В любой технике в качестве отображения режимов работы используют светодиоды. Причины очевидны – низкая стоимость, сверхмалое энергопотребление, высокая надёжность. Поскольку схемы индикаторов очень просты, нет необходимости в покупке фабричных изделий.

Из обилия схем, для изготовления указателя напряжения на светодиодах своими руками, можно подобрать наиболее оптимальный вариант. Индикатор можно собрать за пару минут из самых распространённых радиоэлементов.

Все подобные схемы по назначению делят на индикаторы напряжения и индикаторы тока.

Работа с сетью 220В

Рассмотрим простейший вариант – проверка фазы.

Эта схема представляет собой световой индикатор тока, которым оснащают некоторые отвёртки. Такое устройство даже не требует внешнего питания, поскольку разность потенциала между фазовым проводом и воздухом или рукой достаточна для свечения диода.

Для отображения сетевого напряжения, например, проверки наличия тока в разъёме розетки, схема ещё проще.

Простейший индикатор тока на светодиодах 220В собирается на ёмкостном сопротивлении для ограничения тока светодиода и диода для защиты от обратной полуволны.

Проверка постоянного напряжения

Нередко возникает необходимость прозвонить низковольтную цепь бытовых приборов, либо проверить целостность соединения, например, провод от наушников.

В качестве ограничителя тока можно использовать маломощную лампу накаливания либо резистор на 50-100 Ом. В зависимости от полярности подключения загорается соответствующий диод. Этот вариант подходит для цепей до 12В. Для более высокого напряжения потребуется увеличить сопротивления ограничивающего резистора.

Индикатор для микросхем (логический пробник)

Если возникает необходимость проверить работоспособность микросхемы, поможет в этом простейший пробник с тремя устойчивыми состояниями. При отсутствии сигнала (обрыв цепи) диоды не горят. При наличии логического ноля на контакте возникает напряжение около 0,5 В, которое открывает транзистор Т1, при логической единице (около 2,4В) открывается транзистор Т2.

Такая селективность достигается, благодаря различным параметрам используемых транзисторов. У КТ315Б напряжение открытия 0,4-0,5В, у КТ203Б – 1В. При необходимости можно заменить транзисторы другими с аналогичными параметрами.

При выборе светового индикатора сетевого напряжения разработчик электронной аппаратуры может воспользоваться одним из трех основных вариантов, т.е. может применить неоновую лампу, лампу накаливания или светодиод. Преимущества неоновой лампы - возможность непосредственного подключения к электросети переменного тока и малое потребление мощности. Для установки лампы накаливания необходим понижающий трансформатор, т.е. обеспечивается только косвенный признак наличия сетевого напряжения, и, как правило мощность рассеивания больше, чем у неоновой лампы.

Использование светодиода - идеальная альтернатива обоим вышеупомянутым подходам, так как он имеет значительно больший срок службы чем неоновая пампа или лампа накаливания. Мощность рассеивания светодиода не больше 20...30мВт.

Так как светодиод - маломощный элемент, его необходимо защитить от больших токов. Один из вариантов защиты заключается в использовании последовательного резистора при напряжении сети, например, 240В, при этом его мощность рассеивания будет около 3,5Вт. Другой вариант показан на рисунке. Ток через светодиод ограничивается не сопротивлением гасящего резистора, а реактивным сопротивлением конденсатора. Преимущество этого метода состоит в том, что на конденсаторе не рассеивается мощность, так как ток, проходящий через него, на 90° не совпадает по фазе с приложенным к нему напряжением.

Формула для вычисления мощности рассеивания для напряжения переменного тока:

Pc=i*Uc*Cosф

Сдвиг фазы на 90°, который имеет место на конденсаторе, приводит к нулевому рассеиванию мощности
(т.к. cos90° = 0) Pc = 0.

Емкость конденсатора С может быть вычислена для любого данного напряжения, частоты и тока при помощи следующего уравнения:

C = i/(6.28*U*f) ,

где С - емкость в фарадах, U - среднеквадратическое значение напряжения, f - частота сети в Гц, i - ток через светодиод в амперах.

При напряжении сети 240В и частоте 50Гц для тока 20мА самый близкий подходящий номинал конденсатора - 330нФ. Рабочее напряжение конденсатора должно быть по крайней мере в два раза больше напряжения сети.

Благодаря таким своим свойствам как: низкое энергопотребление, малые габариты и простота необходимых для работы вспомогательных цепей, светодиоды (имеются ввиду светодиоды видимого диапазона длин волн) получили очень широкое распространение в радиоэлектронной аппаратуре самого разного назначения. Используются они в первую очередь как универсальные устройства индикации режимов работы или устройства аварийной индикации. Реже (обычно только в радиолюбительской практике) встречаются светодиодные автоматы световых эффектов и светодиодные информационные панели (табло).

Для нормального функционирования любого светодиода достаточно обеспечить протекание через него в прямом направлении тока не превышающего максимально допустимый для применяемого прибора. Если величина этого тока не будет слишком низкой, светодиод будет светиться. Для управления состоянием светодиода необходимо обеспечить регулировку (коммутацию) в цепи протекания тока. Это можно сделать с помощью типовых последовательных или параллельных схем коммутации (на транзисторах, диодах и т.п.). Примеры таких схем приведены на рис. 3.7-1, 3.7-2.

Рис. 3.7-1. Способы управления состоянием светодиода с помощью транзисторных ключей

Рис. 3.7-2. Способы управления состоянием светодиода от цифровых микросхем ТТЛ

Примером применения светодиодов в цепях сигнализации могут служить следующие две простые схемы индикаторов сетевого напряжения (рис. 3.7-3, 3.7-4).

Схема на рис. 3.7-3 предназначена для индикации наличия в бытовой сети переменного напряжения. Ранее в подобных устройствах обычно использовались малогабаритные неоновые лампочки. Но светодиоды в этом отношении гораздо более практичны и технологичны. В данной схеме ток через светодиод проходит только во время одной полуволны входного переменного напряжения (во время второй полуволны светодиод шунтируется работающим в прямом направлении стабилитроном). Этого оказывается достаточно для нормального восприятия человеческим глазом света от светодиода как непрерывного излучения. Напряжение стабилизации стабилитрона выбирается несколько большим, чем прямое падение напряжения на используемом светодиоде. Емкость конденсатора \(C1\) зависит от требуемого прямого тока через светодиод.

Рис. 3.7-3. Индикатор наличия сетевого напряжения

На трех светодиодах выполнено устройство, информирующее об отклонениях сетевого напряжения от номинального значения (рис. 3.7-4). Здесь также свечение светодиодов происходит только во время одного полупериода входного напряжения. Коммутация светодиодов осуществляется через включенные последовательно с ними динисторы. Светодиод \(HL1\) горит всегда, когда сетевое напряжение присутствует, два пороговых устройства на динисторах и делителях напряжения на резисторах обеспечивают включение двух других светодиодов только при достижении входным напряжением установленного порога срабатывания. Если их отрегулировать так, чтобы при нормальном напряжении в сети горели светодиоды \(HL1\), \(HL2\), то при повышенном напряжении будет загораться и светодиод \(HL3\), а при понижении напряжения в сети будет гаснуть светодиод \(HL2\). Входной ограничитель напряжения на \(VD1\), \(VD2\) предотвращает выход устройства из строя при значительном превышении нормального значения напряжения в сети.

Рис. 3.7-4. Индикатор уровня сетевого напряжения

Схема на рис. 3.7-5 предназначена для сигнализации о перегорании предохранителя. Если предохранитель \(FU1\) цел, падение напряжения на нем очень мало, и светодиод не светится. При перегорании предохранителя напряжение питания через незначительное сопротивление нагрузки прикладывается к цепи индикатора, и светодиод загорается. Резистор \(R1\) выбирается из условия, что через светодиод будет протекать требуемый ток. Не все виды нагрузок могут подойти для данной схемы.

Рис. 3.7-5. Светодиодный индикатор перегорания предохранителя

Устройство индикации перегрузки стабилизатора напряжения представлено на рис. 3.7‑6. В нормальном режиме работы стабилизатора напряжение на базе транзистора \(VT1\) стабилизировано стабилитроном \(VD1\) и примерно на 1 В больше, чем на эмиттере, поэтому транзистор закрыт и горит сигнальный светодиод \(HL1\). При перегрузке стабилизатора выходное напряжение уменьшается, стабилитрон выходит из режима стабилизации и напряжение на базе \(VT1\) уменьшается. Поэтому транзистор открывается. Поскольку прямое напряжение на включенном светодиоде \(HL1\) больше, чем на \(HL2\) и транзисторе, в момент открывания транзистора светодиод \(HL1\) гаснет, а \(HL2\) - включается. Прямое напряжение на зеленом светодиоде \(HL1\) приблизительно на 0,5 В больше, чем на красном светодиоде \(HL2\), поэтому максимальное напряжение насыщения коллектор-эмиттер транзистора \(VT1\) должно быть меньше 0,5 В. Резистор R1 ограничивает ток через светодиоды, а резистор \(R2\) определяет ток через стабилитрон \(VD1\).

Рис. 3.7-6. Индикатор состояния стабилизатора

Схема простого пробника, позволяющего определять характер (постоянное или переменное) и полярность напряжения в диапазоне 3...30 В для постоянного и 2,1...21 В для действующего значения переменного напряжения приведена на рис. 3.7-7. Основу пробника составляет стабилизатор тока на двух полевых транзисторах, нагруженный на встречно-параллельно включенные светодиоды. Если на клемму \(XS1\) подается положительный потенциал, а на \(XS2\) - отрицательный, то загорается светодиод HL2, если наоборот - светодиод \(HL1\). Когда на входе переменное напряжение, зажигаются оба светодиода. Если ни один из светодиодов не горит, это означает, что входное напряжение менее 2 В. Потребляемый устройством ток не превышает 6 мА.

Рис. 3.7-7. Простой пробник-индикатор характера и полярности напряжения

На рис. 3.7-8 дана схема еще одного простого пробника со светодиодной индикацией. Он используется для проверки логического уровня в цифровых цепях, построенных на микросхемах ТТЛ. В исходном состоянии, когда к клемме \(XS1\) ничего не подключено, светодиод \(HL1\) светится слабо. Его режим задается установкой соответствующего напряжения смещения на базе транзистора \(VT1\). Если на вход будет подано напряжение низкого уровня, транзистор закроется, и светодиод погаснет. При наличии на входе напряжения высокого уровня транзистор открывается, яркость свечения светодиода становится максимальной (ток ограничен резистором \(R3\)). При проверке импульсных сигналов яркость HL1 возрастает, если в последовательности сигналов преобладает напряжение высокого уровня, и убывает, если преобладает напряжение низкого уровня. Питание пробника можно осуществлять как от источника питания проверяемого устройства, так и от отдельного источника питания.

Рис. 3.7-8. Пробник-индикатор логического уровня ТТЛ

Более совершенный пробник (рис. 3.7-9) содержит два светодиода и позволяет не только оценивать логические уровни, но и проверять наличие импульсов, оценивать их скважность и определять промежуточное состояние между напряжениями высокого и низкого уровней. Пробник состоит из усилителя на транзисторе \(VT1\), повышающего его входное сопротивление, и двух ключей на транзисторах \(VT2\), \(VT3\). Первый ключ управляет светодиодом \(HL1\), имеющим зеленый цвет свечения, второй - светодиодом \(HL2\), имеющим красный цвет свечения. При входном напряжении 0,4...2,4 В (промежуточное состояние) транзистор \(VT2\) открыт, светодиод \(HL1\) выключен. В то же время закрыт и транзистор \(VT3\), поскольку падение напряжения на резисторе \(R3\) недостаточно для полного открывания диода \(VD1\) и создания требуемого смещения на базе транзистора. Поэтому \(HL2\) тоже не светится. Когда входное напряжение становится меньше 0,4 В, транзистор \(VT2\) закрывается, загорается светодиод \(HL1\), индицируя наличие логического нуля. При напряжении на входе более 2,4 В открывается транзистор \(VT3\), включается светодиод \(HL2\), индицируя наличие логической единицы. Если на вход пробника подано импульсное напряжение, скважность импульсов можно оценить по яркости свечения того или иного светодиода.

Рис. 3.7-9. Улучшенный вариант пробника-индикатора логического уровня ТТЛ

Еще один вариант пробника представлен на рис. 3.7-10. Если клемма \(XS1\) никуда не подсоединена, все транзисторы закрыты, светодиоды \(HL1\) и \(HL2\) не работают. На эмиттер транзистора \(VT2\) с делителя \(R2-R4\) поступает напряжение около 1,8 В, на базу \(VT1\) - около 1,2 В. Если на вход пробника подать напряжение выше 2,5 В, напряжение смещения база-эмиттер транзистора \(VT2\) превысит 0,7 В, он откроется и своим коллекторным током откроет транзистор \(VT3\). Светодиод \(HL1\) включится, индицируя состояние логической единицы. Ток коллектора \(VT2\), примерно равный току его эмиттера, ограничивается резисторами \(R3\) и \(R4\). При превышении напряжением на входе уровня 4,6 В (что возможно при проверке выходов схем с открытым коллектором) транзистор \(VT2\) входит в режим насыщения, и если не ограничить ток базы \(VT2\) резистором \(R1\), транзистор \(VT3\) закроется и светодиод \(HL1\) выключится. При уменьшении напряжения на входе ниже 0,5 В открывается транзистор \(VT1\), его коллекторный ток открывает транзистор \(VT4\), включается \(HL2\), индицируя состояние логического нуля. С помощью резистора \(R6\) регулируется яркость свечения светодиодов. Подбором резисторов \(R2\) и \(R4\) можно установить необходимые пороги включения светодиодов.

Рис. 3.7-10. Пробник-индикатор логического уровня на четырех транзисторах

Для индикации точной настройки в радиоприемниках часто применяются простые устройства, содержащие один, а иногда и несколько, светодиодов разного цвета свечения.

Схема экономичного светодиодного индикатор настройки для приемника с питанием от батареек приведена на рис. 3.7-11. Ток потребления устройства не превышает 0,6 мА в отсутствие сигнала, а при точной настройке составляет 1 мА. Высокая экономичность достигается за счет питания светодиода импульсным напряжением (т.е. светодиод не светится непрерывно, а часто мигает, однако из-за инерционности зрения такое мерцание не заметно на глаз). Генератор импульсов выполнен на однопереходном транзисторе \(VT3\). Генератор вырабатывает импульсы длительностью около 20 мс, следующие с частотой 15 Гц. Эти импульсы управляют работой ключа на транзисторе \(DA1.2\) (один из транзисторов микросборки \(DA1\)). Однако в отсутствие сигнала светодиод не включается, так как при этом сопротивление участка эмиттер-коллектор транзистора \(VT2\) велико. При точной настройке транзистор \(VT1\), а за ним и \(DA1.1\) и \(VT2\) откроются настолько, что в моменты, когда открыт транзистор \(DA1.2\), будет загораться светодиод \(HL1\). Чтобы уменьшить потребляемый ток, эмиттерная цепь транзистора \(DA1.1\) подключена к коллектору транзистора \(DA1.2\), благодаря чему последние два каскада (\(DA1.2\), \(VT2\)) также работают в ключевом режиме. При необходимости подбором резистора \(R4\) можно добиться слабого начального свечения светодиода \(HL1\). В этом случае он выполняет и функцию индикатора включения приемника.

Рис. 3.7-11. Экономичный светодиодный индикатор настройки

Экономичные светодиодные индикаторы могут понадобиться не только в радиоприемниках с батарейным питанием, но и во множестве других носимых устройств. На рис. 3.7‑12, 3.7‑13, 3.7‑14 приведено несколько схем таких индикаторов. Все они работают по уже описанному импульсному принципу и по сути представляют собой экономичные генераторы импульсов, нагруженные на светодиод. Частота генерации в таких схемах выбирается достаточно низкой, фактически на границе зрительного восприятия, когда мигания светодиода начинают отчетливо восприниматься человеческим глазом.

Рис. 3.7-12. Экономичный светодиодный индикатор на однопереходном транзисторе

Рис. 3.7-13. Экономичный светодиодный индикатор на однопереходном и биполярном транзисторах

Рис. 3.7-14. Экономичный светодиодный индикатор на двух биполярных транзисторах

В УКВ ЧМ приемниках для индикации настройки можно применять три светодиода. Для управления таким индикатором используется сигнал с выхода ЧМ детектора, в котором постоянная составляющая положительна при незначительной расстройке в одну сторону от частоты станции и отрицательна при незначительной расстройке в другую сторону. На рис. 3.7-15 приведена схема простого индикатора настройки, работающего по описанному принципу. Если напряжение на входе индикатора близко к нулю, то все транзисторы закрыты и светодиоды \(HL1\) и \(HL2\) не излучают, а через \(HL3\) при этом протекает ток, определяемый напряжением питания и сопротивлением резисторов \(R4\) и \(R5\). При указанных на схеме номиналах он примерно равен 20 мА. Как только на входе индикатора появляется напряжение, превышающее 0,5 В, транзистор \(VT1\) открывается и включается светодиод \(HL1\). Одновременно открывается транзистор \(VT3\), он шунтирует светодиод \(HL3\), и тот гаснет. Если напряжение на входе отрицательное, но по абсолютному значению больше 0,5 В, то включается светодиод \(HL2\), а \(HL3\) выключается.

Рис. 3.7-15. Индикатор настройки для УКВ-ЧМ приемника на трех светодиодах

Схема еще одного варианта простого индикатора точной настройки для УКВ ЧМ приемника представлена на рис. 3.7-16.

Рис. 3.7-16. Индикатор настройки для УКВ ЧМ приемника (вариант 2)

В магнитофонах, низкочастотных усилителях, эквалайзерах и т.п. находят применение светодиодные индикаторы уровня сигнала. Число индицируемых такими индикаторами уровней может варьироваться от одного-двух (т.е. контроль типа “сигнал есть – сигнала нет”) до нескольких десятков.

Схема двухуровнего двухканального индикатора уровня сигнала приведена на рис. 3.7‑17. Каждая из ячеек \(A1\), \(A2\) выполнена на двух транзисторах разной структуры. При отсутствии сигнала на входе оба транзистора ячеек закрыты, поэтому светодиоды \(HL1\), \(HL2\) не горят. В таком состоянии устройство находится до тех пор, пока амплитуда положительной полуволны контролируемого сигнала не превысит примерно на 0,6 В постоянное напряжение на эмиттере транзистора \(VT1\) в ячейке \(A1\), заданное делителем \(R2\), \(R3\). Как только это произойдет, транзистор \(VT1\) начнет открываться, в цепи коллектора появится ток, а поскольку он в то же время является и током эмиттерного перехода транзистора \(VT2\), транзистор \(VT2\) тоже начнет открываться. Возрастающее падение напряжения на резисторе \(R6\) и светодиоде \(HL1\) приведет к увеличению тока базы транзистора \(VT1\), и он откроется еще больше. В результате очень скоро оба транзистора окажутся полностью открыты и светодиод \(HL1\) включится. При дальнейшем росте амплитуды входного сигнала аналогичный процесс протекает в ячейке \(A2\), после чего загорается светодиод \(HL2\). С уменьшением уровня сигнала ниже установленных порогов срабатывания ячейки возвращаются в исходное состояние, светодиоды гаснут (сначала \(HL2\), затем \(HL1\)). Гистерезис не превышает 0,1 В. При указанных в схеме значениях сопротивлений, ячейка \(A1\) срабатывает при амплитуде входного сигнала примерно 1,4 В, ячейка \(A2\) - 2 В.

Рис. 3.7-17. Двухканальный индикатор уровня сигнала

Многоканальный индикатор уровня на логических элементах представлен на рис. 3.7‑18. Такой индикатор можно применять, например, в усилителе НЧ (организовав из ряда светодиодов индикатора световую шкалу). Диапазон входного напряжения этого устройства может колебаться от 0,3 до 20 В. Для управления каждым светодиодом используется \(RS\)-триггер, собранный на элементах 2И‑НЕ. Пороги срабатывания этих триггеров задаются резисторами \(R2\), \(R4-R16\). На линию “сброс” периодически должен подаваться импульс гашения светодиодов (разумным будет подавать такой импульс с периодичностью 0,2...0,5 с).

Рис. 3.7-18. Многоканальный индикатор уровня НЧ сигнала на \(RS\)-триггерах

Приведенные выше схемы индикаторов уровня обеспечивали резкое срабатывание каждого канала индикации (т.е. светодиод в них либо светится с заданным режимом яркости, либо погашен). В шкальных индикаторах (линия последовательно срабатывающих светодиодов) такой режим работы совсем не обязателен. Поэтому для этих устройств могут использоваться более простые схемы, в которых управление светодиодами осуществляется не отдельно по каждому каналу, а совместно. Последовательное включение ряда светодиодов при увеличении уровня входного сигнала достигается за счет последовательного включения делителей напряжения (на резисторах или других элементах). В таких схемах происходит постепенное увеличение яркости свечения светодиодов при нарастании уровня входного сигнала. При этом для каждого светодиода устанавливается свой токовый режим, такой, что свечение указанного светодиода визуально наблюдается только при достижении входным сигналом соответствующего уровня (при дальнейшем увеличении уровня входного сигнала светодиод горит все более ярко, но до определенного предела). Простейший вариант индикатора, работающего по описанному принципу приведен на рис. 3.7-19.

Рис. 3.7-19. Простой индикатор уровня сигнала НЧ

При необходимости увеличения количества уровней индикации и повышения линейности индикатора схема включения светодиодов должна быть несколько изменена. Подойдет, например, индикатор по схеме рис. 3.7-20. В нем, кроме прочего, имеется и достаточно чувствительный входной усилитель, обеспечивающий работу как от источника постоянного напряжения, так и от сигнала звуковой частоты (при этом индикатор управляется только положительными полуволнами входного переменного напряжения).

В настоящем справочном пособии приведены сведения об использовании тайников различных типов. В книге рассматриваются возможные варианты тайников, способы их создания и необходимые при этом инструменты, описываются приспособления и материалы для их сооружения. Даны рекомендации по устройству тайников дома, в автомобилях, на приусадебном участке и т. п.

Особое место уделено способам и методам контроля и защиты информации. Приведено описание специального промышленного оборудования, используемого при этом, а также устройств, доступных для повторения подготовленными радиолюбителями.

В книге дано подробное описание работы и рекомендации по монтажу и настройке более 50 устройств и приспособлений, необходимых при изготовлении тайников, а также предназначенных для их обнаружения и обеспечения сохранности.

Книга предназначена для широкого круга читателей, для всех, кто пожелает ознакомиться с этой специфической областью творения рук человеческих.

Один из самых привлекательных индикаторов сетевого напряжения - светоизлучающий диод. Во-первых, он малогабаритен. Во-вторых, потребляет небольшую мощность при достаточно ярком свечении.

Однако при использовании светодиода в качестве индикатора сетевого напряжения следует помнить, что работать он будет не с постоянным, а с переменным током при амплитудном значении напряжения около 310 В. Поэтому, в первую очередь, нужно ограничить ток через светодиод до максимально допустимого и, кроме того, защитить его от обратного напряжения. Есть различные варианты подключения светодиода к сетевой проводке конструкции. Один из них показан на рис. 3.32.

Рис. 3.32. Индикатор с токоограничительными резисторами

Резисторы R1 и R2 - ограничители тока через светодиод HL1, который в данном случае выбран равным 10 мА. Вместо двух резисторов мощностью по 1 Вт можно установить один на 2 Вт, но сопротивлением 30 кОм.

Диод VD1 ограничивает обратное напряжение, приложенное к светодиоду, на уровне около 1 В. Он может быть едва ли не любым кремниевым, лишь бы был способен пропускать выпрямленный ток более 10 мА. Но предпочтение следует отдать миниатюрным диодам серий КД102-КД104 либо другим малогабаритным, скажем, серий КД105, КД106, КД520, КД522. Другой вариант включения светодиода показан на рис. 3.33.

Рис. 3.33. Индикатор с гасящим конденсатором

Здесь токоограничивающим элементом является конденсатор С1. Желательно использовать малогабаритный пленочный металлизированный конденсатор типа К73-17 либо бумажный, рассчитанный на работу при переменном токе и с номинальным напряжением не менее 400 В. При зарядке самого конденсатора ток через него ограничивает резистор R1.

Приведенные схемы пригодны для использования практически любых светодиодов, работающих в диапазоне видимого света. Предпочтение все же отдается ярким светодиодам с рассеянным излучением (в порядке возрастания силы света): АЛ307КМ (красный), АЛ307ЖМ (желтый), АЛ307НМ (зеленый). Если допустимый ток через светодиод превышает 20 мА, оба резистора в первом варианте включения следует подобрать сопротивлением по 10 кОм, а емкость конденсатора во втором варианте увеличить до 0,15 мкФ. Диод в обоих вариантах должен быть рассчитан на выпрямленный ток не менее 20 мА.

Простая схема для определения коротких "провалов" напряжения сети.

Отечественное энергоснабжение

О невысоком качестве отечественного энергоснабжения известно всем, и сказано об этом немало. Вместо допуска по напряжению +/- 10 процентов, что составляет 180…240 В сетевое напряжение может «плавать» в диапазоне 160…260 и более В.

С такими медленными изменениями напряжения вполне успешно справляются стабилизаторы переменного напряжения на базе автотрансформаторов, например фирмы «Ресанта». Подобные стабилизаторы предназначены в основном для такой техники как холодильник, стиральная машина, электроплита.

Электронные стабилизаторы

Современная же электронная бытовая аппаратура таких стабилизаторов не требует, так как вся стабилизация напряжений осуществляется, как правило, внутренними полупроводниковыми стабилизаторами.

В очень большом диапазоне входных сетевых напряжений способны работать импульсные источники питания. Сейчас такими источниками оснащена практически вся электронная аппаратура. Например, многие современные телевизоры вполне работоспособны в диапазоне напряжения в розетке 100…280 В.

Импульсные помехи

Но, к сожалению, кроме таких медленных изменений сетевого напряжения, которые можно увидеть невооруженным глазом по миганию освещения, существуют еще кратковременные «провалы». Они носят импульсный характер, а от случайной импульсной помехи не способен защитить ни один стабилизатор.

Такие «провалы», незаметные даже по миганию освещения, неприятностей могут принести немало. Вдруг, ни с того ни с сего, произвольно перезагружается недавно приобретенный компьютер, работавшая всегда прилежно стиральная машина, заново начинает еще не законченный цикл стирки, микроволновка тоже сбивается с заданной программы.

Некоторые аппараты, например телевизоры, находящиеся в дежурном режиме, самопроизвольно включаются, или в процессе работы сами переключают каналы. Создается впечатление, что электронная техника понемногу приходит в негодность. А может ее уже пора нести в ремонт?

Индикатор «провалов» в сети

О подобных неприятных ситуациях может проинформировать описываемое ниже устройство - индикатор кратковременных «провалов» напряжения сети. Ведь если вдруг Ваш компьютер начал «самостоятельно» перезагружаться, а в это время раздался звуковой сигнал индикатора, зафиксировавший «провал» сетевого напряжения, то с достаточной долей уверенности можно сказать, что компьютер тут не виноват. Даже источники бесперебойного питания с импульсными помехами справляются не всегда.

Схема индикатора достаточно проста и показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Индикатор коротких «провалов» сетевого напряжения.

Как видно по рисунку, схема прибора достаточно проста, содержит малое количество деталей, которые, к тому же стоят не дорого и дефицитом не являются. Поэтому для повторения схемы слишком высокой квалификации не требуется: если Вы умеете держать в руках паяльник, то особых проблем возникнуть не должно.

Работа схемы

Работает схема следующим образом. На элементах VD2, R3…R5, C2 и C4 собран датчик сетевого напряжения. Именно с его помощью и определяются «провалы» в сети. При подаче сетевого напряжения конденсаторы C2 и C4 быстро зарядятся до напряжения, указанного на схеме. Поэтому на входе DD1 присутствует логическая единица.

На элементах VD1, VD3, R2, C3, C6 собран блок питания устройства. Следует обратить внимание на то, что конденсатор С6 заряжается до напряжения 9В достаточно долго - около тридцати секунд. Это обусловлено большой постоянной времени цепочки R2, C3, C6. Поэтому при первоначальном включении прибора на выходе элемента DD1.1 устанавливается низкий уровень напряжения.

Конденсатор С5 при включении был разряжен, то есть имел низкий логический уровень. Как видно из схемы конденсатор С5 через резистор R8 соединен со входом триггера Шмитта, выполненного на элементах DD1.2…DD1.4. поэтому на выходе триггера Шмитта будет также низкий уровень напряжения. Поэтому светодиод HL1 будет погашен, а звуковой излучатель HA1 будет молчать. Для увеличения нагрузочной способности выходного каскада применено параллельное соединение элементов DD1.3 и DD1.4.

Тут следует заметить, что подобное соединение допустимо лишь в том случае, если оба принадлежат одному корпусу микросхемы и обладают идентичными параметрами. Такое соединение элементов находящихся в разных корпусах недопустимо.

Вышеописанное состояния индикатора будет сохраняться до тех пор, пока не будет «провала» сетевого напряжения. В случае же значительного уменьшения напряжения сети длительностью не менее 60 мс происходит разряд конденсаторов С2 и С4.

Другими словами на входе элемента DD1.1 появится низкий уровень, который приведет к появлению высокого уровня на выходе DD1.1. Этот высокий уровень приводит к заряду через диод VD4 конденсатора С5, то есть появлению высокого уровня на входе триггера Шмитта и соответственно такого же уровня на его выходе. (Логика работы триггера Шмитта была описана в одной из статей из цикла «Логические микросхемы»).

Современная элементная база позволяет заметно упростить схемное решение многих устройств. В данном случае применен звуковой излучатель со встроенным генератором. Поэтому для получения звука достаточно подать на излучатель просто постоянное напряжение.

В данном случае это будет напряжение высокого уровня с выхода триггера Шмитта. (Когда излучатели были без встроенного генератора, его приходилось собирать также на микросхемах.) Последовательно со звуковым излучателем установлен светодиод HL1 обеспечивающий световую индикацию «провала».

В таком состоянии триггер Шмитта будет находиться еще некоторое время после того, как «провал» уже закончится. Это время обусловлено зарядом конденсатора С5 и при указанных на схеме номиналах элементов составит примерно 1 секунду. Можно сказать, что просто происходит растягивание «провала» по времени.

После разряда конденсатора С5 устройство вновь возвращается в режим слежения за состоянием напряжения сети. Для предотвращения ложных срабатываний устройства от помех на входе установлен помехозащитный фильтр L1, C1, R1.

Несколько слов о деталях и конструкции

Кроме указанных на схеме элементов возможны следующие замены. Микросхему К561ЛА7 можно заменить без переделки схемы и платы на К561ЛЕ5, либо на импортный аналог любой из КМОП серий. Не рекомендуется применять микросхемы серии К176 не имеющие встроенных защитных диодов по входам, так как входное напряжение микросхемы в данной конструкции превышает напряжение питания. Такое обстоятельство может привести к выходу микросхемы серии К176 из строя ввиду «тиристорного эффекта».

Стабилитрон VD3 можно заменить любым маломощным с напряжением стабилизации около 9 В. Вместо диодов КД521 подойдут любые импульсные кремниевые диоды, например КД503, КД510, КД522, либо импортные 1N4148, диоды КД243 можно заменить на 1N4007.

Высоковольтный керамический конденсатор С1 типа К15-5. Вместо него возможно применение пленочного конденсатора на рабочее напряжение не менее 630В, правда за счет некоторого снижения надежности. Также пленочным должен быть конденсатор С2. Электролитические конденсаторы лучше применить импортные.

Указанный на схеме светодиод можно заменить практически любым отечественным или импортным, желательно красного цвета. Звуковой излучатель можно заменить на любой из серии EFM: EFM - 250, EFM - 472A.

Весь индикатор смонтирован на печатной плате, показанной на рисунке 2.

На плате установлены все детали кроме светодиода и звукового излучателя. Плату можно установить в отдельной пластмассовой коробке подходящих размеров, либо, если позволяет место, непосредственно в корпусе фильтра - удлинителя.

Настройка устройства сводится к подбору емкости конденсаторов С2 и С4. Удобнее подбирать емкость конденсатора С4. Делается это следующим образом: его емкость уменьшается до тех пор, пока пульсации напряжения на входе элемента DD1.1 не вызовут срабатывание устройства. По достижении такого результата следует заменить конденсатор С4 конденсатором с емкостью на 30 процентов больше подобранной.

Проверить правильность работы индикатора можно включением в ту же розетку галогенной лампы мощностью не менее полутора - двух киловатт. В момент включения должен раздаваться сигнал индикатора - сказываются повышенные токи в момент включения ламп. На этом наладку индикатора можно считать законченной.

Борис Аладышкин