Фазоиндикатори 220V на светодиоди
Сондите, използвани за показване на "фаза", наличието на високо напрежение, са известни от десетилетия. Обикновено те включват последователно свързана сонда от отвертка, ограничител на тока - резистор със съпротивление 0,47. 1 MΩ с нисък капацитет между входните електроди (резистори от типа VS-0.5, MLT-1.0, MLT-2.0), неонова лампа и тъчпад. Когато една отвертка е свързана еднополюсно към тоководещ „фазов“ проводник и пръст докосне тъчпада, неонова лампа свети, сигнализирайки за наличие на напрежение. Напрежението, което може да се контролира от такъв индикатор, е 90,380 V, по-рядко от 70 до 1000 V при честота 50 Hz.
Нека оценим мощността, консумирана от неонова лампа, когато свети непрекъснато: при напрежение 65 V на лампата тип MN-3 и ток 10,40 μA, входната мощност не надвишава 0,5. 2 mW. Стойността на входната мощност се оказва достатъчна за светене на светодиода, но е невъзможно директно да се осигури необходимото количество ток. Следователно е необходимо използването на един вид "времеви трансформатори": колко пъти намалява времето на непрекъснато светене на светодиода, колко пъти се увеличава силата на тока, протичащ през него. Резултатът не е непрекъснато светене на индикатора, а импулсно, като същевременно се запазва стойността на входната мощност. За реализиране на такъв „времеви трансформатор“ генераторите на импулси за релаксация са перфектни, работещи на принципа на натрупване и краткотрайно освобождаване на енергия: периодично зареждане на кондензатор от източник на ток с нисък ток до напрежението на пробив на прагов елемент и последващо разреждане до товар с ниско съпротивление - светодиод. Токът на разреждане е достатъчен, за да предизвика ярко светване на светодиода.
Следователно, такова устройство трябва да съдържакондензатор за съхранение с нисък ток на утечка и проектиран за работно напрежение, превишаващо напрежението на пробив на праговия елемент, и самият прагов елемент с ниски токове на утечка при напрежение под напрежението на пробив и малко съпротивление на пробив. На тези изисквания отговарят лавинните транзистори и техните аналози. На фиг. 34.1 - 34.3, 34.6 показва "фазовите" индикаторни вериги, направени на базата на релаксиращи осцилатори, базирани на лавинообразни транзистори от типа K101KT1 на структурата p-p-p (или K162KT1 на структурата p-p-p). Транзисторите трябва да се включват обратно.
Светодиодният индикатор (фиг. 34.1) съдържа ограничител на тока, мостов токоизправител и всъщност генератор на релаксиращи импулси. Честотата на мигане на светодиода при мрежово напрежение от 220 V е около 3 Hz: увеличаването на капацитета (на хартиен или електролитен кондензатор с ниско изтичане) води до увеличаване на яркостта на миганията и намаляване на честотата. Минималното напрежение, което може да открие такъв индикатор, е 45 V. Честотата на светкавицата е 0,3 Hz. За сравнение: индикаторите на неонови лампи ви позволяват да посочите напрежение най-малко 65,90 V.
Индикаторите (фиг. 34.2 и 34.3) използват други токоизправителни вериги, като запазват основната цел. Тези диаграми също демонстрират възможността за свързване на сензорни подложки към други елементи на веригата.
Устройството (фиг. 34.4) е направено на базата на композитен лавинен тиристор. Схемата на генератора на импулси (фиг. 34.5) използва аналог на лавинен транзистор с напрежение на превключване (разбивка) от 12 V. За транзисторите на микросхемата K101KT1, когато са включени обратно, това напрежение е около 8 V.
Индикаторът "фаза" (фиг. 34.6) е сглобен на мост RC-cxe-me с лавинен транзистор вдиагонал на моста като прагов елемент.
Индикаторната верига (фиг. 34.7) също съдържа RC-moct, но използва транзистори с различни (p-p-p и p-p-p) структури: когато кондензаторите C2 и C3 се зареждат до определена стойност, транзисторите незабавно преминават от състояние "изключено" в състояние "включено". Кондензаторът C1 се разрежда към светодиода HL1 и процесът се повтаря.
Други видове генератори могат да се използват в "фазови" индикатори без използване на външни източници на захранване. Например на фиг. 34.8 показва диаграма на индикатор с генератор на два транзистора с различни видове проводимост. При промяна на параметрите на елементите могат да се получат чести, но слаби мигания на светодиода или ярки, но редки мигания. Трябва да се отбележи, че с увеличаване на капацитета на кондензатора за съхранение C1 (за всички вериги), „мъртвото време“ също се увеличава - от момента, в който индикаторът е свързан към мрежата до момента на първото мигане (части, единици секунди).
На фиг. 34.9 и 34.10 показва диаграми на "фазови" индикатори с генератор на импулси на микросхеми K7Yu7. Генераторът на импулси (фиг. 34.9) е направен на базата на превключвателя K7Yu7. Той генерира зъбни импулси, така че яркостта на светодиода постепенно се увеличава и постепенно намалява. Генераторът работи по следния начин: кондензаторът C2 се зарежда през резистора R2 до напрежението на включване на токовите ключове (елементи DA1.1 и DA1.2); когато превключвателите се задействат, ключовият елемент DA1.1 разрежда кондензатора за съхранение C1 през светодиода, а DA1.2 разрежда кондензатора C2, след което процесът се повтаря.
Устройството (фиг. 34.10) се основава на два генератора на импулси, първият от които определя продължителността и честотата на повторение на светлинатамига и звукови колети, втората - честотата на звука. Тъй като в процеса на зареждане на кондензатора C1 устройството консумира няколко порядъка по-малко ток, отколкото в режим на индикация, то всъщност работи според принципа „включване / изключване“, описан по-рано.
Във веригите могат да се използват светодиоди от типа AL307, AL336 и други индикатори, които е желателно да се изберат според максималното сияние при минимален ток. Особено подходящи за тези цели са така наречените ултра-ярки светодиоди от чуждестранно производство. Тъй като спадът на напрежението в елементите на веригата (с изключение на резистора R1) се определя от напрежението на пробив на праговия елемент (8 V или повече), в тях могат да се използват нисковолтови силициеви диоди и транзистори с ниски обратни токове на l-r преходите.
Индикаторите позволяват да се провери наличието на напрежение над 45,50 V (при честота 50 Hz) върху тоководещите елементи, включително индикация на различни пикапи; позволява оценка на качеството на заземяването и възможността за неговото използване; проверка за напрежение на топлопроводи и др. Тези устройства могат да се използват и във вериги с повишена честота, например за показване на напрежението в мрежа от 400 Hz, въпреки че трябва да се има предвид, че капацитивният ток през човешкото тяло в този случай се увеличава пропорционално на текущата честота. Чувствителността на индикаторите може лесно да се намали чрез включване на високоомни делители на напрежение, неинверсно свързване на лавинообразни транзистори, свързване на ценерови диоди и техните вериги и други методи.
Вместо отвертка към индикаторите може да се свърже външна антена. В този случай индикаторите "фаза" се преобразуват в индикатори на променливо електрическо поле. Те дистанционно, безконтактно и без използване на източници на ток сигнализират за присъствиевисоко напрежение. Горната гранична честота на работа на такива индикатори ще се определя от честотните свойства на токоизправителните диоди и може да достигне стотици MHz.
Литература: Шустов М.А. Практическа схема (книга 1), 2003 г