Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

 
 

Сайт электрика

Электромастерская, Домашняя автоматизация

Схемы фотореле для управления освещением

ФотодиодОдной из задач, выполняемых при помощи фотодатчиков, является управление освещением. Такие схемы называются фотореле, чаще всего это простое включение освещения в темное время суток. С этой целью радиолюбителями было разработано немало схем, вот некоторые из них.

Наверное, самая простая схема показана на рисунке 1. Количество деталей в ней, невелико, меньше уже не получится, а эффективность, читай чувствительность, достаточно высокая.

Это достигнуто тем, что транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме составного транзистора, называемой также схемой Дарлингтона. При таком включении коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления составляющих транзисторов. Кроме того, такая схема обеспечивает высокий входной импеданс, что позволяет подключать высокоомные источники сигнала, как показанный на схеме фоторезистор PR1.

Схема простого фотореле

Рисунок 1. Схема простого фотореле

Работа схемы достаточно проста. Сопротивление фоторезистора PR1 с увеличением освещенности уменьшается до нескольких КОм (темновое сопротивление несколько МОм), что приведет к открыванию транзистора VT1. Его коллекторный ток откроет транзистор VT2, который включит реле K1, которое своим контактом включит нагрузку.

Диод VD1 защищает схему от ЭДС самоиндукции, возникающей в момент выключения реле K1. Таким образом, очень маломощный сигнал фоторезистора преобразуется в сигнал достаточный для включения обмотки реле.

Чувствительность этой простой схемы достаточно высока, иногда просто избыточна. Чтобы ее уменьшить, и регулировать в необходимых пределах можно добавить с схему переменный резистор R1, показанный на схеме пунктиром.

Напряжение питания указано в пределах 5…15В, - зависит от рабочего напряжения реле. Для напряжения 6В подойдут реле РЭС9, РЭС47, а для напряжения 12В РЭС49, РЭС15. При указанных на схеме транзисторах ток обмотки реле не должен превышать 50мА.

Если вместо транзистора VT2 поставить, например, КТ815, то выходной ток может быть больше, что позволит применить более мощные реле. А вообще, чем выше напряжение питания, тем выше и чувствительность фотореле.

Схема фотореле с фотодиодом

Схема этого фотореле показана на рисунке 2.

Схема фотореле с фотодиодом

Рисунок 2. Схема фотореле с фотодиодом

Как и предыдущая, она также содержит минимальное количество деталей, благодаря применению операционного усилителя (ОУ). В данной схеме ОУ включен по схеме компаратора (сравнивающего устройства). Нетрудно видеть, что фотодиод LED1 включен в фотодиодном режиме, - питание подано так, что фотодиод смещен в обратном направлении.

Поэтому, при снижении уровня освещенности сопротивление светодиода Led1 возрастает, что приводит к уменьшению падения напряжения на резисторе R1, а следовательно и на инвертирующем входе компаратора OP1.

Напряжение на неинвертирующем входе ОУ устанавливается при помощи переменного резистора R2, и является пороговым - задает порог срабатывания. Как только напряжение на инвертирующем входе станет меньше, чем пороговое, на выходе компаратора появится высокий уровень напряжения, который откроет транзистор T1, который включит реле K1.

Реле и транзистор в этой схеме можно подобрать, руководствуясь рекомендациями к схеме, показанной на рисунке 6. В качестве компаратора можно использовать ОУ типа К140УД6, К140УД7 или подобные. Источник питания для схемы подойдет любой, можно даже бестрансформаторный, без гальванической развязки от сети. В этом случае при наладке следует быть внимательным, соблюдать правила техники безопасности. Идеальным вариантом следует считать использование для настройки схемы разделительного трансформатора или, как его иногда называют трансформатора безопасности.

Настройка устройства сводится к установке порогового напряжения таким образом, чтобы включение происходило уже при наступлении сумерек. Чтобы не дожидаться этого природного момента, можно в затемненной комнате засвечивать фотодиод лампой накаливания, включенной через тиристорный регулятор мощности. Эта же методика пригодна для настройки и других схем фотореле.

Возможно, что при срабатывании фотореле релюшка будет дребезжать. Избавиться от этого явления можно присоединив параллельно катушке электролитический конденсатор на несколько сотен микрофарад.

Фотореле на микросхеме

Специализированная микросхема КР1182ПМ1 представляет собой фазовый регулятор мощности, то же самое, что обычный тиристорный. Весьма важным и ценным свойством такого регулятора мощности является то, что он включается в схему как двухполюсник, не требуя для себя дополнительного провода питания: просто включил параллельно выключателю и все уже работает! На рисунке 4 показано, как на этой микросхеме можно построить несложное фотореле.

Микросхема КР1182ПМ1

Рис. 3. Микросхема КР1182ПМ1

Схема фотореле на микросхеме КР1182ПМ1

Рисунок 4. Схема фотореле на микросхеме КР1182ПМ1

Управляющие выводы микросхемы 3 и 6. Если между ними подключить просто обычный однополюсный выключатель, то при его замыкании нагрузка будет отключаться! Если его разомкнуть, то нагрузка подключится. Кстати, без дополнительных внешних тиристоров или симистора, и даже без радиатора, микросхема выдерживает нагрузку до 150Вт. Это в случае, если при включении нагрузки нет бросков тока, как у ламп накаливания. Лампу накаливания в таком варианте можно включать мощностью не более 75Вт.

Просто выключатель к этим выводам подключать как бы ни к чему, если только в комплексе с другими деталями. Если не обращать внимания на фототранзистор и электролитический конденсатор, мысленно оставить только переменный резистор R1, то получается просто фазовый регулятор мощности: при перемещении его движка вверх по схеме выводы 3 и 6 замыкаются накоротко, тем самым отключая нагрузку, как упомянутым выше контактом. При перемещении движка вниз по схеме мощность в нагрузке изменяется от 0…100%. Тут все понятно и просто.

Если к этим выводам подключить электролитический конденсатор (считаем, что фототранзистора в схеме пока нет), то получится просто плавное включение нагрузки. Каким образом?

Сопротивление разряженного конденсатора невелико, поэтому поначалу управляющие выводы микросхемы 3 и 6 практически замкнуты накоротко и нагрузка отключена. По мере заряда сопротивление конденсатора возрастает (достаточно вспомнить проверку конденсаторов омметром), напряжение на нем тоже растет, мощность в нагрузке плавно увеличивается. Получается устройство плавного включения нагрузки. Причем мощность в нагрузку будет подана на столько, насколько введен движок переменного резистора R1. При отключении устройства от сети конденсатор разряжается через резистор R1, подготавливая устройство к следующему включению. Если конденсатор разрядиться не успеет, то плавного включения не будет.

Вот теперь и добрались до самого главного, до фотореле. Если теперь к управляющим выводам 3 и 6 подключить фототранзистор, то получится фотореле. Работает оно следующим образом. Днем при высокой освещенности фототранзистор открыт, поэтому сопротивление его участка коллектор – эмиттер невелико, выводы 3 и 6 замкнуты между собой, нагрузка отключена.

При плавном уменьшении освещенности в вечерние часы фототранзистор плавненько будет открываться, постепенно увеличивая мощность в нагрузке, то есть в лампе. Никаких пороговых элементов в этой схеме нет, поэтому лампа будет зажигаться и гаснуть постепенно.

Чтобы фотореле не сработало в тот момент, когда включится своя же лампа, фототранзистор желательно защитить от такой подсветки. Проще всего это сделать с помощью пластиковой трубки.

Читайте также по этой теме: Самый простой сумеречный выключатель своими руками

Борис Аладышкин


Сейчас самое время поделиться статьей и добавить ее в закладки!


Тематические разделы: Электромастерская, Домашняя автоматизация

Другие статьи:

  • Самый простой сумеречный выключатель (фотореле)
  • Простой регулятор мощности для плавного включения ламп
  • Фотореле на 12 вольт с Алиэкспресс
  • Какие практические схемы можно сделать на таймере 555
  • Самодельные светорегуляторы. Часть пятая. Еще несколько простых схем
  • Как защититься от колебаний сетевого напряжения


  •  
      Комментарии:

    #1 написал: Сергей | [цитировать]

     
     

    Хотя в статье нет ничего нового, но представленные схемы описаны очень подробно и доходчиво. Примечательно, что автором рассмотрены схемы фотореле с использованием всех основных фотоэлектронных приборов - фоторезистора, фотодиода и фототранзистора, и задействованы все уровни схемотехники: транзисторный, на типовом ОУ и с применением специализированной микросхемы. Статья понравилась.

      Комментарии:

    #2 написал: Aliona | [цитировать]

     
     

    Статья хорошая и очень доступная, все в буквальном смысле "разжевано" , как будто бы тебе объясняет твой знакомый, а не какая-то заумная книга, где куча не понятных определений, и чтоб разобраться нужно с нуля вспомнить физику)

      Комментарии:

    #3 написал: проходил мимо | [цитировать]

     
     

    транзистор не той полярности!!!

      Комментарии:

    #4 написал: Александр | [цитировать]

     
     

    Хотелось бы услышать что нибудь о энергосберегающих устройствах. Типа "Экономыч" китайского производства. В России - типа МИМ. Кто знает - сделайте оценку пожалуйста.

      Комментарии:

    #5 написал: Бомжара | [цитировать]

     
     

    Всё доступно,и работает!

      Комментарии:

    #6 написал: Николай | [цитировать]

     
     

    проходил мимо,
    не полярности, а структуры. И еще надо указывать где именно.

      Комментарии:

    #7 написал: -=iten=- | [цитировать]

     
     

    А я взял КТ315 г (что под рукой было) к первой схеме и у меня ничего не работает почему то.... Схему пересобирал раз 10. Подскажите!

      Комментарии:

    #8 написал: Владимир | [цитировать]

     
     

    -=iten=-, прежде, чем просить о помощи, сначала расскажи конкретно, что ты сделал, какие детали применил, кроме транзисторов, использовал ли показанный пунктиром потенциометр, какое напряжение питания подал на схему, какие результаты получил - реле не срабатывает, или, наоборот, не отпускает - вообще, все подробности. Ну, и заодно, перепроверь,  правильно ли спаял схему, не перепутал ли полярность диода, какое реле применил (тип, паспорт) (может , это реле вообще не в состоянии срабатывать при этом токе)

      Комментарии:

    #9 написал: -=iten=- | [цитировать]

     
     

    Привет! Спасибо что откликнулся. Потенциометр не использовал, у меня оказался битый фоторезистор - сделал свой из транзистора МП14, в затемнении 3 кОм, на свету 2кОм сопротивление. Вместо реле сейчас стоит светодиод в правильной полярности. Схему перепаивал раз 10... Источник питания - зарядка от мобильника 6 вольт выдает без нагрузки. Транзисторы оба кт315 г проверял - рабочие.

      Комментарии:

    #10 написал: -=iten=- | [цитировать]

     
     

    Некоторые изменения: нашел рабочий фотодиод, на свету 10 кОм дает, поставил потенциометр. Между коллектором 2-го транзистора и реле 0в. Почему так? Что не правильно делаю?

      Комментарии:

    #11 написал: Борис Аладышкин | [цитировать]

     
     

    Схему фотореле можно несколько доработать. Чтобы не паять два транзистора, проще использовать составной транзистор, например, КТ972А. Схема получится примерно такая, как показано на рисунке.

    Рисунок. Схема фотореле на составном транзисторе - electrik.info/fotorele.jpg

    Эта схема была собрана и опробована на макетной плате, работа схемы показана на видео.

    Видео - electrik.info/mvi6822.avi

    Если понадобится регулировка порога срабатывания, то последовательно с резистором R1 можно подставить подстроечник на 20…30 КОм. Чем меньше будет его номинал, тем плавнее и точнее будет настройка.

    Вместо светодиода вполне можно установить реле, естественно с параллельным демпфирующим диодом, - коллекторный ток КТ972А целых 4А. Здесь вполне подойдет малогабаритное реле китайского производства с катушкой на 12В и током контактов 10А.

      Комментарии:

    #12 написал: Сергей | [цитировать]

     
     

    Основным элементом фотореле является фотоэлемент. В фотоэлементах энергия света преобразуется в электрическую, которая, пройдя каскад усиления, подается на катушку электромагнитного реле.

      Комментарии:

    #13 написал: Александр | [цитировать]

     
     

    Цитата: Борис Аладышкин
    Схему фотореле можно несколько доработать. Чтобы не паять два транзистора, проще использовать составной транзистор, например, КТ972А. Схема получится примерно такая, как показано на рисунке.

    Собрал, схему с применением транзистора КТ972А! Действительно всё работает. Подтверждаю. Но есть один минус в схеме. (правда честно скажу, минус это или плюс не знаю) Питание в схеме с применением КТ972А на катушку реле подается в момент освещения фоторезистора. То есть получается, реле будет запитано весь световой день, а на ночь отключатся. В других схемах питание на реле подается только в ночное время. Когда фоторезистор не освещён. Не знаю можно ли это изменить? 

      Комментарии:

    #14 написал: Гена | [цитировать]

     
     

    А можно ли модернизировать схему с фототранзистором так, чтобы при уменьшении освещенности уменьшалась и мощность на выходе?
    То есть когда светло, то яркость должна быть на максимум, а когда становится темно, то яркость нагрузки снижается (чтобы в глаза меньше светило, да и экономия электроэнергии). 

      Комментарии:

    #15 написал: Алексей | [цитировать]

     
     

    Добрый день подскажите что не так. Собрал схему верно единственное фотодиод установил BPW34 для того что бы реле срабатывала при длине волны в 650. при включении схемы реле сразу замыкается и не отпускает пока что не выключишь питание.

    Добавление комментария
    Имя:*
    E-Mail:
    Комментарий:
    Введите код: *

    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Электромастерская | Электротехнические новинки

    Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, обзоры электротехнических новинок, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
    Copyright © 2008-2016 electrik.info
    Е-mail: electroby@mail.ru Сайт в Google+
    Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Полезное

    Светодиодные лампы и светильники IEK