Сенсорное устройство с триггером

Среди сенсорных электронных устройств особое место занимают узлы, имеющие питание непосредственно от осветительной сети переменного тока 220 В.

Такие устройства содержат минимум деталей, легко повторяемы, не требуют дополнительного источника питания, но, несмотря на свою схемную просто­ту, не менее эффективны, более чувствительны и надежны (не допускают ложных срабатывании), чем их собратья с более сложной конфигурацией и элементной базой.

То, что электронное устройство (а тем более сенсорное), где управляющий импульс образуется от наводок переменного напряжения в теле человека, не имеет развязки от сети, теоретически может пугать радиолюбителя, из-за кажущейся опасности передачи через сенсорный контакт переменного напря­жения самому человеку. Элементы схемы заземлять не надо.

С точки зрения безопасности, эти опасения несостоятельны. Опасности поражения электрическим током здесь никакой нет. Независимо от фазировки подключения в осветительную сеть устройство абсолютно безопасно для повторения и использования. Единственное ограничение: монтаж и проверку правильности соединения элементов надо выполнять при отключенном напряжении, а при подключенном в сеть устройстве нельзя касаться руками и неизолированным инструментом деталей и элементов несущих сетевой потенциал.
Рассмотрим схему, показанную на рисунке.

Схема сенсорного триггера

Функциональный принцип работы не отличается от любых электронных уз­лов, в основе которых имеется триггер (устройство с двумя устойчивыми состояниями).

Устройство включит лампу накаливания EL1 от любого прикосновения к контакту Е1 и оставит ее во включенном состоянии до тех пор, пока на сенсор Е1 не будет оказано повторного воздействия. При повторном касании сенсора устройство переключится в другое устойчивое состояние, и лампа накаливания EL1 окажется выключенной.

Время нахождения триггера в каждом из двух устойчивых состояний не ограничено, пока на устройство подано питание. Узел триггера собран по классической схеме на логической микросхеме DDI К561ТМ2. В схеме задействован только один элемент этой микросхемы. С выхода микросхемы DDI управляющий сигнал поступает на усилитель тока на транзисторе VT2. В эмиттерной цепи транзистора VT2 включен управляющий электрод тиристора VS1. При напряжении на нем бо­лее 3 В тиристор открывается и включает лампу накаливания EL1.

Полевой транзистор VT1 имеет большое (в несколько десятков мегаом) сопротивление перехода сток-исток-затвор, что препятствует попаданию сетевого напряжения на сенсорный контакт, а резисторы R1 и R2 общим сопротивлением 10 МОм ограничивают ток настолько, что потенциал осветительной сети на сенсоре Е1 незаметен.

Сенсор Е1 представляет собой пластину величиной с пятирублевую монету из тонкой жести, взятой из декоративного внешнего оформления решеток акустических систем С-30 или аналогичных.

Наведенное на сенсоре электрическое поле переменного напряжения через проводник поступает на затвор полевого транзистора VT1, приводит к его открыванию. Вход С (вывод 3 DDI) шунтирует резистор R3. Триггер меняет свое состояние при каждом положительном импульсе на входе С. Вследствие этого потенциал на выходе элемента микросхемы DDI (вывод 1) меняется на обратный уровень.

В тот момент, когда на выводе 1 микросхемы DDI присутствует низкий уро­вень напряжения, транзистор VT2 закрыт и нагрузка обесточена. При высо­ком логическом уровне на выходе DDI транзистор и тиристор (соответствен­но) находятся в открытом состоянии и на нагрузку (EL1) поступает напряже­ние питания.

Мерцания лампы в данной схеме практически незаметно, т. к. выпрямление напряжения осуществляется четверкой диодов, включенных по мостовой схеме.

Налаживание
В налаживании устройство не нуждается и при исправных элементах начина­ет работать сразу после включения. Чувствительность узла можно подкор­ректировать изменением сопротивления резистора R2.

О деталях
Транзистор VT1 заменяют на КП501 с любым буквенным индексом, КП7131А9 или на микросборки КР1014КТ1, 2VN2120, ZN212Q, содержащие аналогичные транзисторы.
Лампа накаливания EL1 рассчитана на напряжение 220—235 В и мощность 7—60 Вт.
Все постоянные резисторы типа МЛТ, Р1-4, С1-4, С2-26, С2-33 с соответст­вующей мощностью рассеяния или аналогичные.
Оксидный конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Его тип К50-24, К50-29 или аналогичный.
Стабилитрон VD1 заменяют КС 175А, Д808, Д814А или на аналогичный с напряжением стабилизации 6—12 В.
Выпрямительные диоды VD2—VD5 заменяют диодами КД226В, КД258Б, Д112-16 и аналогичные, учитывая, что их обратное напряжение не должно быть менее 300 В. Вместо дискретных диодов можно применить готовый выпрямительный мост типа КЦ402А, КЦ405А, КЦ407А.
Вместо транзистора VT2 можно применить КТ940А—КТ940Г, КТ630А—КТ630В, КТ814Б—КТ814Г.
Тиристор VS1 должен быть с минимальным током управляющего электрода. Кроме указан­ного на схеме, это может быть Т112-16-х или другой, с худшими характери­стиками, например, типа КУ201К—КУ201М, КУ202К—КУ202М.

Устройство собирают на монтажной плате и закрепляют в корпусе из диэлек­трического материала. При монтаже элементов стремятся к тому, чтобы их выводы имели минимальную длину (для уменьшения влияния помех). Сило­вую часть монтируют так, чтобы корпуса тиристора и выпрямительных дио­дов (в случае применения дискретных диодов) не имели контакта с другими элементами (не санкционированного по электрической схеме).

Спектр применения устройства
Спектр применения устройства разнообразен и ограничивается только фанта­зией радиолюбителя. Данный электронный узел может включать и автоматически выключать различные электронные приборы с мощностью до 60 Вт. При мощности нагрузки, превышающей это значение, тиристор VS1 устанав­ливают на теплоотвод, изолированный от корпуса.

Устройство может выполнять функции автоматического включателя, причем в качестве нагрузки может применяться любая активная, например, ночник, звуковой генератор, елочная гирлянда, украшающая праздник, и даже порта­тивный музыкальный центр, включающий музыку в результате касания сен­сора (и отключающей ее при повторном касании).

Могут быть и другие варианты применения устройства. Практически прове­ренные результаты дает применение устройства в качестве оригинального сигнализатора наличия аппетита у домашних животных. Оказалось, что кота и собаку можно без особого труда приучить к тому, чтобы они носом каса­лись сенсорной пластины, установленной у миски питания.
Если триггер на­ходится в том устойчивом состоянии, когда нагрузка отключена, устройство практически не потребляет тока — эта величина ничтожно мала и находится в пределах 5 мА. При включении нагрузки ток возрастает до 12—14 мА без учета тока потребления лампы накаливания EL1.
Устройство можно питать и от источника питания с понижающим трансформатором. Напряжение пита­ния в пределах 5—15 В. В случае питания от альтернативного источника пи­тания в эмиттерную цепь транзистора VT2 можно подключить электромаг­нитное реле на напряжение, соответствующее напряжению питания устрой­ства, контактами которого коммутировать нагрузку.