ЭКОНОМИЧНЫЙ НОЧНИК

В последние годы для разработчиков электронной аппаратуры и для радиолюбителей стала доступна новейшая элементная база ведущих зарубежных и отечественных производителей, что позволяет создавать новые версии привычных в быту устройств, значительно повышая их эксплуатационные характеристики.

Светодиоды почти всех основных цветов с высокой светоотдачей позволяют создать нарядную компактную конструкцию домашнего ночника без использования ламп накаливания. Интенсивности светового потока, создаваемого описываемым устройством, достаточно, чтобы, как минимум, не напрягая зрение, читать газетный текст на расстоянии двух-трёх метров от источника.

Такой ночник не боится тряски, падений, скачков напряжения и не требует специального обслуживания. Для этого он оснащён двумя видами электронных реле: фото и акустическим. Светодиоды светятся только с наступлением темноты, при условии, что на мембрану микрофона оказывается достаточное звуковое воздействие (проще говоря, ему нужно сказать, чтобы он включился). Такой режим работы не только экономит электроэнергию, но и создаёт комфортные условия для отдыха.

Экономия электроэнергии сегодня (когда тарифы повышаются несколько раз в год) является важнейшей задачей для любого рачительного хозяина. Радиолюбители, а тем более специалисты-профессионалы, которые видят паяльную станцию, компьютер и осциллограф чаще, чем жену, имеют больше возможностей экономить электричество, чем люди других специальностей. Одним из вариантов такой экономии является простое устройство ночника, срабатывающего на звук и одновременно контролирующего общую освещённость помещения.

Если предположить, что за 10 лет лампа накаливания, включаемая по вечерам в качестве бра и ночной подсветки, будет гореть по 2 часа в сутки, то в сумме получим 7300 часов. Произведём простые расчёты с учётом мощности лампы 60 Вт и получим, что за 10 лет ежедневных включений потребление одним отдельно взятым светильником составит 438 кВт. Стоимость 1 кВт электроэнергии в каждом регионе разнится, но её (для полноты картины экономической целесообразности) может высчитать любой читатель самостоятельно. Прибавим сюда стоимость самих ламп накаливания, которые потребуют замены с регулярностью примерно 4 раза в год (лампа накаливания рассчитана примерно на 1000 часов беспрерывного горения, а при частом включении-выключении её ресурс значительно сокращается). Необходимость замены ламп вносит в жизнь человека некоторый дискомфорт—надо сходить (или поехать) в магазин, потратить время (которое сегодня ценится «на вес золота»), а возможно, и деньги Online Casinos Real Money на дорогу. Немало полезных дел можно было бы совершить вместо этого!

Электрическая схема автоматического экономичного ночника

Напротив, экономичный ночник на ультраярких светодиодах с узлом автоматического включения при акустическом воздействии вблизи него выгодно отличается от светильников с лампами накаливания. Ночник из 10 светодиодов потребляет ток от сети 220 В не более 60 мА при силе света, не уступающей лампам накаливания. Соответственно, потребляемая ночником на светодиодах мощность составит 13,2 Вт, то есть почти в 4,6 раза меньше по сравнению с «привычной» лампой, которая будет давать и тепловые потери, которые в светодиодном ночнике минимизированы.

Некоторую конкуренцию предлагаемому устройству могут составить только пресловутые энергосберегающие лампы (ЭСЛ), ресурс которых (при работе в течение 2 — 3 часов ежедневно), по утверждению производителей, составит 6 лет.

Высокий уровень цветопередачи ЭСЛ сопоставимой мощностью 11—15 Вт, ровное свечение «без мерцания» и «дневной» или «теплый свет» (цитаты производителя энергосберегающих ламп) — все эти параметры не хуже у светодиодов, применённых в устройстве описываемого ночника.

Однако ЭСЛ со стандартным патроном (цоколем) типа Е27, по имеющимся у меня данным, выходят из строя чаще, чем один раз в 6 лет,—примерно раз в год. А её средняя стоимость (120 руб. в регионе Санкт-Петербург) сопоставима сегодня со стоимостью 10 стандартных ламп накаливания и намного превышает стоимость набора светодиодов для нашего ночника. К тому же, многие элементы найдутся у самого радиолюбителя «в закромах». Таким образом, экономическая целесообразность предлагаемого устройства очевидна.

Кроме этого, повторяя конструкцию, радиолюбитель приобретёт бесценный опыт, расширит свои познания, а если ещё и проявит новаторскую жилку и найдёт пути усовершенствования электрической схемы и всей предлагаемой конструкции, то это пойдёт уже на пользу всем.

Микрофонный усилитель устройства собран на малошумящем операционном усилителе (ОУ) DA1. Его коэффициент усиления определяется отношением сопротивлений резисторов R4 и R5. Для нормальной работы микросхемы напряжение на её неинвертирующем входе (вывод 3 DA1) должно составлять примерно половину от напряжения на выводе 7 (вывод для подключения питания). В делитель напряжения для ОУ входят R1, R4 и микрофон ВМ1. Резистором R2 задаётся ток покоя ОУ на уровне 180…300 мкА.

Усиленное микросхемой DA1 напряжение звуковой частоты снимается с выхода ОУ и через разделительный конденсатор С4 поступает на однополупериодный выпрямитель, собранный на диодах VD1, VD2. Когда уровень звукового сигнала достаточен, конденсатор С5 заряжается до напряжения 2,5…6 В, полевой п-канальный транзистор VT2 обогащённого типа открывается. Если в это время фототранзистор VT1 не освещён, то транзистор VT3 закрывается, а транзисторы VT4 и VT5 открываются, что приводит к зажиганию ультраярких светодиодов HL1—HL10. На практике количество однотипных светодиодов, подключённых согласно схеме на рисунке 1, может варьироваться от 5 до 10. Длительность периода, после наступления тишины, в течение которого транзисторы будут находиться в обозначенном со стоянии, в основном зависит от параметров времязадающей цепи C5R9. Схема включения транзисторов VT3, VT4 представляет собой триггер Шмитта, что обеспечивает работу высоковольтного транзистора VT5 в ключевом режиме. Конденсатор С8 предназначен для более чёткого переключения транзисторов триггера.

Чувствительность фотореле к искусственному и естественному освещению задаётся сопротивлением резистора R7, она тем выше, чем больше его величина.

Устройство питается сетевым напряжением переменного тока 220 В. Напряжение +10 В±20% для питания узлов управления формируется на стабилитроне VD4. Резистор R17 предотвращает обесточивание узлов схемы при закрытом высоковольтном транзисторе VT5. Когда VT5 закрыт, напряжение на выводе его коллектора относительно общего провода составляет 14…18 В, что мало для зажигания светодиодов, но вполне достаточно для работы параметрического стабилизатора на VD4, R16.

Резистор R18 предназначен для разрядки конденсатора С9 после отключения устройства от сети. Резистор R19 уменьшает броски тока через выпрямительный мост VD5 при включении питания ночника.

Цоколевка некоторых элементов схемы

В конструкции можно использовать постоянные резисторы С2-23, С2-33, С1-4, МЛТ соответствующей мощности. Подстроечный резистор R3 типа РП1-63М, СПЗ-19А, СП3-38А. Конденсатор С5—тантало-вый с малым током утечки из серий К53-х, К52-Х. Гасящий избыток мощности сетевого напряжения — конденсатор С9 — типа К73-24, К73-17, К73-16 или импортный аналог на напряжение не ниже 400 В и указанной на принципиальной схеме ёмкости. Конденсатор С4 — обязательно плёночный, например К73-17 ёмкостью 1 мкФ и рабочим напряжением 63 В. Керамический С6—типа К10-17, КМ-5. Остальные конденсаторы— оксидные, малогабаритные. По возможности, следует использовать импортные, например, фирм Samsung, Keltron, Rubycon или отечественные последних разработок.

Диоды VD1—VD2 можно заменить кремниевыми маломощными серий КД503, КД512, КД521, КД522. Стабилитрон VD4 заменяется на КС406Б, КС210Ж, КС207А, Д814В, 1N4710, TZMC-10. Диодный мост—VD5, DB104, DB107, КС407А, КС422Г или собранный из четырёх выпрямительных диодов, например, типа КД102Б, КД243Ж, 1 N4007. Полевой МОП-транзистор \/Т2 можно заменить любым из серии КП501, ZVN2120 или аналогичным токовым ключом КР1014КТ1 А, КР1064КТ1А. Цоколевка этих и некоторых других приборов представлена на рисунке 2.

Транзистор VТЗ заменяется любым из серий КТ3102, 2SC1222, 2SC1845, а VТ4—из серий КТ940АМ, КТ969А, МРБА42, 2БС2330. Вместо мощного высоковольтного КТ851Б можно использовать 1SА1400, 2SА1776 или КТ9115А, КТ9178А.

Микрофон — любой малогабаритный электретный с током потребления не более 500 мкА. Фототранзистор с темновым током менее 100 мА вполне заменяетя L51РЗ, L32РЗС или аналогичным.

В конструкции автор использовал импортные ультраяркие светодиоды фирмы Kingbright диаметром 5 мм в прозрачном корпусе. Пользуясь каталогами торговых организаций или фирм-производителей, можно подобрать другие светодиоды с аналогичными или ещё лучшими параметрами. Вместо двух-трёх указанных на схеме светодиодов позволительно и даже желательно установить один ультра-яркий светодиод белого цвета свечения NSPW500ВS (5500…6400 мКд) или синего L7113РВС, L7113РВТ (450…1000 мКд, с кристаллами из сплава InGaN). Тогда для нормальной подсветки ночника достаточно 5—8 светодиодов.

Кроме того, применение в ночнике светодиодов разного цвета свечения даёт более мягкое и естественное «вечернее» освещение. Поэтому, как вариант, вместо указанных на схеме светодиодов HL1 —НL5 допустимо использовать светодиоды красного цвета свечения L1513SRC/F (сила света 4500 мКд), L1503SRС/F, L1543SRС/F отечественные КИПД40С20-1/К4-П6 или аналогичные по электрическим характеристикам. А вместо НL6—HL10—«зелёные» L1513SGC, L1503SGТ, L1543SGC или отечественные аналоги КИПД40С20-1/Л1-П6. На фото представлен внешний вид готового устройства в разных состояниях.

Все детали устройства в авторском варианте размещены в корпусе сувенира-подсвечника «домик» с габаритами 105x70x45 мм, а ультраяркие светодиоды— в корпусе миниатюрного фонаря, закреплённого на «крыше» подсвечника. По желанию радиолюбителя можно применить для конструкции и другой корпус, например «активная вилка», «шкатулка», «мыльница». Однако лучше всего для размещения светодиодов подходит штатный корпус от портативного фонарика, где уже предусмотрены места для семи светодиодов типа NSPW500BS и аналогичных по электрическим характеристикам и размерам (диаметр 5 мм). С тыловой стороны «домика» необходимо просверлить три-четыре вентиляционных отверстия диаметром 2—2,5 мм.

Световой поток от светодиодов не должен попадать на фототранзистор (VT1). Поэтому его закрепляют внутри корпуса на боковой стенке, фоточувствительной поверхностью наружу.

Корпус подсвечника типа «домик» изготовлен из тонкой жести (под старину), он одновременно экранирует электронный каскад на операционном усилителе DA1.

Микрофон ВМ1 располагают на противоположной стенке корпуса, непосредственно у отверстий в корпусе. Микрофон через поролоновую прокладку закрепляют клеем «Супермомент».

Налаживание правильно собранного устройства сводится к установке баланса ОУ подбором резистора R1, установке порога акустической чувствительности резистором R3 и светочувствительности резистором R7. Для удобства эксплуатации восприятие «органов чувств» ночника устанавливается максимально возможным. Если при светящихся светодиодах напряжение на выводах коллектора и эмиттера транзистора VT5 будет более 7 В, то следует заменить этот транзистор на аналогичный, но с большим коэффициентом передачи тока базы. Если чувствительность микрофона окажется недостаточной, то перед детектором на VD1, VD2 следует установить один дополнительный усилительный каскад на биполярном p-n-п транзисторе, работающий с током коллектора 300…400 мкА.

Параллельно с резистором R7 можно установить малогабаритную кнопку с фиксацией, что позволит принудительно зажигать светодиоды вне зависимости от состояния обоих датчиков.

Так как все элементы устройства находятся под напряжением осветительной сети, для настройки готового изделия следует соблюдать меры электробезопасности. При монтаже светодиодов необходимо проконтролировать полярность и не допускать разрыва их цепи.

А. КАШКАРОВ, г. С. — Петербург