Автономное электроснабжение частного дома своими руками

Рис. 2.8. Электрическая схема импульсного преобразователя для питания светодиодов маячка

Поскольку устройство питается от автономного источника питания, зависимость тока потребления от установленного внутри оборудования – прямая.

При работе «импульсного маячка» ток потребления находится в пределах 0,2 А. Экономия в деталях очевидна.

Устройство доказало свою практическую ценность: даже относительно слабые световые импульсы (от мощных светодиодов, относительно, к примеру лампы ИФК-120) в ночное и темное время суток достаточны для того, чтобы вспышки светодиодов заметили за несколько сотен метров. Именно в этом смысл предупреждения водителей о движущейся по пешеходному переходу детской коляски в сопровождении родителей, не правда, ли? Особенно, если такой переход не оборудован действующим светофором.

Особое значение в выборе корпуса для самодельного устройства имеет колба (прозрачная часть корпуса).

Я выбрал не просто детскую игрушку, а корпус, в котором установлена колба, конструктивно усиливающая свет (наподобие рефлекторов автомобильных фар). Поэтому даже слабый источник света в данном случае дает хороший эффект.

На рис. 2.9. представлен вид колбы для моего устройства.

Рис. 2.9. Вид крышки корпуса устройства – колбы с рифленым стеком – от детской игрушки

Рассмотрим электрическую схему устройства.

Она представляет собой широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Эту электрическую схему можно с полным правом назвать простой и доступной. Устройство разработано на основе популярного интегрального таймера КР1006ВИ1, содержащего два прецизионных компаратора, обеспечивающих погрешность сравнения напряжений не хуже ±1 %. Таймер неоднократно использовался радиолюбителями для построения таких популярных схем и устройств, как реле времени, мультивибраторы, преобразователи, сигнализаторы, устройства сравнения напряжения и другие.

В состав устройства входят кроме интегрального таймера DA1 (многофункциональная микросхема КР1006ВИ1), времязадающий оксидный конденсатор С1, делитель напряжения R1R2. С выхода микросхемы DA1 (ток до 250 мА) управляющие импульсы поступают на светодиоды HL1—HL3.

2.3.1. Принцип работы устройства

Принцип работы устройства таков.

Включение маячка осуществляется с помощью включателя SB1. Принцип работы мультивибратора подробно описан в литературе.

В первый момент времени на выводе 3 микросхемы DA1 высокий уровень напряжения и светодиоды горят. Оксидный конденсатор С1 начинает заряжаться через цепь R1R2.

Спустя примерно 1 с (это время зависит от сопротивления делителя напряжения R1R2 и емкости конденсатора С1), напряжение на обкладках этого конденсатора достигает величины, необходимой для срабатывания одного из компараторов в едином корпусе микросхемы DA1. При этом напряжение на выводе 3 микросхемы DA1 устанавливается равным нулю, и светодиоды гаснут. Так продолжается циклически, пока на устройство подано напряжение питания.

При отсутствии питания устройство ток не потребляет.

2.3.2. О деталях

Кроме указанных на схеме, в качестве HL1—HL3 рекомендую использовать мощные светодиоды HPWS-TH00 или аналогичные с током потребления до 80 мА. Можно применять только один светодиод из серий LXHL-DL-01, LXHL-FL1C, LXYL-PL-01, LXHL-ML1D, LXHL-PH01, LXHL-MH1D производства Lumileds Lighting (все – оранжевого и красно-оранжевого цвета свечения).

Напряжение питания устройства можно довести до 12 В; это позволяет осуществить электрический параметры микросхемы, но сопротивление ограничительных резисторов R3-R5 в этом случае следует пропорционально увеличить.

Кроме описанных выше особенностей в выборе корпуса и его прозрачной части, другие особенности конструкции таковы.

Плата с элементами устройства устанавливается в корпус проблескового маячка. Вид на установленную плату с 3-мя светодиодами представлен на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Вид на плату светодиодного маячка

На рис. 2.11 и 2.12 представлены соответственно место установки платы в корпусе детской игрушки и внешний вид законченной конструкции.

Рис. 2.11. Вид на печатную плату, устанавливаемую в корпусе

Внешней вид готовой конструкции представлен на рис. 2.9 (выше).

С обратной стороны корпуса я установил плоский магнит для того, чтобы устройство удобно фиксировалось на металлический каркас детской коляски (см. рис. 2.12).

Рис. 2.12. Оборотная стороны корпуса устройства

Для того, чтобы выходной каскад обладал еще большей мощностью можно установить в точку «А» (рис. 2.8) усилитель тока на транзисторе VT1 так, как это показано на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Схема подключения дополнительного усилительного каскада

2.3.3. Варианты перспективных доработок устройства

Варианты доработок таковы.

После такой доработки можно применять три параллельно включенных светодиода типов LXHL-PL09, LXHL–LL3C (1400 мА), UE-HR803RO (700 мА), LY-W57B (400 мА). Автономный источник питания разрядится довольно быстро.

Можно и максимально упростить схему, оставив в ней только элемент питания напряжением 4…12 В, включатель и специальный светодиод со встроенной схемой управления, который изменяет цвета (есть двухцветные, есть те, что переливаются всеми 65 000 оттенками).

Если между точкой «А» и положительным полюсом источника питания включить капсюль со встроенным звуковым генератором, во время вспышек светодиода будет активен звуковой сигнал. Эта опции может развлечь ребенка в качестве игрушки, когда он не спит.

При повторении описываемого устройства может потребоваться подбор частотозадающих элементов (R1, R2, С1) и мультивибратора.

2.4. Автономное устройство с малым напряжением питания и его полезное действие

Во время летнего отдыха все кажется безмятежным до той поры, пока вы не почувствуете влияние комаров с их предательскими укусами и неприятным жужжанием.

Среди большого количества устройств, заявленных производителем как отпугиватели комаров (и или прочих вредителей) есть интересные для анализа радиолюбителей образцы. И если ранее подобные устройства были «завязаны» на питание от осветительной сети 220 В, или имели автономное питание от нескольких батарей (эквивалентное напряжение 9 В и выше), то недавно появились портативные (переносные) устройства с питанием от одной «пальчиковой» батарейки и «спрятанные» при этом в небольшой корпус, по габаритам едва превышающий губную помаду или спичечный коробок.

К примеру, портативный отпугиватель комаров, внешний вид которого представлен на рис. 2.14, собран по схеме высокочастотного генератора на комплементарной паре биполярных транзисторов и нагружен на пьезоэлектрический капсюль BZ1. От значений элементов С1, R1, R2 зависит частота генерации.

Рис. 2.14. Внешний вид устройства

Особенность приведенного автономного устройства в минимальном напряжении питания, которое можно получить всего от одного элемента типа АА/LR6 c напряжением 1,5 В.

Электрическая схема устройства представлена на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Электрическая схема устройства

При приведенных в схеме (рис. 2.15) значениях элементов частота генерации составляет 5,45 кГц. Такая частота не влияет на работу радиоприемных, телевизионных и компьютерных устройств.

Монтаж элементов довольно компактный; он представлен на рис. 2.16.

Рис. 2.16. Монтаж устройства, вид на печатную плату со стороны дорожек

Пользуясь электрической схемой и ее описанием в части рекомендуемых замен радиодеталей, ребята могут самостоятельно собрать устройство излучения небольшой мощности и экспериментировать с ним, в том числе – изменять частоту излучения и наблюдать эффективность результатов. Небольшая мощность этого устройства служит гарантией безопасности таких экспериментов.

2.4.1. Элементы электрической схемы

Кремниевый биполярный эпитаксиально-планарный p-n-p транзистор в корпусе ТО-92 2N5401 предназначен для использования в высокочастотных устройствах радиоаппаратуры широкого применения с

малым уровнем шумов и повышенным напряжением питания. Это вытекает из его электрических характеристик. Отечественный аналог КТ6116А. В данной схеме транзистор 2N5401 уверенно работает при минимальном напряжении питания и в генераторном режиме. Его также можно заменить на 2N5401C, 2N5401G, 2N5401N, 2N5401S, G2N5401, H2N5401, L2N5401. При других заменах устройство не проверено.

При столь малом напряжении питания и токе в цепи значения предельно допустимых электрических режимов эксплуатации не сильно важны. Тем не менее, приведу наиболее существенные из них.

Рассеиваемая мощность коллектора (Pк max) для транзистора 2N5491 всего 350 мВт.

Биполярный высокочастотный n-p-n транзистора– 2N5551 в корпусе То-92 или SOT-23, на мой взгляд, следует заменять аналогом лишь в крайнем случае, с учетом его конкретной схемы применения и режима работы.

Можно попробовать заменить транзистор 2N5551 близкими по электрическим характеристикам транзисторами: 2N5175, 2N5550, BFQ22, ECG194, LBC546B, BC445, BC537-16, BC449-5, BC449-18, BC449A, BC537-10, BC447B, BC447A, BC447-5. Однако эти опытные замены на практике при столь малом напряжении питания не проверены.

Но даже при таком малом напряжении питания замена должна опираться на следующие электрические характеристики: статический коэффициент передачи тока (h21э) минимум от 50 и выше 50, граничная частота коэффициента передачи тока (fгр) 100 МГц.

Его максимальная рассеиваемая мощность всего 0,35 Вт.

Емкость конденсатора может находиться в пределах 180 пФ ±20 %. При выборе конденсаторов важно иметь в виду особенности их маркировки. На миниатюрном корпусе указывается – первые две цифры – номинал в пФ, а третья цифра – показатель степени с основанием 10.

Резисторы R1 и R2 минимальной мощности рассеяния. Допуск отклонения от указанных на электрической схеме значений – 25 %.

BZ1 – пьезоэлектрический капсюль без встроенного генератора с небольшим диаметром рабочей поверхности: всего 13,8 мм отлично подошел под компактный корпус.

Расшифровываются особенности их обозначений так, к примеру:

HPA 17 A

1 2

где 1 – серия: HPA – без встроенного генератора, HPM – с защитной пленкой без встроенного генератора, HPS – для поверхностного монтажа без встроенного генератора.

А 2 – диаметр излучающей (рабочей) поверхности в мм.

Для подбора других капсюлей уместно воспользоваться справочной табл. 2.1.

Справочные данные взяты с сайта http://www.platan.ru/pdf/ec215.pdf

Таблица 2.1. Технические и электрические характеристики пьезоэлектрических капсюлей малой мощности

2.4.2. Перспектива применения

Учитывая небольшую мощность, рассмотренное высокочастотное устройство предназначено для отпугивания комаров в небольшом помещении, ограниченного площадью одной комнаты 12–15 м². Это выяснено опытным путем.

В инструкции по эксплуатации указано, что устройство является «эффективным и безопасным средством борьбы с комарами» и «совершенно безопасно для человека и домашних животных». А также приведена «площадь эффективного покрытия» в 30 м².

Из паспорта изделия также следует, что «лабораторные исследования доказали, что звуковые волны активно воздействуют на нервную систему комаров, вызывая у них чувство дискомфорта». Тем не менее, я не вполне соглашусь с таким утверждением по нескольким причинам, обсуждение которых, очевидно, выходит за рамки данной статьи.