Вечная лампа» накаливания своими руками

«Вечная лампа» накаливания своими руками

Декларируемый производителями гарантийный срок службы обыкновенной лампы накаливания составляет 1000 часов. Это около 40 суток непрерывной работы. Но на практике «лампочка Ильича» служит намного дольше. И благодаря этому популярность её среди потребителей не снижается. Единственное уязвимое место лампы — вольфрамовая спираль, которая чувствительна к резким перепадам напряжения в сети. Но существуют несложные приспособления, которые устраняют этот риск, сглаживают неровности подачи тока.

Описание схемы

Общее решение показано на Рисунке 1. Общее усиление равно 1 + (R2/R1), а выходной ток равен I1 + I2. Оно применимо только на низких частотах, таких, как звуковые, где внутренняя задержка операционного усилителя пренебрежимо мала по отношению к длине волны входного сигнала. На высоких частотах выход A1 будет нести значительно большую нагрузку, чем A2, и удвоение тока на выходе никогда достигнуто не будет.

При высоких частотах более предпочтительна схема, показанная на Рисунке 2. Здесь два операционных усилителя работают параллельно. Так как сдвоенность гарантирует одинаковую задержку для каждого усилителя, на выходе борьба будет отсутствовать и в нагрузку пойдёт удвоенный ток. Общее усиление также равно 1 + (R2/R1).

Резисторы Rbm1 и Rbm2 являются резисторами согласования нагрузки. При работе на линию передачи Rbm1 и Rbm2 должны быть равны удвоенному характеристическому импедансу линии для её корректного подключения, так как они работают параллельно. Если точное соответствие нагрузке не требуется, то Rbm1 и Rbm2 просто изолируют выходы A1 и A2, ограничивая ток от любых смещений на выходе. Например, если между выходами двух операционных усилителей напряжение смещения было бы 10 мВ, то Rbm1 = Rbm2 = 5 Ом ограничили бы ток смещения значением 1 мА, в тоже время допуская максимальный размах выходного напряжения.

Собственноручное изготовление УПВЛ

Конечно, все подобные устройства для плавного включения ламп накаливания легко приобрести в любом магазине электротехники, но для кого-то будет интереснее и познавательнее собрать его своими руками. Это вполне возможно и не потребует огромных знаний физики и электроники. Наиболее простая схема включения УПВЛ – на основе симметричных триодных тиристоров (симисторов). Также несложны в изготовлении устройства на основе специализированной микросхемы.

Схема на основе симистора

Схема УПВЛ с применением симистора

Такая схема прибора для плавного включения ламп накаливания содержит мало элементов благодаря тому, что силовым ключом в ней выступает симистор (к примеру, КУ208Г). В ней хотя и желательно, но не принципиально присутствие дросселя (в отличие от более сложной схемы на основе простого тиристора). Резистором R1 (на схеме выше) обеспечивается ограничение тока на симистор. Время накала задается цепочкой из резистора R2 и конденсатора в 500 мкФ, питание на которые идет от диода.

Когда напряжение в конденсаторе достигает уровня открытия симистора, ток проходит через него, производя запуск потребителя (источника света). Таким образом, создаются условия для постепенного розжига нити накаливания, т. е. плавное включение света. В момент отключения питания происходит медленный разряд конденсатора, в результате чего плавно выключается лампа.

На основе микросхемы

Разработанная для изготовления различных регуляторов микросхема КР1182ПМ1 как нельзя лучше подходит для сборки своими руками устройства плавного включения и выключения ламп накаливания. В случае использования такой схемы практически никаких усилий прилагать не придется, т. к. КР1182ПМ1 будет сама регулировать плавную подачу напряжения на осветительный прибор до 150 Вт. Если же мощность потребителей выше, в схему включается симистор. Неплохо подойдет для этой цели ВТА 16-600.

УПВЛ с использованием микросхемы КР1182ПМ1

Имеет смысл использование подобных устройств не только с лампочками накаливания, но и с галогенными лампами на 220 В. Допускается также подключение к электроинструменту для более плавного раскручивания ротора. А вот с лампами дневного света, как и с энергосберегающими (КЛЛ), использование УПВЛ не допускается. В их схеме подключения подобное устройство присутствует. Также не нужно устройство плавного включения и при монтаже светодиодов – потребность в нем у LED-ламп отсутствует по причине того, что нити накала в них нет, независимо от того, 24-вольтовый светильник, на 220 или 12 вольт.

Схема подключения регулятора яркости света своими руками

Покупной диммер стоит не так уж дорого и изготовление светорегулятора своими руками может показаться неоправданным. Тем не менее, иногда необходимость в этом все же возникает. Так, например, далеко не всегда удается найти модель с подходящими для вашего светильника размерами.

Для изготовления диммера понадобятся такие детали, материалы и инструменты:

• симистор BT134 (700 В), либо BT136, BT138, MAC8S, MAC212-8, КУ208Г (назначение выводов выбранного симистора следует уточнить в Интернете);
• динистор DB3 (можно заменить на DB4, DC34, HT32, HT34, HT40,КН102);
• неполярный конденсатор с емкостью от 0,1 до 0,22 мкФ (250 В);
• резистор на 10 кОм с предельно допустимой мощностью от 0,25 до 2 Вт;
• любой компактный переменный резистор сопротивлением 470 – 500 кОм;
• кусачки;
• паяльник и материалы для пайки (припой, канифоль);
• кусок любого провода, например, ПУГНП с площадью поперечного сечения 1 кв. мм;
• изолента.

Подвергнув выводы радиодеталей лужению, к каждому из них следует припаять небольшой фрагмент провода. Далее детали соединяют по схеме.

Собранный прибор в целях безопасности лучше подключать в разрыв нулевого провода светильника. Его можно определить с помощью тестера или отвертки с индикатором.

Уменьшение электромагнитных помех от других обмоток

Часто вместо использования нескольких анодных трансформаторов питания используется одно аналогичное устройство, которое содержит несколько независимых обмоток для различных компонентов лампового усилителя.

Основной из них является обмотка блока питания в цепи накала ламп. В этих случаях возникают помехи между отдельными частями схемы. Например, при использовании импульсных источников питания, наличие коротких, но интенсивных импульсов тока усложняют условия функционирования первичной и вторичной обмоток.

Такие импульсы имеют частоту 50 Гц или 100 Гц, в зависимости от типа используемого выпрямителя. Они очень короткие и интенсивные, а также содержат достаточное количество высокочастотных компонентов, которые создают электромагнитные помехи. Эти помехи в дальнейшем распространяются через основные секции трансформатора. Когда помехи достигают обмотки нити накала, они одновременно создают помехи и в катодной цепи. Внешне они воспринимаются как низкочастотный шум, о котором уже упоминалось в начале статьи.

Помехи могут быть уменьшены путем замыкания их на землю с помощью конденсаторов низкой емкости, подключенных с двух концов устройства. Намоточные данные трансформатора питания для лампового усилителя при этом не изменяются.

Интересно, что любой вид трансформатора, встроенного в схему лампового усилителя, способен устанавливать иную частоту звука путем простой регулировки значений омического сопротивления динамиков.

Схемы

Так как устройство плавного включения ламп накаливания и галогенных ламп не представляет особой сложности с точки зрения схемотехники, его можно собрать своими руками. Процесс сборки может быть осуществлен:

• навесным монтажом;
• на макетной плате;
• на печатной плате.

И зависит от ваших навыков и возможностей самым надежным будет вариант на печатной плате, от навесного монтажа в этом случае лучше держаться подальше, если вы не владеете особенностями такого монтажа в цепях 220 В.

Плавное включение ламп 220 В: схема на тиристоре

Схема первая представлена на рисунке ниже. Основным ее функциональным элементом является тиристор, включенный в плечах диодного моста. Номиналы всех элементов подписаны. Если использовать ее в качестве плавного розжига для торшера, настольной лампы или другого переносного светильника – удобно заключить ее в корпус, подойдет распредкоробка для наружного монтажа. На выходе установить розетку для подключения светильника. По сути – это обычный диммер, и плавного пуска как такового здесь нет. Вы просто поворачиваете ручку потенциометра, плавно увеличивая напряжение на лампе. Кстати, такая приставка подойдет и для регулировки мощности паяльника или других электроприборов (плиты, коллекторного двигателя и т. д.).

Вариант реализации схемы

Плавное включение ламп 220 В: схема на симисторе

Можно уменьшить количество деталей и собрать такую же схему, которая установлена в фирменные блоки защиты. Она изображена на рисунке ниже.

Схема с симистором

Чем больше постоянная времени R2С1 цепочки, тем дольше происходит розжиг. Для увеличения времени нужно увеличить емкость C1, обратите внимание – это полярный или электролитический конденсатор. Конденсатор C2 должен выдерживать напряжение не менее 400 В – это неполярный конденсатор.

Чтобы увеличить мощность подключенных ламп – измените симистор VS1 на любой подходящий по току к вашей нагрузке.

Дроссель L1 – это фильтрующий элемент, он нужен для уменьшения помех в сети от включения симистора. Его использовать необязательно, на работу схемы не влияет.

Когда включается SA1 (выключатель), ток начинает течь через лампу, дроссель и конденсатор С2. За счет реактивного сопротивления конденсатора, ток через лампу течет маленький. Когда напряжение до которого зарядится С1 достигнет порога открытия симистора – ток потечет через него, лампа включится в полный накал.

Плавное включение ламп 220 В: схема на ИМС КР1182ПМ1

Есть вариант и плавного включения с помощью микросхемы КР1182ПМ1, она обеспечивает плавный пуск ламп и другой нагрузки мощностью до 150 Вт. Подробное описание этой микросхемы вы найдете здесь:

а ниже изображена схема устройства, она предельно проста:

Простая схема

Или вот ее модернизированный вариант для включения мощной нагрузки:

Проработанная схема

Дополнительно установлен тиристор BTA 16–600, он рассчитан на ток до 16 А и напряжение до 600 В, это видно из маркировки, но можно взять и любой другой. Таким образом, вы можете включать нагрузку мощностью до 3,5 кВт.

Устройство и принцип действия [ править | править код ]

Структура усилителя [ править | править код ]

Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями.

В большинстве усилителей, кроме прямых, присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики.

Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного сигнала.

Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.

Как и в любом активном устройстве, в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

Каскады усиления [ править | править код ]

Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями.

В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые), а в некоторых случаях могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы (а иногда и вакуумные) могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе микросхем), часто в одной микросхеме реализуется полностью законченный усилитель.

В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором (эмиттерный повторитель) (у биполярного транзистора), с общим затвором, общим истоком, общим стоком (истоковый повторитель) (у полевого транзистора) и с общей сеткой, общим катодом, общим анодом (у ламп)

(истоком, катодом) — наиболее распространённый способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, то есть является инвертирующим. (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко, является наиболее высокочастотным, фазу не сдвигает. (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным, истоковым, катодным), усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному . Применяется в качестве буферного усилителя. Важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазу не сдвигает.
• Каскад с распределенной нагрузкой — каскад, занимающий промежуточное положение между схемой включения с общим эмиттером и общим коллектором. Как вариант каскада с распределенной нагрузкой, выходной каскад усилителя мощности «двухподвес». Важными свойствами являются задаваемый элементами схемы фиксированный коэффициент усиления по напряжению и низкие нелинейные искажения. Выходной сигнал дифференциальный.

Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными.

• Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно.  — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°.

Режимы (классы) мощных усилительных каскадов [ править | править код ]

Особенности выбора режима мощных каскадов связаны с задачами повышения экономичности питания и уменьшения нелинейных искажений. В зависимости от способа размещения начальной рабочей точки усилительного прибора на статических и динамических характеристиках различают следующие режимы усиления