Фоторезистор своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 04.10.2024

Пришёл в гости друг с вопросом – а можно ли сделать фотореле для светодиодной кухонной подсветки? Подсветка самодельная – метр обычной светодиодной ленты с потребляемым током 0,3 А. Напряжение питание будет не очень стабильное – что то около 11 В. Нужно чтобы при наступлении вечерних сумерек освещение включалось, а при окончании утренних выключалось. Контроль уровня освещённости должен иметь петлю гистерезиса для того, чтобы исключить мерцание при включении освещения.

Датчиком освещённости является фоторезистор R1, образующий совместно с подстроечным резистором R2 делитель напряжения с возможностью изменения уровня контролируемого напряжения. Цепочка R3С1 – фильтр низкой частоты с частотой среза около 9 Гц (по -3dB). На транзисторах VT1 и VT2 собран триггер Шмита, обладающий петлёй гистерезиса (принципиальная схема взята из [1], стр.301) с порогами срабатывания около 0,63 В и 1,7 В при напряжении питания 12 В (величина петли определяется сопротивлением резистора R6 – чем меньше сопротивление, тем меньше разница между порогами срабатывания). При питании 10 В границы смещаются вниз – 0,62 В и 1,5 В. Выходной сигнал триггера управляет транзистором VT3, нагрузкой которого является светодиодная лента LS603 длиной 1 метр (рис.4). Резистор R7 ограничивает ток базы VT3. Падение напряжения на этом транзисторе в открытом состоянии не превышает 140 мВ.

Было собрана два варианта плат – с обычными выводными деталями и с SMD монтажом. Первый вариант был оставлен себе, второй отдан другу. На рисунке 5 показаны этапы изготовления фотореле с SMD деталями – голая плата, плата с деталями, настройка и то, что в итоге получилось в корпусе и было отдано на установку (схема на рисунке 6.) Некоторые номиналы резисторов отличаются от указанных на рисунке 3, транзисторы применены PMSS3904 (маркировка р04) и FMMT2907A (маркировка 2F). В самый последний момент в схему был добавлен ещё один подстроечный резистор сопротивлением 4,7 кОм – он установлен параллельно R5. Это даёт возможность менять границы петли гистерезиса (на схеме не показан, тип резистора – СП3-4бМ).

Для питания фотореле подойдут любые блоки питания – импульсные или трансформаторные (рис.8), главное, чтобы они могли долговременно работать с тем током, что потребляет лента (не менее 0,3 А) и чтобы их выходное напряжение было выпрямлено и отфильтровано и находилось в нужных пределах (11 В…13 В).

В результате всех этих экспериментов в моём варианте подсветка получилась достаточно яркой (рис.9.), хотя ещё не полностью сделана над электрической плитой.

Естественно, автоматическое включение подсветки можно использовать не только на кухне - можно оформить компьютерный стол, можно применить в комнатах, коридоре, мастерской или гараже.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, август 2018

Схемы фотореле для управления освещением

Одной из задач, выполняемых при помощи фотодатчиков, является управление освещением. Такие схемы называются фотореле, чаще всего это простое включение освещения в темное время суток. С этой целью радиолюбителями было разработано немало схем, вот некоторые из них.

Наверное, самая простая схема показана на рисунке 1. Количество деталей в ней, невелико, меньше уже не получится, а эффективность, читай чувствительность, достаточно высокая.

Это достигнуто тем, что транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме составного транзистора, называемой также схемой Дарлингтона. При таком включении коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления составляющих транзисторов. Кроме того, такая схема обеспечивает высокий входной импеданс, что позволяет подключать высокоомные источники сигнала, как показанный на схеме фоторезистор PR1.

Рисунок 1. Схема простого фотореле

Работа схемы достаточно проста. Сопротивление фоторезистора PR1 с увеличением освещенности уменьшается до нескольких КОм (темновое сопротивление несколько МОм), что приведет к открыванию транзистора VT1. Его коллекторный ток откроет транзистор VT2, который включит реле K1, которое своим контактом включит нагрузку.

Диод VD1 защищает схему от ЭДС самоиндукции, возникающей в момент выключения реле K1. Таким образом, очень маломощный сигнал фоторезистора преобразуется в сигнал достаточный для включения обмотки реле.

Чувствительность этой простой схемы достаточно высока, иногда просто избыточна. Чтобы ее уменьшить, и регулировать в необходимых пределах можно добавить с схему переменный резистор R1, показанный на схеме пунктиром.

Напряжение питания указано в пределах 5…15В, - зависит от рабочего напряжения реле. Для напряжения 6В подойдут реле РЭС9, РЭС47, а для напряжения 12В РЭС49, РЭС15. При указанных на схеме транзисторах ток обмотки реле не должен превышать 50мА.

Если вместо транзистора VT2 поставить, например, КТ815, то выходной ток может быть больше, что позволит применить более мощные реле. А вообще, чем выше напряжение питания, тем выше и чувствительность фотореле.

Схема фотореле с фотодиодом

Схема этого фотореле показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема фотореле с фотодиодом

Как и предыдущая, она также содержит минимальное количество деталей, благодаря применению операционного усилителя (ОУ). В данной схеме ОУ включен по схеме компаратора (сравнивающего устройства). Нетрудно видеть, что фотодиод LED1 включен в фотодиодном режиме, - питание подано так, что фотодиод смещен в обратном направлении.

Поэтому, при снижении уровня освещенности сопротивление светодиода Led1 возрастает, что приводит к уменьшению падения напряжения на резисторе R1, а следовательно и на инвертирующем входе компаратора OP1.

Напряжение на неинвертирующем входе ОУ устанавливается при помощи переменного резистора R2, и является пороговым - задает порог срабатывания. Как только напряжение на инвертирующем входе станет меньше, чем пороговое, на выходе компаратора появится высокий уровень напряжения, который откроет транзистор T1, который включит реле K1.

Реле и транзистор в этой схеме можно подобрать, руководствуясь рекомендациями к схеме, показанной на рисунке 6. В качестве компаратора можно использовать ОУ типа К140УД6, К140УД7 или подобные. Источник питания для схемы подойдет любой, можно даже бестрансформаторный, без гальванической развязки от сети. В этом случае при наладке следует быть внимательным, соблюдать правила техники безопасности. Идеальным вариантом следует считать использование для настройки схемы разделительного трансформатора или, как его иногда называют трансформатора безопасности.

Настройка устройства сводится к установке порогового напряжения таким образом, чтобы включение происходило уже при наступлении сумерек. Чтобы не дожидаться этого природного момента, можно в затемненной комнате засвечивать фотодиод лампой накаливания, включенной через тиристорный регулятор мощности. Эта же методика пригодна для настройки и других схем фотореле.

Возможно, что при срабатывании фотореле релюшка будет дребезжать. Избавиться от этого явления можно присоединив параллельно катушке электролитический конденсатор на несколько сотен микрофарад.

Фотореле на микросхеме

Специализированная микросхема КР1182ПМ1 представляет собой фазовый регулятор мощности, то же самое, что обычный тиристорный. Весьма важным и ценным свойством такого регулятора мощности является то, что он включается в схему как двухполюсник, не требуя для себя дополнительного провода питания: просто включил параллельно выключателю и все уже работает! На рисунке 4 показано, как на этой микросхеме можно построить несложное фотореле.

Рис. 3. Микросхема КР1182ПМ1

Рисунок 4 . Схема фотореле на микросхеме КР1182ПМ1

Управляющие выводы микросхемы 3 и 6. Если между ними подключить просто обычный однополюсный выключатель, то при его замыкании нагрузка будет отключаться! Если его разомкнуть, то нагрузка подключится. Кстати, без дополнительных внешних тиристоров или симистора, и даже без радиатора, микросхема выдерживает нагрузку до 150Вт. Это в случае, если при включении нагрузки нет бросков тока, как у ламп накаливания. Лампу накаливания в таком варианте можно включать мощностью не более 75Вт.

Просто выключатель к этим выводам подключать как бы ни к чему, если только в комплексе с другими деталями. Если не обращать внимания на фототранзистор и электролитический конденсатор, мысленно оставить только переменный резистор R1, то получается просто фазовый регулятор мощности: при перемещении его движка вверх по схеме выводы 3 и 6 замыкаются накоротко, тем самым отключая нагрузку, как упомянутым выше контактом. При перемещении движка вниз по схеме мощность в нагрузке изменяется от 0…100%. Тут все понятно и просто.

Если к этим выводам подключить электролитический конденсатор (считаем, что фототранзистора в схеме пока нет), то получится просто плавное включение нагрузки. Каким образом?

Сопротивление разряженного конденсатора невелико, поэтому поначалу управляющие выводы микросхемы 3 и 6 практически замкнуты накоротко и нагрузка отключена. По мере заряда сопротивление конденсатора возрастает (достаточно вспомнить проверку конденсаторов омметром), напряжение на нем тоже растет, мощность в нагрузке плавно увеличивается. Получается устройство плавного включения нагрузки. Причем мощность в нагрузку будет подана на столько, насколько введен движок переменного резистора R1. При отключении устройства от сети конденсатор разряжается через резистор R1, подготавливая устройство к следующему включению. Если конденсатор разрядиться не успеет, то плавного включения не будет.

Вот теперь и добрались до самого главного, до фотореле. Если теперь к управляющим выводам 3 и 6 подключить фототранзистор, то получится фотореле. Работает оно следующим образом. Днем при высокой освещенности фототранзистор открыт, поэтому сопротивление его участка коллектор – эмиттер невелико, выводы 3 и 6 замкнуты между собой, нагрузка отключена.

При плавном уменьшении освещенности в вечерние часы фототранзистор плавненько будет открываться, постепенно увеличивая мощность в нагрузке, то есть в лампе. Никаких пороговых элементов в этой схеме нет, поэтому лампа будет зажигаться и гаснуть постепенно.

Чтобы фотореле не сработало в тот момент, когда включится своя же лампа, фототранзистор желательно защитить от такой подсветки. Проще всего это сделать с помощью пластиковой трубки.

Существует жидкий фоторезист, который можно наносить кисточкой или в аэрозольных баллонах.

Поскольку его у мастера не имелось, было решено сделать его своими руками. Ранее было замечено, что фоточувствительный слой очень хорошо растворяется 646 растворителем. В результате получается жидкость, которая выступает как фоточувствительная краска.

Прежде чем начать разводить фоторезист, необходимо снять с пленки защиту. Для этого используется обыкновенный скотч. Нижний целлофановой снимается легко, а с целлофановым слоем надо немножко повозиться. На видео демонстрируется, как это сделать.

При работе с фоточувствительными материалами необходимо работать не при солнечном свете, так материал может он потеряет свои свойства.

Далее в стеклянную баночку нужно положить эти кусочки фоторезиста и залить немного растворителя. В таком состоянии нужно оставить раствор, чтобы пленка фоторезиста растворилась. Желательно раствор в баночках время от времени взбалтывать, чтобы ускорить процесс.

Автор наносил жидкий фоторезист с помощью краскопульта. Так получается наиболее ровный слой.

В качестве эксперимента попробуем на поверхности металлической пластины и ложки нанести слой жидкого фоторезиста. Для этого будет использовать краскопульт. После этого засветим фоторезист, проявим и посмотрим что получится.

Получился достаточно тонкий слой, поэтому нужно вторично проделать тоже самое. Фоторезист застывает достаточно быстро, поэтому не особо нуждается в каких-либо дополнительных процедурах, которые могли бы ускорить застывание.

Теперь нужно немного подождать, чтобы слой высох. Через полчаса фоторезист полностью высох и на ложке получилось синеватая поверхность. На пластине тоже самое. Теперь нужно взять какой-либо рисунок и засветить его на ложке и металлической пластине. На ложке засветим звездочку, вырезанную для простоты из обычной изоленты для демонстрации технологии. На пластине засветим более сложный рисунок.

Многие просто ставят пленку с рисунком и сверху стекло. Но можно воспользоваться клеем, намазать его на поверхности и просто приклеить пленку. Она очень плотно приклеивается и нет нужды использовать стекло. Клей очень хорошо смывается потом водой.

Засвечивать будем с помощью ультрафиолетовой лампы в течение в полторы минуты. Когда прошло 1,5 минуты, выключаем ультрафиолет, засветка закончилась. Теперь будем проявлять наши рисунки. После засветки фоторезист еще больше потемнел. Давайте снимем кусочек изоленты и пленки. Теперь проявим рисунки в растворе кальцинированной соды. На показанное количество воды нужно одна ложка кальцинированной соды. Проявляется достаточно быстро, время от времени нужно кисточкой или помазком, как надо на видео, промывать. Как видно, на пластине рисунок полностью проявился. Не засвеченные участки удалились а засвеченные и остались. После этого можно травить в хлорном железе или кислоте. Кстати, если не промывать проточной водой, фоторезист уйдет.

Это пожалуй самый простой датчик освещённости для включения лампы на 220V в сумеречное время который мне удалось найти, применить его можно у себя во дворе или подъезде. Схема фотореле состоит всего из 3-х распространённых элементов. Спаять данную конструкцию сумеречного датчика сможет любой человек у которого есть паяльник, припой и флюс, даже нет необходимости для этого вытравливать плату.

Детали для датчика освещённости: