Чтобы лампы стали «вечными»

Если вы не хотите оказаться в неприятной ситуации, когда внезапно перегорела лампа фары (а то и обе) у автомобиля (мотоцикла, снегохода, катера или другого транспортного средства), и чтобы это не застигло вас врасплох ночью в пути, заранее позаботьтесь о защите ламп. Тем самым вы избавите себя в дальнейшем от забот, связанных с заменой, а то и с многодневным поиском весьма дефицитных ныне ламп.

Для защиты лампы потребуется небольшая приставка (см. схему). Но прежде чем приступить к ее изготовлению, зададимся простым вопросом: «Почему вообще перегорают лампы накаливания?» В большинстве случаев дело вовсе не в их перегреве, хотя нить накала разогревается до температуры, близкой к точке плавления материала нити. Оказывается, что чаще всего перегорают «холодные» нити накала.

При напряжении бортсети 14,2 В (верхняя граница, которую обычно обеспечивает регулятор напряжения) через разогретую нить накала протекает ток 5 А. Однако при температуре окружающей среды 6°С бросок через нить составит 90 А (при 14,2 В). Он будет немалым и при нормальной температуре (+20оС), а именно 65 А. Даже и при 12 В и температуре 20°С бросок тока составит 55 А! Вот почему перегорают не успевшие еще прогреться нити ламп.

Опыт эксплуатации показывает, что особенно ненадежны те светотехнические приборы, лампы которых во время движения транспортного средства часто коммутируют — включают и выключают. В наибольшей степени это относится к лампам стоп-сигнала, которые зажигаются всякий раз, когда водитель нажимает педаль тормоза; весьма подвержены перегоранию лампы указателей поворота. Наконец, довольно часто перегорают и лампы фар ближнего и дальнего света. Как же повысить надежность работы фар и других светотехнических приборов транспортных средств?

Ясно, что если бы удалось снизить бросок тока при включении лампы накаливания, срок ее службы в несколько раз возрос бы.

В первую очередь имеет смысл защитить от перегорания галогенные лампы. Как известно, они не только обеспечивают высокие светотехнические показатели фар, но и обладают способностью самовосстановления материала нити накала. Благодаря этому толщина нити в процессе эксплуатации лампы остается почти неизменной (испарившийся с нити во время работы металл снова возвращается на поверхность нити после выключения лампы). Но вот против начальных бросков тока и эта лампа совершенно беззащитна.

При использовании «мягкого» включения галогенные лампы становятся практически вечными. Выйти из строя они могут разве что из-за механического повреждения либо от недопустимого для них замасливания баллона из кварцевого стекла. Ясно, что при правильной эксплуатации фар этих вредных воздействий вполне можно избежать.

Что же касается других ламп накаливания, то они свойством самовосстановления нити не обладают, поэтому в процессе эксплуатации их нить неизбежно утоньшается. Тем не менее при достаточно «мягком» включении удается весьма существенно повысить долговечность и этих ламп.

Помогает продлить жизнь ламп простейший автомат-приставка, схема которого показана на рисунке.

Устройство представляет собой трехполюсник: два его вывода (клеммы 1 и 2) включаются «в разрыв» провода, подающего напряжение питания от штатного выключателя SA1 на лампу EL1 (также штатную), а третий вывод (клемма 3) соединен с корпусом (—12 В).

При разомкнутых контактах выключателя SA1 приставка обесточена и лампа EL1 не горит. После замыкания контактов выключателя SA1 основной (регулирующий) транзистор VT2 (он управляет протеканием тока через лампу EL1) первоначально лишь «приоткрыт» действием резистора R4 (начальный ток с базы транзистора VT2 протекает через резисторы R2 и R4. Поэтому хотя теперь к лампе EL1 и приложено напряжение, но оно еще мало для того, чтобы полностью открыть транзистор VT2, поскольку транзистор VT1 пока практически закрыт. Тем самым устраняется бросок тока через еще не прогретую нить накала лампы EL1. Ясно, что первоначально основная часть напряжения +12 В пока приложена к переходу «эмиттер — коллектор» регулирующего транзистора VT2.

По мере прогрева нити накала лампы EL1 ее сопротивление возрастает, а это значит, что напряжение на ней растет (а на регулирующем транзисторе VT1, напротив, уменьшается). Это означает, что вспомогательный транзистор VT1, а вслед за ним и основной VT2 будет все больше открываться до тех пор, пока последний не перейдет в режим насыщения (полностью откроется). При этом лампа EL1 будет гореть полным светом. Так она будет работать до тех пор, пока контакты выключателя SA1 остаются замкнутыми. Их размыкание приведет к тому, что приставка вновь будет обесточена и лампа EL1 погаснет.

Таким образом, в данном устройстве проводимость регулирующего транзистора VT2 пропорциональна степени нагрева лампы EL1, то есть лампа здесь как бы регулирует сама себя. Это позволило сделать приставку весьма универсальной: она одинаково хорошо работает с любыми лампами накаливания, рассчитанными на напряжение бортовой сети 12 вольт, при этом их мощность может быть в пределах от 5 ватт (менее мощные лампы вряд ли целесообразно защищать) до 120 ватт (две параллельно включенные нити накала дальнего света галогенных ламп АКГ 12-60-55). Стоит отметить, что с любыми лампами накаливания (из числа перечисленных) процесс разогрева нити идет плавно, причем за максимально короткое время. Бросок тока с приставкой полностью устраняется.

Остановимся на особенностях конструкции. Так, для обеспечения требуемых светотехнических характеристик фар и других световых приборов падение напряжения на открытом регулирующем транзисторе (VT2) не должно превышать 1 В (требование международных норм к осветительным и светосигнальным приборам подвижной техники с номинальным напряжением бортсети 12 В). Поэтому здесь можно применить далеко не каждый мощный транзистор. Наиболее подходящим будет германиевый транзистор серии ГТ806. При этом стоит стремиться к тому, чтобы выбрать самый высоковольтный транзистор этой серии. Наилучший по этому параметру транзистор типа ГТ806Д (максимальное напряжение на коллекторе 90 В). Это целесообразно для общего повышения надежности приставки. Кроме того, здесь с успехом можно применить даже уже устаревшие в наше время транзисторы серии П210 (П210А или П210Ш). Важно, что и те и другие вполне обеспечивают в режиме насыщения падение напряжения на переходе «коллектор — эмиттер» менее 1 В. Для снижения тепловой нагрузки этот транзистор нуждается в небольшом (около 5 см2) теплоотводе (радиаторе). Малые размеры теплоотвода возможны потому, что основную часть времени транзистор VT2 работает в ключевом режиме и лишь кратковременно — в момент включения лампы EL1 — в активном режиме.

Кроме того, здесь можно использовать и кремниевые транзисторы серии КТ818 (наилучший из них транзистор КТ818ГМ, несколько хуже КТ818АМ). Однако падение напряжения на этом транзисторе в его открытом состоянии составляет почти 3 вольта, что, конечно же, является недопустимым. Чтобы заведомо не ухудшать показатели фар и других светотехнических приборов, схему приставки в этом случае придется несколько усложнить. Для этого достаточно в схему ввести электромагнитное реле. Его обмотка (клеммы 85 и 86 реле) должна быть подключена параллельно лампе EL1, а выводы замыкающей (нормально разомкнутой) контактной группы (клеммы 30 и 87 реле) нужно соединить с клеммами 1 и 2 приставки. Кроме того, желательно защитить транзистор VT2 кремниевым диодом, подключенным параллельно обмотке реле (лампе EL1) во встречном направлении (его катод должен быть связан с клеммой 1 приставки, а анод—с корпусом). Диод будет полезен в том случае, если лампа EL1 все же перегорит либо если вдруг будет нарушена проводка к лампе. В любом случае этот диод защитит регулирующий транзистор VT2 от высоковольтного выброса, возникающего обычно в момент отключения обмотки реле.

При такой видоизмененной схеме первоначально процесс разогрева нити накала идет точно так же, как и в предыдущем случае: напряжение на лампе EL1 нарастает постепенно. Однако, как только оно достигнет напряжения срабатывания реле (около 8 В), последнее включится, и его контактная группа замкнет клеммы 1 и 2 приставки. В результате этого лампа EL1 загорится полным светом, как если бы приставки не было вовсе. Поскольку при этом напряжении (8 В) нить накала лампы EL1 будет прогрета уже достаточно сильно (у двух параллельно включенных нитей дальнего света сопротивление будет уже более 0,8 ома вместо 0,1 ома при нормальной температуре), значительного броска тока не происходит. В такой схеме транзистор VT2 будет разгружен действием контактной группы реле. Поэтому он будет в более благоприятном электрическом и тепловом режиме — под током он будет находиться лишь кратковременно — в момент включения лампы EL1. По этой причине теперь теплоотвод для него вовсе не нужен.

Для раскачки транзистора VT2 автором применен кремниевый транзистор (VT1) типа КТ829А (менее желательно здесь применение транзисторов серии КТ829 с другим буквенным индексом), обладающий большим коэффициентом передачи тока (не менее 750). В теплоотводе VT1 не нуждается.

Собрана приставка в небольшой металлической коробке, снаружи которой размещены два винтовых зажима (клеммы 1 и 2) с резьбой М5 (изолированных от корпуса). Третьим выводом приставки (клемма 3) является сама коробка (ее корпус). Она должна быть надежно соединена с «массой» автомобиля или другого транспортного средства, где решено применить приставку. Теплоотвод транзистора VT1 (если он германиевый) должен быть изолирован от корпуса последнего с помощью листочка слюды или лавсановой пленки. Можно этого и не делать, тогда придется заизолировать от теплоотвода корпус приставки, что менее желательно, поскольку эта изоляция будет препятствовать отводу тепла. Заметим, что мощность рассеяния резистора R2 должна быть не менее 15 ватт. Этот проволочный резистор при включенной приставке также будет заметно нагреваться, что следует учитывать.

Без каких-либо переделок описанная приставка может быть применена для защиты ламп не только фар, но и других светотехнических приборов: стоп-сигнала, указателей поворота, габаритных огней, противотуманных фар. Имеющаяся задержка включения ламп (порядка 0,1 с) субъективно не ощущается в момент включения защищенного светового прибора. Для глаз водителя она также совсем незаметна, поэтому не сказывается отрицательно на безопасности движения. Более того, за счет повышения надежности работы ламп общая безопасность транспортного средства повышается.

В. БАННИКОВ