Регулятор яркости фонаря. Схема, описание. Водонепроницаемый фонарик - KINFIRE KCH CREE T6 (18650) с регулируемой яркостью Схема и принцип её работы

В статье "Регулятор яркости фонаря", опубликованной в "Радио", № 7 за 1986 г., рассказывалось об электронном устройстве для управления яркостью карманного фонаря. Сегодня автор названной статьи предлагает усовершенствованный им вариант устройства, позволяющий придать фонарю дополнительную функцию светового маяка.

Регулировать яркость лампы карманного фонаря можно, конечно, переменным резистором, включенным последовательно с ней. Но, к сожалению, на резисторе при этом бесполезно теряется значительная мощность и КПД такого регулятора окажется невысоким. Более экономичным является ключевой регулятор, принцип его работы основан на том, что нагрузка подключается к источнику питания (батарее) не постоянно, а периодически - на промежутки времени, которые можно плавно изменять. В результате будет изменяться средний ток через лампу накаливания, а значит, и ее яркость.

Предлагаемый регулятор (рис. 1), как и упомянутый выше, встраивается в корпус фонаря и позволяет не только регулировать яр кость лампы накаливания от максимальной до слабого свечения. С его помощью фонарь легко превратить в световой маяк.

Основой такого регулятора является интегральный таймер DD1. На нем собран генератор импульсов. Частоту их следования (от 200 до 400 Гц) и скважность можно изменять. Транзистор VT1 выполняет роль электронного ключа - его работой управляет генератор. Принцип действия регулятора поясняют осциллограммы, приведенные на рис. 2.

В режиме регулирования яркости контакты переключателя SA1, совмещенного с переменным резистором R3, замкнуты. Перемещением движка резистора изменяют продолжительность зарядки и разрядки конденсатора С1, причем зарядка осуществляется через диод VD2, а разрядка - через VD3. Резисторы R1 и R2 сравнительно высокого сопротивления на работу генератора влияния практически не оказывают.

В одном из крайних положений движка резистора на выходе генератора (вывод 4) формируются короткие импульсы напряжения, открывающие транзисторный ключ (рис. 2, а). При этом лампа подключается к батарее на короткое время, яркость ее свечения минимальна.

В среднем положении движка резистора продолжительность времени, пока лампа подключена к батарее, равна продолжительности паузы (рис. 2,б). В итоге на лампе выделяется мощность, равная примерно половине максимальной, т.е. лампа станет гореть вполнакала.

В другом крайнем положении движка большую часть времени лампа остается подключенной к батарее и отключается только на короткое время (рис. 2, в). Поэтому лампа будет светить практически с максимальной яркостью.

На транзисторном ключе в открытом состоянии падение напряжения составляет примерно 0,2 В, что свидетельствует о достаточно высоком КПД такого регулятора.

В режиме светового маяка контакты выключателя SA1 разомкнуты, и зарядка конденсатора С1 осуществляется в основном через резистор R2 и диод VD1, а разрядка - через резистор R1. В таком режиме лампа подключается к батарее на несколько десятых долей секунды с интервалом в несколько секунд.

Выключатель SA2 - собственный выключатель фонаря, конденсатор С2 выполняет роль буферного накопителя энергии, облегчающего режим работы батареи GB1.

Испытания регулятора показали, что он нормально работает при снижении питающего напряжения до 2,2...2,1 В, поэтому его можно использовать в фонарях даже с батареями из двух гальванических элементов. Для указанного на схеме транзистора лампа накаливания может быть с током до 400 мА.

В устройстве допустимо использовать таймер КР1006ВИ1, диоды КД103А, КД103Б, КД104А, КД522Б, а также транзистор, специально предназначенный для работы в ключевых или импульсных схемах - с напряжением кол лектор - эмиттер в режиме насыщения 0,2...0,3 В, максимальным током коллектора не менее тока, потребляемого лампой накаливания, и коэффициентом передачи тока не менее 40. Для лампы накаливания с током до 300 мА подойдут, кроме указанного на схеме, транзисторы КТ630А - КТ630Е, КТ815А - КТ815Г, КТ817А - КТ817Г. Оксидные конденсаторы желательно использовать малогабаритные, например, серий К52, К53, К50 - 16, переменный резистор - СПЗ - 3 с выключателем, постоянные - МЛТ, С2 - 33. Резистор R3 можно применить и с большим в несколько раз номиналом, например 10, 22, 33, 47 кОм, но при этом придется пропорционально уменьшить емкость конденсатора С1, чтобы частота генератора практически осталась прежней.

Конструктивно регулятор проще установить в фонарь с так называемым "квадратным" корпусом, предназначенный для использования батарей 3336, "Рубин" и их зарубежных аналогов, а также - в "круглый", фонарь с разборными половинами пластмассового корпуса. В этом случае вначале на корпусе укрепляют резистор R3, а затем размещают остальные детали. Причем в любом варианте их удобнее устанавливать методом навесного монтажа: диоды и резисторы R1, R2 допустимо припаять к выводам резистора R3 и выключателя SA1. После монтажа и проверки детали надо закрепить и изолировать, к примеру, эпоксидным клеем.

Если режима светового маяка не требуется, регулятор можно упростить, исключив элементы R1, R2, VD1 и применив резистор R3 без выключателя SA1.

Налаживание устройства сводится к подбору резисторов R1, R2, R5. В режиме маяка подбором резистора R1 устанавливают продолжительность паузы между вспышками, а резистора R2 - длительность вспышки. Номинал резистора R5 зависит от типа и параметров транзистора, а также напряжения источника питания. Чтобы его подобрать, надо подать питающее напряжение примерно раза в два меньше максимального или минимальное, при котором регулятор работает устойчиво. После этого резистор R3 устанавливают в положение максимальной яркости и к выводам коллектора и эмиттера транзистора подключают вольтметр. Между базой транзистора и выводом 4 микросхемы временно устанавливают цепочку из последовательно включенных постоянного резистора сопротивлением 30 Ом и переменного - на 2,2 кОм. Изменяя сопротивление переменного резистора от максимального до минимального, контролируют напряжение на коллекторе транзистора. Отмечают положение движка, при котором дальнейшее уменьшение сопротивления резистора не приводит к заметному уменьшению напряжения на коллекторе. После этого измеряют получившееся общее сопротивление цепочки, и устанавливают постоянный резистор такого же номинала.

Чтобы регулятор мог работать с мощными лампами накаливания, потребляющими ток 1 А и более при питающем напряжении до 10...15 В, достаточно применить в качестве VT1 мощный составной транзистор с коэффициентом передачи тока несколько сотен (из малогабаритных подойдут КТ829А - КТ829Г КТ973А, КТ973Б). Необходимо только, чтобы напряжение питания не превысило максимально допустимое для микросхемы. Придется, конечно, использовать оксидные конденсаторы с соответствующим номинальным напряжением.

Схема такого регулятора приведена на рис. 80,а. На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор прямоугольных импульсов с частотой следования 100… 200 Гц. Резистором R1 регулируют скважность импульсов примерно от 1,05 до 20. Импульсы генератора поступают на согласующий каскад, собранный на элементах DD1.3, DD1.4, а с его выхода — на электронный ключ VT1, в коллекторной цепи которого включена лампа накаливания ELI.

Включение электронного регулятора осуществляется выключателем SA1, совмещенным с резистором R1. Выключателем SA2 самого фонаря можно подавать напряжение батареи GB1 непосредственно на лампу накаливания, минуя регулятор.

Монтажную плату регулятора (рис. 81) закрепляют на боковой стенке фонаря рядом с отражателем. Под ручку переменного резистора в задней стенке фонаря пропилено прямоугольное отверстие. Конденсатор G2 размещают в любом свободном месте, желательно ближе к печатной плате.

Рис. 80. Схема регулятора яркости фонаря (а) и вариант его выходного каскада (б)

Регулятор рассчитан на совместную работу с лампой накаливания, потребляющей ток не более 160 мА. Для лампы, потребляющей ток до 400 мА, электронный ключ регулятора дополняют вторым транзистором, как показано на рис. 80,6.

Схема другого варианта регулятора яркости карманного фонаря (схема сенсорного светильника ) приведена на рис. 82. В нем функцию регулирующего элемента выполняет двухконтактный сенсорный элемент, который размещают на корпусе фонаря. На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор, вырабатывающий прямоугольные колебания со скважностью примерно 1,05, это означает, что почти постоянно на выходе элемента DD1.2 будет напряжение высокого уровня, и только в очень короткие промежутки времени напряжение низкого уровня. Эти импульсы через конденсатор С2 поступают на сенсорный элемент El, Е2, вход элемента DD1.3. Если сопротивление между контактами сенсорного элемента велико, то на входе элемента DD1.3 будут импульсы, аналогичные выходным генератора.

Рис. 81. Печатная плата (а) и размещение элементов регулятора яркости фонаря (б)

Рис. 82. Схема сенсорного регулятора яркости фонаря

Рис. 83. Монтажная плата (б) и конструкция сенсорного элемента

Поэтому большую часть времени на выходе элемента DD1.3 будет напряжение низкого уровня, т. е. транзисторы большую часть времени закрыты и лампа накаливания ELI не светится. Если теперь прикоснуться к сенсорному элементу, то сопротивление между его контактами уменьшится и конденсатор С 2 начнет заряжаться через это сопротивление. Чем меньше это сопротивление, тем быстрее осуществляется заряд и тем больший интервал времени на входе элемента DDil.3 будет напряжение низкого уровня, а на его выходе, наоборот, высокого, т. е. тем дольше будут открыты транзисторы VT1, VT2, а значит, больше яркость лампы накаливания. Прижимая пальцем контакты сенсорного элемента, можно изменять сопротивления между ними, т. е. регулировать яркость свечения лампы фонаря.

Литература: И. А. Нечаев, Массовая Радио Библиотека (МРБ), Выпуск 1172, 1992 год.