Универсальный индикатор для розетки

Универсальный индикатор для розетки (далее просто УИР) является устройством, повышающим удобство пользования электророзетками – источниками сетевого напряжения ~ 230 Вольт. Во-первых, УИР указывает местоположение розетки свечением белого СДИ (светодиодного индикатора), что очень удобно в темноте. При подключении нагрузки мощностью от 1 до 700 Ватт, УИР изменяет цвет свечения на синий. А когда нагрузка потребляет аварийно-чрезмерную мощность, то сгорает предохранитель в УИР и включается красный мигающий светодиод.

Таким индикатором желательно оснастить те розетки, от которых питаются устройства, не имеющие индикаторов включения и входных предохранителей или предохранителей в цепи первичной обмотки силового трансформатора. Когда между вилкой подключаемой нагрузки и розеткой отсутствует контакт, УИР будет светиться как обычно белым цветом, извещая об «отсутствии отбора мощности» нагрузкой. Если нагрузка «берёт мощность» (как говорят продавцы радиотоваров), цвет свечения УИР изменяется на синий.

Состав УИР

УИР состоит из (см. рисунок 1):
— предохранителя FU1 c индикатором перегорания предохранителя FU1 на элементах VD1, VD2, R1, HL1, C1, R3;
— силовой обводной цепи, собранной на диодах VD4 … VD6;
— датчика тока нагрузки, собранного на диодах силовой обводной цепи VD4 … VD6 и детекторе VD7, R2, C2;
— ключа на полевом транзисторе VT1; стоковой нагрузки VT1 — блока индикации на элементах VD8, HL2, R6, R7, VD3;
— делителя напряжения R4 R5 с ключом на полевом транзисторе VT2; стоковой нагрузки VT2 — блока индикации, собранного на элементах VD9, HL3, R8, R7, VD3.
— Розетки XS1 для подключения нагрузки.

Работа УИР

При перегорании предохранителя, ток начинает протекать через ранее шунтировавшиеся нулевым сопротивлением предохранителя FU1 элементы индикатора перегорания предохранителя. Выпрямительный диод VD1 пропускает только отрицательные (с верхнего по схеме провода) полуволны сетевого напряжения, которые через токоограничительный резистор R1 поступают на накопительный конденсатор С1 и подключённую параллельно ему нагрузку – МСД (мигающий светодиод) HL1. VD1 защищает HL1 от обратного напряжения, а стабилитрон VD2 предохраняет HL1 от перегрузки прямым током. Резистор R3 является нагрузкой индикатора перегорания предохранителя и необходим, чтобы при перегорании предохранителя красный МСД включался даже при обрыве в цепи нагрузки (и при вынимании сетевой вилки нагрузки из розетки).

Если к розетке XS1 не подключена нагрузка, то через диоды VD4 … VD6 ток не протекает, накопительный конденсатор С2 разряжен и полевой транзистор VT1 закрыт. Сопротивление перехода исток — сток стремится к бесконечности и ток стока VT1 равен нулю. Светодиод HL2 не светится. Зато на делителе напряжения R4 R5, подключённом параллельно каналу сток – исток VT1, присутствует высокое напряжение положительной полярности и с верхнего (по схеме) вывода резистора R5 около 5% этого напряжения подаётся на затвор полевого транзистора VT2. VT2 открывается и через его стоковую нагрузку VD9, HL3, R8, R7, VD3 протекает ток. Белый светодиод HL3 «Сеть ~230 Вольт» светится, указывая на наличие напряжения в сети и подсвечивая местоположение розетки XS1.

При подключении нагрузки к розетке XS1, ток нагрузки протекает через встречно — параллельно включённые диод VD4 и цепочку диодов VD5 … VD6. Отрицательные полуволны (с нижнего по схеме провода) сетевого напряжения проходят через VD4, а положительные – через VD5 и VD6. Прямое падение напряжения, выделенное на кремниевых выпрямительных диодах VD5 и VD6, через резистор R2 и диод VD7 поступает на накопительный конденсатор С2 и заряжает его до величины, превышающей напряжение отсечки (+ 0,6 Вольт) полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается и через его канал исток – сток, параллельно включённые VD8, HL2, R6, далее через резистор R7 и выпрямительный диод VD3 протекает ток. Синий светодиод HL2 ярко светится, сигнализируя о подключении нагрузки. Резистор R7 является токоограничительным. Диод VD3 запрещает протекание тока через цепь исток – сток VT1, светодиод HL2, резистор R7 при обратных полупериодах сетевого напряжения. Диод VD8 является атрибутом типовой схемы включения светодиода. Резистор R6 устраняет подсветку HL2 при закрытом VT1 и при необходимости подбирается в пределах от 3 до 8,2 кОм.

Зато на делителе напряжения R4 R5, подключённом параллельно каналу сток – исток VT1, падение напряжения уменьшается до 0,008 В и с верхнего (по схеме) вывода резистора R5 закрывающее напряжение подаётся на управляющий электрод — затвор полевого транзистора VT2. VT2 закрывается и через его стоковую нагрузку HL3, VD9, R8, R7, VD3 ток не протекает. Белый светодиод HL3 «Сеть ~230 Вольт» гаснет. (При этом, как было сказано выше, включается HL2 «Вкл. Нагрузки», указывая, что «есть контакт»).

Каскад на полевом транзисторе VT2 работает аналогично каскаду на VT1. Диод VD9 — атрибут типовой схемы включения светодиода. Резистор R8 устраняет подсветку HL3 при закрытом VT2 и при необходимости подбирается в пределах от 3 до 8,2 кОм.

Следует заметить, что прямое падение напряжения на датчике тока через нагрузку — диодах VD5 и VD6 — зависит от мощности нагрузки, подключённой к розетке XS1 и с уменьшением мощности нагрузки также уменьшается. Поэтому, чтобы индикатор «реагировал» даже на маломощные (менее 1 Вт) нагрузки, в схеме УИР применён сравнительно дефицитный полевой транзистор КП504А производства НПО «Интеграл» республики Беларусь. Он имеет максимальное напряжение исток — сток 240 Вольт и позволяет коммутировать ток в цепи стока до 0,25 А. Управляющее напряжение от 0 до 10 Вольт (не более) подаётся на затвор относительно истока. Транзистор КП504А имеет напряжение отсечки + 0,6 Вольта.

К недостаткам УИР следует отнести то, что нагрузка подключается к сети ~ 230 Вольт через силовую обводную линию на диодах VD4 … VD6. Это вызывает некоторое неудобство при установке УИР в стенную розетку. Алюминиевые сетевые провода, подходившие к розетке, отсоединяются от розетки и через специальные переходники подключаются к входу УИР.

Максимальная мощность нагрузки, подключаемая к розетке XS1, определяется максимальным прямым током диодов VD4 … VD6 (1,7 Ампера) и не должна превышать величину 500 … 700 Ватт.

Настройка УИР

Собранный без ошибок и из исправных деталей УИР работоспособен при первом включении. При необходимости, паразитную подсветку светодиодов HL2 и HL3 устраняют изменением (уменьшением) сопротивлений резисторов R6 и R8 (соответственно). Все перепайки делаются при вынутой сетевой вилке УИР из розетки «230 Вольт». А полевые транзисторы VT1 и VT2 на время пайки рекомендуется вынимать из сокет (если не приняты другие меры по защите полевых структур от статического электричества).

Детали УИР

В схеме применены резисторы типа МЛТ и мощностью 0,25; 1 и 2 Ватта. Конденсатор С1 – оксидный, типа К50 – 35 или зарубежного производства с рабочим напряжением не менее 16 Вольт. С2 – керамический типа КМ. Диоды VD1, VD3, VD8, VD9 КД105Б, КД102А или другие миниатюрные с допустимым обратным напряжением не менее 200 Вольт; VD4 … VD6 типа КД226В, КД226Г, КД226Д. Диод VD7 – германиевый Д2, Д9 с любой буквой. Стабилитрон VD2 – маломощный с напряжением стабилизации 3,9 … 5,6 Вольт, например, КС139, КС407А-Г, КС147А, КС447А, КС156А, 2С147А, в крайнем случае может быть заменён миниатюрным кремниевым выпрямительным диодом типа КД102А, КД102Б. Транзистор VT2 может быть заменён КП501А (с другой цоколёвкой). Светодиод HL1 можно заменить 5-миллиметровым красным МСД ARL-5013URС-B или немигающим повышенной яркости свечения, например, жёлтым ARL-5213UYC. В последнем случае конденсатор С1 можно исключить.

Схема УИР имеет одну интересную особенность: Если вместо указанных в схеме HL2 или HL3 применить мигающий, то свечение МСД (без параллельно включённого конденсатора фильтра) будет непрерывным (не мигающим). Светодиоды HL2 и HL3 можно заменить разноцветными низковольтными: зелёного (ARL-5213PGC), белого (ARL-3214UWC), голубого (ARL-3214UВC) цвета свечения, желательно повышенной яркости. Важно только, чтобы для будущего «пользователя розеткой» цвет свечения ассоциировался с соответствующим режимом работы УИР. Предохранитель FU1, рассчитанный на ток 3 Ампера, — керамический миниатюрный — устанавливается в головке держателя предохранителя типа ДПБ и вместе со светодиодами HL1, HL2 и HL3 выносится на переднюю панель розетки. Для обеспечения симметрии расположения трёх предметов – держателя предохранителя и двух СДИ равноудалённо от правого и левого края розетки, светодиоды HL2 и HL3 можно заменить одним, например полноцветным LF-5WAEMBGMBC (5 мм.; 4 СДИ в 1 корпусе), использовав два СДИ: синего и зелёного цвета. Суперяркие СДИ даже при малых рабочих токах имеют сравнительно высокую яркость свечения. При замене суперярких СДИ HL2 и HL3 на полноцветный, рабочий ток СДИ следует увеличить с 1 до 5 мА уменьшением номинала R7 cо 110 до 22 кОм. Уменьшать сопротивление R3 ниже 22 кОм (2 Ватта) не рекомендуется из-за ухудшения температурного режима УИР, а при рабочем токе полноцветного СДИ свыше 5 мА (от 5 до 20 мА) яркость свечения субъективно увеличивается незначительно. При этом в качестве HL1 также рекомендуется выбрать пятимиллиметровый МСД красного цвета свечения (ARL-5013URС-B). Заменить все три СДИ (HL1 … HL3) одним полноцветным, без заметного усложнения и переделки схемы не представляется возможным, так как сдвоенные пары СДИ имеют попарно объединённые катоды.

Конструктивно УИР встраивается в сетевую розетку, либо выполняется в виде переходника – удлинителя или разветвителя («тройника»), включаемого непосредственно в розетку. Возможен вариант установки УИР в корпусе наружной розетки прямоугольной формы типа УХЛ-4 ~220 В, 10А на конце удлинителя — «переноски» (смотрите чертежи печатной платы на рисунках 2 и 3).

Рисунок печати – «трассировки печатной платы» – (рисунок 2) может быть перенесён на медную фольгу методом термопереноса или переведены при помощи копирки и обведёны кислотостойкими перманентными маркерами. Подойдёт, например, перезаряжаемый (rechargeable) маркер «Edding 400» производства Германии; centropen 2846 CE PERMANENT или другие, специализированные, для подписывания компьютерных CD – дисков.

Травится плата в водной бане, в насыщенном растворе фунгицида (медного купороса) и поваренной соли (1 и 3 — 4 столовых ложки «с горкой» соответственно, растворённых в 250 — миллилитрах воды). Водная баня обеспечивает травление платы при температуре раствора около 90 … 100º С в течение 1 часа. «Оборудованием» для водной бани могут быть электроконфорка плиты, тазик и пол-литровая стеклянная банка с травящим раствором, поставленная в тазик с водой через 1-2 слоя картона (чтобы банка не лопнула). Регулятором мощности конфорки устанавливается температурный режим, поддерживающий медленное кипение воды в тазике. К двум отверстиям травящейся в банке платы желательно привязать петлю из суровой нити, за которую плату можно поднимать для оперативного контроля степени протравленности. После травления плата промывается тёплой водой, а защитный тонер (чернила маркера) соскабливается лезвием или смывается ватным тампоном, смоченным растворителем 647 (ацетоном) в хорошо проветриваемом помещении. Неиспользованный раствор медного купороса и поваренной соли для травления можно сохранять (в закрытой стеклянной банке) до 6 месяцев.

В авторском варианте ПП УИР установлена в розетку, имеющую размеры 67,5 х 67,5 х 28 мм. Для установки УИР во внутренние розетки может потребоваться уменьшить размеры печатной платы. В случае «тройника», однозначно контролируется надёжность подключения контактов лишь одного из трёх гнёзд переходника, к которому в первую очередь подключена нагрузка.

Информация для любителей изменять и улучшать радиотехнические изделия.

Для улучшения температурного режима УИР сопротивление резистора R3 увеличено с 36 кОм до 62 кОм. При этом понижение яркости свечения HL1 остаётся не заметным для глаз.

Некоторые особенности изготовления УИР

Рисунок 5.
Основные инструменты для изготовления ПП УИР изображены на рисунке 5. Всего несколько операций по термопереносу рисунка ПП на фольгированную сторону платы, травление, очистка от тонера, покрытие канифолью и можно приступать к пайке.

Рисунок 6.
Основные разновидности деталей, составляющих схему УИР, изображены на рисунке 6. Резисторы, диоды и транзисторы показаны в единичном экземпляре во избежание «перегрузки» иллюстрации.

Рисунок 7.
Основание для установки розетки изготовлено из 7-слойной фанеры, имеющей размеры 85х85х10 мм.

Рисунок 8.
Розетка к основанию крепится двумя винтами М4х22 мм, а фанерное основание прикручивается шурупами М4х26мм к деревянной или фанерной стенке. В авторском варианте основание прикручено к деревянной дверной клетке.

Рисунок 9.
Для того, чтобы сетевой шнур не выдёргивался из корпуса розетки, на шнуре завязан узел.

Рисунок 10.
Для улучшения температурного режима УИР двухваттный резистор R3 вынесен из ПП и установлен с противоположного края розетки на дополнительной плате так, как это изображено на рисунке 10.

Рисунок 11.
Только после окончательной сборки, фанерное основание розетки заклеено самоклеющейся плёнкой с текстурой «под дерево».

Рисунок 12.
Для того, чтобы текстурная самоклеящаяся пленка не задиралась, фанерное основание сначала сверлится, затем наклеивается плёнка, а отверстия в плёнке прокалываются шилом и аккуратно односторонними движениями надфиля «снаружи-внутрь» доводятся до размеров отверстий.

Рисунок 13.
Вид сверху на розетку в сборе показан на рисунке 13. Следует обратить внимание, что верхняя и нижняя стороны розетки имеют по одному ряду из 6 вентиляционных отверстий диаметром не менее 3 мм. Дополнительно для улучшения вентиляции верхняя крышка розетки «посажена» на фанерное основание с зазором 1,5 мм.

Литература: 1). Дж. Карр «Диагностика и ремонт аппаратуры радиосвязи и радиовещания». Москва, «Мир» 1991, с.141.

Источник