Светильник "Черепашка"

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Светильники

Опубликовано: 23.03.2017 11:00

Просмотров: 2726

А. ОЗНОБИХИН, г. Иркутск
Известно, что резкий переход от полной темноты к яркому освещению плохо влияет на зрение. Глаза устают, краснеют, слезятся, повышается внутриглазное давление. При постоянном воздействии на органы зрения подобных негативных факторов возможно снижение остроты зрения и даже возникновение различных заболеваний глаз (глаукомы, катаракты), приводящих к полной слепоте. Яркость светильника, предлагаемого автором, после включения медленно нарастает, что, по его мнению, значительно смягчает наносимый зрению вред.

Светильник    "Черепашка"     может выполнять три основных функции:
— бытового светильника с щадящим режимом включения;
— осветителя небольшого кинозала;
—  приставки к будильнику с режимом   плавной   "побудки"   медленным увеличением яркости освещения.
Дополнительное преимущество — за счет исключения стартового броска тока при включении ламп накаливания значительно увеличивается их срок службы.
Предусмотрен ручной выбор одного из двух значений продолжительности нарастания яркости освещения. Полная яркость может достигаться за 30 с либо за 35...40 мин.
Схема светильника показана на рис. 1.
 
 При замыкании контактов выключателя SA1 сетевое напряжение 220 В поступает через ограничивающий бросок тока резистор R9 и "гасящий" конденсатор СЗ на катод стабилитрона VD3. Для отрицательных полупериодов этого напряжения стабилитрон имеет очень малое сопротивление и падение напряжения на нем близко к нулю. Положительные полупериоды он ограничивает до своего напряжения стабилизации. Конденсаторы С5 и С6 через диод VD4 заряжаются приблизительно до 12В. Полученное на выходе (выводе 1) интегрального стабилизатора DA1 напряжение 5 В питает микросхемы и другие узлы устройства.
С появлением напряжения питания конденсатор С4 начинает заряжаться через резистор R16. Эта цепь формирует импульс высокого логического уровня на входе R двоичного счетчика DD1. устанавливая его в исходное состояние с низким уровнем на всех выходах.
Генератор на ОУ DA1.1 вырабатывает импульсы прямоугольной формы амплитудой 3,8 В. Чтобы он работал, должен быть закрыт диод VD2, что обеспечивается низким уровнем, поступающим на анод диода с выхода 212 счетчика DD1 после его перевода в исходное состояние.
При разомкнутом выключателе SA2 импульсы генератора следуют с периодом 7,5 мс, при замкнутом — около 0,5 с. Через 4096 импульсов генератора на выходе 212 счетчика DD1 будет установлен высокий уровень. Это откроет диод VD2 и остановит генерацию. Таким образом, подсчет импульсов прекратится через 30 с в первом случае и через 35...40 мин во втором.
Увеличивающийся на единицу с каждым восьмым импульсом генератора (во время его работы) параллельный девятиразрядный двоичный код с выходов счетчика поступает на ЦАП, собранный по схеме так называемой матрицы R-2R. Сопротивление одной группы резисторов должно быть ровно в два раза больше сопротивления другой их группы. При соблюдении этого требования напряжение на выходе матрицы (в точке соединения резисторов R25—R27) с каждым увеличением кода на единицу нарастает равными ступенями высотой около 9 мВ. Всего до остановки генератора напряжение проходит 29= 512 ступеней и его размах получается равным 512x0,009 = 4,6 В.
Выходное напряжение ЦАП через масштабирующий усилитель на ОУ DA1.3 и DA1.4, резистор R36 и диод VD7 поступает на излучающий диод оптрона U1. В результате ток через этот диод постепенно нарастает, а обратное сопротивление фотодиода оптрона снижается. Коэффициент передачи масштабирующего усилителя, номинал резистора R36 и устанавливаемое подстроечным резистором R24 напряжение смещения на неинвертирующих входах ОУ DA1.3 и DA1.4 (около 2.5 В) выбраны такими, что ток через излучающий диод изменяется от 0,6 до 3,2 мА, что обеспечивает максимальное использование регулировочной характеристики оптрона Конденсатор С8 — блокировочный.
Поскольку после подсчета 4096 импульсов на выходах всех подключенных к ЦАП разрядов счетчика устанавливается низкий уровень, ток, текущий через резистор R36 и диод VD7, уменьшается до минимума. Чтобы это не привело к прекращению тока через излучающий диод оптрона, что вызовет выключение только что достигшей полной яркости лампы светильника, предусмотрен собранный на ОУ DA1.2 повторитель сигнала с выхода 212 счетчика. По завершении счета на выходе этого ОУ будет установлен высокий уровень, и ток через излучающий диод оптрона станет поддерживать цепь R29VD5. Одновременно включится светодиод HL1, сигнализируя о том, что максимальная яркость освещения достигнута. После замыкания контактов выключателя SA1 переменное напряжение сети 220 В поступает и на узел управления яркостью лампы EL1. Регулирующий ее тринистор VS1 включен в диагональ моста VD8. Параметрический стабилизатор из резистора R37 и стабилитрона VD6 ограничивает выпрямленное мостом пульсирующее напряжение на уровне приблизительно 11 В
Чтобы открыть тринистор VS1, необходимо подать на его управляющий электрод относительно катода положительный импульс амплитудой 4... 10 В. При этом напряжение на аноде тринистора должно иметь положительную относительно его катода полярность. Тринистор останется открытым, пока ток в цепи анод—катод не уменьшится почти до нуля, т. е. до конца полупериода сетевого напряжения. В следующем полупериоде процесс повторится.
Генератор импульсов, открывающих тринистор, построен на однопереходном транзисторе VT1, причем задержка между началом очередного полупериода и генерируемым импульсом тем меньше, чем меньше постоянная времени фазосдвигающей цепи (Rобр+R32).C10, где Roбp — обратное сопротивление фотодиода оптрона U1, уменьшающееся с увеличением тока через его излучающий диод.
Таким образом, по мере нарастания управляющего тока тринистор в каждом полупериоде открывается все раньше и все большую часть полупериода остается открытым Яркость свечения лампы плавно нарастает от почти нулевой до максимальной. В состоянии максимальной яркости устройство остается до тех пор, пока не будут разомкнуты контакты выключателя SA1.
Изображенная на рис. 2 односторонняя печатная плата электронного блока светильника изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм.
 
 
 
 На ней имеются семь перемычек из монтажного провода в термостойкой изоляции. Плата помещена в корпус — пластмассовую мыльницу прямоугольной формы размерами 105x67x35 мм. Собранный блок закреплен на арматуре светильника.
Резисторы R3, R4, R6, R8, R10, R12— R15, R17—R23, R25, R26 — прецизионные (С2-14, С2-29В) с допустимым отклонением от номинала не более 1 ...2 %. Их номиналы могут отличаться от указанных на схеме (например. 20 и 10 кОм или 36 и 18 кОм), но обязательно должны быть одинаковыми во всей матрице (недопустимо, например, устанавливать резистор R10 — 15 кОм, a R13 — 10 кОм) и возможно точнее находиться в соотношении 2:1.
Остальные постоянные резисторы — ОМЛТ обычной точности Резистор R37 составлен из двух двухваттных резисторов номиналом 47 кОм, соединенных параллельно. Подстроечный резистор R24 — СПЗ-38а Конденсатор СЗ — К73-17 на напряжение, не ниже указанного на схеме. Оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные. Остальные конденсаторы — керамические например, серии КМ.
Диод ГД507А можно заменить лишь другим маломощным германиевым диодом, например, серии Д9. Кремниевые диоды КД521Г заменяют любыми аналогичными выпрямительными или импульсными с допустимым прямым током не менее 30 мА. Замена диода КД105Б - КД102Б, КД226Г-КД226Е.
Аналог микросхемы LM324N — отечественная К1401УД2 с любым буквенным индексом Но у нее иначе расположены выводы питания, поэтому при установке на печатную плату эту микросхему необходимо развернуть на 180 град. — ее вывод 1 должен попасть в отверстие для вывода 8 микросхемы LM324N. Интегральный стабилизатор 78L05 заменяется КР1157ЕН502А или
другим маломощным трехвыводным стабилизатором напряжения +5 В. Следует учитывать, что такие стабилизаторы при сходных параметрах могут иметь разную цоколевку. Например, у микросхемы КР1157ЕН501Б вывод 1 — общий, вывод 2 — вход, вывод 3 — выход. Счетчик К561ИЕ16 можно заменить импортными микросхемами CD4020, CD4020AE.
Светодиод указанного на схеме типа — суперъяркий, зеленого цвета свечения. Это позволило значительно уменьшить токовую нагрузку на выход ОУ DA1.2, установив резистор R30 большого сопротивления. Чтобы при замене этого светодиода другим обеспечить достаточную яркость его свечения, номинал резистора R30, возможно, придется уменьшить.
Следует иметь в виду, что во многих справочниках цоколевка оптронов серии АОД101 указана неверно. Следует руководствоваться той, что указана на схеме. Этот оптрон можно заменить многими другими диодными: АОД101Б, АОД101В, ЗОД101А—ЗОД101Г, а также
импортными. При необходимости оптрон можно составить из отдельных излучающего диода ИК или видимого диапазона и фотодиода (например, ФД-2), поместив их в светонепроницаемую трубку. Во всех случаях после замены оптрона следует опытным путем определить границы интервала изменения тока излучающего диода, соответствующего изменению яркости свечения лампы EL1 от почти незаметного на глаз минимума до максимума. При налаживании светильника нужно будет добиться изменения тока именно в этом интервале.
Транзистор КТ117Г можно заменить аналогичным с другим буквенным индексом, тиристор КУ201К—КУ201Л, КУ202К—КУ202Н. Наиболее компактная замена диодного моста DB107 — четыре одиночных выпрямительных диода серии КД105, но если увеличить размеры печатной платы, подойдут и КД226Г—КД226Д, диодный мост КЦ405А или два КД205А.
Перед первым включением светильника в сеть тщательно проверьте его монтаж и исправьте ошибки Следует помнить, что питание устройства бестрансформаторное Прикосновение незащищенной рукой к любому его элементу может привести к поражению электрическим током.
Приступая к налаживанию светильника, устанавливают выключатель SA2 в разомкнутое положение. Это позволяет быстрее (всего за полминуты) оценить его работоспособность. Включают сетевую вилку в розетку 220 В, замыкают выключатель SA1 и проверяют наличие постоянного напряжения +5 В на выходе (выводе 1) интегрального стабилизатора DA2 Подстроечным резистором R24 устанавливают на неинвертирующих входах ОУ DA1.3 и DA1.4 напряжение 2.5 В.
Включив в разрыв цепи излучающего диода оптрона U1 миллиамперметр постоянного тока, проверяют пределы его изменения в процессе нарастания яркости лампы EL1. При необходимости уточняют начальный ток (начало свечения EL1) подборкой резистора R28 в пределах 56...82 кОм. Точно установить начальный ток можно подстроечным резистором R24, изменяя в небольших (± 5 %) пределах снимаемое с него напряжение Максимальный ток (в конце цикла его нарастания) устанавливают подборкой резистора R36. А резистор R29 подбирают таким, чтобы по завершении работы счетчика ток излучающего диода не уменьшился.
В некоторых случаях для получения желаемого интервала изменения яркости придется подобрать конденсатор С10.
Если собранный светильник не заработал сразу, необходимо проверить его низковольтный узел, не включая прибор в сеть. Для этого следует подать на интегральный стабилизатор DA2 постоянное напряжение 7... 10 В от любого источника, подключенного плюсом к выводу 3, а минусом — к выводу 2 стабилизатора. С помощью осциллографа проверяют установку счетчика DD1 в исходное состояние, работу генератора на ОУ DA1.1, изменение состояния выходов микросхемы DD1 в процессе счета, нарастание напряжения на выходе ЦАП и на выходах ОУ DA1.3 и DA4.
Включив любой светодиод видимого свечения вместо излучающего диода оптрона U1, можно визуально контролировать изменение его яркости. Если она нарастает недостаточно плавно или скачками, следует еще раз проверить правильность подборки резисторов матрицы R-2R и убедиться в отсутствии ошибок их монтажа.
В завершение налаживания проверяют работу светильника при замкнутом выключателе SA1. Если продолжительность нарастания яркости увеличилась недостаточно или чрезмерно, ее можно довести до нужного значения, подбирая конденсатор С1 или подключая параллельно ему дополнительный конденсатор.
От редакции. Точная подборка резисторов многоразрядной матрицы R-2R — весьма трудоемкая операция, которая в любительских условиях редко дае т положительные результаты. Рекомендуем заменить матрицу микросхемой ЦАП К572ПА1, подключив ее к выходам счетчика и входу ОУ по типовой схеме.
Радио №8. 2010