Фотореле на транзисторе и фотодиоде — сумеречный выключатель
Фотодиод, транзистор и реле: в темноте нагрузка включается, на свету выключается. Подойдёт для подсветки и дежурного освещения, чувствительность подбирается одним резистором.
Содержание
Фотореле на одном транзисторе и фотодиоде включает реле в темноте и выключает на свету. Фотодиод и переменный резистор образуют делитель напряжения на базе транзистора, а реле стоит в его коллекторе; порог срабатывания выставляется этим резистором. Питание схемы — батарея 9 В, реле берётся на 9 В.
Для подсветки тёмного угла, дежурного света на крыльце или индикатора в шкафу этого достаточно. Точный порог и работа на батарее месяцами схеме не по силам.
Ниже — принцип работы, порядок сборки и настройки, защита от опасных ошибок и типовые сбои.
Как работает
Фотодиод включён в обратном направлении: без света его сопротивление огромное, на свету резко падает. Вместе с резистором R1 он образует делитель напряжения на базе транзистора Q1. Расчёт такого делителя — в калькуляторе делителя напряжения.
На свету фотодиод проводит, напряжение на базе низкое, транзистор закрыт, реле выключено. В темноте сопротивление фотодиода растёт, напряжение на базе поднимается, транзистор открывается и включает реле.
Диод D2 параллельно обмотке гасит выброс напряжения при отпускании реле. Без него транзистор рано или поздно пробьётся.
Что понадобится
Нужен любой фотодиод, переменный резистор, n-p-n транзистор, реле на 9 В и диод параллельно обмотке.
Питание схемы — батарея 9 В, поэтому на столе работать безопасно. Реле можно проверить на лампочке от той же батареи.
Порядок сборки и настройки
Собирайте схему сначала без нагрузки, а нагрузку подключайте в конце.
- Соберите схему.Фотодиод — в обратном направлении, диод D2 — параллельно обмотке реле.
- Поставьте R1 в среднее положение.Закройте фотодиод ладонью.
- Проверьте срабатывание.В темноте реле должно щёлкнуть, на свету — отпустить.
- Подберите порог.В полутьме крутите R1 до срабатывания реле.
- Подключите нагрузку.Сначала слабую, например лампу низкого напряжения.
Чувствительность подбирается именно так: диапазон освещённости, при котором реле щёлкает, — на совести резистора.
Паразитные срабатывания
Простая схема без гистерезиса на границе освещённости срабатывает неуверенно: реле может дребезжать в сумерках. Это нормально для одного транзистора.
Если дребезг мешает, держите порог подальше от привычного вечернего освещения и разведите лампу и фотодиод, чтобы свет нагрузки не влиял на датчик. Подробнее — в разделе ошибок.
Типовые ошибки
- Фотодиод в прямом направлении.Схема не реагирует на свет.
- Нет диода D2.Транзистор гибнет от выбросов.
- Свет самой лампы попадает на фотодиод.Реле дребезжит: включается и выключается по кругу. Разведите или закройте.
- Батарея 9 В быстро садится.Реле потребляет ток всё время, пока темно.
- Контакты реле не рассчитаны на нагрузку.Они подгорают и залипают.
- Сетевая разводка без корпуса.Открытые клеммы под напряжением опасны.
Где пригодится сегодня
Готовые модули на фоторезисторе с компаратором стоят копейки и обходятся без пайки. Но в схеме на транзисторе видно, как всё работает, и она легко чинится.
Для «умного дома» сегодня чаще берут датчик освещённости с выходом на контроллер. Как управлять нагрузкой с платы, рассказано в статье «Умный дом на реле без дорогой платформы».
Что в итоге
Подходит: подсветка и дежурный свет, учебная сборка. Не подходит: точное включение по порогу освещённости или работа на батарее месяцами — берите модуль с компаратором и питанием от сети.
По теме: реле для освещения и автополив на датчике влажности.
Частые вопросы
Почему фотодиод включают в обратном направлении?
В обратном включении ток через фотодиод зависит от освещённости: без света он очень мал, на свету растёт. Поэтому он и работает как датчик света.
Если включить его в прямом направлении, он будет вести себя как обычный диод, и схема перестанет реагировать на свет.
Можно ли взять фоторезистор вместо фотодиода?
Можно, но делитель придётся подбирать заново: у фоторезистора другое сопротивление и другая зависимость от света.
В российских магазинах радиодеталей фоторезисторы продаются дешевле и встречаются чаще. Подбирайте R1 переменным резистором, пока не добьётесь срабатывания.
Как подключить фотореле к лампе на 230 В?
Соедините контакты реле в разрыв фазного провода лампы. Работать нужно только при выключенном автомате в щитке, а отсутствие напряжения проверьте индикатором.
Соберите разводку в закрытом корпусе. Контакты реле должны быть рассчитаны на мощность лампы: ток считайте по P / U.
Почему реле дребезжит в сумерках?
В схеме нет гистерезиса, и на границе освещённости напряжение на базе колеблется возле порога.
Кроме того, свет включившейся лампы может попасть на фотодиод. Разведите их или закройте фотодиод от света лампы.
Хватит ли батареи 9 В надолго?
Ненадолго. Реле потребляет ток всё время, пока в темноте оно включено.
Для постоянной работы берите блок питания на 9 В из магазина электроники вместо батареи. Ток обмотки реле смотрите в даташите, а связь тока, напряжения и сопротивления считает калькулятор закона Ома.
Полезно при расчёте
Что понадобится
| Обозначение | Номинал | Тип | Кол-во |
|---|---|---|---|
| D1 | фотодиод | любой, включён в обратном направлении | 1 |
| R1 | переменный резистор | чувствительность | 1 |
| Q1 | n-p-n транзистор | малой мощности, например BC547 | 1 |
| K1 | реле на 9 В | катушка 9 В, контакты под нагрузку | 1 |
| D2 | диод | параллельно обмотке реле | 1 |
