Как сделать реле времени для включения и выключения электроприборов своими руками

Простейший инвертер без транзисторов

Как известно из теоретического курса физики, инвертер преобразует постоянный электрический ток в переменный. Примечательно то, что в большинстве случаев при сборке такого прибора вполне можно обойтись без пайки. Достаточно соединить все контакты простой скруткой. Инвертер, конечно, будет недолговечным, так как реле рано или поздно выйдет из строя, но купить его снова не составит больших проблем. Иногда можно даже найти ненужный переключатель от старого прибора или выпаять его самостоятельно.

Важно! Процесс создания инвертера поможет понять принцип работы постоянного и переменного тока, конвертации одного типа в другой. Схема инвертора

Схема инвертора

Для прибора понадобятся:

• Трансформатор от радиоприемника, с обмоткой на 220 и 12 Вольт;
• Реле на 12 Вольт;
• Провода для соединения деталей;
• Нагрузка на схему в виде обычной лампочки.

Инвертер простой конструкции без пайки

https://youtube.com/watch?v=rWfAotgsgRI

Инструкция по сборке сенсорного выключателя на транзисторах и реле

Одним из наиболее простых сенсорных выключателей на 220В для изготовления своими руками считается схема с использованием реле. В основе она – простой усилитель, на двух транзисторах VT1 и VT2 серии КТ315Б, сигнала с индукционного датчика, проходящего через разделительный конденсатор С1. В зависимости от состояния самого реле K1, происходит или разрыв подачи напряжения на него же, или возобновление питания.

Для устройства необходимо предусмотреть подачу постоянного напряжения 9В на плату, через внешний блок питания или дополнительную, понижающую цепь с использованием диодного моста и трансформатора.

Сенсорный выключатель с использованием реле

О горном велосипеде — Выбор переключателя: триггерный или грипшифт?

Многие велосипедисты негативно относятся к грипшифтам. Так вышло из-за того, что данный тип манеток чаще всего устанавливается на бюджетных моделях.

Но стоит отметить, что вышесказанное в сторону грипшифтов справедливо только для одного бренда – Shimano, ведь Sram, например, выпускает манетки такого типа и в дорогих линейках. Столкнувшись с муками выбора между грипшифтами и триггерными манетками, можно обратиться к советам ниже. Триггеры лучше, так как… У манеток данного типа более высокая скорость переключения. Взять для сравнения тот же Sram: триггеры произведут переключение гораздо быстрее любого грипшифта аналогичного уровня.

Гораздо комфортнее управлять трансмиссией в процессе торможения, ведь крутить барабан грипшифта, одновременно тормозя указательным пальцем, не совсем удобная процедура даже для опытного велосипедиста.

Также есть возможность установки манетки и ручки тормоза, используя специальный адаптер (matchmaker), что сэкономит место на руле велосипеда. Одним из недостатков грипшифта как раз и есть тот факт, что они занимают слишком много места на руле и требуют особенные грипсы.

Триггеры самовольно не переключаются, что не скажешь о грипшифтах, для которых не редкость самостоятельное перещелкивание. Особенно часто это случается во время сильной тряски и крепком удерживании руля.

Триггерная система будет работоспособной в практически в любых условиях – она будет удобной и в дождь, и в грязь. А мокрый барабан грипшифта, если необходимо быстро переключиться перед резким подъемом, потребует больших усилий при переключении.

Грипшифты лучше, так как… Они могут мгновенно переключить скорости с первой до последней. Если необходимо одним движением пальца проскочить всю кассету, то они будут подходящим выбором. При резких переходах спусков в подъемы и наоборот – это очень сильное преимущество.

Привычка ездить с грипшифтами играет огромную роль, ведь тогда с передачами управляться гораздо удобней, так как барабан грипшифта является, по сути, продолжением грипсы. Следствие из этого: руки занимают более органичное положение на руле.

Они интуитивно понятны в сравнении с триггерными, что особенно актуально для начинающих велолюбителей, так как с ними проще разобраться в логике переключения разных скоростей.

Вес наилучшего в линейке грипшифта меньший, чем триггерных манеток. Стоит отметить, что данный пункт не так уж важен для рядового любителя велоспорта, но для спортсменов играет роль.

В итоге имеем то, что имеем. У каждого из видов переключения есть свои плюсы и минусы. Но факт остается фактом, что агрессивно катающиеся велосипедисты, которых ни за какие деньги не заставишь перейти на триггеры, тоже есть (хоть их и очень мало). Но это уже, скорее, дело привычки.

Выключатель с двумя кнопками

Как уже отмечено выше, электронные выключатели бывают как с одной кнопкой, так и с двумя, — одна для включения, другая для выключения. На рисунке 3 показана схема именно выключателя.

Рис. 3. Схема электронного выключателя нагрузки с двумя кнопками.

Здесь точно так же, мощный полевой транзистор VТ1 выполняет функции электронного ключа, а управляет им триггер микросхемы К561ТМ2. Только работает он не как D-триггер, а как RS-триггер. Для этого его входы «С» и «D» соединены с общим минусом питания (то есть, на них всегда логические нули).

Для того чтобы в момент подключения источника питания нагрузка не включилась сама здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние.

То есть, на его прямом выходе — единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VT1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку не поступает.

Для включения нагрузки служит кнопка S1. При её нажатии триггер переключается в положение «R», то есть, на его прямом выходе устанавливается логический ноль.

Логический нуль на затворе VT1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VT1.

На нагрузку поступает питание. Для того, чтобы выключить нагрузку нужно нажать кнопку S2. При её нажатии триггер переключается в положение «S», то есть, на его прямом выходе устанавливается логическая единица.

Единица на затворе VT1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT1 падает до величины, недостаточной для открывания полевого транзистора VT1. Нагрузка выключается.

Преимущества ТТР

К преимуществам реле относят:

• возможность коммутации сравнительно мощных нагрузок;
• высокое быстродействие;
• работа в условиях гальванической развязки;
• способность выдерживать кратковременные перегрузки.

Уникальные эксплуатационные характеристики ТТР позволяют применять их без каких-либо ограничений с одновременным увеличением ресурса срабатываний. Все перечисленные достоинства этих приборов являются прекрасным поводом для того, чтобы попытаться собрать твердотельное реле своими руками. К минусам этих изделий следует отнести необходимость дополнительного питания, а также потребность в отводе излишков тепла, образующегося при работе с мощными нагрузками.

Особенности и недостатки

Особенностью таймера является внутренний делитель напряжения, который задаёт фиксированный верхний и нижний порог срабатывания для двух компараторов. Ввиду того что делитель напряжения нельзя исключить, а пороговым напряжением нельзя управлять, область применения NE555 сужается.

Таймер на биполярных транзисторах имеет один существенный недостаток, связанный с переходом выходного каскада из одного состояния в противоположное. Каждое переключение сопровождается паразитным сквозным током, который в пике может достигать 400 мА, увеличивая тепловые потери. Решение проблемы заключается в установке полярного конденсатора ёмкостью до 0,1 мкФ между выводом управления (5) и общим проводом. Благодаря ему, повышается стабильность при запуске и надёжность всего устройства. Кроме того, для повышения помехоустойчивости цепь питания дополняют неполярным конденсатором 1 мкФ.

Светофон

Светофон (рис. 5) представляет собой электронную игрушку — звуковой генератор [Р 1/90-60]. Частота генерации определяется уровнем освещенности чувствительного к свету (hv) элемента R1 (фотосопротивления, фотодиода) при приближении к нему руки. Для того чтобы звучание происходило по желанию «музыканта», включение звука происходит при отпускании пальца от сенсорных площадок Е1 и Е2.

Рис. 5. Схема светофона.

При использовании фоточувствительных приборов различного типа вероятно потребуется подбор емкости конденсатора С1, а также включение параллельно (или последовательно) фоточувствительному элементу (фотосопротивлению, фотодиоду) резисторов, задающих диапазон изменения генерируемой звуковой частоты.

Отметим попутно, что при самостоятельной доработке устройства в качестве управляющего элемента (рис. 5) можно использовать термосопротивление, имеющее малую тепловую инерцию, например, бусинкового типа.

Устройство, полученное при этом, можно наименовать термофоном или эолофоном (от греческого aiolos — ветер и phone — голос, звук) — оно будет изменять частоту звука при обдувании терморезистора.

Электромузыкальный прибор, управляемый наэлектризованным предметом (электронофон), можно получить, включив полевой транзистор вместо резистора R1.

Две кнопки и две нагрузки

Электронный переключатель с двумя кнопками работает логичнее однокнопочного, во всяком случае понятно, что одна кнопка включается одну нагрузку, а другая — другую нагрузку. На рисунке 4 показана схема двухкнопочного электронного переключателя двух нагрузок.

Рис. 4. Схема электронного переключателя с двумя кнопками для двух нагрузок.

Для того чтобы в момент подключения источника питания схема устанавливалась в одно известное положение, то есть, в данном случае, нагрузка 1 выключена, нагрузка 2 включена, здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние. То есть, на его прямом выходе — единица, на инверсном — ноль.

При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VT1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку 1 не поступает.

А напряжение между истоком и затвором транзистора VT2 будет достаточным для его открывания, и транзистор откроется, поступит питание на нагрузку 2. Для включения нагрузки 1 служит кнопка 51. При её нажатии триггер переключается в положение «R», то есть, на его прямом выходе устанавливается логический ноль.

Логический нуль на затворе VT1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VT1. На нагрузку поступает питание.

При этом, на инверсном выходе триггера присутствует логическая единица. Напряжение между истоком и затвором транзистора VT2 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку 2 не поступает.

Для включения нагрузки 2 служит кнопка 52. При её нажатии триггер переключается в положение «S», то есть, на его инверсном выходе устанавливается логический ноль. Логический нуль на затворе VT2 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT2 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VT2.

На нагрузку 2 поступает питание. При этом, на прямом выходе триггера присутствует логическая единица. Напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку 1 не поступает.

Тепловой режим устройства

Транзистор IRF9310 в открытом состоянии имеет сопротивление всего 6,8 мОм. При токе 11 А, потребляемым фарами, рассеиваемая мощность не превышает 0,822 Вт. По спецификации транзистора для отвода тепла нужна медная пластинка площадью 6,5 см2. В малом объёме реле это сделать затруднительно и для охлаждения используется ножка реле, к которой припаивается как можно ближе сток транзистора. При этом обеспечивается приемлемый нагрев до 55–60 °C.

Программа контроллера ATtiny13

Конечный автомат, реализуемый программой, предусматривает 6 состояний: 1. ожидание включения фар при выключенном зажигании; 2. плавный нагрев; 3. ожидание очередного включения света; 4. быстрый нагрев; 5. полное включение ламп; 6. выключение с удержанием.

Выбор состояний определяется обработкой прерываний в момент переполнения таймера. Управление ШИМ реализовано таймером в режиме phase-correct PWM. Таймер и контроллер имеют рабочую частоту 1,2 МГц, а выходной сигнал ШИМ составляет 2353 Гц. Микроконтроллер при уменьшении питания ниже 2,7 В переходит в состояние сброса. Для этого в настройках задействована защита по напряжению Brown-out detector. Установлена задержка 0,064 сек. для возвращения автомата в исходное состояние после сброса.

Выключатель управляемый одной кнопкой

Первая схема простого выключателя, управляемого одной кнопкой приведена на рисунке 1. Мощный полевой транзистор VТ1 выполняет функции электронного ключа, а управляет им D-триггер микросхемы К561ТМ2.

Данная схема, как и все последующие, потребляет минимальный ток, измеряемый единицами микроампер, и поэтому, практически не оказывает влияния на расход источника питания.

Рис. 1. Схема простого электронного выключателя, управляемого одной кнопкой.

Для того чтобы в момент подключения источника питания нагрузка не включилась сама здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние.

То есть, на его прямом выходе — единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку не поступает.

При этом, на инверсном выходе триггера будет напряжение логического нуля. Оно через резистор R3, с небольшой задержкой, поступает на вход «D» триггера.

Теперь, при нажатии кнопки S1 на вход «С» триггера поступает от кнопки импульс и триггер устанавливается в то состояние, которое имеет место на его входе «D», то есть, в данный момент, в логический нуль.

Логический нуль на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VТ1. На нагрузку поступает питание.

Теперь на инверсном выходе триггера -единица. Эта единица, с небольшой задержкой, через резистор R3 поступает на вход «D» триггера.

Теперь, при следующем нажатии кнопки S1 на вход «С» триггера поступает от кнопки импульс и триггер устанавливается в то состояние, которое имеет место на его входе «D», то есть, в данный момент, в единицу. Единица на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ1 падает до величины, недостаточной для открывания полевого транзистора VТ1. Нагрузка выключается.

Приборы с механической шкалой

Одним из приборов, который имеет механическую шкалу, является бытовой таймер. Работает он от обычной розетки. Такой прибор позволяет управлять домашней техникой в определенном диапазоне времени. В нем установлено «розеточное» реле, которое ограничено суточным циклом срабатывания.

Для использования суточного таймера его нужно настроить:

• Приподнять все элементы, которые располагаются по дисковой окружности.
• Опустить все элементы, которые отвечают за настройку времени.
• Прокручивая диск, установить его на текущий промежуток времени.

К примеру, если элементы опущены на шкале, отмеченной цифрами 9 и 14, то нагрузка активируется в 9 часов утра и будет выключена в 14:00. За сутки можно создать до 48 включений аппарата.

Кроме того, устройство имеет функционал, позволяющий активировать таймер во внепрограммном режиме.

Для этого нужно активировать кнопку, которая находится на боковой части корпуса. Если ее запустить, таймер включится в срочном режиме, даже если он был включен.

Фотореле, термореле

Фото- или термореле может быть выполнено по схеме, приведенной в книге Л.Д. Пономарева и А.Н. Евсеева (рис. 9). Устройство содержит регулируемый резистивный делитель напряжения, состоящий из резистора-датчика R1 и потенциометра R2.

К средней точке этого делителя подключен вход триггера Шмитта, составленный из двух логических элементов КМОП-млк-росхемы. К выходу триггера подсоединены эмиттерный повторитель и тиристорный коммутатор постоянного тока. Вместо тиристора может быть использован его транзисторный аналог.

Рис. 9. Схема фотореле, термореле.

При изменении сопротивления датчика триггер Шмитта переключается из одного устойчивого состояния в другое.

Соответственно, выходной сигнал через согласующий эмиттер-ный повторитель подается на управляющий электрод тиристора VS1. Происходит включение тиристора, срабатывает реле К1 или иная нагрузка. Для отключения нагрузки необходимо «сбросить» состояние тиристора, т.е. кратковременно отключить питание.

Такая схема может быть использована для контроля технологических и иных процессов, предупреждения критических и аварийных ситуаций, оповещения персонала о нештатном режиме работы оборудования и т.д.

Для того чтобы устройство самостоятельно включалось и отключалось, вместо тиристора следует установить кремниевый транзистор, рассчитанный на ток нагрузки.

Опции и возможности устройства

Отдельного рассмотрения явно заслуживают выключатели с таймером.

Здесь присутствуют традиционные характеристики, такие как:

• бесшумность действия;
• интересный дизайн;
• безопасное использование.

Помимо всего этого, добавляется еще одна полезная функция – встроенный таймер. С его помощью пользователь получает возможность управлять коммутатором программно. К примеру, задавать время включения и отключения в определённом временном диапазоне.

Уникальный вариант разработки коммутатора с внедрённым функционалом таймера. При помощи таких приборов открываются возможности управления освещением в строго заданное время. Экономия электричества очевидна

Как правило, подобные приборы имеют не только таймер, но также аксессуар иного рода – например, акустический датчик.

В этом варианте устройство работает как контроллер движения или шума. Достаточно подать голос либо хлопнуть ладонями и лампы светильника в квартире загорятся ярким светом.

Кстати, на случай слишком высокой яркости существует очередной функционал – диммерная регулировка. Оснащенные диммером коммутаторы сенсорного типа позволяют управлять интенсивностью света.

Модификация сенсорных устройств – акустический коммутатор. Действует по методике несколько иной, но тоже является прибором, где поддерживаются технологии использования сенсоров. В данном случае, сенсорным элементов выступает чувствительный микрофон

Правда, есть один нюанс для подобных разработок. Диммеры, как правило, не поддерживают использование в светильниках люминесцентных и светодиодных ламп. Но устранение этого недостатка, скорее всего, вопрос времени.

Подробнее о разновидностях “умных” выключателей света читайте в этой статье.

Инструкция по сборке сенсорного выключателя с инфракрасным датчиком

Более интересная схема сенсорного выключателя света представлена простой конструкцией на основе датчика HF1 (SFH506-38). Срабатывание устройства происходит, когда отраженное от руки или иного предмета инфракрасное излучение от светодиода HL1 попадает на поверхность чувствительного элемента. Притрагиваться к нему в этом случае не обязательно, достаточно поднести отражающий предмет или часть тела поближе к рядом расположенной паре элементов из излучателя и приемника.

Схема бесконтактного инфракрасного включателя света

В контролирующей части цепи используется микросхема К561ТМ2, в составе которой два D-триггера. Первый, обозначенный, как DDR1.1, применяется в качестве основы мультивибратора с частотой импульсов на выходе 35…40кГц. Подстройка диапазона выполняется выбором характеристик резисторов R1 и R2. Эти сигналы, через ограничивающий ток R3, подаются на инфракрасный светодиод HL1. Излучение которого, отражаясь, попадает на HF1, в свою очередь ток от датчика, в случае срабатывания, через R5 заряжает конденсатор C4.

Эта связка выдает импульс на вход 3 триггера DDR1.2, переключая его логическое состояние на выходе 2, которое и открывает или закрывает через усиливающий транзистор VT1 (KT940A) тиристор VS1 (КУ201Л), управляющий подачей тока на лампу HL1.

Один из вариантов сенсорного выключателя на инфракрасных лучах

Своеобразный фильтр, уменьшающий шанс ложного срабатывания схемы, представлен комбинацией элементов R6 и C3, которые вводят определенную задержку на реакцию выключателя при получении сигнала от датчика.

Инструкция по сборке сенсорного выключателя с инфракрасным датчиком

Более интересная схема сенсорного выключателя света представлена простой конструкцией на основе датчика HF1 (SFH506-38). Срабатывание устройства происходит, когда отраженное от руки или иного предмета инфракрасное излучение от светодиода HL1 попадает на поверхность чувствительного элемента. Притрагиваться к нему в этом случае не обязательно, достаточно поднести отражающий предмет или часть тела поближе к рядом расположенной паре элементов из излучателя и приемника.

Схема бесконтактного инфракрасного включателя света

В контролирующей части цепи используется микросхема К561ТМ2, в составе которой два D-триггера. Первый, обозначенный, как DDR1.1, применяется в качестве основы мультивибратора с частотой импульсов на выходе 35…40кГц. Подстройка диапазона выполняется выбором характеристик резисторов R1 и R2. Эти сигналы, через ограничивающий ток R3, подаются на инфракрасный светодиод HL1. Излучение которого, отражаясь, попадает на HF1, в свою очередь ток от датчика, в случае срабатывания, через R5 заряжает конденсатор C4.

Эта связка выдает импульс на вход 3 триггера DDR1.2, переключая его логическое состояние на выходе 2, которое и открывает или закрывает через усиливающий транзистор VT1 (KT940A) тиристор VS1 (КУ201Л), управляющий подачей тока на лампу HL1.

Один из вариантов сенсорного выключателя на инфракрасных лучах

Своеобразный фильтр, уменьшающий шанс ложного срабатывания схемы, представлен комбинацией элементов R6 и C3, которые вводят определенную задержку на реакцию выключателя при получении сигнала от датчика.

Расположение и назначение выводов

1. Общий (GND). Первый вывод относительно ключа. Подключается к минусу питания устройства.
2. Запуск (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к запуску и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинала внешних элементов R и С. О возможных вариациях входного сигнала написано в разделе «Одновибратор».
3. Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала равен (Uпит-1,5В), а низкий – около 0,25В. Переключение занимает около 0,1 мкс.
4. Сброс (RESET). Данный вход имеет наивысший приоритет и способен управлять работой таймера независимо от напряжения на остальных выводах. Для разрешения запуска необходимо, чтобы на нём присутствовал потенциал более 0,7 вольт. По этой причине его через резистор соединяют с питанием схемы. Появление импульса менее 0,7 вольт запрещает работу NE555.
5. Контроль (CTRL). Как видно из внутреннего устройства ИМС он напрямую соединен с делителем напряжения и в отсутствие внешнего воздействия выдаёт 2/3 Uпит. Подавая на CTRL управляющий сигнал, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.
6. Останов (THR). Является входом первого компаратора, появление на котором напряжения более 2/3Uпит останавливает работу триггера и переводит выход таймера в низкий уровень. При этом на выводе 2 должен отсутствовать запускающий сигнал, так как TRIG имеет приоритет перед THR (кроме КР1006ВИ1).
7. Разряд (DIS). Соединен напрямую с внутренним транзистором, который включен по схеме с общим коллектором. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключают времязадающий конденсатор, который разряжается, пока транзистор находится в открытом состоянии. Реже используется для наращивания нагрузочной способности таймера.
8. Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5–16В.