

Tester można zmontować na płytce

drukowanej pokazanej na rry

ys

su

un

nk

ku

u 3

3. Wy−

miary płytki przystosowane są do umiesz−
czenia w typowej obudowie KM−26.

Układ nie zawiera żadnych elemen−

tów, szczególnie wrażliwych na uszko−
dzenie. Zmontowany ze sprawnych ele−
mentów od razu pracuje poprawnie.

Obsługa testera jest następująca: tuż

po dołączeniu badanego przewodu (o

prawidłowej, małej re−
zystancji) do punktów
A, B słychać dźwięk
przerywany, który w cią−
gu około pół sekundy
przechodzi w dźwięk
ciągły.

Jeśli

potem

w

czasie poruszania

przewodem lub wty−
kiem pojawi się choć na
sekundę dźwięk przery−
wany, znaczy to, że ka−
bel ma skłonności do
trzasków i należy sta−
rannie sprawdzić wtyki.

Przy badaniu izolacji

brzęczyk nie powinien
się odzywać. Jeśli tes−
ter milczy, znaczy to że

upływność jest nie gorsza niż 1,5M

Ω

.

Jeśli słychać dźwięk przerywany, upływ−
ność jest znaczna ( od kilku omów do
1,5M

Ω

), natomiast dźwięk ciągły sygnali−

zuje pełne zwarcie.

P

Piio

ottrr G

Gó

órre

ec

ck

kii

Z

Zb

biig

gn

niie

ew

w O

Orrłło

ow

ws

sk

kii

K

Ko

om

mp

plle

ett p

po

od

dzze

es

sp

po

ołłó

ów

w zz p

płły

yttk

ką

ą jje

es

stt

d

do

os

sttę

ęp

pn

ny

y w

w s

siie

ec

cii h

ha

an

nd

dllo

ow

we

ejj A

AV

VT

T jja

ak

ko

o

„

„k

kiitt s

szzk

ko

olln

ny

y”

” A

AV

VT

T−2

21

17

76

6..

W

Wy

yk

ka

azz e

elle

em

me

en

nttó

ów

w

R

Re

ezzy

ys

stto

orry

y

R1,R5,R7,R10,R12: 100k

Ω

R2: 1,5k

Ω

R3: 150k

Ω

R4: 10M

Ω

R6,R13: 470k

Ω

R8: 3,3M

Ω

R9, R11: 390

Ω

K

Ko

on

nd

de

en

ns

sa

atto

orry

y

C1: 100nF
C2: 100µF/16V
C3: 220µF/16V
C4: 1µF stały (MKF, MKSE)

P

Pó

ółłp

prrzze

ew

wo

od

dn

niik

kii

D1,D3: 1N4148
D2: LED 3mm żółta
D4: LED 3mm zielona
D5: LED 3mm czerwona
T1: BC558B
T2: BC548C
U1: LM358

P

Po

ozzo

os

stta

ałłe

e

Y1: brzęczyk piezo z generatorem np. PCA−06
S1: wyłącznik
obudowa KM−26 (wchodzi w skład kitu
AVT−2176)

R

Ry

ys

s.. 3

3.. S

Sc

ch

he

em

ma

att m

mo

on

ntta

ażżo

ow

wy

y

Przełącznik zmierzchowy

,

c.d. ze str. 62

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce poka−

zanej na rry

ys

su

un

nk

ku

u 4

4. Montaż jest klasyczny,

nie powinien sprawić żadnych kłopotów.
Układ scalony należy wlutować lub włożyć
do podstawki na samym końcu.

Układ zmontowany ze sprawnych ele−

mentów nie wymaga uruchamiania, a jedy−
ną wymaganą regulacją jest ustawienie pro−
gu zadziałania za pomocą potencjometru.

U

Uw

wa

ag

ga

a!! U

Uk

kłła

ad

d n

niie

e m

ma

a o

ob

bw

wo

od

dó

ów

w o

od

d−

d

dzziie

elle

en

niia

a g

ga

allw

wa

an

niic

czzn

ne

eg

go

o ii n

na

a jje

eg

go

o e

elle

e−

m

me

en

ntta

ac

ch

h m

mo

ożże

e w

wy

ys

sttą

ąp

piić

ć p

pe

ełłn

ne

e n

na

a−

p

piię

ęc

ciie

e s

siie

ec

cii.. R

Re

eg

gu

ulla

ac

cjję

ę p

po

otte

en

nc

cjjo

o−

m

me

ettrru

u n

na

alle

eżży

y p

prrzze

ep

prro

ow

wa

ad

dzza

ać

ć

p

po

o o

od

dłłą

ąc

czze

en

niiu

u o

od

d s

siie

ec

cii

2

22

20

0V

V o

ob

bu

u p

pu

un

nk

kttó

ów

w S

S,, N

N.

W zależności od po−

trzeb, można zmie−
nić wartości konden−
satorów C4 i C5. Należy
jednak pamiętać, że przy
pierwszym włączeniu, uzyskane
czasy zazwyczaj będą krótsze ze
względu na prąd upływu tych konden−
satorów. Dlatego lepiej jest wcześniej,

przed zmontowaniem, zaformować
kondensatory C4 i C4 włączając je na
kilka godzin pod napięcie 12...15V.

Płytka drukowana ma takie wymia−

ry, że po obcięciu rogów da się bez tru−
du umieścić w elektrycznej puszce in−
stalacyjnej. Fotoelement można wów−
czas wystawić na zewnątrz przez je−
den z gumowych przepustów na ka−
bel. W każdym przypadku należy zad−
bać o szczelność. Puszka instalacyjna

w zasadzie zapewnia ochronę

przed deszczem, ale samą płyt−

kę po zmontowaniu też nale−

ży zabezpieczyć lakierem

izolacyjnym lub zalewą

silikonową. Jest to

ważna sprawa, ponie−

waż układ w wielu

przypadkach będzie

pracował na otwartym

powietrzu i zabezpieczenie

przed wilgocią jest absolutnie

niezbędne.

Tylko dobre zabezpieczenie przed

wilgocią zapewni długą i bezawaryjną

pracę urządzenia w różnych warunkach kli−
matycznych.

P

Piio

ottrr G

Gó

órre

ec

ck

kii

Z

Zb

biig

gn

niie

ew

w O

Orrłło

ow

ws

sk

kii

Uwaga!

W urządzeniu

występują napięcia

mogące stanowić śmiertel−

ne zagrożenie dla życia! Osoby

niepełnoletnie mogą wykonać i uru−

chomić opisany układ tylko

pod opieką wykwalifi−

kowanych osób

dorosłych.

R

Ry

ys

s.. 4

4.. S

Sc

ch

he

em

ma

att m

mo

on

ntta

ażżo

ow

wy

y

K

Ko

om

mp

plle

ett p

po

od

dzze

es

sp

po

ołłó

ów

w zz p

płły

yttk

ką

ą jje

es

stt

d

do

os

sttę

ęp

pn

ny

y w

w s

siie

ec

cii h

ha

an

nd

dllo

ow

we

ejj A

AV

VT

T jja

ak

ko

o

„

„k

kiitt s

szzk

ko

olln

ny

y”

” A

AV

VT

T−2

21

17

77

7..

Inteligentny tester kabli

,

c.d. ze str. 64