Схема включения и выключения нагрузки касанием пальца, простое триггерное сенсорное реле на К561ТМ2.

Схема включения и выключения нагрузки касанием пальца, простое триггерное сенсорное реле с фиксацией

Перечень компонентов, которые используются в этой схеме:
R1 — 2 мОм
R2 — 10 мОм
R3, R4 — 100 кОм
R5 — 10 кОм
R6 — 2 мОм
C1, C2 — 0,22 мкф
VT1 — КП501
VT2 — КТ815, КТ817
VD1 — 1n4007
VD2-4 — любые светодиоды с напряжением питания как у источника питания
K1 — Любое реле с напряжением питания как у источника питания

В этой статье вашему вниманию предлагаю достаточно простую схему сенсорного переключателя (который может включать и выключать электрическую нагрузку), что имеет триггерную фиксацию своего рабочего состояния и срабатывает от простого прикосновения пальца к сенсорному проводу. Данная схема проверена и полностью работоспособна. После сборки сразу начинает нормально выполнять свою функцию. И перед тем, как приступить к описанию самой схемы для начала немного полезной информации о самой микросхеме К561ТМ2, на базе который и собрана эта схема.

микросхема К561ТМ2 устройство, цоколевка, внешний вид

Микросхема К561ТМ2 имеет два D-триггера, в каждом из которых имеется по 2 асинхронных установочных входа S и R для установки триггеров в состояние логической 1 и сброса информации. Двухтактный D-триггер работает так. По фронту первого импульса синхронизации на входе C, логический уровень присутствующий на входе D, записывается в первый однотактный D-триггер. По фронту второго импульса синхронизации, на выходе Q устанавливается уровень, присутствующий на входе D перед первым синхроимпульсом. В результате на выходе двухтактного D-триггера сигнал задерживается на один такт. Учтите, что напряжение питания подается на вывод 14, а общий провод подключается к 7-му выводу.

Основные характеристики микросхемы К561ТМ2:

Предельный диапазон напряжений питания — от 3 до 15 В;
Ток потребления — 20 мкА (Uп = 15 В);
Входные токи — не более 0,3 мкА;
Выходное напряжение низкого уровня (Uп = 10 В) — не более 1 В;
Выходное напряжение высокого уровня (Uп = 10 В) — не менее 9 В;
Выходной ток низкого уровня (Uп = 10 В) — 0,9 мА;
Выходной ток высокого уровня (Uп = 10 В) — 0,6 мА;
Время задержки распространения сигнала (Uп = 10 В) — не более 150 нс;
Температура окружающей среды — от -45 до +85 ° C.

Теперь о том, как работает данный сенсорный переключатель. На входе схемы стоит полевой транзистор VT1, задача которого усилить тот весьма малый сигнал, что идет от сенсора, когда к нему прикасаются. Дело в том, что вокруг нас всегда имеются электромагнитные поля. То есть, человек, сам о том не подозревая, является антенной для этих электрических полей. Когда же мы своим пальцем касаемся сенсора схемы, то имеющийся небольшой электрический потенциал передается на вход данного устройства. Величина этого сигнала исчисляется в милливольтах, но и его хватает чтобы полевой транзистор его уловил и усилил в десятки и сотни раз.

С выхода полевого транзистора уже усиленный сигнал в виде кратковременного импульса переменного напряжения передается на вход триггера D1, который собран на микросхеме К561ТМ2. Задача триггера заключается в том, чтобы входной сигнал в виде импульса зафиксировать в одном из двух устойчивых состояниях. Это либо состояние включенной нагрузки, либо состояние отключенной нагрузки. Проще говоря, если бы триггера не было, то схема работала бы так – когда мы прикасаемся к сенсору схемы, то нагрузка включается, а как только мы перестаем касаться сенсора, то и нагрузка также отключается. Такой режим конечно не совсем удобен и подходит далеко не для всех случаев его использования. Ну, а триггер помогает чётко зафиксировать определенное состояние и имеющаяся нагрузка будет при одном касании включаться, а при повторном касании – отключаться.

На выходе триггера D1 стоит дополнительный усилительный каскад в виде одного биполярного транзистора VT2 типа КТ815. Дело в том, что выходного тока может не хватать для того, чтобы управлять катушкой реле. И имеющейся транзистор, работая по схеме с общим эмиттером, просто до усиливает выходной сигнал триггера. Данный транзистор можно поставить любой аналогичный к примеру даже чуть помощней КТ817. В итоге мы имеем, при касании сенсора схемы малый сигнал усиливается полевиком, передается на триггер, который четко фиксирует одно из рабочих состояний (вкл. или выкл.), и передает на последующее усиление уже биполярному транзистору, который уже либо включает либо выключает реле.

В данном случае на схеме к контактам реле подсоединена нагрузка в виде обычный светодиодов VD2-4, которые будут или загораться или гаснуть. Естественно, вместо светодиодов можно поставить любую другую нагрузку, которая вам нужна. Как можно было заметить из характеристик, микросхема триггера может питаться от постоянного напряжения величиной от 3 до 15 вольт. Следовательно, и нагрузку можно подключать с таким же напряжением (которая на него рассчитана).

Параллельно катушки реле стоит защитный диод VD1, который защищает схему от случайных всплесков напряжения. Дело в том, что любая индуктивная нагрузка обладает эффектом возникновения самоиндукции. То есть, когда мы резко убираем напряжение с катушки реле, то на концах этой самой катушки кратковременно возникает импульс напряжения, который по своей величине может в несколько раз превосходить величину напряжения питания. Это напряжение самоиндукции легко может вывести из строя маломощные полупроводники, что работают в схеме. Это полевой транзистор, сама микросхема триггера и биполярный транзистор. Диод же, который имеет обратное включение, просто гасит возникающие всплески напряжения самоиндукции, тем самым защищая электронную схему от случайного выхода из строя. Диод можно поставить практически любой такого типа, даже маломощный.

На просторах интернета можно встретить упрощенный вариант схемы триггера на микросхеме К561ТМ2, который представлен на рисунке ниже:

простая схема триггера на микросхеме К561ТМ2 для сенсорного влючателя

Дело в том, что данный вариант триггера (без дополнительных компонентов в виде резисторов и конденсаторов) также рабочий, но он крайне не стабильный. То есть, у этой микросхемы достаточно высокое быстродействие. При однократном касании сенсора на вход триггера поступают множество кратковременных сигналов и микросхема триггера успевает быстро переключать свои состояния. В результате на выходной транзистор VT2 идет сразу несколько команд на включение и выключение реле. Этот процесс не позволяет сделать срабатывание схемы четко однократно и в итоге работа схемы становится неправильная.

Вариант схемы, что показан вначале статьи, более правильный и стабильный в своей работе. Добавленные в триггер дополнительные элементы в виде нескольких резисторов и конденсаторов делают небольшую задержку, создавая инерционность реагирования на входной сигнал, идущий от сенсора и первого усилительного каскада на транзисторе VT1. То есть, за счет этой небольшой задержки схема четко и хорошо срабатывает, правильно реагируя на одиночное касание к сенсору схемы.

Видео по этой теме:

P.S. Данную схему сенсорного переключателя (включателя, выключателя), имеющую триггерную фиксацию, которая еще называется триггерной ловушкой, можно например использовать в обычном светильнике. Сенсор выводим наружу светильника, реле подключаем к лампочке и при касании сенсора пальцем светильник будет загораться, а при повторном касании к сенсору светильник будет гаснуть. Удобно и практично.

 



Рекомендуемый материал по схожей тематике