ФОТО РЕЛЕ
I Z33T home page I страници на македонски јазик I
УЧИМЕ ДА ГРАДИМЕ ЗАЕДНО!
(дел од курсот по радиотехника и електроника за радиоаматери - почетници)
Ова е една практична градба на едноставно светлосно реле (фото реле), односно реле (прекидач) кој реагира на светлост. На пример, кога е осветлен сензорот, релето се вклучува, а кога се затемни сензорот, тогаш релето се исклучува. Контактите на релето можат да се користат за вклучување и исклучување на разни електрични уреди.
Освен што ќе се запознаат со работата на едноставни електронски склопови, со изработката на еден од предложените три уреди, младите радиоаматери ќе научат дел од тајните на електрониката и автоматиката со практичната примена на едно од опишаните едноставни фото релиња, кои може да работат самостојно или како дел од посложени електронски системи.
Овие светлосни релиња можат да имаат повеќе практични примени, како на пример::
Во продолжение ќе ви претставам три шеми на фото-реле. Првата шема е наједноставна и содржи само еден транзистор. Втората шема има два транзистори, а третата шема има интегрирано коло и еден транзистор. Секоја од нив има свои предности и специфични можности за употреба.
Изработка на фотоелемент (фотосензор)
Во овие три шеми користиме фотоелемент кој ќе си го направиме сами, со внимателно отстранување на горниот дел од металното куќиште на транзистор од типот BC109C. Отстранувањето го правиме со внимателно сечење (со бонсек) или турпијање - стругање со турпија за метал. На тој начин добиаме евтин фототранзистор. На следниве слики детално се гледа како е направено тоа:
Откако ќе го отстраниме капачето на транзисторот, треба да го заштитиме за да не влегува прашина во внатрешноста, така што ќе залепиме едно мало парченце проѕирна пластика. Јас користам еден ваков направен фототранзистор триесетина години без заштита од проѕирно пластично капаче, но се користи внатре во соба каде нема многу прашина и не е изложен на надворешни атмосферски влијанија.
Карактеристики на фотоелементот направен од транзистор
Сензорот за светлина е направен од транзистор BC109C на кој му е отстранет дел од металното куќиште, со што е овозможено да се осветлува или затемнува кристалчето на полупроводникот сместен на дното од куќиштето.
Спојот помеѓу колекторот и емитерот на транзисторот, кога не е осветлен, има многу голема отпорност. Кога внатрешноста на транзисторот ќе се осветли, тогаш отпорноста помеѓу колекторот и емитерот се намалува пропорционално со интензитетот на светлината. Колку е поголем интензитетот на светлината, токлу е помала отпорноста помеѓу колекторот и емитерот на вака преправениот транзистор.
Отпорноста помеѓу колекторот и емитерот на вака преработениот транзистор (сега веќе фототранзистор) се движи во огромен дијапазон. Од неколку десетини мегаоми кога транзисторот е во целосен мрак, до помалку од 400 оми, кога транзисторот (фото-сензорот) е осветлен со директна сончева светлост или силна светлост од рачна батериска моќна ЛЕД-светилка.
Табела
Својството на менување на отпорноста на „фото-транзисторот“ под влијание на светлината е искористено во овие три различни видови на фото-релиња кои ќе ги опишам во продолжение на оваа статија.
1. ЕДНОСТАВНО ФОТО-РЕЛЕ СО ЕДЕН ТРАНЗИСТОР
Потребен материјал
Распоредот на електродите на најчесто користените транзистори можете да ги видете во прилогот на крајот од оваа статија.
Принцип на работа на Фото-Реле со еден транзистор
На шемата е претставен едноставен уред кој го вклучува релето при појава на светлина, а кога падне мрак, или се намали светлината, релето се исклучува.
Транзисторот работи како прекидач со базата приклучена на делител на напон. Делителот на напон е составен од двe „отпорности“. Едната отпорност ја образуваат тример потенциометарот од 2,2 МΩ и заштитниот отпорник од 1КΩ кој ја штити базата од преголема струја доколку потенциометарот се заврти така што да има минимален отпор. Втората отпорност од напонскиот делител е всушност фототранзисторот FT, чија отпорност се менува во зависност од интензитетот на светлината.
Кога на на базата од транзисторот T ќе се појави напон повисок од 0,7V, тогаш транзисторот ќе се „отвори“, односно ќе стане проводен и ќе го вклучи релето.
Кога фото-сензорот, односно фототранзисторот се осветли со светлина, отпорноста помеѓу неговиот колектор и емитер ќе се промени. Колку е поголем интензитетот на светлината која го осветлува фотосензорот, толку помала отпорност ќе има помеѓу колекторот и емитерот на фотосензорот. Колку помала отпорност има фотосензорот, толку помал пад на напон има помеѓу неговите краеви, така што напонот на краевите од фотосензорот ќе биде помал.
Ако светлината се намали, отпорноста на фотосензорот ќе се зголеми, а со тоа и напонот на краевите од фотосензорот ќе се зголеми, бидејќи фотосензорот е дел од напонскиот делител заедно со отпорноста на тример потенциометарот P1 и отпорникот R1.
Кога напонот на краевите од фотосензорот ќе порасне до 0,7V, базата на транзисторот Т ќе добие исто така 0,7V, бидејќи е поврзана директно на фотосензорот. Штом базата на транзисторот Т добие напон од 0,7V и повеќе, транзисторот Т ќе се вклучи (отвори), односно ќе стане проводен и ќе го вклучи релето.
Количеството на светлина која ќе биде потребна за да се вклучи релето, може да се определува со промена на отпорноста на потенциометарот од 2,2 MΩ. Всушност било каква промена на отпорноста на потенциометрот ќе влијае на падот на напонот на краевите од фотосензорот, бидејќи фотосензорот и тример потенциометарот се елементи на напонскиот делител опишан погоре.
Диодата поврзана паралелно со релето го штити транзисторот Т од Високонапонски пикови кои можат да се јават при исклучување на релето. Краткотрајни високонапонски пикови се јавуваат кога калемот на релето (кој има определена индуктивност) ќе се исклучи. Овие високонапонски пикови можат да го оштетат транзисторот, па затоа се поврзува диода и таа ги „неутрализира“ овие високонапонски краткотрајни импулси.
Во оваа шема релето се вклучува кога сензорот е во темно (не е осветлен), а исклучува кога сензорот е осветлен.
Ако сакаме овој електронски склоп (фото-реле) да работи обратно, односно релето да биде исклучено кога сензорот е во темнина (кога не е осветлен), а да се вклучува кога сензорот е осветлен, тогаш треба да ги смениме местата на потенциометарот P1 со фото-сензорот, а отпорникот R1 да го исфрлиме. На тој начин шемата би изгледала вака:
2. ЕДНОСТАВНО ФОТО-РЕЛЕ СО ПОГОЛЕМА ЧУВСТВИТЕЛНОСТ (СО ДВА ТРАНЗИСТОРИ)
Фото-релето опишано во претходната шема работо многу добро. Нема проблем да „детектира“ светлина и темнина и соодветно да го вклучи или исклучи релето. Кога интензитетот на светлина е мал (сензорот е во темно) - релето е вклучено. Кога интензитетот на светлина се зголеми - релето исклучува.
Мал проблем се јавува кога релето треба повторно да се исклучи во иста точка како кога се вклучило, односно со ист интензитет на светлина како пред да виде вклучено. Тоа е затоа што претходниот едноставен склоп има поголема хистереза (hysteresis) така што релето ќе исклучи во момент кога светлината пак ќе се зголеми и тоа за извесен процент повеќе отколку интензитетот на светлина кој бил потребен во моментот кога релето се вклучило претходно. Овој проблем ќе се намали ако сигналот од сензорот најнапред го засилиме со транзисторот Т1, па дури потоа го донесеме на прекинувачкиот транзистор (Т2 на долнава шема) кој го вклучува релето.
Со додавање на уште еден транзистор чувствителноста на уредот ќе се зголеми, а границите на хистерезата значително ќе се доближат, иако се уште ќе има регион во кој кога релето ќе се вклучи, тоа нема да се исклучи со ист интензитет на светлина кој постоел во моментот непосредно пред да се случи вклучувањето, туку ќе треба малку повеќе светлина за да исклучи релето, отколку што имало во моментот непосредно пред да се вклучи релето.
Потребен материјал
Ако наместо транзисторот Т1 се употреби дарлингтон транзистор (тоа е транзистор кој во исто куќиште има два транзистори) тогаш е уште подобро. Дарлингтон транзисторот е составен од два транзистори споени меѓусебно во исто куќиште. Таквиот пар на транзистори има многу големо струјно засилување. Вкупното струјно засилување е еднакво на производот од струјните засилувања на секој транзистор поединечно. На пример, транзисторот BC517 (дарлингтон) има струјно засилување поголемо од 30.000 пати, наспроти обичен транзистор чие струјно засилување изнесува најчесто околу 50 до 200 пати. На следнава слика е прикажан дарлингтоновиот транзистор BC517, кој надворешно по ништо не се разликува од обичен транзистор сместен во исто куќиште:
Во случај да најдеме некој дарлингтон транзистор (како што е BC517), тогаш можеме да го употребиме како Т1 во шемата. Во таков случај отпорникот R2 е подобро да има вредност од 1,5КΩ, а отпорникот R3 нека биде со вредност од 10 KΩ. Се друго во шемата останува исто. Дарлингтон-трнзисторот има многу големо струјно засилување, па со употреба на таков транзистор ќе добиеме многу почувствително фото-реле.
Како и кај првата шема, и овде со вртење на потенциометарот P1 се нагодува на кое ниво на светлина ќе се вклучи или исклучи фото-релето.
Претходните две Фото-релиња можат да работат и со други напони на напојување, а елементите не се критични и можат да се употребат слични транзистори и вредности на другите елементи. На пример, напонот на напојување namesto 12V, може да биде 5V, но тогаш треба да се употреби реле со работен напон од 5V, а пожелно е отпорникот R1 да се намали на 560 оми и вредноста на тример потенциометарот P1 да се намали на 1 MΩ.
Кај горната шема релето се вклучува кога сензорот е во темно (не е осветлен), а исклучува кога сензорот е осветлен.
Ако сакаме овој електронски склоп (фото-реле) да работи обратно, односно релето да биде исклучено кога сензорот е во темнина (кога не е осветлен), а да се вклучува кога сензорот е осветлен, тогаш треба да ги смениме местата на потенциометарот P1 со фото-сензорот, а отпорникот R1 да го исфрлиме. На тој начин шемата би изгледала вака:
3. ФОТО-РЕЛЕ (СО МНОГУ ГОЛЕМА ЧУВСТВИТЕЛНОСТ) СО ИНТЕГРИРАНО КОЛО И ЕДЕН ТРАНЗИСТОР
Во оваа шема се сретнуваме со еден електронски полупроводнички елемент кој се нарекува интегрирано коло. Во интегрираното коло со ознака LM741 има 20 транзистори, 11 отпорници и еден кондензатор спакувани во едно мало пластично кучиште со големина 8 x 6 mm. Изгледот на интегрираното коло LM741 и распоредот на електродите („изводи“, „нозички“, или „пинови“) се прикажани во прилог на крајот од оваа статија.
Оваа варијанта на фото-реле има многу голема чувствителност. Со потенциометарот P1 може да се нагоди прагот (нивото на светлина) при која ќе се вклучи релето. Поради големата чувствителност на оваа вартијанта на фото реле, дури и многу мали промени на светлината можат да се детектираат и да се вклучи или исклучи релето.
Како што може да се забележи на шемата, колото LM741 игра улога на напонски компаратор и има два влеза, позитивен (+) и негативен влез (-). Напонскиот компаратор ги споредува напоните на своите два влеза. И на двата влеза има поврзано елементи кои образуваат напонски делители. На позитивниот влез (означен со +) елементите R1, R2 и P2 го сочинуваат едниот напонски делител. На негативниот влез (означен со -) од колото LM741 е приклучен вториот напонски делител кој го сочинуваат тример потенциометарот P1 и фото-сензорот FT. Овој напонски делител ќе го менува напонот на негативниот влез од LM741, во зависност од количеството на светлина кое ќе падне на фото-сензорот.
Кога напонот на негативниот влез од LM741 е помал од напонот на позитивниот влез, излезот на колото LM741 ќе биде низок. Базата на прекинувачкиот транзистор Т ќе има понизок напон од оној кој е потребен за да се вклучи релето, па релето ќе биде исклучено.
Кога нивото на светлина кое го осветлува фото-сензорот FT ќе се намали, напонот на негативниот влез од колото LM741 ќе порасне, па во еден момент ќе стане еднаков или повисок од напонот на позитивниот влез од колото LM741, кој претходно е нагоден со потенциометарот P2. Во таков случај, излезот од колото LM741 ќе стане висок, а со тоа напонот на базата од прекинувачкиот транзистор ќе биде повисок од 0,7 V, па транзисторот ќе го вклучи релето.
Оваа шема е дизајнирана да работи со напон од 12V, но може да работи и со пониски напони, доколку релето се одбере да биде за тој напон.
Потребен материјал
Во оваа шема релето се вклучува кога сензорот е во темно (не е осветлен), а исклучува кога сензорот е осветлен.
Ако сакаме овој електронски склоп (фото-реле) да работи обратно, односно релето да биде исклучено кога сензорот е во темнина (кога не е осветлен), а да се вклучува кога сензорот е осветлен, тогаш треба да ги смениме местата на потенциометарот P1 со фото-сензорот. Во тој случај шемата би изгледала вака:
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Која од овие претходно опишани шеми да се употреби?
Најнапред да кажам дека сите уреди направени според шемите објавени во оваа статија работат одлично. За која од нив ќе се одлучиме зависи од тоа за каква намена сакаме да го користиме фото-релето.
Фото-реле направено според шемата број 1 ќе биде наједноставно и најевтино. Цената на сите делови, не сметајќи го релето, чини само околу едно евро. Ова фото-реле е идеално да се употребува за вклучување и исклучување при поголема промена на светлината. На пример, за да го вклучи светлото во дворот кога ќе се стемни, а да го исклучи наутро кога ќе се раздени. Мали светлосни промени, како што се сенки, не влијаат многу на работата на ова фото-реле. Исто така може да се употребува и за детекција дали некое светло е вклучено или исклучено...
Второто фото-реле направено според шемата со број 2 е многу почувствително на светлосни промени. Дарлингтоновиот транзистор значително ги засилува малите промени во напонот предизвикани од фото-сензорот. Сепак, се уште е присутна мала разлика помеѓу интензитетот на светлина при која релето ќе вклучи и интензитетот на светлина при која релето ќе исклучи (се уште има мала хистереза).
Третото фото-реле направено според шемата со број 3 (со интегрирано коло), е најчувствително и најпрецизно. Сосема мали промени на интензитетот на светлината можат да предизвикаат вклучување или исклучување на релето. Ова фото реле може да се употреби за детекција на човек кој со своето движење предизвикува мали промени на нивото на светлина. За некои други потреби, треба да се размисли за додавање на некаков вид доцнење на излезот од интегрираното коло. Ако нивото на светлината е многу блиску до вредноста која сме ја нагодиле за да се вклучи релето, може да се случи, релето да вклучува и исклучува неколку пати во секунда. Ова е поради тоа што овој склоп нема речиси никаква разлика помеѓу интензитетот на светлина при која релето ќе вклучи и интензитетот на светлина при која релето ќе исклучи (има многу мала хистереза).
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Распоред на електродите кај најчесто користени треназистори според шемите опишани погоре
Откако ќе изберете некоја од предложените шеми кои се објаснети претходно во оваа статија, Поврзете ги елементите согласно шемата користејќи монтажна плочка или претходно изработена печатена плочка. Внимавајте на правилно приклучување на транзисторите, бидејќи доколку се поврзат погрешно, ќе изгорат. На следниве слики може да се види распоредот на приклучоците (база, емитер и колектор), за некои видови на транзистори:
. 
. 
Распоред на електродите кај интегрираното коло LM741 за шемата на фото-реле под број 3
На следниве слики е прикажан изгледот на колото 741 и распоредот на изводите („електроди“, „нозички“ или „пинови“):
. 
I Z33T home page I страници на македонски јазик I