Датчики и микроконтроллеры. Часть 3. Измеряем ток и напряжение / Хабр

Aneng VD802: бесконтактный индикатор напряжения с Aliexpress

Когда с электричеством не обращаются должным образом, это приводит к поражению электрическим током с неприятным опытом. Вот почему безопасность должна быть на первом месте при работе с электричеством. Во избежание травм, перед началом работы с электрическим блоком, таким как распределительный щит переменного тока или источник питания, вы должны сначала убедиться в отсутствии напряжения переменного тока. Это действительно трудно полностью изолировать устройство от основного источника питания; Итак, как вы можете быть уверены, что напряжение не осталось?

Виды индикаторных отверток, их устройство

В зависимости от конструкции, принципа действия, наличия дополнительных функций, все модели данных устройств подразделяются на простые, со встроенной батарейкой, бесконтактные и электронные.

Обычная (простая) с неоновой лампой

Простая индикаторная отвёртка

Самый простой тестер данного вида состоит из:

Корпуса из прозрачного яркого пластика;
Жала с плоским наконечником;
Резистора (сопротивления) номиналом 1мОм;
Неоновой лампы;
Контактной площадки.

Для более удобного ношения в верхней части корпуса прикреплена пружинная клипса.

Индикаторная отвертка на батарейках (с функцией прозвонки) контактного типа

Тестер на батарейках

По внешнему виду такой тестер очень похож на предыдущий вид. Отличие его заключается в том, что жало подключается к затвору полевого транзистора, вместо неоновой лампы в таком устройстве используется светодиод. В качестве питания для светодиода в корпус помещены 2 сменные часовые батарейки по 1,5 В каждая.

Тестеры напряжения бесконтактного типа

Бесконтактный тестер представляет собой приспособление, по форме и размерам похожее на маркер. Основной рабочей частью данного прибора является датчик, закрытый белым колпачком с коротким и круглым наконечником. Работает такой тестер от 2 элементов питания типа ААА (2 маленькие пальчиковые батарейки).

В некоторых моделях для удобства работы около наконечника имеется маленький светодиод для подсветки.

Электронные или умные индикаторы

Электронная индикаторная отвертка

Электронная отвертка тестер – индикатор, состоящий из короткого плоского жала, непрозрачного корпуса, маленького жидкокристаллического дисплея, двух небольших контактных площадок (полюсных кнопок).

На заметку. Помимо данных видов, встречается еще такой индикатор напряжения, как отвертка пробник, состоящий из двух соединенных проводом щупов, на одном из которых располагаются светодиоды, обозначающие определенное значение напряжения (от 5 до 220-360В).

Разновидности отверток индикаторов напряжения и правила использования ими

Хозяйственную деятельность любого предприятия и ведение домашнего хозяйства невозможно представить без электричестваэлектрическая энергия необходима для эффективной работы оборудования, техники, крупных и мелких бытовых приборов. проводки часто приводит к появлению разного вида неисправностей. В одном случае произойдет остановка домашних приборов и бытовой техники из за отсутствия напряжения сети. А в другой ситуации может начаться пожар, очагами возгорания которого могут стать искрящиеся выключатели, розетки, удлинители, а также вышедшие со строя источники искусственного освещения. Для решения такого рода проблем с электроснабжением в домах, квартирах, необходимы услуги профессиональных электриков. Они за определенную плату смогут устранить любые неисправности с проводкой и вернуть комфортные условия ведения домашнего хозяйства. Но большинство поломок можно устранить своими руками. Индикатор напряжения, его еще называют индикаторной отверткой или отвертка индикатор, в основном служит для определения, есть ли напряжение на участке сети, или нет. Это обеспечит безопасность во время проведения электроремонтных работ, подключения бытовых приборов, устранения неполадок, обусловленных прекращением подачи электрического тока. С ее помощью определить ноль и фазу в сети не составляет большого труда. Самостоятельное устранение проблем с электроснабжением является рациональным, экономически выгодным решением, позволяющим сэкономить денежные средства на оплату услуг электриков.

Классификация указателей напряжения

Индикаторы или указатели напряжения, применяемые в бытовых условиях, представляют собой компактные переносные устройства. Сюда же входит и мультиметр. Их основная функция заключается в определении наличия или отсутствия разности потенциалов на участках токоведущих элементов и частей. Все они оборудованы световыми сигналами – индикаторами, которые загораются в случае обнаружения напряжения на проверяемом участке и рассчитаны на разный вольтаж.

Индикаторы разделяются на устройства замеров напряжения до 1000 В и свыше 1000 вольт. Конструктивно они бывают одно- или двухполюсными.

Однополюсный индикатор напряжения касается только одной токоведущей части. Замыкание на землю происходит непосредственно сквозь человеческое тело при замыкании пальцем специального контакта указателя. Электрический ток, протекающий в этот момент, составляет не более 30 мА и совершенно безопасен для человека.

Данные индикаторы изготавливаются в виде отверток или авторучек. Все конструктивные элементы размещаются в диэлектрическом корпусе со смотровым отверстием. В первую очередь, это сам индикатор и резистор. Вверху расположен металлический контакт для касания, а снизу – щуп, соприкасающийся с токоведущими частями. С помощью этих приборов совершаются: определяется фаза и ноль, наличие напряжения на контактах автоматов и других предохранительных устройств.

Значительно больше функций у двухполюсных индикаторов напряжения. При совершении проверочных действий соприкосновение прибора происходит сразу с двумя точками участка или электроустановки. В результате, по устройству начинает протекать электрический ток и загорается индикаторная лампочка, мощностью не выше 10 Вт. Она потребляет очень малое количество тока, что совершенно не влияет на четкость и устойчивость сигнала. В качестве ограничителя тока в цепи устанавливается резистор, соединяемый последовательно с лампой.

Двухполюсный указатель используется при диагностике оборудования постоянного и переменного тока. Приборы этого типа могут выполнять более широкий диапазон мероприятий по сравнению с обычными индикаторами.

Однополюсный пробник

Используется только в цепях переменного тока напряжением до 1кВ. Требуют касания к оборудованию в одной точке. Цепь замыкается через человека на землю. Свечение индикатора вызывает протекающий емкостной ток.

Предназначен для проверки узлов вторичной коммутации. С его помощью можно обнаружить фазу в проводниках или на узлах любого низковольтного электрооборудования, в том числе бытового. Чаще всего применяется при работах с освещением, проверке патронов, выключателей, фразировке электросчётчика.

Самая распространённая конструкция представлена в виде отвёртки или авторучки. Позволяет проверить присутствие или отсутствие фазного напряжения. Корпус изготовлен из прозрачного диэлектрического материала. В нём расположены детали устройства:

штырь — отвёртка;
газоразрядная лампа — индикатор с порогом зажигания до 90 вольт;
резистор номиналом 1Мом, подключенный последовательно, обеспечивает безопасную величину тока (около 0,5мА), достаточную для свечения индикатора;
пружина — обеспечивает надёжный контакт между всеми деталями;
торцевой контакт для касания пальцем.

Выпускаются такие индикаторы под названиями: ИНО-70, ИН — 90, ИН-91 и другими. Недостатком этих устройств является низкая чувствительность и подверженность наводкам от соседней электропроводки.

Общие сведения об индикаторах

Устройства обнаружения потенциала на токонесущих элементах сети работают по различным принципам, связанным со свойствами электричества. Сообразно действию определённого качественного показателя изготавливают указатели низкого напряжения. Существуют нормативы, определяющие требования к приборам контроля.

Принцип действия

Внутри всякого предмета находятся электрические заряды: катионы, анионы, электроны. Их число определяет величину положительного или отрицательного потенциала. Разница значений этого показателя — это напряжение, при образовании которого в замкнутом контуре возникает движение зарядов — электрический ток. Это свойство используется при создании приборов для обнаружения потенциала:

на пути частиц устанавливают сопротивление, снижающее их концентрацию до безопасного для человека минимума;
остаток электричества преобразовывают в магнитную, световую, звуковую энергию;
по интенсивности полученного сигнала судят о наличии или отсутствии на проводнике потенциала.

Классификация изделий

Подобрать наиболее подходящий к условиям индикатор низкого напряжения поможет знание ассортимента выпускаемых промышленностью приборов. Разделение модификаций происходит по разным признакам. Производителями предлагаются конструкции по следующим категориям:

В зависимости от вида измеряемого тока — для работы в схемах постоянного или переменного напряжения.
По количеству операционных контактов — одно- и двухполюсные. Последние универсальны, ими пользуются для определения потенциала в любых цепях. Принцип их действия основан на прохождении активных электронов. Другое устройство у первого типа указателей — однополюсных: в них применяют свойства ёмкостного тока, и пользуются приборами только в переменных сетях.
По связи с токоведущими частями — контактные и бесконтактные, позволяющие обнаружить напряжение косвенным способом, не прикасаясь к элементу сети. Примером последнего типа приборов являются индикаторы китайского производства: MS-8 и 58. Состоят они из светодиода, радиодеталей и питаются от миниатюрных батареек, диапазон измерений бесконтактным способом 70―600 В, определение полярности — 1,5―36 В. Неопытным мастерам таким указателем лучше не пользоваться: он реагирует все окружающие предметы.
В зависимости от типа индикатора — цифровые и светодиодные.

Требования к изготовлению

К индикаторам напряжения до 1000 В предъявляются определённые условия, которые обязательны для производителей приборов. Полный список требований излагается в государственном стандарте. Наиболее важные условия следующие:

световой и звуковой сигналы отчётливо распознаются, интервал между импульсами длится не больше секунды, нагрузка на индикаторе — до 50 В;
однополюсный указатель заключён в 1 корпус, на котором есть электрод-наконечник, а на ручке — контакт для пальца руки оператора;
у приборов двухполюсных имеется 2 отдельные оболочки, соединённые проводом длиной метр и оснащённые каждый рабочим электродом с открытым жалом до 7 мм.

Указатели напряжения могут совмещать другие функции — поиск фазной жилы, проверка целостности сети, установление полярности. Условие расширения возможностей прибора — сохранение безопасности использования по основному назначению. До начала работы указатель проверяют потенциалом 2 кВ, включённым в течение минуты.

Бесконтактный указатель напряжения

При наличии прямого доступа к открытым контактам электропроводки или электроустановки, производить измерение напряжения легко. А как определить потенциал (хотя бы его наличие) в скрытой проводке?
Для этого существуют бесконтактные индикаторы (не путать с токоизмерительными клещами).

Такие указатели работают не напрямую с электрическим током, а с электромагнитным полем, возникающим вокруг проводника. Фактически, это трансформатор без сердечника, или катушка индуктивности.

Простейшие указатели реагируют на переменное магнитное поле. При его обнаружении срабатывает схема, собранная на триггерах, и на индикатор (LED элемент) подается напряжение. Для усиления эффекта обнаружения, параллельно включается звуковой сигнал.

Разумеется, ни о каких измерениях напряжения не может быть и речи. Мало того, наличие электромагнитного поля зависит от многих факторов, в том числе наличие рядом с проводником заземляющей шины. Иными словами, качественно (по требованиям ПУЭ) проложенный электрический кабель, бесконтактным пробником обнаружен не будет.

удобство применения: не надо искать открытые контакты;
безопасность: нет контакта с токоведущими частями.

в реальности прибор не гарантирует даже 50 % результата.

Исходя из принципа работы такого указателя, чем сильнее ток в кабеле — тем выше вероятность обнаружения потенциала. Соответственно, если электроприбор не включен, его питающий кабель не будет активно формировать вокруг себя электромагнитное поле. При этом потенциал на фазном проводе присутствует, и опасность поражения электротоком остается.

Перед использованием любого измерительного прибора убедитесь в наличии сертификата соответствия безопасности.

Автомобильный индикатор напряжения

Среди областей, где применение индикатора напряжения на светодиодах имеет неоспоримую пользу, можно выделить эксплуатацию автомобильного аккумулятора. Для того чтобы аккумулятор служил долго, необходимо контролировать напряжение на его клеммах и поддерживать в заданных пределах.

Предлагаем вам обратить внимание на схему автомобильного индикатора напряжения на , с помощью которой вы поймете, как изготовить устройство самостоятельно. RGB-светодиод отличается от обычного, наличием 3-х разноцветных кристаллов внутри своего корпуса

Данное свойство мы будем использовать для того, чтобы каждый цвет сигнализировал нам об уровне напряжения.

Схема состоит из девяти резисторов, трех стабилитронов, трех биполярных транзисторов и одного 3-цветного светодиода

Обратите внимание, какие элементы рекомендуется выбирать для реализации схемы

R1=1, R2=10, R3=10, R4=2.2, R5=10, R6=47, R7=2.2, R8=100, R9=100 (кОм).
VD1=10, VD2=8.2, VD3=5.6 (В).
VT – BC847C.
HL – LED RGB.

Результат такой системы следующий. Светодиод загорается:

зеленым – напряжение 12-14 В;
синим – напряжение ниже 11,5 В;
красным – напряжение свыше 14,4 В.

Это происходит за счет правильно собранной схемы. С помощью потенциометра (R4) и стабилитрона (VD2) выставляется низший предел напряжения. Как только разность потенциалов между клеммами батареи становится меньше указанного значения – транзистор (VT2) закрывается, VT3 открывается, синий кристалл индуцирует. Если напряжение на клеммах находится в указанном диапазоне, то ток проходит через резисторы (R5,R9), стабилитрон (VD3), светодиод (HL), естественно, светит зеленым, транзистор (VT3) находится в закрытом состоянии, а второй (VT2) – в открытом. С помощью настройки переменного резистора (R2), превышение напряжения больше 14,4 В будет отображаться свечением светодиода красного цвета.

Датчики и микроконтроллеры. Часть 3. Измеряем ток и напряжение

Мы переходим к завершающей части обзорного цикла датчиков, в которой рассмотрим датчики постоянного и переменного тока и напряжения. По всем остальным датчикам, которые не попали в основную серию мы сделаем дополнительные обзоры когда они вдруг понадобятся в будущих статьях.
Данная статья открывает новый цикл материалов про измерение параметров качества электроэнергии, куда войдут вопросы подключения датчиков тока и напряжения к микроконтроллеру, рассмотрение алгоритмов работы анализаторов качества электроэнергии, смысл тех или иных показателей качества электроэнергии и что они обозначают. Кроме того, мы затронем волнующую многих тему точности оцифровки и обработки данных, упомянутую в комментариях к первой статье.

Содержание

Часть 1. Мат. часть. В ней рассматривается датчик, не привязанный к какому-то конкретному измеряемому параметру. Рассматриваются статические и динамические характеристики датчика.
Часть 2. Датчики климат-контроля. В ней рассматриваются особенности работы с датчиками температуры, влажности, давления и газового состава
Часть 3. Датчики электрических величин. В этой части я рассмотрю датчики тока и напряжения

Бывает постоянный ток, бывает переменный. Бывает все и сразу, что иногда приносит много проблем. Но об этом позже. Для начала, разберемся с терминологией.

Рисунок 1: напряжение в цепях переменного тока
При измерении переменного тока мы имеем 4 различных величины, которыми будем руководствоваться при проведении измерений. Все нижеприведенные формулы и термины применимы и к измерителю тока.
1. Мгновенное значение напряжения — это разность потенциалов между двумя точками. Измеренная в определенный момент времени. Это значение является базовым во всех остальных вычислениях. Фактически, наша задача будет заключаться в считывании последовательного набора мгновенных значений напряжения через равные промежутки времени, чтобы впоследствии с их помощью получить некие другие данные.
u = u(t) (1)
Получится примерно следующий график:

Рисунок 2: Измерение серии мгновенных значений напряжения
При выборе частоты опроса датчиков мы руководствуемся теоремой Котельникова-Шеннона, когда для того, чтобы восстановить сигнал с частотой f необходимо производить считывание с частотой Больше чем 2f. Отмечу необходимость строгого неравенства, т. е. если нам надо оцифровать сигнал с частотой 50Гц, то считывание необходимо производить с частотой, не менее 101 Гц. Но, понятное дело, чем больше тем лучше.
Если вспомнить ГОСТ на показатели качества электроэнергии, то в разделе Гармоник мы найдем, что интересными для нашего измерения являются гармоники вплоть до 40, т. е. до 2кГц. И микросхемы счетчиков электроэнергии производят считывание с частотой 4096 раз в секунду. Степень двойки выбрана для того, чтобы можно было применять быстрые алгоритмы преобразования Фурье.
Имея этот большой набор данных, собранный за единицу времени, например, 1с переходим к следующим:
2. Амплитудное значение напряжения — которое определяется как максимальное по модулю значение из нашей выборки:
(2)
где [u(t)] – массив с данными.
Для гармонических колебаний это значение используется в следующей формуле:
(3)
3. Среднее значение напряжения, т. е. Среднее арифметическое, т. е. постоянная составляющая переменного напряжения.
(4)
Где — период дискретизации аналогового сигнала. Я намеренно пишу сумму вместо интеграла. В промышленной сети переменного тока среднее значение должно быть равно нулю. Если это условие не выполняется, могут быть определенные проблемы, так как постоянный ток подмагничивает трансформаторы, вводя их в насыщение, либо подогревает питающую линию. Последнее кстати может быть полезно для решения проблемы намерзшего льда на проводах — провод подогревают и лед отваливается.
В слаботочных аналоговых цепях постоянная составляющая присутствует сплошь и рядом и может быть очень полезна. А если она нам будет мешать, то мы от нее быстро избавимся, но об этом позже.
4. Среднеквадратичное значение напряжения. — известное также как действующее значение напряжения — на линейной активной нагрузке оно совершает ту же самую работу, что и постоянное напряжение аналогичного уровня. Определяется по следующей формуле:
(5)
При измерении напряжения в розетке нас, как правило, интересует именно это самое действующее напряжение, которое составляет 230/380В.
Амплитудное и действующее значения синусоидального напряжения связаны между собой через . Во время проектирования измерительной системы нас будет интересовать в первую очередь именно амплитудное значение напряжения и тока.
Во время измерений будем руководствоваться одной из следующих схем:

Рисунок 3: Подключение измерительных приборов
Загадка для ума — обе схемы подключения правильные, но при каких обстоятельствах важно правильно выбрать одну из них? Ответы в комментариях.

Датчики напряжения

Первым делом произведем измерение напряжения. Все нижесказанное относится к напряжениям не менее напряжения питания АЦП нашего контроллера. Таким образом, нам необходимо измерить напряжение с амплитудой большей, чем АЦП способен прожевать. Следовательно, уровень напряжения необходимо понизить — т.е. произвести ослабление сигнала.
Для малых напряжений (например как термоЭДС термопары из прошлой статьи) нужна обратная задача — усиление сигнала. Это более сложная задача и мы обязательно к ней вернемся в следующих статьях.
Поставим условие для расчета наших датчиков:
Измеряемое напряжение: переменное, 0-1000В, частота 50/60Гц. Для трехфазного напряжения в 380В амплитудное составляет почти 600В, а ведь есть сети и на 660В. Так что пусть будет. На самом деле этот расчет я взял из своей железки и переделывать его мне лень.
Выходное напряжение ± 1,65В — половина от питающего +3,3В

Делитель напряжения

широкий диапазон напряжений и частот, определяемый номиналами резисторов;
высокая точность, опять таки определяемая точностью и термостабильностью резисторов;
измеряет постоянное и переменное напряжение.

отсутствует гальваническая развязка — при взаимодействии с промышленной сетью необходимо предусмотреть защиту пользователя от электрических цепей, либо использовать гальваническую развязку;
низкий КПД — весь ток делителя уходит в тепло;

Трансформатор напряжения

огромный диапазон рабочих напряжений — до сотен киловольт и выше;
столь необходимая гальваническая развязка.

работает на определенной полосе частот;
работает только с переменным напряжением;

Электронный изолированный датчик

Недостатков и той и другой схемы лишен электронный изолированный датчик. Фактически, он представляет собой завершенное устройство. Внутри которого имеется и делитель напряжения, и операционные усилители, и блок гальванической развязки и схема изолированного питания всего этого безобразия:

Рисунок 9: Структурная схема электронного изолированного датчика
Мне попадались на глаза только промышленные датчики с выходом по напряжению 0-10В или по току 0-10мА. В отличие от предыдущих датчиков выдает однополярный сигнал. В принципе, такую схему можно разработать и самостоятельно, применив, к примеру. изолированный аналоговый усилитель вроде HCPL-7850. Главный недостаток схемы — очень сложно и очень дорого.
И как верно отмечает в комментариях тов. progchip666

Передать аналоговый сигнал с точностью даже один процент по гальваноразвязанному интерфейсу крайне трудно, поэтому часто в этом случае приходится перегонять его в цифру и в таком виде уже перегонять.
К сожалению на усилитель, изображённый на схеме надо ещё и питание подать. Разумеется от гальваноразвязанного источника.

гальваническая развязка;
высокая точность;
широкий диапазон напряжений и частот;
измеряет постоянное и переменное напряжение.

дорого;
сложная схемотехника.

Дополнительные ссылки

Датчики тока

Измерительный шунт

высокая точность;
широкий диапазон напряжений и частот;
измеряет постоянный и переменный ток.

отсутствует гальваническая развязка;
низкий КПД.

Измерительный трансформатор тока

гальваническая развязка;
работа с большими токами в тысячи Ампер;

измеряет только переменный ток в определенном диапазоне частот(кроме катушки Роговского);
изменяет фазу сигнала и требует компенсации

Датчики тока на эффекте Холла

Датчик ACS712 – измерение постоянного и переменного тока до 30А с точностью ± 1,5%
Датчик ACS713 – оптимизирован для измерения постоянного тока до 30А. Имеет вдвое большую чувствительность чем его универсальный собрат.
Датчик ACS754 – измерение постоянного и переменного тока до 200А с точностью ± 1,5%
Датчик ACS755 – оптимизирован для измерения постоянного тока.
Датчик ACS756 – датчик для измерения постоянного и переменного тока до 100А с напряжением питания 3-5В.

широкий диапазон измеряемых токов с частотой до 50-100кГц и выше;
измеряет постоянный и переменный ток.
гальваническая развязка

Дорого

Дополнительные ссылки:

Заключение

Я поставил перед собой задачу сделать обзорный материал по датчикам, наиболее часто используемым сообществом при разработке различных устройств. Большинство датчиков не вошли в цикл лишь по той причине, что в ближайшем будущем для моих материалов они не понадобятся, но некоторые из них в планах. Обязательно сделаю отдельный материал с датчиками ускорения, угловых скоростей, компасом и примерами, так что следите за новыми статьями!

Простой детектор напряжения своими руками, схема

Иногда нужно знать, где проходит проводка под штукатуркой, а иногда просто нужно узнать есть ли напряжение в розетке или в выключателе, не вскрывая его. Вот сегодня и соберём интересную поделку из простой схемы.

Для реализации нашей поделки понадобятся простые, радиоэлектрические элементы.

Три резистора номиналами 1м, 100ком и 10ом.

Один простой светодиод, я взял красный.

Батарейка в данном случае нужна будет крона 9 вольтовая.
Три транзистора типа 2N3904 или аналог.

Немного медной проволоки толщиной приблизительно 1 мм.

Ну и какую-нибудь основу, то есть каркас, я взял картонную трубку, которая осталась у меня после ремонта, а вам посоветую взять кусок от ПВХ трубы.

Собирать нашу поделку будем вот по такой простой схеме:

Собирать будем навесным монтажом, если у вас есть желание сделать и вытравить для этого плату, то это будет вообще классно.

Как я всё паял навесным монтажом, рассказывать я думаю не надо, будет всё понятно из фото…

Из медной проволоки мы делаем катушку-радар, её необязательно делать треугольниками, можно сделать и круглую. Приблизительно 5-6 витков я думаю хватит.

К спаянной схеме, припаял разъём для подсоединения батарейки, выключатель не стал ставить, так как батарейка и так быстро отсоединяется.

Собранную схему к трубке приклеил термоклеем и другие узлы тоже всё приклеил термоклеем.

Вот такой простой вид получился у нашей поделки, но работает она прекрасно, напряжение определяет точно, даже аккумуляторы и те показывает.

ДЕТЕКТОР СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Как известно, изолированное обнаружение сетевого напряжения важно во многих промышленных устройствах. Изоляция тут нужна для предотвращения прохождения постоянного или переменного тока между двумя частями устройства, позволяя при этом передавать сигнал и мощность между ними. Изоляция также развязывает разность потенциалов земли, обеспечивает помехоустойчивость и защиту от всплесков высоких напряжений. Традиционно для обнаружения напряжения используют оптопары постоянного или переменного тока (оптроны), которые устанавливают по пути прохождения сигнала. Вот простой модуль под названием «Датчик сети переменного тока 220 В».

Помните, никогда не прикасайтесь к плате после включения – вы можете получить удар током! Его принципиальную схему смотрите ниже:

Простая схема датчика сети 220 В

Оптрон PC817B содержит инфракрасный светодиод оптически связанный с фототранзистором, заключенный в 4-контактный DIP корпус. Типичное напряжение изоляции входа-выхода (среднеквадратичное значение) у PC817 составляет 5,0 кВ, напряжение коллектор-эмиттер от 35 до 80 В, а CTR (коэффициент передачи тока) от 50% до 600% при входном токе 5 мА.

Второй вариант схемы датчика сети 220 В

Схема не требует трансформатора переменного тока. Вместо этого напряжение снижается последовательным конденсатором (C1), подключенным непосредственно к сети 220 В. Напряжение переменного тока выпрямляется диодом D1, а результирующее напряжение постоянного тока сглаживается конденсатором C2. Стабилитрон ZD1 добавлен в качестве предварительного стабилизатора для полной защиты цепи. В случае обрыва на конденсаторе C2 (может из-за случайного перегорания R3 или PC1) напряжение на конденсаторе C2 фильтра ограничивается ZD1 примерно до 5 В. Это предотвратит взрыв конденсатора фильтра C2.

Когда будет на входе сеть, результирующий вход на базе T1 через PC1 приводит к тому, что T1 приводится в проводимое состояние током через PC1 и R4, тем самым давая сигнал низкого уровня на выходе с открытым T1, при подходящем сопряжении с внешней схемой с подтягивающим резистором. В случае отключения питания, возникнет сигнал высокого уровня на выходе.

Но можно сделать улучшенную версию такого датчика сети, адаптированную к цифровой технике. Очевидно, что самый простой и безопасный способ обнаружить сетевое электричество с помощью микроконтроллера – это использовать оптрон. Чтобы безопасно подключить такое опасное высокое напряжение как 220 В к оптрону, необходимо ограничить ток. Поскольку входное напряжение высокое, необходимо также учитывать номинальную мощность резистора.

Если нужен плавный / стабильный выход постоянного тока, для GPIO микроконтроллера например, немного доработаем схему. Емкость конденсатора (C) в этой новой версии не важна – от 2 до 10 мкФ будет нормально в большинстве ситуаций.

Еще одна хорошая идея – это использовать двунаправленную оптопару (также известную как оптопара переменного тока), которая имеет два внутренних светодиода, проводящих в противоположных направлениях. К примеру модель H11AA1.

Конструкция предлагаемого универсального детектора сети упрощает мониторинг сигнала высокого напряжения, поскольку обеспечивает сформированный цифровой выходной сигнал (H / L) с гальванической развязкой. Схема не требует каких-либо дорогих компонентов и может быть собрана за час.

Проект состоит из двух важных сегментов. Первый – обрабатывает вход высокого напряжения, а второй обеспечивает изоляцию между высоковольтной и низковольтной секциями. Предохранитель и металлооксидный варистор являются компонентами дополнительной защиты цепи.

Варистор на основе оксида металла (MOV), также известный как резистор зависимый от напряжения (VDR), представляет собой своеобразный резистор, который используется для защиты схем от высокого напряжения. Он способен уменьшать скачки напряжения.

В нормальных условиях сопротивление варистора очень велико, но когда подключенное напряжение становится выше, чем напряжение ограничения варистора, его сопротивление сразу становится очень низким. Варистор можно просто подключить между линией и нейтралью (фаза и ноль), но только после предохранителя. Тогда при коротком замыкании варистора сработает предохранитель и отключит сеть от устройства.

Подтягивающий резистор можно использовать с микроконтроллерами, у которых нет внутреннего такого резистора. Кроме того, 2-контактная перемычка поможет включить / выключить сглаживающий конденсатор при необходимости.

Окончательный несглаженный выходной сигнал (JP1 = Open) выглядит как левый сигнал на снимке осциллографа, а сглаженный выходной сигнал (JP1 = Close) как правый. Конечно сглаженный выходной сигнал не выглядит идеально ровным, но колебания не превышают 500 мВ.

Вход (где светодиод) в этом оптроне подключен к сетевому напряжению, обрабатываемому схемой емкостного делителя потенциала. Максимально допустимое коммутируемое напряжение оптопары составляет 30 В, а транзистор (T1), подключенный к выходу оптопары (фототранзистор), может выдерживать токи до 10 мА.

Возможным примером применения датчика будет его использование в качестве цепи сброса при включении питания. Другое применение – это система аварийного питания, сигнализации на основе микроконтроллера или в качестве схемы детектора сбоя / возобновления электроэнергии.

Бесконтактный детектор напряжения своими руками

Шаг 1:

На рынке доступно несколько вариантов, и они варьируются в цене, но если вы не хотите тратить много и если вы настоящий любитель самоделок, этот бесконтактный детектор напряжения переменного тока — правильный выбор для вас. После просмотра этого видео вы сможете сделать свой собственный тестер переменного тока менее чем за доллар.

Шаг 2:

Я собираюсь показать вам 3 способа создания собственных бесконтактных детекторов напряжения переменного тока с использованием:
IC 4017 Счетчик
Десятичных чисел 555 таймер IC
3 x NPN транзисторы общего назначения

Шаг 3:

Все эти детекторы напряжения работают по простому принципу электромагнитной индукции.
Магнитное поле создается вокруг проводника с током, и, если ток через проводник является переменным током (AC), создаваемое магнитное поле периодически изменяется. Когда мы помещаем антенну рядом с объектом, находящимся под напряжением переменного тока, небольшой ток индуцируется в антенну из-за электромагнитной индукции. Усиливая этот ток, мы можем зажечь светодиод или цепь зуммера, указывая на наличие переменного напряжения.

Шаг 4: Настройка с использованием IC 4017

Давайте начнем наше обсуждение с сборки схемы с использованием IC 4017. IC 4017 — это 16-контактный счетчик с десятичным числом, он используется для подсчета с малым диапазоном. Он может отсчитывать от 0 до 10 (число декад) последовательно в заранее определенное время и сбрасывать счет или удерживать его, когда это необходимо.
Для этой установки нам понадобятся:
IC 4017,
2N2222 NPN-транзистор общего назначения,
100 мкФ, конденсатор,
светодиод,
220 Ом, резистор 1K,
зуммер,
и самодельная антенна.

Шаг 5:

Подключите контакт 1 микросхемы к резистору 1 кОм. Другой конец резистора соединяется с базой транзистора.
Затем подключите контактный коллектор к -в ножкам светодиода, транзистора и зуммера. Ножки + ve соединяются с шиной + ve монтажной платы. Отрицательная шина соединяется с эмиттером, контактом 8, контактом 13 и контактом 15 микросхемы. Антенна подключена к контакту 14, который является входным контактом часов. Когда антенна получает входные тактовые импульсы, она перемещает счетчик, и светодиод мигает. Вы можете подключить кабель, подключенный к контакту 1, к любому из выходных контактов микросхемы. Если вы хотите, вы также можете подключить 3 или 4 светодиода к выходным контактам, чтобы придать ему эффект, похожий на чейзер.

Шаг 6: 4017 Демо

Теперь давайте сделаем быстрый тест. При перемещении провода под напряжением рядом с катушкой зуммер и светодиод начинают мигать. Но, как вы можете видеть, в некоторых случаях светодиод и зуммер не выключаются даже после того, как я уберу провод. Кроме того, эта настройка мигает, когда я кладу пальцы на катушку. Практически каждое второе видео на YouTube сделано с использованием этой сверхчувствительной ИС. Но, честно говоря, я не впечатлен этой настройкой.

Шаг 7: Настройка с использованием IC 555

Во второй настройке я использую 555 таймер IC.
Таймер 555 — это самая распространенная микросхема, используемая в проектах электроники, потому что он маленький, недорогой и очень полезный. Эта схема очень проста. Когда напряжение на контакте 2 падает ниже 1–3 В постоянного тока, выход на контакте 3 становится ВЫСОКИМ, а светодиод горит. Пока этот вывод продолжает оставаться при низком напряжении, вывод OUT будет оставаться ВЫСОКИМ. Таким образом, когда антенна обнаруживает переменный вход, выход становится ВЫСОКИМ и НИЗКИМ, а светодиод мигает соответствующим образом.
Для этой установки нам понадобятся:
IC 555,
конденсатор 4,7 мкФ,
светодиод,
220 Ом, резистор 10K,
зуммер,
и самодельная антенна.

Шаг 8:

Подключите контакт 1 к земле. Контакт 2 к антенне. Вывод 3 на светодиод и зуммер. Вывод 6 к выводу + ve конденсатора и вывод 7 к одному концу резистора 10К. Затем контакт 6 или пороговый контакт и контакт 7 или разрядный контакт должны быть соединены друг с другом. Контакт 8 и другой конец резистора 10K подключаются к шине + ve на печатной плате и, наконец, подключают все ветви -ve к отрицательной шине на печатной плате.

Шаг 9: 555 демо

Хорошо, теперь давайте сделаем быстрый тест.
Когда мы подносим провод под напряжением близко к антенне, зуммер и светодиод начинают гудеть и мигать; и, если я положу руку на антенну, это не повлияет на схему. Что делает эту настройку более надежной, поскольку я не получаю никаких ложных показаний.

Шаг 10: Настройка с использованием транзисторов

В окончательной настройке я использую 3 2N2222 NPN транзистор общего назначения.
Как известно, транзистор имеет три клеммы — эмиттер, базу и коллектор. Ток от коллектора к эмиттеру контролируется током базы. Когда базовый ток отсутствует, ток не течет от коллектора к эмиттеру. Таким образом, транзистор действует как переключатель. Таким образом, транзистор может быть ВКЛ, ВЫКЛ или промежуточным.
Для этой установки нам понадобятся:
3 x 2N2222 транзистора общего назначения,
1M, 100K и резистор 220 Ом со светодиодным
зуммером и самодельной антенной.

Шаг 11:

Подсоедините антенну к базе 1-го транзистора. Эмиттер подключается к базе 2-го транзистора и совпадает со следующим. Затем подключите резистор 1М к коллектору 1-го транзистора, 100 кОм для 2-го и 220 Ом последовательно со светодиодом и зуммером. Затем подключите все резисторы к шине + ve монтажной платы. И наконец заземлите эмиттер 3-го транзистора.

Шаг 12: Демонстрация транзисторов

В этой установке антенна подключена к базе первого транзистора. Когда мы подносим антенну близко к объекту, находящемуся под напряжением переменного тока, в антенну индуцируется небольшой ток из-за электромагнитной индукции. Этот ток запускает первый транзистор, а выход первого транзистора — второй и третий. Общее усиление (или отношение тока коллектора к базовому току) будет тогда умножением трех. Затем третий транзистор включает светодиод и цепь зуммера, указывая на наличие переменного напряжения.
Таким образом, яркость светодиода полностью зависит от тока базы. По мере увеличения потока яркость светодиода повышается, что дает эффект затухания. Вы должны быть очень близко, чтобы заставить эту вещь работать. Может быть, если я сниму крышку антенны, она будет работать хорошо, но опять эта схема не смогла произвести на меня впечатление.

Шаг 13: Пайка

Мне действительно нравится установка с использованием таймера 555 IC. Итак, не теряя времени, Давайте приступим к пайке всех компонентов на плате.
Я начну с пайки базы или розетки микросхемы. Гнездо IC используется в качестве заполнителя для микросхем. Они используются для безопасного извлечения и установки микросхем, поскольку микросхемы могут повредиться от тепла во время пайки. Затем я припаиваю резистор 220 Ом, светодиод и зуммер к контакту 3 микросхемы. После этого я припаиваю резистор 10К и конденсатор к плате.
При рассмотрении бытовых электроприборов ваша безопасность является главной целью. Если вы сталкиваетесь с большими счетами, мерцающими огнями и поврежденными приборами в вашем доме, сделайте одно из них и убедитесь, что домашний контур находится в надлежащем рабочем состоянии.
Затем я припаиваю защелку разъема 9V к плате. После пайки я соединяю все контакты + ve и -ve согласно электрической схеме. Как только все на месте, мне пора установить самодельную антенну.

Шаг 14: Тестирование

ОК, теперь интересный момент. Давайте посмотрим, как работает эта сборка, когда к ней подведен провод под напряжением. Похоже, я выиграл джекпот. Итак, теперь у вас нет причин обвинять государственную энергетическую систему, когда у вас плохая электропроводка в нашем доме. Идите и проверьте это сейчас ….

Шаг 15: Спасибо

Источник

Как самостоятельно создать детектор для обнаружения скрытой проводки

Зачастую даже «косметические» ремонтные работы в доме или квартире сопровождаются разрушением перегородок и других стен, перемещением розеток или выключателей. Одно дело, если данные процедуры выполняются в новостройке, другое — на объекте, сданном в эксплуатацию.

В последнем случае опасность демонтажа связана с тем, что под слоем штукатурки в стенах находятся электрические провода. Неправильная последовательность действий можно привести к смертельному удару током. Чтобы избежать подобных неприятностей, принято использовать специальные приборы. Ниже приведена основная информация, позволяющая создать детектор скрытой проводки своими руками.

Примечание. Если установкой электрической проводки занимались не вы, нельзя полностью быть уверенным в правдивости имеющихся схем. Возможно, впоследствии вносились какие-то изменения, но они не были зафиксированы в документах.

Предназначение сигнализаторов скрытой электрической проводки

Сигнализатор скрытой проводки иначе называется детектором переменного напряжения. Такое устройство используется для определения наличия тока в диапазоне действия. Главная особенность — отсутствие необходимости в подключении прибора к сети. Простое оборудование позволит обнаружить опасное напряжение, узнать, где расположены провода в бетонных и кирпичных стенах.

Это действие, которое важно выполнять перед штроблением или сверлением стен. В противном случае высока вероятность того, что сверло заденет проводку в стене. Это может привести ко многим негативным последствиям: неисправность всей системы, выход из строя инструмента, которым вы работали, получение увечий и другое.

Покупные приборы в специализированных магазинах электротехники и инструментов хороши и точны, но стоят очень дорого. А тратить большие деньги на то, что может пригодиться раз в пятилетку, не хочется. Альтернативный способ — сконструировать самодельный детектор скрытой проводки своими руками. На его создание уйдет минимум времени и сил. Вы сохраните деньги, получив аналогичный результат.

Типы индикаторов

Детекторы делятся на несколько разных типов. Их классифицируют по принципу действия, механизму, применяемому для оповещения пользователя при обнаружении проводов, и так далее. У каждого приспособления есть свои преимущества и недостатки.

Рассмотрим их ниже:

Электростатический индикатор скрытой проводки используется для поиска электрического поля, формируемого напряжением на проводах. Из достоинств выделим простоту схемы и возможность обнаружения тока на больших расстояниях. Минусы — возможность работы только в сухой среде, а также наличие напряжения в сети, чтобы зарегистрировать проводку.
Электромагнитный прибор фиксирует электромагнитное поле, создаваемое током, движущимся по проводам. Схема детектора максимально проста, позволяет добиться высокой точности. Недостаток аналогичен электростатическому аналогу: проводка должна быть под напряжением, при этом подключенная нагрузка — не ниже 1 кВт.
Индуктивный индикатор — по сути, обычный металлоискатель. Такое устройство самостоятельно создает электромагнитное поле, а затем фиксирует его изменения. Главное преимущество — нет необходимости в напряжении. Из недостатков — сложная схема и возможность ложных срабатываний, поскольку детектор будет фиксировать любые металлические изделия.
Комбинированный индикатор — заводские модели, в которых заложены разные принципы работы. На фоне высокой точности, чувствительности и эффективности единственным недостатком является большая стоимость.

Схемы индикаторов своими руками

Что касается методов оповещения об обнаружении проводки, детекторы делятся на несколько типов:

акустические (звуковой сигнал);
визуальные (информация на экране или мигающая лампочка);
комбинированные (и звуковые, и видеосигналы).

Ниже мы коротко расскажем о нескольких схемах построения самодельных сигнализаторов проводки. Независимо от выбранного варианта, после создания индикатора обязательно убедитесь в его работоспособности. Если будет нужно, то выполните калибровку.

Схема 1: искатель с акустической индикацией

Такой прибор для поиска скрытой проводки защищен от наведенного напряжения при помощи дополнительного сопротивления. Сам резистор устанавливается так, чтобы его можно было свободно исключить из системы, а устройство продолжило работать.

Антенна изготавливается из медного проводника длиной от 50 до 150 мм. При обнаружении электрического провода под напряжением прибор начнет издавать треск, издаваемый пьезоэлементом. Чтобы повысить громкость оборудования, можно подключить такой элемент через мост.

Схема 2: детектор с акустической и визуальной индикацией

Еще одна несложная схема самодельного детектора. Его можно построить на простом микрочипе. Основной особенностью данного решения является наличие сопротивления 50 МОм и выше, защищающего устройство от наведенного напряжения. Устанавливать ограничительный резистор для светодиода необязательно: эту задачу решает используемый микрочип.

Схема 3: искатель на полевом транзисторе

Нетрудно будет сделать сигнализатор проводки, используя полевой транзистор. Для этого необязательно хорошо знать принципы электротехники.

Прежде чем начинать процесс сборки, нужно обзавестись следующими инструментами и компонентами:

паяльник с канифолью и припоем;
нож, пинцет и кусачки;
транзистор модели КП303 или КП103;
динамик 1500-2100 Ом (такие раньше использовались в старых домашних телефонах);
батарейки на 1,5-9 В;
выключатель;
провода.

Особенностью работы с полевыми транзисторами является их уязвимость к электростатическому пробою. Поэтому важно выполнить заземление для металлических инструментов. Пинцет необходим для того, чтобы избежать соприкосновения с выводами данного элемента. Пальцами их трогать категорически запрещено!

Данный прибор будет работать по принципу улавливания электрического поля. Воздействуя на схему, электрическое поле меняет толщину n-p перехода, что уменьшает исток-сток или повышает проводимость сигнализатора. Все изменения соответствуют частоте сети, к которой подключены провода, формирующие поле. Поэтому сигнализатор будет издавать шум мощностью 50 Гц. Он будет возрастать по мере приближения к проводке.

Будьте осторожны при выполнении сборки, поскольку легко перепутать выводы на транзисторе. Управляющим выводом может быть затвор. Он фиксирует уменьшение или увеличение значения электрического поля. По этой причине транзистор стоит устанавливать в стальной корпус, коммутируемый с затвором. Он выполняет функцию антенны, принимая импульсы с проводки.

Чтобы визуально оповестить пользователя об обнаружении скрытых проводов, параллельно цепи исток-сток устанавливают стрелочный прибор с балластным сопротивлением (можно взять из магнитофона) либо монтируют миллиамперметр 1-10 кОм. Для подключения задействуют упругие одножильные провода. Чем ближе прибор к спрятанным проводам под напряжением, формирующим электрическое поле, тем сильнее будет сигнал.

Схема 4: с использованием Ардуино

Данная схема включена в статью просто для наглядного примера. Она является очень сложной, поэтому объяснять ее не имеет смысла. Те, кто разбираются в платах Ардуино, и без того знают, как построить на них детектор скрытой проводки.

Схема 5: сигнализатор обрыва провода

Это небольшое устройство может быть собрано и установлено внутри пустого корпуса от маркера. Антенна в данном случае выпускается через нижнее отверстие. Ее длина подбирается в соответствии с потенциальной глубиной залегания электропроводки. Обычно достаточно использовать антенну до 100 мм. Если провода спрятаны неглубоко, то можно обойтись длиной ножки на полевом транзисторе.

Функции тестера выполняет униполярный транзистор VT1. Как только затвор устройства будет расположен вблизи с проводами, понизится сопротивление на цепи сток-исток. В итоге будут открываться остальные транзисторы, включится светодиод, оповещающий об обнаружении проводки.

Полевой транзистор КП103 и светодиод АЛ307 могут быть заменены аналогичными изделиями. При выборе биполярных транзисторов особо не заморачивайтесь: используйте те, которые есть под рукой. Главное, найти устройство нужных мощности и проводимости. С другой стороны, должен быть высоким коэффициент передачи. Вместо КТ203 можно взять КТ361. Устанавливая КП103, проследите за тем, чтобы он был расположен горизонтально. Затвор компонента нужно загнуть так, чтобы он находился выше корпуса элемента.

Схема 6: на базе микросхемы К561ЛА7

Чтобы построить детектор обнаружения проводки данного типа, воспользуйтесь микросхемой К561Ла7, в которую следует добавить светодиод АЛ 307 или АЛ 336, а также батарейку на 3-15 В.

Стоимость схемы К561Ла7 составляет порядка 15-25 рублей. Антенна на входе подает сигнал, а светодиод, выполняющий функцию индикатора, будет оповещать вас о наличии напряжения. Логические компоненты следует вводить последовательно, поскольку на схеме К561Ла7 используются инверсивные выходы (когда есть сигнал на входе, его нет на выходе, и наоборот).

Универсальный детектор проводки

Для создания универсального сигнализатора скрытой проводки понадобятся знания в области радиостроения. Прибор конструируется на двух независимых блоках. Первый — искатель проводки под напряжением, второй — металлодетектор. Таким образом, вы сможете отыскать проводку, спрятанную в стальной металлоконструкции, или кабель, на который не подано напряжение сети. Устройство выполняет дополнительные задачи, связанные с поиском обесточенных проводов, арматуры, гвоздей и прочих металлических вещей.

Основная часть прибора состоит из двух усилителей КР140УД1208. В данном случае не используется звуковой сигнализатор. Транзистор КТ315 применяется для создания генератора высоких частот, а переменное сопротивление R6 помогает ему перейти к режиму возбуждения. Сигнал на выходе генератора выпрямляется за счет диода КД522. Компаратор, созданный на базе усилителя КР140УД1208ОУ, при помощи этого сигнала переводит генератор звуковых сигналов (К561ЛЕ5) в режим ожидания. При этом светодиод гаснет.

Вращая переменное сопротивление R6, транзистор КТ315 переходит в другой режим работы, близкий к порогу генерации. Состояние контролируется световым индикатором и звуковым генератором. Они будут выключены. Чтобы найти проводку, переместите прибор ближе к стене. Когда антенна из индуктивных катушек L1 и L2 окажется вблизи металла, изменится магнитное поле. Это приведет к срыву генерации, запуску компаратора и зажиганию светодиода. Пьезоизлучатель сформирует звук, частота которого соответствует 1000 Гц.

Малогабаритный металлодетектор

Главной особенностью сигнализатора данного типа является отсутствие необходимости в намотке катушки индуктивности, поскольку элемент заменен обмоткой реле. Изделие функционирует по принципу подсчета разностной частоты на двух генераторах. Один из генераторов будет менять частоту колебаний при сближении с объектом, внутри которого есть скрытый металлический предмет.

Основными компонентами являются генераторы LC и RC. К ним добавляют смеситель, компаратор и два каскада — выходной и буферный. Частота работы обоих генераторов приблизительно одинаковая. После прохождения через смеситель на выходе появляются три частоты. Последняя представляет собой разность двух предыдущих. Специальный фильтр высчитывает эту разность и подает сигнал на компаратор, который создает меандр с той же частотой. Формируются импульсы, которые человек слышит в виде потрескиваний. Частота звука такого потрескивания позволяет обнаружить проводку.

Нестандартные способы поиска скрытой проводки

Обнаружить скрытую проводку можно не только при помощи специализированного детектора. Можно воспользоваться и другими средствами. Мало у кого есть дома компас, однако при наличии данного инструмента можно самостоятельно найти провода в стене. Дайте нагрузку на электрическую линию, следите за отклонением стрелки, которая укажет на кабель.

Второй вариант намного эффективнее, но основан на приблизительно том же действии — силе магнита. К отрезку нити привяжите магнит, изготовленный из неодима. Ведите его вдоль перегородки или стены. Магнит будет отклоняться каждый раз вблизи арматуры или провода. Электрический ток генерирует магнитное поле, на которое реагирует самодельный инструмент.

Таким образом, для поиска скрытой проводки необязательно покупать дорогостоящие профессиональные приборы. Детекторы и сигнализаторы можно создать из подручных средств и недорогих компонентов из магазина электроники. Существуют более простые методы, однако помните, что поиск проводки при помощи магнита с ниткой позволяет получить не самые достоверные результаты.

Высокоточный детектор перехода сетевого напряжения через ноль на двух транзисторах

Для многих приложений, использующих переменное напряжение 110/230 В, требуется детектирование перехода сетевого напряжения через ноль (zero-crossing-detection, ZCD), например, для синхронизации коммутации нагрузок. Один из методов ZCD основан на использовании высокоомного токоограничивающего резистора или резистивного делителя напряжения для измерения переменного напряжения на выводе контроллера. Однако такая схема ZCD имеет задержку, зависящую от порогового напряжения входа контроллера, наличия гистерезиса и скорости нарастания сетевого напряжения. Например, предположим, что напряжение в системе равно 230 В, 50 Гц, и резисторы делят напряжение на 100, то есть 230 В/100 = 2.3 В. Кроме того, предположим, что порог переключения входа микроконтроллера равен 1 В. Относительно напряжения сети 230 В этот пороговый уровень составляет 1 В×100 = 100 В. Таким образом,

дает задержку t = 1.43 мс, что составляет 14.3% от длительности полупериода – существенная ошибка.

Рисунок 1.

Эта простая двухтранзисторная схема точно определяет момент перехода
входного сетевого напряжения через ноль.

На Рисунке 1 показана недорогая эффективная схема ZCD, использующая два стандартных транзистора. Цепь C₁, C₂, D₁, D₂ и R₁, подключенная непосредственно к сети переменного тока, образует простой однополупериодный выпрямитель, питающий схему ZCD. Q₁ служит выходным элементом схемы ZCD. Для компенсации напряжения база-эмиттер добавлен включенный диодом транзистор Q₂, ограничивающий положительную полуволну напряжения. Для повышения эффективности детектор должен распознавать периоды переменного тока при как можно более высоком напряжении. Этим требованием определяется выбор транзисторов. Q₂ и Q₁ – малошумящие малосигнальные транзисторы BC549B с максимальным напряжением коллектора, равным 30 В. При таком выборе напряжение 230 В необходимо ослабить до 30 В. (Для транзистора BC546 достаточно ослабления до 80 В). Таким образом, коэффициент деления делителя должен быть равен 30 В/230 В = 13.4%, и сопротивления резисторов должны соответствовать соотношениям

Сопротивления ограничивающих ток резисторов R₂ и R₃ должны быть достаточно большими. Выбор стандартного значения R₁ = 820 кОм означает, что

а ближайшее стандартное значение – 120 кОм. При таких сопротивлениях напряжение на транзисторе Q₂ ограничено значением

что меньше максимально допустимого для транзистора напряжения 30 В.

Во время положительного полупериода напряжение на базе Q₁, ток которой ограничивается резистором R₄, увеличивается примерно до 0.6 В. Q₂ работает как постой диод. Таким образом, когда напряжение превышает 0 В, Q₂ смещен в обратном направлении и блокирует протекание любого тока. При 0 В Q₂ смещен в прямом направлении, но поддерживает напряжение 0.6 В на переходе база-эмиттер (V_BE). Таким образом, напряжение на коллектор и базе Q₂, подключенным к базе Q₁, остается на уровне 0.6 В. В положительном полупериоде транзистор Q₁ насыщен, и выходное напряжение близко к нулю. В отрицательном полупериоде, когда напряжение меньше 0 В, ток течет через Q₂. Поэтому напряжение на базе Q₁, подключенной к коллектору Q₂, падает ниже 0.6 В, что приводит к закрыванию Q₁, и уровень выходного напряжения становится высоким. Обратите внимание, что напряжение на базе Q₁ может достигать примерно –30 В относительно Q₂; для защиты перехода Q₁ от напряжения выше –1 В можно добавить ограничивающий диод D₃.