Первая часть статьи: Как управлять люстрой по двум проводам. Релейные схемы .

Один хороший инженер – электронщик говорил, что если, мол, в схеме есть реле, то она нуждается в доработке. И с этим нельзя не согласиться: ресурс срабатывания контактов реле всего несколько сотен, может тысяч раз, в то время, как транзистор, работающий на частоте хотя бы 1КГц делает каждую секунду 1000 переключений.

Схема на полевых транзисторах

Эта схема была предложена в журнале «Радио» №9 2006 г. Она показана на рисунке 1.

Алгоритм работы схемы такой же, как и у предыдущих двух: при каждом кратковременном щелчке выключателем подключается новая группа ламп. Только в тех схемах одна группа, а в этой целых две.

Нетрудно видеть, что основой схемы является двухразрядный счетчик, выполненный на микросхеме К561ТМ2, содержащий в одном корпусе 2 D – триггера. На этих триггерах собран обычный двухразрядный двоичный счетчик, который может считать по алгоритму 00b, 01b, 10b, 11b, и опять в том же порядке 00b, 01b, 10b, 11b … Буква «b» говорит о том, что числа указаны в двоичной системе счисления. Младший разряд в этих числах соответствует прямому выходу триггера DD2.1, а старший прямому выходу DD2.2. Каждая единичка в этих числах говорит о том, что открыт соответствующий транзистор и подключена соответствующая группа ламп.

Таким образом получается следующий алгоритм включения ламп. Лампа EL1 светит как только замкнется выключатель SA1. При кратковременных щелчках выключателем лампы будут зажигаться в следующих сочетаниях: EL1; (EL1 & EL2); (EL1 & EL3 & EL4); (EL1 & EL2 & EL3 & EL4).

Для того, чтобы осуществить переключение по указанному алгоритму, следует на вход C младшего разряда счетчика DD2.1 подавать счетные импульсы в момент каждого щелчка выключателя SA1.

Рисунок 1. Схема управления люстрой на полевых транзисторах

Управление счетчиком

Осуществляется двумя импульсами. Первый из них — это импульс сброса счетчика, а второй – счетный импульс, переключающий лампы.

Импульс сброса счетчика

При включении устройства после продолжительного отключения (не менее 15 секунд) электролитический конденсатор C1 полностью разряжен. При замыкании выключателя SA1 пульсирующее напряжение с выпрямительного моста VD2 частотой 100Гц через резистор R1 формирует импульсы напряжения, ограниченные стабилитроном VD1 на уровне 12В. Этими импульсами через развязывающий диод VD4 начинает заряжаться электролитический конденсатор C1. В этот момент дифцепочка C3, R4 формирует импульс высокого уровня на R – входах триггеров DD2.1, DD2.2, и счетчик сбрасывается в состояние 00. Транзисторы VT1, VT2 закрыты, поэтому при первом включении люстры лампы EL2…EL4 не горят. Включенной остается только лампа EL, поскольку включается непосредственно выключателем.

Формирование счетных импульсов

Через диод VD3 импульсы сформированные стабилитроном VD1 заряжают конденсатор C2 и поддерживают его в заряженном состоянии. Поэтому на выходе логического элемента DD1.3 поддерживается низкий логический уровень.

При непродолжительном размыкании выключателя SA1 пульсирующее напряжение с выпрямителя прекращается. Поэтому конденсатор C2 успевает разрядиться, для чего потребуется около 30ms, и на выходе элемента DD1.3 устанавливается высокий логический уровень, — формируется перепад напряжения от низкого уровня к высокому, или как его часто называют восходящий фронт импульса. Именно этот восходящий фронт устанавливает в единичное состояние триггер DD2.1, подготавливая включение лампы.

Если внимательно всмотреться в изображение на схеме D – триггера , можно заметить, что его тактирующий вход C начинается наклонным отрезком идущим слева – вверх – направо. Этот отрезок говорит о том, что срабатывание триггера по входу C происходит по восходящему фронту импульса.

Вот тут самое время вспомнить про электролитический конденсатор C1. Подключенный через развязывающий диод VD4, от может разряжаться только через микросхемы DD1 и DD2, другими словами поддерживать их в рабочем состоянии некоторое время. Вопрос в том, насколько долго?

Микросхемы серии К561 могут работать в диапазоне питающего напряжения 3…15В, а в статическом режиме потребляемый ими ток исчисляется единицами микроампер. Поэтому в данной конструкции полный разряд конденсатора происходит не ранее, чем через 15 секунд и то, благодаря резистору R3.

Поскольку конденсатор C1 почти не разряжен, то при замыкании выключателя SA1 импульс сброса цепочкой C3, R4 не формируется, поэтому счетчик остается в том состоянии, какое получил после очередного счетного импульса. В свою очередь счетный импульс формируется в момент размыкания SA1, каждый раз увеличивая состояние счетчика на единицу. После замыкания SA1 на схему подается напряжение сети и зажигается лампа EL1 и лампы EL2… EL4 в соответствии состоянию счетчика.

При современном развитии полупроводниковых технологий ключевые (переключающие) каскады выполняются на полевых транзисторах (MOSFET) . Делать такие ключи на биполярных транзисторах теперь считается просто неприличным. В рассматриваемой схеме это транзисторы типа BUZ90A, которые позволяют управлять лампами накаливания мощностью до 60 Вт, а при использовании энергосберегающих ламп такой мощности более, чем достаточно.

Еще один вариант схемы

На рисунке 2 показан возможный вариант только что рассмотренной схемы.

Рисунок 2. Схема управления 5 (3)-х ламповой люстрой

Вместо счетчика на D-триггерах в схеме применен сдвиговый регистр К561ИР2. В одном корпусе микросхемы содержится 2 таких регистра. В схеме используется только один, его выводы на схеме показаны в скобках. Такая замена позволила несколько уменьшить число печатных проводников на плате, либо просто не было у автора другой микросхемы. А в целом, внешне в работе схемы ничего не изменилось.

Логика работы сдвигового регистра очень проста. Каждый импульс, поступающий на вход C, передает содержимое входа D на выход 1, а также производит сдвиг информации по алгоритму 1-2-4-8.

Поскольку в данной схеме вход D просто запаян на + источника питания микросхемы (константа «лог. Единица») при каждом сдвиговом импульсе на входе С на выходах будут появляться единицы. Таким образом, зажигание ламп происходит в последовательности: 0000, 0001, 0011, 0000. Если не забывать про лампу EL1, то вместе с ней последовательность включения будет следующая: EL1; (EL1 & EL2); (EL1 & EL2 & EL3).

Первое сочетание 0000 будет появляться при первоначальном включении люстры под действием импульса сброса, формируемого дифцепочкой C3, R4, как в предыдущей схеме. Последнее нулевое сочетание появится также за счет сброса регистра, но только на этот раз сигнал сброса придет через диод VD4, как только на выходе 4 появится сигнал логической 1, т.е. при четвертом щелчке выключателем.

Остальные элементы схемы нам уже знакомы по описанию предыдущей. На микросхеме К561ЛА7 (до нее была трехвходовая ЛА9, также включенная инвертором) собран формирователь сдвиговых импульсов, а электролитический конденсатор C1 выполняет роль источника питания микросхем во время короткого щелчка выключателем. Выходными ключами являются все те же MOSFET, правда другого типа IRF740, что в целом ничего не меняет.

Схема управления люстрой на тиристорах

Предыдущие схемы почему-то коммутировали лампы при помощи полевых транзисторов, хотя для этих целей больше подходят тиристоры и симисторы . Схема с использованием тиристора показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема управления люстрой на тиристорах

Как и в предыдущих схемах одна лампа EL3 включается просто при замыкании выключателя SA1. Группа ламп EL1, EL2 включается при повторном щелчке выключателя SA1. Работает схема следующим образом.

При первом замыкании SA1 загорается лампа EL3, и одновременно с этим пульсирующее напряжение с выпрямительного моста через резистор R4 подается на стабилизатор напряжения, выполненный на стабилитроне VD1 и конденсаторе C1, который быстро заряжается до напряжения стабилизации стабилитрона. Это напряжение используется для питания микросхемы DD1.

Одновременно с этим через резистор R2 начинает, причем не очень быстро, заряжаться электролитический конденсатор C2. В это время на выходе элемента DD1.1 высокий уровень, который заряжает конденсатор C3, таким образом, что на его правой по схеме обкладке плюс.

Как только заряд конденсатора C3 достигнет уровня логической единицы на выходе элемента DD1.1 появится низкий уровень, но на входах элементов DD1.2 DD1.3, благодаря заряженному конденсатору C3 и развязывающему диоду VD4, сохранится высокий уровень. Поэтому на выходах 4 и 10 элемента DD1 удерживается низкий уровень, который удерживает в закрытом состоянии транзистор VT1. Тиристор VS1 также закрыт, поэтому лампы не горят.

При непродолжительном щелчке выключателем SA1 конденсатор C1 разряжается достаточно быстро, тем самым обесточивая микросхему. Постоянная разряда конденсатора C2 намного выше, при указанных на схеме номиналах не менее 1 секунды. Поэтому конденсатор C3 быстро перезарядится в обратном направлении – плюс будет на его левой по схеме обкладке.

Если за время менее одной секунды успеть включить люстру вновь, то на входе элемента DD1.1 благодаря не успевшему разрядиться конденсатору C1 будет уже присутствовать высокий уровень напряжения, а на входах элементов DD1.2, DD1.3 низкий, заданный направлением заряда конденсатора C3. На выходах 4 и 10 элемента DD1 устанавливается высокий уровень, который открывает транзистор VT1, а тот в свою очередь тиристор VS1, зажигая лампы EL1, EL2. В дальнейшем такое состояние элемента DD1 поддерживается за счет обратной связи через резистор R3.

Микроконтроллерное управление люстрой

Схемы на микроконтроллерах неспроста считаются достаточно простыми по схемотехнике. Добавив незначительное количество навесных деталей можно получить очень функциональное устройство. Правда, расплатой за такую схемную простоту является написание программ, без которых микроконтроллер, даже очень мощный, просто кусок железа. Но при хорошей программе этот кусок железа превращается в некоторых случаях в произведение искусства.

Схема управления люстрой на микроконтроллере показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема управления люстрой на микроконтроллере

Как и все предыдущие, схема управляется лишь одним только сетевым выключателем SW1. Щелчки выключателем позволяют не только выбирать количество включенных ламп, но осуществлять их плавное включение, устанавливать желаемую яркость свечения. Кроме того, позволяет имитировать присутствие людей в доме, — включать и выключать освещение по определенному алгоритму. Такое вот простенькое охранное устройство.

Дополнение к статье: Как отремонтировать китайскую люстру — история одного ремонта .