Контроль и индикация параметров источников питания

Контроль наличия трехфазного напряжения может быть осуществлен при помощи индикатора по схеме на Рисунок 1.1. Он содержит в каждой фазе токоограничительный резистор (R1 — R3) [1.1]. На выходе резисторов звездой включены слаботочные газоразрядные источники света — неоновые лампы. Если одна из фаз отключится, например, А, погаснут индикаторы HL1 и HL3, поскольку падения напряжения на горящем индикаторе HL2 будет недостаточно для инициирования разряда в последовательно соединенных индикаторах HL1 и HL3.

Схема устройства для контроля тока в нагрузке

Рисунок 1 .14. Схема устройства для контроля тока в нагрузке

Схема цветодинамического индикатора

Рисунок 1.9. Схема цветодинамического индикатора электрического поля с регулируемой чувствительностью

Для звуковой индикации наличия опасного уровня электрического поля предназначен простой прибор, схема которого изображена на Рисунок 1.10 [1.7]. Индикатор выполнен на основе полевого и биполярного транзисторов (VT1 и VT2). К затвору полевого транзистора VT1 через резистор R1 подключена небольшая антенна — отрезок провода длиной 2...5 см. В цепь нагрузки (эмиттерную цепь биполярного транзистора VT2) включен телефонный капсюль BF1 с сопротивлением постоянному току не ниже 50 Ом.
При приближении антенны устройства к сетевому проводу в телефонном капсюле раздается характерный звук, громкость которого повышается по мере приближения антенны к сетевому проводу.
Для обеспечения безопасной эксплуатации устройства рекомендуется антенну (отрезок провода) заизолировать. При подборе транзисторов (полевого транзистора с меньшим напряжением отсечки)чувствительность устройства возрастает.

Схема индикатора «фазы» на ЖКИ

Рисунок 1.2. Схема индикатора «фазы» на ЖКИ

Схема индикатора «фазы» полярности

Рисунок 1.4. Схема индикатора «фазы», полярности и напряжения на светодиодах

Для индикации напряжения постоянного тока или для повышения яркости свечения индикатора HL1 может быть использован выносной щуп, подключаемый к индикаторной отвертке со стороны сенсорной площадки (см. Рисунок 1.4). При этом могут быть реализованы следующие варианты подключения: при неполном включении штекера в гнездо последовательно с выносным щупом включается диод VD5; при полном включении штекера диод VD5 отключается (шунтируется); в окне заглушки штекера, соответственно, изменяется надпись (с «-» на «-»). Как вариант, в разрыв цепи (точка «а») могут быть включены светодиоды HL2, HL3 (Рисунок 1 .4 а); в этом случае необходимость в использовании диода VD5 отпадает.
При непосредственном подключении индикаторной отвертки к источнику контролируемого напряжения возможна индикация напряжений от 10 до 300 В и выше при частоте тока до нескольких кГц (определяется частотными свойствами диодов VD1 — VD5).
В качестве диодов VD1 — VD4 могут быть использованы любые низковольтные слаботочные диоды (падение напряжения на элементах моста не превышает 10 6). В качестве диода VD5 может быть использован слаботочный диод (цепочка диодов), предельное обратное напряжение которого в 1,5. ..2 раза превышает максимальную величину контролируемого напряжения. Для контроля высокочастотных цепей (при напряжении до 100 S) используют высокочастотные диоды.
Другие варианты индикаторов «фазы» на светодиодах с визуальной и аудиовизуальной индикацией рассмотрены в книге [1 .5].
Для индикации опасных уровней электрического поля зачастую используют простейшие индикаторы. Описываемые ниже устройства [1.6] могут определять наличие электростатических потенциалов. Эти потенциалы опасны для многих полупроводниковых приборов (микросхем, полевых транзисторов); малейшая искра от статического электричества может вызвать взрыв пылевого или аэрозольного облака. Индикаторы также могут дистанционно определять наличие электрических полей высокой напряженности (высоковольтные и высокочастотные установки, электросиловое высоковольтное оборудование).
Чувствительным элементом всех устройств (Рисунок 1.5 — 1.10) являются полупроводниковые элементы (полевые транзисторы), электрическое сопротивление которых зависит от напряжения на их управляющем электроде — затворе. При появлении потенциала на управляющем электроде полевого транзистора его сопротивление сток — исток заметно изменяется. Соответственно, изменяется и величина тока, протекающего через полевой транзистор.
Изменение тока через полевой транзистор показывают све-тодиоды. Индикатор (Рисунок 1.5) содержит три детали: полевой транзистор VT1 — датчик электрического поля; светодиод HL1 — индикатор тока, стабилитрон VD1 — элемент защиты полевого транзистора. Отрезок толстого изолированного провода является антенной. Ее длина 10... 15 см. Чем больше длина антенны — тем выше чувствительность устройства.

Схема индикатора электрического

Рисунок 1.6. Схема индикатора электрического поля с регулируемой чувствительностью

Индикатор (Рисунок 1.6) отличается от предыдущего регулировкой чувствительности. Такая новация объясняется тем, что начальный ток через полевой транзистор зависит от начального смещения на его затворе. Для транзисторов даже одной партии изготовления, а, тем более, для транзисторов разных типов, величина начального смещения для обеспечения равного тока через нагрузку заметно отличается. Следовательно, регулируя начальное смещение на затворе транзистора, можно задавать как начальный ток через сопротивление нагрузки (светодиод), так и управлять чувствительностью устройства. Начальный ток через светодиод для схем, приведенных на Рисунок 1.5 и 1.6 — около 2...ЗмА.
В индикаторе (Рисунок 1.7) использованы два разноцветных светодиода (метод цветодинамической индикации). В исходном состоянии при отсутствии электрического поля сопротивление канала исток — сток полевого транзистора невелико. Ток преимущественно протекает через индикатор включенного состояния устройства — светодиод HL1 зеленого цвета. Этот светодиод шунтирует цепочку последовательно соединенных светодиодов HL2 и HL3. При росте напряженности электрического поля сопротивление канала исток — сток полевого транзистора возрастает. Происходит плавное или мгновенное отключение светодиода HL1. Ток от источника питания начинает протекать через последовательно включенные светодиоды HL2 и HL3 красного свечения и ограничительный резистор R1. Эти светодиоды могут быть установлены слева и справа относительно индикатора включения — светодиода зеленого свечения HL1.

Рисунок 1.7. Схема индикатора электрического поля со цветодинамической индикацией

Повысить чувствительность индикаторов электрического поля можно использованием составных транзисторов (как показано на Рисунок 1.8, 1.9). Принцип их работы тот же. Максимальный ток через светодиоды не должен превышать 20 мА.
Вместо указанных на схемах можно использовать полевые транзисторы и другого типа (особенно в схемах с регулировкой начального смещения на затворе). Стабилитрон защиты может быть с максимальным напряжением стабилизации 10 6, желательно симметричный. Для упрощения и в ущерб надежности в ряде схем (Рисунок 1.5, 1.7, 1.8) стабилитрон может быть исключен. В этом случае не допускается касание антенной заряженного предмета во избежание повреждения полевого транзистора, кроме того сама антенна должна быть хорошо изолирована. При этом чувствительность индикатора заметно возрастает. Стабилитрон (Рисунок 1.9) можно также заменить резистором 10...30 МОм.

Рисунок 1.8. Схема индикатора электрического поля с повышенной чувствительностью

Рисунок 1.10. Схема индикатора электрического поля с акустической индикацией — искателя сетевой проводки

Схема индикатора электрического поля со светодиодом

Рисунок 1.5. Схема индикатора электрического поля со светодиодом

Схема индикатора наличия напряжения в трехфазной сети

Рисунок 1.1. Схема индикатора наличия напряжения в трехфазной сети

Для определения «фазы» традиционно используют индикаторные отвертки с индикаторами, выполненными на неоновых лампах. Такое устройство содержит неоновую лампу и последовательно включенный токоограничивающий резистор с сопротивлением не менее 0,5 МОм. При подключении индикаторной отвертки к «фазовому» проводу через этот резистор, неоновую лампу и тело человека протекает ток, достаточный для неяркого свечения неоновой лампы.
Подобные индикаторы позволяют контролировать наличие напряжений, превышающих напряжение зажигания неоновой лампы, т.е. 60...90 В и не могут быть использованы для определения полярности в цепях постоянного тока.
В последние годы появилась альтернатива индикаторам «фазы» на неоновых лампах. Один из них — на основе жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) [1.2, 1.3].
В качестве индикатора «фазы» В. Харьяков применил в индикаторной отвертке вместо неоновой лампы жидкокристаллический индикатор ИЖКЦ2-4/3 от электронных часов [1.2]. Это устройство удобно при повышенной освещенности, поскольку контраст изображения на жидкокристаллическом индикаторе повышается.
Практическая схема использования ЖКИ приведена на Рисунок 1.2 [1.3]. Схема индикатора принципиального изменения не претерпела: он, как и ранее, содержит последовательно включенные токоограничивающий резистор R1 и индикатор HG1. При касании сенсорной площадки и подключении щупа Х1 к фазному проводу на ЖКИ появятся произвольные показания. Малогабаритные ЖКИ следует защитить от перегрузки по напряжению симметричным стабилитроном VD1.

Схема индикатора включенной нагрузки

Рисунок 1.13. Схема индикатора включенной нагрузки

Диод VD1 Д211 можно заменить на слаботочный диод, например, типа КД102Б.
Устройство легко модифицировать, сделав его чувствительным к силе тока.
Для визуального контроля наличия тока в нагрузке предназначено устройство с повышающим трансформатором (Рисунок 1.14) [1.11]. Его первичная обмотка включена последовательно с нагрузкой сети. Ко вторичной обмотке Т1 подключен простейший выпрямитель по схеме удвоения напряжения, нагруженный на светодиод HL1. Если ток нагрузки превысит определенный порог
(минимальная мощность нагрузки, при которой становится заметным свечение светодиода — 40 Вт), светодиод начинает неярко светиться. Чем больше ток нагрузки — тем ярче свечение светодиода.
Трансформатор Т1 может быть намотан на ферритовом кольце диаметром 30...40 мм марки 2000НН. Его токовая обмотка содержит 20...25 витков толстого провода (диаметр 1,5 мм). Вторичная обмотка имеет 1500 витков тонкого провода (0,08...0,1 мм). Для уменьшения потерь в схеме выпрямителя использованы германиевые диоды. Светодиод рекомендуется подобрать по максимальной яркости свечения при малом токе.

Схема светодиодного индикатора

Рисунок 1.11. Схема светодиодного индикатора наличия фаз питающего напряжения

Наличие фаз на проводах питающей сети позволяет контролировать устройство (Рисунок 1.11), в котором для гашения избыточного напряжения использованы резисторы [1.8]. Схема может быть доработана для индикации трехфазного напряжения при соединении светодиодных индикаторов «звездой» или «треугольником», см. также Рисунок 1.1.
Индикацию режимов потребления тока в электрических приборах позволяет осуществлять устройство по схеме на Рисунок 1.12 [1.9]. В цепь нагрузки включена токовая обмотка L1. В исходном состоянии (малый ток нагрузки) контакты К1 разомкнуты, светятся светодиоды HL1 и HL3 зеленого цвета свечения. При увеличении тока нагрузки магнитоуправляемый контакт К1 срабатывает, светодиод HL2 красного свечения включается параллельно цепочке R2 — HL3, шунтируя ее. Светодиод HL3 гаснет.
Простое устройство, индицирующее факт того, что к питающей сети остались подключенными потребители энергии [1.10],
показано на Рисунок 1.13. Оно содержит трансформаторный датчик тока и индицирующее устройство на неоновой лампе. При протекании тока через низковольтную обмотку трансформатора в повышающей его обмотке наводится напряжение, достаточное для включения тиристора VS1. В результате неоновая лампа начинает светиться. При отключении потребителей энергии лампа гаснет.

Схема универсального индикатора «фазы»

Рисунок 1.3. Схема универсального индикатора «фазы»

Чтобы пользоваться индикатором было удобно как при ярком свете, так и в темноте, в него нужно добавить неоновую лампу (Рисунок 1.3), включив ее последовательно с ЖКИ [1.3].
В обоих индикаторах применены ограничительные резисторы типа МЛТ или С2-33 с номинальной мощностью не менее 0,5 Вт. Двуханодный стабилитрон допустимо заменить двумя
включенными встречно-последовательно маломощными стабилитронами с напряжением стабилизации 3,3...6,8 В. Неоновая лампа во втором приборе типа ТН-0,2, ТН-0,5, ТН-0,95, МН-6.
Следует отметить, что индикатор с ЖКИ способен работать с гораздо меньшим напряжением, чем индикатор с неоновой лампой.
Второй альтернативой неоновым лампам являются свето-диоды [1.4].
На Рисунок 1.4 приведена схема индикаторной отвертки, выполненной на полупроводниковом светодиодном индикаторе. При подключении отвертки к «фазе» (и касании пальцем сенсорной площадки отвертки) через ее электрическую цепь на «землю» протекает ток. Он создает падение напряжения на последовательно включенных элементах цепи. На диодном мосте, в диагональ которого включен мостовой релаксационный генератор импульсов, появляется напряжение. Его величины достаточно для возникновения релаксационных колебаний: происходит периодический (с частотой 2...3Гц при 220 В) разряд конденсаторов на светодиод HL1.

Схема устройства для индикации превышения тока в нагрузке

Рисунок 1.12. Схема устройства для индикации превышения тока в нагрузке

Схема ваттметра переменного тока

Рисунок 1.15. Схема ваттметра переменного тока

Для ориентировочного количественного измерения потребляемой нагрузкой мощности из сети можно применить схему по Рисунок 1.15 [1.12].
Датчиком тока является проволочный резистор R2. Параллельно ему подключен простейший вольтметр переменного тока с выпрямителем на диодах VD1 и VD2. К его выходу подключен измерительный прибор РА1 — микроамперметр М2003 с током полного отклонения 100 мкА.
Резистор R3 снижает чувствительность головки измерительного прибора до 1 мА. Подстроенным резистором R1 устанавливают стрелку измерительного прибора на реперную (контрольную) отметку, соответствующую, например, мощности в 100...1256г.
Для измерения мощностей порядка 250 (500) Вт сопротивление датчика тока следует уменьшить до 1 (0,5) Ом, соответственно.
Описанный прибор имеет несколько недостатков. Во-первых, его шкала нелинейна. Во-вторых, прибор только косвенным образом реагирует на изменение сетевого напряжения — в нем нет элементов, напрямую фиксирующих это изменение.

Схема ваттметра переменного тока с линейной шкалой

Рисунок 1.16. Схема ваттметра переменного тока с линейной шкалой

Для измерения тока и мощности (с учетом ограничений, см. выше) в цепи переменного тока может быть использована схема ваттметра [1.13] на основе трансформатора тока, показанная на Рисунок 1.16. Он представляет собой ферритовое кольцо, сквозь которое пропущен проводник, подающий ток потребителю. Этот проводник является своеобразной первичной (токовой) обмоткой трансформатора. Вторичная обмотка выполнена тонким проводом, равномерно намотанным по ферритовому кольцу до заполнения. Напряжение, снимаемое со вторичной обмотки, выпрямляется диодным мостом и поступает на фильтр и стрелочный измерительный прибор. Чувствительность прибора задает резистор R2. При внутреннем сопротивлении измерительного прибора 520 Ом и токе полного отклонения 500 мкА сопротивление резистора R2 составит примерно 270 кОм.
Шкала прибора — линейная, ее градуируют в единицах тока и мощности, потребляемой нагрузкой.
Первичная обмотка токового трансформатора может содержать и несколько витков провода в тефлоновой изоляции.

Схема многодиапазонного измерительного

Рисунок 2.1 1 . Схема многодиапазонного измерительного прибора с оптической индикацией уровня сигнала

Дополнение к многодиапазонному

Рисунок 2.12. Дополнение к многодиапазонному измерительному прибору для звуковой индикации

В качестве анализатора уровня входного сигнала использована микросхема типа UAA180 (A277D, отечественный аналог К1003ПП1). Устройство работает следующим образом: входное постоянное напряжение (положительной полярности на входе Х1) через резистивный делитель R1 — R6 и переключатель SA1 поступает на управляющий вход микросхемы. Переключение 12-и выходных каскадов микросхемы происходит при изменении напряжения на резисторе R6 (управляющем входе) в пределах 0...6 В с шагом в 0,5 В. Диод VD1 ограничивает максимальный уровень управляющего напряжения, подключая параллельно входу стабилитрон VD3.
Соответственно поданному на вход уровню включается тот или иной светодиод (HL1 — HL12 типа /А/7307), например, HL2. Тогда напряжение на катоде светодиода HL2 падает до логического нуля. Исходное состояние на всех выходах микросхемы DA1 при отсутствии управляющего сигнала — логическая единица. Соответственно, через коммутирующие диоды на управляющий вход микросхемы DD1 К561ЛЕ5 (вывод 12) будет подан разрешающий прохождение сигнала логический нуль, а частота генератора прямоугольных импульсов будет определяться резисторами R10 —R21.
Эти резисторы (R10 — R21), определяющие высоту генерируемого тона, подбирают таким образом, чтобы звуковые сигналы соответствовали звуковой гамме выбранной октавы. Контроль частоты при настройке генератора производят по цифровому частотомеру.
Значение частоты тона можно вычислить по приводимой ниже программе. Упрощенный вариант программы OCTAVA.PAS для вычисления частот нот и их озвучивания, написанный на языке Turbo Pascal 7.0, приведен ниже.
Вводимый в программу номер соответствует следующим октавам:
1 — Субконтроктава
2 — Контроктава
3 — Большая октава
4 — Малая октава
5 — Первая октава
6 — Вторая октава
7 — Третья октава
8 — Четвертая октава
9 — Пятая октава

PROGRAM OCTAVA(INPUT,OUTPUT);

USES CRT: VAR X,Y:REAL; A, B,C, 0,1: INTEGER;

BEGIN B:=1;
WRITELNC Введите номер от 1 до 9, нажмите клавишу <ВВОД>'):

READ(A); WRITELNC Задайте длительность
звучания ноты в мсек, нажмите <ВВОД>');
READ(D);
FOR I:=1 TO A-1 DO

B:=B*2; X:=1;

FOR I:=1 TO 12 DO
BEGIN Y:=(16.3516075*B*X);

C:=TRUNC(Y);
WRITELNC Частота, Гц ',?);

SOUND(C): DELAY(D);

NOSOUND: X:=X*1.059464

END;

END

Если нет потребности в звуковой дублирующей индикации, то вторую половину схемы (Рисунок 2.12) можно исключить. Для индикации переменного напряжения на входе устройства достаточно использовать простейший пиковый детектор.
Для питания аппаратуры в полевых условиях зачастую используют 12-вольтовые мотоциклетные кислотные аккумуляторы. Известно, что срок службы такой батареи заметно зависит от правильности ее эксплуатации, в частности, режима зарядки.
Для того чтобы не допустить переразрядки или перезарядки такого аккумулятора, полезно иметь устройство, в одном случае реагирующее на разряд, а в другом — на полный заряд [2.14].
На Рисунок 2.13 показана схема устройства [2.14], которое издает звуковой сигнал при разряде аккумулятора до напряжения ниже порогового значения, а в верхнем (по схеме) положении переключателя S2 издает такой же сигнал при заряде до напряжения выше критического.
Устройство состоит из сравнивающего узла на элементах DD1.1 и DD1.2 (триггера Шмитта) и мультивибратора на DD1.3 и DD1.4. При показанном на схеме положении переключателя S2 мультивибратор запускается когда на входе DD1.1 имеется напряжение выше порога срабатывания. Если S2 в нижнем положении — мультивибратор запускается когда на входе DD1.1 напряжение ниже порога срабатывания.

Пробники и индикаторы напряжения

Индикатор отклонения сетевого напряжения от нормы (Рисунок 2.1) содержит выпрямитель на диоде VD1, гаситель избыточного напряжения на стабилитроне VD2, индикатор включения устройства на светодиоде HL1, два пороговых устройства-индикатора на динисторах и светодиодах, а также регулируемые ре-зистивные делители [2.1].

Схема двенадцатиуровневого индикатора

Рисунок 2.10. Схема двенадцатиуровневого индикатора напряжения
аккумуляторной батареи

Включение микросхемы — почти типовое. Поскольку для последовательного переключения всей индицирующей линейки светодиодов от HL1 до HL12 необходимо изменение входного управляющего напряжение от 0 до 6 В, то для контроля изменения напряжения питания в пределах от 9 до 15 В достаточно вычесть из контролируемого напряжения избыток в 9 6, что и сделано в схеме за счет применения стабилитрона VD1 (КС191), «вычитающего» напряжение.
Весь диапазон индицируемых напряжений разделен на 12 частей, уровень первой трети которых индицирует группа из 4 светодиодов красного цвета; второй трети — зеленого цвета «Норма». Завершают цепочку 4 светодиода красного цвета.
Микросхема индикатора допускает питание от источника напряжения 9... 18 6. Стабилитрон VD2 типа КС162 предназначен для задания максимально возможного уровня контролируемого
сигнала (6 В). Для того чтобы не допустить превышения напряжения на управляющем входе микросхемы выше этого уровня, рекомендуется соединить через германиевый диод выводы 3 и 17 микросхемы, причем анод диода должен быть подключен к выводу 17.
С выходов А, В, С при желании можно снимать сигнал для управления, например,звуковой индикацией.
В качестве многодиапазонного измерительного прибора может быть использовано устройство с оптической индикацией (Рисунок 2.11) на микросхеме типа UAA180 и/или политональной звуковой индикацией (Рисунок 2.11, 2.12) уровня контролируемого сигнала на микросхеме типа К561ЛЕ5 [2.13]. Такой прибор может быть полезен для качественного контроля измеряемого параметра. Он также позволяет оценить его и по величине — визуально по шкале светодиодов и/или по высоте генерируемого звукового тона. Это свойство позволяет пользоваться прибором в условиях недостаточной освещенности; при удалении от измерительного прибора и невозможности визуального считывания информации.
Устройство состоит из анализатора уровня входного сигнала — коммутатора каналов со светодиодной индикацией задействованного канала и управляемого генератора прямоугольных импульсов, частота генерации которого определяется номером задействованного канала индикации. Выходной сигнал генератора через усилительный каскад на транзисторе VT1 подается на капсюль BF1 и/или на внешний усилитель низкой частоты. Число индицируемых уровней напряжения и соответствующих им звуковых тонов равно 12, что соответствует количеству тонов и полутонов полной октавы.
Диапазоны контролируемых напряжений прибора следующие: 0...10 (12) Б; 0...20 (24) В; 0...30 (36) В; 0...40 (48) В; 0...50 (60) В, что может быть пригодно для контроля /ШО/7-уровней, напряжения на 12-и и 24-вольтных аккумуляторах и т.д. Диапазоны могут быть откорректированы заменой делителей R1 -- R5. Достоинством прибора по сравнению со стрелочными индикаторами или цифровыми измерительными приборами является его малая инерционность, что приближает устройство по быстродействию к осциллографическим пробникам.

Схема индикатора напряжения постоянного

Рисунок 2.4. Схема индикатора напряжения постоянного и переменного тока 3...30 В

Простейший светодиодный индикатор сетевого напряжения использует гасящий конденсатор С1 (Рисунок 2.3) [2.1]. Стабилитрон защищает цепь светодиода от перенапряжения.
Для индикации напряжения постоянного и переменного тока в диапазоне 3...30 В предназначен пробник по схеме на Рисунок 2.4 [2.3].
Для индикации напряжения постоянного и переменного тока , в более широком диапазоне (24...250 6) предназначено устройство по схеме на Рисунок 2.5 [2.3].

Рисунок 2.5. Схема индикатора напряжения постоянного и переменного тока 24...250 В

Схема индикатора отклонения сетевого напряжения от нормы

Рисунок 2.1. Схема индикатора отклонения сетевого напряжения от нормы

Когда напряжение на динисторе превысит напряжение его пробоя, включится соответствующий светодиод, включенный последовательно с динистором.
Индикатор может быть усовершенствован: число индицируемых уровней легко увеличить, кроме того, последовательно светодиодам-индикаторам можно включить светодиоды оптронных пар, управляющих тем или иным исполняющим устройством.
Индикатор полярности (Рисунок 2.2) выполнен на основе генератора стабильного тока на полевых транзисторах VT1 и VT2 и встречно включенных светодиодных индикаторах HL1 и HL2 [2.2].
Диапазон индицируемых напряжений постоянного тока составляет 3...30 б; переменного — 2,2...21 В. Светодиоды загораются в соответствии с полярностью контролируемого напряжения.

Схема индикатора переменного и

Рисунок 2.2. Схема индикатора переменного и постоянного тока — индикатора полярности

Схема порогового устройства контроля напряжения пита

Рисунок 2.7. Схема порогового устройства контроля напряжения пита

ния

Шестиуровневый индикатор напряжения аккумуляторной батареи (Рисунок 2.8) [2.8] собран на основе двухпороговых компараторов на элементах «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» [2.9]. Подобный индикатор описан также в статье И. А. Нечаева [2.10].
Кроме общеизвестных четырех участков контролируемого напряжения в схеме предусмотрены еще два — «Разряженность 100%» и «Авария».
Режим «Разряженность 100%» необходим в тех случаях, когда, например, несмотря на обрыв приводного ремня или порчу генератора, необходимо продолжать движение. В этой ситуации важно своевременно зафиксировать момент полного (100%) разряда батареи, после чего она быстро выходит из строя.
Режим «Авария» может оказаться полезным, если надо продолжать движение при неисправном регуляторе напряжения и перезаряжающейся батарее. Постоянно увеличивающееся напряжение в бортовой сети рано или поздно достигнет опасного уровня как для самой батареи, так и для подключенных к ней потоебителей.

Схема порогового звукового индикатора разряда аккумулятора

Рисунок 2.13. Схема порогового звукового индикатора разряда аккумулятора

Питание на микросхему поступает от аккумулятора через параметрический стабилизатор (R2 и VD1). Напряжение, поступающее на вход DD1.1, снимается до параметрического стабилизатора, так что напряжение на резисторе R1 изменяется так же, как и напряжение аккумулятора. Резистор R1 устанавливается в такое положение, в котором при номинальном напряжении аккумулятора триггер Шмитта (DD1.1, DD1.2) переходит в единичное положение. Пороги перехода в единичное и нулевое состояния триггера Шмитта отличаются, то есть имеется гистерезис, а величина этого гистерезиса зависит от величины сопротивления резистора R4. Если аккумулятор 12-вольтовый, то максимальное напряжение зарядки для него должно быть 14 Б, а минимальное напряжение разрядки — 116. Гистерезис получается равный 3 6, его устанавливают подбором R4, а диапазон — подстройкой R1 таким образом, чтобы при плавном увеличении входного напряжения от нуля единица на выходе DD1.2 устанавливалась при достижении порога 14 6, тогда при падении напряжения до 11 6 логический уровень на выходе DD1.2 сменится на нулевой.
Таким образом, если устройство будет постоянно подключено к батарее, то в случае, когда S2 находится в положении «разряд», звуковой сигнал включится при разряде батареи до 11 6. Если затем, не отключая устройства, поставить батарею на заряд и переключить S2 в положение «заряд», то звуковой сигнал включится при заряде батареи до 14 6.
Кнопка S1 нужна для принудительной установки триггера Шмитта в единичное состояние в случае, если устройство
подключается к частично разряженной батарее, чтобы контролировать ее дальнейший разряд.
Микросхему К561ЛЕ5 можно заменить на К561ЛА7, но при этом поменяются значения положений S2 на обратные. Звукоиз-лучатель — любой пьезокерамический. Стабилитрон — маломощный на 6... 11 В.
Для индикации (измерения) сетевого напряжения проще всего воспользоваться обычными измерительными приборами. Однако эти приборы в большинстве своем имеют низкую разрешающую способность, что не позволяет отслеживать малые изменения сетевого напряжения. Для того чтобы можно было искусственно растянуть наиболее значимую для контроля напряжения часть шкалы индицирующего прибора, А. Бутовым [2.15] предложена простая схема вольтметра с «растянутой» шкалой (Рисунок 2.14).

Схема шестиуровневого индикатора

Рисунок 2.8. Схема шестиуровневого индикатора напряжения аккумуляторной батареи

Задающий генератор устройства на логических элементах DD1.1, DD1.2 работает на частоте около 1,3 Гц, а скважность импульсов примерно равна 10. Двухпороговый компаратор DD2.1 определяет участок, на котором работа генератора запрещена. При этом на выходе элемента DD1.2 (как и на выходе компаратора) зафиксирован высокий уровень.
Элемент DD2.3 представляет собой управляемый инвертор. При высоком уровне на входе 13 элемент инвертирует сигнал с генератора, при низком — повторяет без инверсии. Этот элемент скачком изменяет скважность импульсов «мигания» светодиодов двухцветного индикатора HL1 при работающем генераторе, а при заторможенном — обеспечивает либо наличие, либо отсутствие свечения индикатора.
Элемент DD2.2 служит инвертором-усилителем, он повышает четкость срабатывания элемента DD2.3. Компаратор DD2.4 определяет участки свечения «красного» (вывод 2) и «зеленого» (вывод 3) светодиодов индикатора HL1 . Когда на выходе компаратора действует высокий уровень (при напряжении батареи в пределах 11, 7... 15,3 6) — на выходе элемента DD1.4 — низкий уровень, транзистор VT1 закрыт, и поэтому возможно свечение только «зеленого» светодиода.
При низком уровне на выходе компаратора (при напряжении батареи меньше 11,7 или больше 15,3 Б) элемент DD1.4 работает как инвертор, поэтому сигнал с генератора поступает одновременно на базы транзисторов VT1, VT2, и они открываются, включая светодиоды индикатора. Светить, однако, будет только «красный» светодиод, так как падение напряжения на нем меньше, чем на «зеленом».
Таким образом, при напряжении батареи менее 1 1,7 б светодиодный индикатор HL1 излучает импульсы красного света, причем импульсы света значительно длиннее пауз между ними — «пульсирующий свет». При напряжении более 11,7 6, но менее 12,2 В цвет свечения меняется на зеленый, а характер мигания остается прежним.
В диапазоне между 12,2 и 13,8 б — непрерывное свечение зеленого цвета, а на участке 13, 8... 14, 8 6 — свечение отсутствует. При напряжении от 14,8 до 15,3 Б появляется снова мигающее зеленое свечение, но в этом случае импульсы света значительно короче пауз между ними — «пульсирующая тень».
И наконец, когда напряжение превышает 15,3 6, цвет свечения меняется на красный при неизменном характере мигания.
Для индикации уровней напряжения могут быть использованы элементы обычной /ШО/7-логики. О. В. Клевцов [2.11] предложил использовать микросхему К561ЛН2 для шестиуровневого контроля напряжения аккумуляторной батареи (Рисунок 2.9). Элементы микросхемы использованы в качестве своеобразных компараторов. Шаг индикации напряжения составляет 1 В. Общий диапазон измерения-индикации — от 10 до 15 б.

Рисунок 2.9. Схема шестиуровневого индикатора напряжения аккумуляторной батареи

На входы элементов-инверторов микросхемы DD1 через резистивный делитель R1 — R8 подается в определенной пропорции доля контролируемого напряжения. В случае, если напряжение изменяется, изменяются и его долевые составляющие на входах элементов микросхем. В свою очередь напряжение питания стабилизировано при помощи микросхемы DA1 и является опорным. Резистивный делитель рассчитан таким образом, чтобы получить пороги переключения с шагом в 1 В. При желании величина этого шага может быть откорректирована. Неудобством индикатора является сложность его настройки, необходимость индивидуального подбора элементов и трудности при перестройке для индикации другого диапазона напряжений.
Многоуровневый индикатор напряжения источника питания, например, аккумуляторной батареи (Рисунок 2.10), достаточно просто сделать с использованием специализированной микросхемы типа UAA180 или ей подобной (аналоги — К1003ПП1 и др.) [2.12].

Схема светодиодного индикатора сетевого напряжения

Рисунок 2.3. Схема светодиодного индикатора сетевого напряжения

Схема универсального пробника

Рисунок 2.6. Схема универсального пробника

Для индикации состояния элементов устройств, выполненных на цифровых микросхемах, используют так называемые логические пробники.
К логическим пробникам обычно предъявляют следующие требования: индикация логической единицы/нуля на входе/выходе цифровой интегральной микросхемы, реже — наличие импульсов на электродах полупроводникового прибора. Пробник не должен перегружать выходные цепи контролируемых микросхем или шунтировать входные (т.е. не должен вносить сбоев в работу цифровой техники в процессе контроля). Обычно подобные пробники узкоспециализированы для работы только с ТТЛ- или КЖЗГ7-логикой.
На рисунке 2.6 приведена схема универсального пробника [2.4], позволяющего без использования источника питания контролировать работу ТТЛ (3...5 Б) и КМОП (3...15 6) микросхем, а
также индицировать напряжение постоянного и переменного тока в диапазоне от 3 до 100 Б при длительном подключении и до 300 В — при кратковременном. Пробник питается непосредственно от источника контролируемого напряжения, потребляя при этом весьма незначительный ток: при напряжении 5 В — 90 мкА; при 9 Б —до 190/WK/4; при 15 В—- до 290мк/4; при 1006 — 4 мА и при 300 Б — 12 мА. Высокая экономичность устройства и, соответственно, малая нагрузка по току на контролируемую цепь достигнута за счет динамического характера индикации устройства.
Индикация напряжений малого уровня (до 14 6) осуществляется преимущественно за счет работы генератора импульсов на германиевых транзисторах VT1, VT2, в качестве которых могут быть использованы транзисторы типов МП39 — МП42 и /И/735 — МП38.
При индикации ТТ/7-уровней частота вспышек светодио-да HL3 составляет около 3 Гц; при напряжении 4 6 (близком к уровню минимально допустимых значений логической единицы ТТЛ-логики) частота генерации повышается до 5 Гц. При напряжении 3 6 частота генерации возрастает до 10 Гц и выше, яркость свечения светодиода резко снижается. При контроле КМОП-эпе-ментов напряжению в 9 6 соответствует частота генерации около 1 Гц; начиная с напряжений, превышающих значение напряжения стабилизации стабилитрона и напряжение зажигания светодиода, начинает светиться светодиод HL2. Для указанных на рисунке элементов схемы (Д814Б и АЛ307) это напряжение составляет 11,56. Падение напряжения собственно на генераторе импульсов не превышает 10 6. В диапазоне напряжений 14...20 Б светодиод HL2 мигает с частотой около 1 Гц с постепенным переходом в режим непрерывного свечения.
При наличии на входе устройства импульсных сигналов частота (яркость) вспышек светодиодов также изменяется, что позволяет контролировать и динамические процессы в цифровых и аналоговых устройствах.
Пробник может быть выполнен в виде щупа, например, в корпусе авторучки. Генератор устройства защищен от неправильного подключения шунтирующей его цепочкой — VD1 и HL1, причем светодиод HL1 одновременно индицирует своим свечением неправильную полярность подключения.
Устройство контроля напряжения питания (Рисунок 2.7) работает по пороговому принципу [2.5 — 2.7]. Фактически оно состоит из мостовой схемы и ключевого элемента на аналоге прибора с отрицательным динамическим сопротивлением. В случае, когда напряжение питания снизится ниже определенного порога (2,1 S), происходит переключение ключевого элемента, индикатор — све-тодиод — загорается. При нормальном уровне напряжения устройство потребляет ток около 1 мА.

Схема вольтметра переменного тока

Рисунок 2.14. Схема вольтметра переменного тока для контроля малых изменений сетевого напряжения

Для этого использован мостовой выпрямитель на диодах VD1 — VD4, ограничитель тока на резисторах R1 и R2, конденсатор фильтра С1, аналог стабилитрона — переход эмиттер — база транзистора VT1 и собственно сам измерительный прибор — микроамперметр постоянного тока с подстроечными резисторами R3 и R4.
Напряжение лавинного пробоя аналога стабилитрона — п-р перехода эмиттер — база транзистора VT1 — близко к 6...8 б. Набор резисторов схемы составляет своеобразный делитель напряжения. Пока напряжение на выходе выпрямителя (конденсаторе С1) не превысит напряжения лавинного пробоя п-р перехода
транзистора VT1, микроамперметр не показывает ток. В случае, если это напряжение будет превышено, стрелка измерительного прибора будет отклоняться тем больше, чем выше напряжение на конденсаторе С1.
Резистором R3 регулируют чувствительность прибора, R4 — диапазон измеряемых напряжений. Так, при R4=0 диапазон измерений составит 210.. .230 S; при R4=100 кОм — 100.. .250 В.
В качестве измерительного прибора использован индикатор уровня записи от магнитофона типа М4476/1, М4587, М68501 или иной с током полного отклонения 50...300 мкА.

Диоднопараллельная защита нагрузки от переполюсовки

Рисунок 3.1. Диодно-параллельная защита нагрузки от переполюсовки

Разновидностью этого способа защиты является использование вместо диода мощного стабилитрона VD1 (Рисунок 3.2). Напряжение стабилизации стабилитрона должно несколько превышать напряжение питания устройства. Стабилитрон одновременно защитит нагрузку как от переполюсовки, так и от перенапряжения.
Другой разновидностью диодной защиты нагрузки от неверной полярности подключения питания являются схемы на Рисунок 3.3

Диоднопоследовательная защита нагрузки от переполюсовки

Рисунок 3.3. Диодно-последовательная защита нагрузки от переполюсовки

Мостовая схема защита нагрузки от переполюсовки

Рисунок 3.4. Мостовая схема защита нагрузки от переполюсовки

Однако они имеют одну неприятную особенность: на первой из них теряется 0,7 В «прямого» напряжения на диоде, на второй — вдвое больше. Кроме того, при использовании этих схем после стабилизаторов коэффициент стабилизации заметно снижается.
Достоинством схемы (Рисунок 3.4) является то, что при подключении источника питания можно не заботиться о полярности его подключения.
Наиболее совершенной для защиты от переполюсовки при напряжении источника питания до 15 б стоит считать схему Р. Пиза [3.1]. В схеме использован полевой транзистор, имеющий малое падение напряжения на канале в открытом состоянии. В качестве такого транзистора могут быть использованы /WO/7-транзисторы с индуцированным каналом с обогащением, например, IRF510, IRF511, IRF512, IRF513 или более современные.

Включение микросхемы

Рисунок З.8. Включение микросхемы для «горячего» подключения/отключения нагрузки

Микросхема К1182СА1 содержит два операционных усилителя, которые служат для усиления (по модулю) примерно в 280 раз сигнала, поступающего со входов +IN и -IN (выводы 3 и 5 микросхемы, соответственно). Усиленный сигнал подается на компаратор и далее через линию задержки на вход управляющего тиристора. Питание микросхемы осуществляется от сети через диодный мост (выводы 13 и 15 микросхемы). Выпрямленное напряжение подается на вывод 11 (+V) питания исполнительного устройства (реле). Для питания операционных усилителей и других элементов микросхемы используется внутреннее стабилизированное напряжение (примерно 13,56). Дополнительные опорные напряжения, необходимые для нормальной работы усилителей и компаратора, задаются внутренним резистивным делителем. Вход DLY (вывод 1) служит для подключения конденсатора, определяющего задержку включения выходного тиристора (при С=6000...8000 пФ задержка составляет 2 мс). Ко входу CL (вывод 8) подключается фильтрующий конденсатор для исключения срабатывания тиристора при прохождении помех по сети. Вывод 7 (GND) — общий для подключения конденсаторов и реле.
На базе микросхемы К1182СА1 разработан блок защиты (Рисунок 3.9) с использованием реле постоянного тока с нормально замкнутыми контактами. В этом случае реле подключается между выводами микросхемы 11 (+V) и 9 (OUT). В случае возникновения утечки по фазовому и нейтральному проводам течет различный ток. Эта асимметрия отслеживается датчиком, и сигнал ошибки поступает на выводы 3 и 5 — входы микросхемы. Если напряжение ошибки больше порогового, то включается тиристор и начинает пропускать ток через управляющую обмотку реле. Контакты реле размыкаются, и нагрузка отключается от сети. Для повторного включения устройства нужно сначала отключить его от сети нажатием кнопки S2.

Схема светозвукового индикатора отключения нагрузки

Рисунок 3.6. Схема светозвукового индикатора отключения нагрузки

Второй проблемой при взаимодействии источника питания и нагрузки является работа источника питания без нагрузки. Для ряда современных устройств, например, импульсных блоков питания, работа без нагрузки зачастую недопустима. Не допускается эксплуатация без нагрузки и феррорезонансных стабилизаторов напряжения.
Достаточно часто телевизоры и иную аппаратуру питают от сети через промежуточные феррорезонансные стабилизаторы. При отключении телевизора иногда стабилизатор отключить забывают, он работает без нагрузки и быстро может выйти из строя.
Для предотвращения подобных ситуаций Ю. Прокопцев [3.2] разработал устройство, позволяющее косвенным образом защитить стабилизатор (Рисунок 3.6). При отключении телевизора от сети включается схема индикации работы стабилизатора без нагрузки, напоминая звуковым сигналом о необходимости обесточить оборудование.
Датчиком тока нагрузки служат цепочки диодов VD1 — VD6. При включении нагрузки открывается транзистор VT1,
шунтирующий цепь управления транзистором VT2. Реле К1 МКУ-48 обесточено. При отключении нагрузки транзистор VT1 закрывается, транзистор VT2 — открывается. Реле К1 оказывается подключенным к сети переменного тока через диод VD7. Реле используется не по своему основному назначению, хотя легко было предусмотреть и эту функцию, а именно простого отключения стабилизатора. При протекании через его обмотку пульсирующего тока реле издает громкий треск, привлекающий внимание и сигнализирующий о том, что стабилизатор следует отключить.
В защитном устройстве также предусмотрен визуальный контроль наличия напряжения на реле — это индикатор HL1 на неоновой лампе ТН-0,3 или ИНС-1. Порог зажигания лампы регулируют резистором R4.
Следующее устройство (Рисунок 3.7) предназначено для автоматического отключения усилителя звуковой частоты при срабатывании автостопа магнитофона или электропроигрывателя [3.3].
Аппарат с автостопом следует подключить к розетке XS1. В одну из ее цепей включены диоды VD1 — VD4, на которых при включенном в сеть аппарате происходит падение напряжения с уровнем, достаточным для зажигания светодиода оптопары U1, в результате чего на инверсном входе микросхемы DA1 образуется уровень логического «О". На выходе микросхемы DA1 напряжение повышается, что приводит к срабатыванию реле К1. Контактами К1.1 и К1.2 усилитель включается в сеть.
После срабатывания автостопа напряжение на диодах VD1 — VD4 пропадает, что приводит к выключению реле. Нагрузка, подключенная к розетке XS2, отключается от сети.
Узел датчика тока можно выполнить на кольце из феррита (Рисунок 3.7 вверху справа). Этот вариант более приемлемый для использования совместно с аппаратурой, имеющей дежурный режим, потому что в отличие от предыдущего варианта датчик имеет изменяемый порог срабатывания, который можно регулировать резистором R10. Устройство на оптопаре срабатывает при нагрузке в несколько милливатт, что не во всех случаях удобно.
Магнитопроводом трансформатора Т1 служит кольцо из феррита М2000НМ типоразмера К20х10х6. Обмотка I содержит 25 витков провода ПЭВ-2 0,51 мм, обмотка II — 100 витков провода

Схема устройства для автоматического отключения аппаратуры

Рисунок 3.7. Схема устройства для автоматического отключения аппаратуры

ПЭВ-2 0,17 мм. Реле К1 типа РЭН-29, РЭС-22, РЭС-32 или МКУ-48 с рабочим напряжением 24 В. Микросхему DA1 К157УД4А можно заменить на К140УД6, К140УД7, К544УД1А.
Новые разновидности микросхем фирмы MAXIM — MAX5900/ МАХ5901 — предназначены для «горячего» (Hot-Swap) включения/отключения нагрузки [3.4]. Обычно подобные схемные решения используют в современных компьютерах для подключения-отключения винчестера или иных устройств без отключения питания компьютера.
Микросхемы способны работать при выходном напряжении до 100... 120 В, причем применявшееся ранее сопротивление R1 (которое включалось последовательно с нагрузкой и служило для контроля тока) более не обязательно — его роль выполняет канал полевого транзистора — токового ключа (Рисунок 3.8). Падение напряжения на открытом ключе в этом случае минимально (доли вольта).
Для применения в устройствах защиты человека от поражения электрическим током (а это возможно при нарушениях изоляции в электрических установках, приборах и питающих проводниках, расположенных после устройства защиты и находящихся под напряжением сети переменного тока до 230 В) предназначена микросхема К1182СА1 [3.5]. Данная микросхема диагностирует состояние сети с помощью датчика, усиливает сигнал и передает его на исполнительное устройство, отключающее нагрузку от сети.

Схема устройства защиты от поражения

Рисунок 3.9. Схема устройства защиты от поражения электрическим током на микросхеме К1182СА1

Токочувствительный датчик Т1 имеет кольцевой сердечник из электротехнической стали или феррита. Сигнал датчика при заданной утечке должен быть в пределах 50...200 мВ. Настройку всей схемы выполняют регулировочным резистором R4. Включенное состояние устройства индицируется светодиодом HL1. Для контроля работоспособности используется кнопка S1, нажатием на которую имитируется утечка по одному из проводников. При этом должно сработать исполнительное устройство.
В схеме (Рисунок 3.9) применено высоковольтное реле постоянного тока. Если необходимо использовать более низковольтное реле, то можно применить схему, показанную в правой части этого же рисунка, в которой конденсатор С5 является накопительным и сглаживающим. С помощью стабилитрона VD3 формируется напряжение, необходимое для питания обмотки реле.

Основные параметры микросхемы:

Минимальное напряжение сети — 80 Б Максимальное напряжение сети —276 В Выпрямленное напряжение (на выводе +V) — 390 В Выпрямленный ток (на выводе +V) — 300 /и/А Выходной ток — 300 мА Рассеиваемая мощность при +70°С — 1 Вт
Температура окружающей среды-----40...+70°С
Допустимое значение статического потенциала — 500 В

Стабилитроннопараллельная защита

Рисунок 3.2. Стабилитронно-параллельная защита нагрузки от пере-полюсовки и перенапряженияи 3.4.

С их помощью без перегрузки по току для источников питания можно защитить радиоэлектронную схему.

Устройства и элементы защиты аппаратуры и человека

Достаточно серьезную опасность для аппаратуры представляет подача на нее питающего напряжения противоположной полярности. В большинстве случаев это приводит к выходу из строя электролитических конденсаторов, полупроводниковых приборов и микросхем. Чаще всего поврежденные таким путем устройства восстановлению не подлежат.
Для того чтобы защитить аппаратуру от подобных ситуаций применяют простые и надежные схемы защиты, основные из которых показаны ниже на Рисунок 3.1 — 3.4.
Для защиты нагрузки от напряжения обратной полярности довольно часто параллельно нагрузке включают диод VD1, рассчитанный на большой прямой ток (Рисунок 3.1), а последовательно с нагрузкой включают предохранитель FU1. При переполюсовке напряжения питания прямой ток через диод пережжет плавкий предохранитель или, в крайнем случае, диоды выпрямителя. Сама нагрузка подвергнется воздействию напряжения обратной полярности величиной примерно 700 мВ (прямое падение напряжения на диоде VD1) и в результате останется целой.

Защита нагрузки от переполюсовки на полевом транзисторе

Рисунок 3.5. Защита нагрузки от переполюсовки на полевом транзисторе

Помехозащищенная схема защиты

Рисунок 4.2. Помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения

Усовершенствованная схема защиты нагрузки от превышения напряжения, дополненная резистором и конденсатором [4.2], показана на Рисунок 4.2. Резистор ограничивает предельный ток через стабилитрон и управляющий переход тиристора, конденсатор снижает вероятность срабатывания защиты при кратковременных бросках питающего напряжения.
Следующее устройство (Рисунок 4.3) защитит радиоаппаратуру от выхода из строя при случайной переполюсовке или превышении
напряжения питания, что нередко бывает при неисправности генератора в автомобиле [4.3].
При правильной полярности и номинальном напряжении питания диод VD1 и тиристор VS1 закрыты, и ток через предохранитель FU1 поступает на выход устройства.

Простейшая защита от перенапряжения

Рисунок 4.1. Простейшая защита от перенапряжения

Схема полупроводникового реле

Рисунок 4.7. Схема полупроводникового реле защиты нагрузки от перенапряжения

При возрастании напряжения на выходе устройства выше определенной величины через стабилитрон начинает протекать ток, который приводит к открыванию тиристора. Транзистор VT1 при этом закрывается, и напряжение на выходе устройства становится близко к нулю. Отключить защиту можно только отключением источника питания.
Описанное устройство должно включаться в выходную цепь стабилизаторов так, чтобы сигнал обратной связи подавался из цепи, расположенной за системой защиты. При номинальном выходном напряжении 12 В и токе 1 А в устройстве можно применить транзистор КТ802А, тиристор КУ201А — КУ201К, стабилитрон — Д814Б. Сопротивление резистора R1 должно быть 39 Ом (мощность рассеивания при отсутствии системы автоматики, отключающей стабилизатор от сети, составляет 10 Вт), R2 — 200 Ом, R3 — 1 кОм.

Схема релейного устройства защиты

Рисунок 4.6. Схема релейного устройства защиты от перенапряжения с самоблокировкой

Устройство защиты от перенапряжения (Рисунок 4.6) выгодно отличается от предыдущих тем, что в нем не происходит необратимого повреждения элемента защиты [4.6]. Вместо этого при напряжении свыше 14,1 В пробивается цепочка стабилитронов VD1 — VD3, включается и самоблокируется тиристор VS1, срабатывает реле К1 и своими контактами отключает цепь нагрузки.
Восстановить исходное состояние устройства защиты можно только после вмешательства оператора — для этого следует нажать на кнопку SB1. Устройство также переходит в рабочий ждущий режим после кратковременного отключения источника питания. К числу недостатков данного устройства защиты относится его высокая чувствительность к кратковременным перенапряжениям.
Устройство (патент DL-WR 82992) [4.7], принципиальная схема которого приведена на Рисунок 4.7, может применяться для защиты нагрузки от недопустимо высокого выходного напряжения. В нормальных условиях транзистор VT1 работает в режиме, когда напряжение между его коллектором и эмиттером небольшое, и на транзисторе рассеивается небольшая мощность (ток базы определяется резистором R1). Сопротивление стабилитрона VD2 в этом случае большое и тиристор VS1 закрыт.

Схема устройства защиты от перенапряжения

Рисунок 4.5. Схема устройства защиты от перенапряжения, работающего на переменном и постоянном токе

Схема устройства, которое в случае аварии в электросети защитит телевизор, видеомагнитофон, холодильник и т.д. от перенапряжения, приведена на Рисунок 4.5 [4.5].
Напряжение срабатывания защиты определяется падением напряжения на составном стабилитроне VD5+VD6 и составляет 270 Б.
Конденсаторы С1 и С2 образуют совместно с резистором R1 RC-цепочку, которая препятствует срабатыванию устройства при импульсных выбросах в сети.
Схема работает следующим образом. При напряжении в сети до 270 В стабилитроны VD3, VD4 закрыты. Также закрыты и тиристоры VS1, VS2. При действующем напряжении более 270 В открываются стабилитроны VD3, VD4, и на управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 поступает открывающее напряжение. В зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения ток проходит либо через тиристор VS1, либо через VS2. Когда ток превышает 10 А, срабатывают автоматические выключатели (пробки, плавкие предохранители), отключая электроприборы от электросети. Нагрузка (на рисунке не показана) подключается параллельно тиристорам. Проверить работоспособность устройства можно с помощью ЛАТРа.
Устройство работоспособно и на постоянном токе.

Схема защиты микросхем ТТЛ от перенапряжения

Рисунок 4.4. Схема защиты микросхем ТТЛ от перенапряжения

Схема защиты радиоаппаратуры с индикацией аварии

Рисунок 4.3. Схема защиты радиоаппаратуры с индикацией аварии

Если полярность обратная, то диод VD1 открывается, и сгорает предохранитель FU1. Лампа EL1 загорается, сигнализируя об аварийном подключении.
При правильной полярности, но входном напряжении, превышающем установленный уровень, задаваемый стабилитронами VD2 и VD3 (в данном случае — 16 Б), тиристор VS1 открывается и замыкает цепь накоротко, что вызывает перегорание предохранителя и зажигание аварийной лампы EL1.
Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на максимальный ток, потребляемый радиоаппаратурой.
Элементы ГТЛ-логики обычно работоспособны в узком диапазоне питающих напряжений (4,5...5,5 Б). Если аварийное снижение питающего напряжения не столь опасно для «здоровья» микросхем, то повышение этого напряжения совершенно недопустимо, поскольку может привести к повреждению всех микросхем устройства.
На Рисунок 4.4 приведена простая и довольно эффективная схема защиты 7777-устройств от перенапряжения, опубликованная в болгарском журнале [4.4]. Способ защиты предельно прост: как только питающее напряжение превысит рекомендуемый уровень всего на 5% (т.е. достигнет величины 5,25 Б) сработает пороговое устройство и включится тиристор. Через него начинает протекать ток короткого замыкания, который пережигает плавкий предохранитель FU1. Разумеется, в качестве предохранителя нельзя использовать суррогатные предохранители, поскольку в таком случае может выйти из строя блок питания, защищающий схему тиристор, а затем и защищаемые микросхемы.
Недостатком устройства является отсутствие индикации перегорания предохранителя. Эту функцию в устройство несложно ввести самостоятельно. Примеры организации индикации разрыва питающей цепи приведены также в главе 36 книги [1.5].

Защита электронных устройств от перенапряжения

Для защиты радиоэлектронного оборудования традиционно применяют плавкие предохранители. Обычно в них используют тонкие неизолированные проводники калиброванного сечения, рассчитанные на заданный ток перегорания. Наиболее надежно эти приспособления работают в цепях переменного тока повышенного напряжения. С понижением рабочего напряжения эффективность их применения снижается. Обусловлено это тем, что при перегорании тонкой проволоки в цепи переменного тока возникает дуга, распыляющая проводник. Предельным напряжением, при котором может возникнуть такая дуга, считается напряжение 30...35 6. При низковольтном питании происходит просто плавление проводника. Процесс этот занимает более продолжительное время, что в ряде случаев не спасает современные полупроводниковые приборы от повреждения.
Тем не менее, плавкие предохранители и поныне широко используют в низковольтных цепях постоянного тока, там, где от них не требуется повышенное быстродействие.
Там, где плавкие предохранители не могут эффективно решить задачу защиты радиоэлектронного оборудования и приборов от токовых перегрузок, их можно с успехом использовать в схемах защиты электронных устройств от перенапряжения.
Принцип действия этой защиты прост: при превышении уровня питающего напряжения срабатывает пороговое устройство, устраивающее короткое замыкание в цепи нагрузки, в результате которого проводник предохранителя плавится и разрывает цепь нагрузки.
Метод защиты аппаратуры от перенапряжения за счет принудительного пережигания предохранителя, конечно, не является идеальным, но получил достаточно широкое распространение благодаря своей простоте и надежности. При использовании этого метода и выбора оптимального варианта защиты стоит учитывать, насколько быстродействующим должен быть автомат защиты, стоит ли пережигать предохранитель при кратковременных бросках напряжения или ввести элемент задержки срабатывания. Желательно также ввести в схему индикацию факта перегорания предохранителя.
Простейшее защитное устройство [4.1], позволяющее спасти защищаемую радиоэлектронную схему, показано на Рисунок 4.1. При пробое стабилитрона включается тиристор и шунтирует нагрузку, после чего перегорает предохранитель. Тиристор должен быть рассчитан на значительный, хотя и кратковременный ток. В схеме совершенно не допустимо использование суррогатных предохранителей, поскольку в противном случае могут одновременно выйти из строя как защищаемая схема, так и источник питания, и само защитное устройство.