Светодиодный ночник с фотоакустическим выключателем

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Светильники

Опубликовано: 23.03.2017 10:22

Просмотров: 2570

А.Л. Бутов, с. Курба, Ярославской обл. РА 5'2010
Применяя в осветительных приборах современные сверхъяркие светодиоды, можно создавать компактные светильники, превосходящие по многим параметрам аналогичные конструкции, в которых используются лампы накаливания или люминесцентные осветительные лампы.
Относительно недавно появившиеся в розничной продаже светодиоды с высокой светоотдачей почти всех основных цветов свечения позволяют создать компактную конструкцию домашнего ночника.

Интенсивности светового потока, создаваемого описываемым устройством, достаточно, чтобы, не напрягая зрение, читать газетный текст в любом месте небольшой жилой комнаты. В процессе эксплуатации этого ночника не требуется его обслуживания. Он не боится тряски, падений, скачков напряжения. Для удобства использования он оснащен двумя видами электронных реле: фото и акустическим. Светодиоды на полную мощность светятся только с наступлением темноты, при условии, что на мембрану микрофона оказывается достаточное звуковое воздействие. Такой режим работы не только немного экономит электроэнергию, но и создает более комфортные условия для отдыха, а также экономит рабочий ресурс сверхъярких светодиодов.
Принципиальная схема ночника с акустическим выключателем показана на рис.1.
 
Микрофонный усилитель собран на микромощном малошумящем операционном усилителе DA1. Его коэффициент усиления определяется отношением сопротивлений резисторов R6 и R3. Для нормальной работы микросхемы напряжение на ее неинвертирующем входе (вывод 3) должно составлять примерно половину напряжения на выводе 7. В делитель напряжения для ОУ входят резисторы R1, R4 и микрофон ВМ1. Резистором R2 задают ток покоя ОУ на уровне 180.. .300 мкА. Усиленное операционным усилителем DA1 напряжение звуковой частоты снимается с выхода ОУ (вывод 6) и через разделительный конденсатор С5 поступает на выпрямитель, собранный на диодах VD1, VD2. Когда уровень звукового сигнала достаточен, конденсатор С7 заряжается до 2,5...6 В, полевой n-канальный транзистор VT2 обогащенного типа открывается. Если в это время фототранзистор VT1 не освещен, то транзистор VT4 закрывается, а транзисторы VT3 и VT5 открываются, что приводит к зажиганию ультраярких светодиодов HL1-HL10. Длительность периода, после наступления тишины, в течение которого транзисторы будут находиться в таком состоянии, в основном, зависит от параметров времязадающей цепи C7R10. Транзисторы VT4, VT3 включены по схеме триггера Шмитта, что обеспечивает работу высоковольтного транзистора VT5 в ключевом режиме. Конденсатор С9 предназначен для более четкого переключения транзисторов триггера. Чувствительность фотореле к искусственному и естественному освещению задается сопротивлением резистора R8: чем больше сопротивление этого резистора, тем больше будет чувствительность фотодатчика.
Ночник питается сетевым напряжением 220 В/50 Гц. Напряжение +10 В для питания узлов управления формируется на стабилитроне VD3. Резистор R18 предотвращает обесточивание узлов схемы при закрытом высоковольтном транзисторе VT5. Когда VT5 закрыт, напряжение на выводе его коллектора относительно общего провода составляет 25...32 В, чего недостаточно для зажигания светодиодов на полную яркость, но вполне достаточно для работы параметрического стабилизатора на VD3, R17. Варистор RU1 защищает высоковольтные транзисторы от бросков напряжения сети. Резистор R19 предназначен для разрядки конденсатора С9 после отключения устройства от сети. Резистор R20 уменьшает броски тока через выпрямительный мост VD5 при включении питания ночника.
Конструкция и детали
Все детали устройства, кроме микрофона, фототранзистора и светодиодов, можно смонтировать на печатной плате, эскиз которой показан на рис.2.
 
В конструкции можно использовать постоянные резисторы МЛТ, С2-22, С2-23, С2-33, С1-4 соответствующей мощности. Подстроечный резистор RЗ типа РП1-63м, СПЗ-19а, СПЗ-38а.
Конденсатор С7 отечественный танталовый или ниобиевый с малым током утечки из серий К53, К52. Подойдет и обычный импортный оксидный с малым током утечки. Гасящий избыток сетевого напряжения конденсатор С10 типа К73-24, К73-17, К73-24, К73-39 или импортный аналог на напряжение не ниже 630 В и указанной на принципиальной схеме емкости. Конденсатор С5 пленочный или керамический, например, К73-17, К10-50. Конденсатор С8 типа К10-17, КМ-5, К73-17. Остальные полярные конденсаторы - оксидные малогабаритные. По возможности, их следует использовать производства известных зарубежных фирм, например, Samsung, Keltron, Rubycon или отечественные последних разработок - К50-68.
Диоды 1N4148 можно заменить кремниевыми маломощными диодами серий 1N914, КД103, КД503, КД512, КД521, КД522. Стабилитрон 1N4740A можно заменить BZV55C-10, TZMC-10, КС406Б, КС210Ж, КС207А, Д814В. Диодный мост КЦ407А заменяется DB104, DB107, КС422Г или четырьмя выпрямительными диодами, например, типа КД102Б, КД243Ж, 1N4007. Полевой МОП-транзистор КП504А можно заменить любым из
серий КП501, КП504, КП505, ZVN2120, BSS88 или аналогичным токовым ключом КР1014КТ1А, КР1064КТ1А. Цоколевка некоторых транзисторов показана на рис.3.
 
Транзистор КТ3102Б можно заменить любым из серий КТ3102, 2SC1222, 2SC1845, SS9014. Транзистор КТ940А можно заменитьКТ940АМ, КТ969А, MPSA42, 2SC2330. Вместо мощного высоковольтного КТ851Б можно использовать 2SA1400, 2SA1776 или КТ9115А, КТ9178А. Микрофон можно применить любой малогабаритный электретный с током потребления не более 500 мкА. Подробную информацию о микросхеме КР1407УД2 можно найти в [1, 2]. Фототранзистор с темновым током менее 100 нА можно заменить L-51P3, L-32P3C или аналогичным.
В конструкции применены импортные ультраяркие светодиоды диаметром 5 мм в прозрачном корпусе RL50-WH744D белого цвета свечения яркостью 8000 мКд и синего цвета свечения типа RL50-CB744D яркостью 6000 мКд. Их можно заменить аналогичными NSPW500BS (белые, 5500...6400 мКд), RL50-GH744D (зеленые, 6000 мКд), RL80-CB744D (синие, 7000 мКд), RL80-WH744D (белые, 8000 мКд). Подойдут и другие подобные светодиоды. При заменах следует учитывать, что светодиоды с более крупной линзой имеют лучший КПД оптической системы. Применение в ночнике светодиодов разного цвета свечения дает более мягкое и естественное «вечернее» освещение и делает внешний вид конструкции более привлекательным.
Конструкцию можно расположить в корпусе размерами 105x70x45 мм («активная вилка», «шкатулка», «мыльница» и т.п.) - см. фото. С обратной или боковых сторон необходимо просверлить несколько десятков вентиляционных отверстий диаметром 2,5 мм. Световой поток от светодиодов не должен попадать на линзу фототранзистора.
Налаживание правильно собранного устройства сводится к установке баланса ОУ подбором сопротивления резистора R1, установке уровня акустической чувствительности резистором R3 и светочувствительности резистором R8. Для удобства эксплуатации восприятие «органов чувств» ночника устанавливают максимально возможным. Резистор R18 можно подобрать так, чтобы светодиоды в состоянии «покоя» ночника слабо светились или не светили вовсе. Если при ярко светящихся светодиодах напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT5 будет более 7 В, то следует заменить этот транзистор экземпляром с большим коэффициентом передачи тока базы. Если чувствительность микрофона окажется недостаточной, то перед детектором на VD1, VD2 можно установить один дополнительный усилительный каскад на биполярном р-n-n транзисторе, работающий с током коллектора 300...400 мкА.
Параллельно с резистором R8 можно установить малогабаритную кнопку с фиксацией, что позволит принудительно зажигать светодиоды вне зависимости от состояния обоих датчиков.
Так как все элементы устройства находятся под напряжением сети 220 В/50 Гц, то необходимо строго выполнять правила техники безопасности, описанные в [3].
При монтаже светодиодов необходимо тщательным образом следить за их полярностью и не допускать разрыва их цепи.
Литература:
1.  Коновалов Л.С. Программируемый малошумящий ОУ КР1407УД2 // Радио. - 2001. - №8. -С.49-50.
2.  Интегральные микросхемы. Операционные усилители. Том 1. - М.: Физматлит, 1993.
3.  Бутов А.Л. Преобразователь 220...220 В // Радиомир. - 2002. - №4. - С.8