Схема сенсорного выключателя, позволяющего коммутировать осветительную лампу мощностью до 100 Вт, приведена на схеме.
Его основные узлы — триггеры DD1.1 и DD1.2, интегрирующая цепь R3R4VD2C3. управляемый источник тока на составном транзисторе VT1, VT2, вместе с конденсатором С5 образующий времязадающую цепь генератора импульсов на однопереходном транзисторе VT3. Импульсы генератора открывают тринистор VS1, включенный в диагональ выпрямительного моста VD7 — VD10, ко второй диагонали которого через нагрузку — лампу EL1 — приложено сетевое напряжение.
При включении питания цепь R10C7 обеспечивает установку триггера DD1.2 в состояние, соответствующее лог. 0 на выходе 13 и лог. 1 — на выходе 12. Так как конденсатор СЗ разряжен, транзисторы VT1 и VT2 закрыты и генератор импульсов на транзисторе VT3 не работает. Тиристор VS1 закрыт, амплитуда пульсирующего напряжения между его анодом и катодом почти равна сетевой. Неоновая лампа HL1 светится, сигнализируя о наличии напряжения в сети, исправности осветительной лампы EL1 и облегчая поиск выключателя в темном помещении.
Резисторы R11 и R13 вместе с конденсаторами С1 и С2 и стабилитроном VD1 образуют сглаживающий фильтр и стабилизатор напряжения питания микросхемы DD1. Благодаря диоду VD5 напряжение питания генератора импульсов на транзисторе VT3 остается пульсирующим, но амплитуда его не превышает суммы падения напряжения на диоде VD5 и напряжения стабилизации стабилитрона VD1. Номиналы резисторов R12 и R14 выбраны таким образом, что напряжение на базе транзистора VT4 ниже, чем на эмиттере. В результате транзистор закрыт. Ток, потребляемый в режиме «Выключено», немногим более 1 мА.
Чтобы включить свет, достаточно коснуться пальцем сенсора Е1, и наведенное переменное напряжение поступит на вход S триггера DD1.1. Цепь сенсора защищена от помех диодами VD3, VD4 и конденсатором С4. Хотя устройство гальванически связано с электросетью, опасности поражения током нет, так как благодаря высокоомному резистору R1 ток замыкания сенсора на землю не превышает совершенно безопасного для человека значения — 70 мкА.
На вход R триггера DD1.1 постоянно подана лог. 1, и триггер лишь выполняет роль формирователя прямоугольных импульсов, первый из которых через диод VD6 заряжает конденсатор С6 почти до напряжения питания. Возникший перепад напряжения поступает на вход C счетного триггера DD1.2 и изменяет состояние последнего. Так как постоянная времени разрядки конденсатора C6 через резистор R6 значительно больше периода повторения импульсов (20 мс), длительность удержания пальца на сенсоре не играет никакой роли, а после «отпускания» сенсора требуется некоторое время для восстановления чувствительности к его касанию.
С появлением на выводе 12 триггера DD1.2 лог. 0 начинается зарядка конденсатора СЗ через резисторы R3 и R4. В результате плавно возрастает коллекторный ток составного транзистора VT1, VT2 и генератор на транзисторе VT3 формирует импульсы, открывающие тиристор VS1 со все меньшей задержкой относительно моментов перехода сетевого напряжения через ноль. Визуально это проявляется в нарастании яркости свечения лампы EL1 и постепенном погасании неоновой лампы HL1.
С уменьшением амплитуды напряжения на тринисторе падает ток, протекающий через резисторы R11 и R13. Чтобы не допустить чрезмерного уменьшения напряжения питания узла управления, использован следующий прием. Поскольку на выходе 13 триггера DD1.2 лог. 1, напряжение на базе транзистора VT4 положительно относительно его эмиттера. Открывшийся транзистор шунтирует резистор R11, в результате чего ток продолжает ограничивать резистор R13 значительно меньшего номинала. Минимальная задержка открывающих импульсов выбрана такой, что амплитуда напряжения на тринисторе остается достаточно большой и напряжение питания микросхемы DD1 не падает ниже 7…8 В.
При повторном касании сенсора Е1 состояние триггера DD1.2 вновь изменяется, устройство возвращается в исходный режим и лампа EL1 гаснет. Этот процесс занимает некоторое время, в течение которого конденсатор СЗ разряжается через диод VD2 и резистор R3. Значительно уменьшать номинал резистора R3, чтобы ускорить погасание лампы, нельзя. Это приведет к перегрузке выхода триггера DD1.2 разрядным током конденсатора С3.
Тринистор VS1, возможно, придется выбрать из нескольких однотипных, так как не все экземпляры устойчиво работают в предлагаемом устройстве из-за большого разброса тока включения. В качестве стабилитрона VD1, кроме указанного на схеме, можно применить любой другой малой или средней мощности с напряжением стабилизации 10…13 В, например, Д814Г, Д814Д, КС210Ж, КС211Ж, КС213Ж. Диоды VD2-VD6 — любые маломощные, но VD2 обязательно должен быть кремниевым. Транзисторы VT1, VT2 — серий КТ361, КТ3107 или КТ118 с любыми буквенными индексами. Однопереходный транзистор КТ117А (VT3) вполне заменим двумя обычными биполярными транзисторами, соединенными по схеме, показанной на рисунке 2. Замену транзистору VT4 следует подбирать с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 350 В. Подойдут, например, транзисторы КТ604А, КТ605А.
Номинал и мощность резистора R1 (3 МОм, 0.5 Вт) выбраны исходя из требований электробезопасности. При наличии свободного места рекомендуется составить этот резистор из нескольких меньшего номинала, соединенных последовательно. Особых требований к другим деталям нет.
При налаживании выключателя необходимо соблюдать осторожность, так как его цепи непосредственно связаны с электросетью. Первое подключение собранного устройства к сети производите, предварительно разорвав соединение управляющего электрода тринистора VS1 с резистором R7. Прежде всего проверьте напряжение на конденсаторе С2. Оно должно быть в пределах 10…13 В. Измеряя авометром напряжение на выводах 12 и 13 триггера DD1.2, убедитесь, что состояние последнего изменяется при касании сенсора рукой. Неполадки возможны из-за ошибок в монтаже, неисправных деталей или плохих паек. Иногда приходится поменять местами провода сети.
В состоянии «Выключено» (лог. 0 на выводе 13 DD1.2) подберите номинал резистора R12 таким образом, чтобы напряжение на базе транзистора VT4 относительно эмиттера было отрицательным и составляло не менее 1 В по абсолютной величине (при сетевом напряжении 230 В). Теперь можно соединить управляющий электрод тринистора с верхним (по схеме) выводом резистора R7 и, касаясь сенсора убедиться, что лампа EL1 надежно включается и выключается.
Во включенном состоянии подберите номинал резистора R5. Для этого временно замените его переменным (номиналом 22…47 кОм), установите движок в положение максимального сопротивления и вращайте его в сторону уменьшения, пока напряжение на стабилитроне VD1 не уменьшится приблизительно до 7 В. Яркость свечения лампы EL1 при этом должна быть близка к максимуму. Замените переменный резистор постоянным найденного или на 5…10 % большего сопротивления. Если оставить здесь переменный резистор, с его помощью можно оперативно регулировать яркость освещения. В этом случае последовательно с переменным обязательно включите постоянный резистор, ограничивающий минимальную длительность задержки, а номинальную мощность резистора R13 увеличьте до 2 Вт.
Скорость нарастания яркости освещения после включения зависит от номинала резистора R4. Подберите его таким, чтобы максимальная яркость достигалась через 2…3 с. Если удалить диод VD2, таким же медленным станет и погасание лампы.
