Владимир Андрианов - Шпионские штучки 2 или как сберечь свои секреты

Индикатор на неоновой лампе

Индикаторы, используемые для индикации фазы и наличия высокого напряжения, известны уже довольно давно. Обычно в состав индикатора входят последовательно включенные щуп-жало отвертки, ограничитель тока (резистор R1 сопротивлением 0,47… 1 МОм с малой емкостью между подводящими электродами, например типа ВС-0,5; МЛТ-1,0; МЛТ-2,0), неоновая лампа HL1 и сенсорная площадка (рис. 3.24). При однополярном подключении отвертки к токонесущему фазовому проводнику и касании пальцем сенсорной площадки неоновая лампа засветится, сигнализируя о наличии высокого напряжения. Напряжение, которое можно контролировать подобным индикатором, составляет 90…380 В, реже — от 70 до 1000 В, при частоте тока 50 Гц.

Рис. 3.24. Индикатор на неоновой лампе

Индикаторы на лавинных транзисторах

Долгое время считалось, что заменить неоновую лампу на другой элемент индикации невозможно. Действительно, емкостной ток, протекающий от источника переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 100…400 В через цепь индикации и тело человека на «землю» при эквивалентной емкости тела человека около 300 пФ, составляет 10…740 мкА, что на два порядка ниже величины тока, необходимого для свечения светодиодов. Тем не менее, используя специальные схемные решения, для индикации фазы можно использовать светодиоды, пьезокерамические излучатели и другие индикаторы. Оцепим величину мощности, потребляемую неоновой лампой при ее непрерывном свечении. При напряжении на лампе 100 В и разрядном токе 10…40 мкА подводимая мощность составляет 1…4 мВт. Значение подводимой мощности оказывается достаточным, чтобы обеспечить свечение светодиодных индикаторов, однако, поскольку напрямую обеспечить необходимую величину тока невозможно, требуется использование своеобразных трансформаторов, позволяющих получить не непрерывное свечение индикатора, а импульсное, с сохранением значения подводимой мощности. Таким требованиям отвечают релаксационные генераторы импульсов, работающие по принципу накопления и кратковременного сброса энергии — периодический заряд конденсатора от слаботочного источника тока до напряжения пробоя порогового элемента и последующий разряд на низкоомную нагрузку (светодиод). Разрядный ток при этом достаточен для того, чтобы вызвать яркую вспышку светодиода. Таким образом, подобное устройство должно содержать накопительный конденсатор, имеющий малый ток утечки и рабочее напряжение, превышающее напряжение пробоя порогового элемента; пороговый элемент, отвечающий следующим требованиям: малые токи утечки при напряжении ниже пробивного и малое сопротивление при пробое. Таким требованиям отвечают лавинные транзисторы и их аналоги. На рис. 3.25 приведены схемы индикаторов фазы, выполненные на основе релаксационных генераторов на лавинных транзисторах типа К101КТ1 структуры n-р-n (либо К162КТ1 структуры р-n-р). Транзисторы должны быть включены инверсно.

Индикатор (рис. 3.25) содержит ограничитель тока, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, и собственно релаксационный генератор импульсов.

Рис. 3.25. Индикаторы на лавинных транзисторах

Частота вспышек светодиода при напряжении сети 220 В близка к 3 Гц. При увеличении емкости бумажного или электролитического конденсатора (с малой утечкой) яркость вспышек повышается со снижением частоты вспышек. Минимальное напряжение, которое позволяет обнаружить подобный индикатор, составляет 45 В. Частота вспышек снижается при этом до 0,3 Гц. Для сравнения: индикаторы на неоновых лампах позволяют индицировать напряжений не ниже 65…90 В. Индикаторы используют альтернативные схемы выпрямителей с сохранением прочих свойств. В схемах продемонстрирована возможность подключения сенсорных площадок к другим элементам схемы.

Устройство может быть выполнено и на основе составного лавинного тиристора (рис. 3.26).

Рис. 3.26. Индикатор на составном лавинном тиристоре

В схеме (рис. 3.27) генератор импульсов собран на аналоге лавинного транзистора с напряжением переключения (пробоя) 12 В. Для транзисторов микросборки К101КТ1 при инверсном включении это напряжение близко к 8 В.

Рис. 3.27. Индикатор на аналоге лавинного транзистора

Индикатор (рис. 3.28) собран по мостовой RC-схеме с включением в диагональ моста порогового элемента — лавинного транзистора.

Рис. 3.28. Индикатор на основе мостовой RC-схемы

Схема индикатора (рис. 3.29) также выполнена с RC-мостом, однако в ней использованы два транзистора n-р-n и р-n-р структуры: при зарядке конденсаторов С2 и СЗ до определенного значения происходит мгновенное переключение транзисторов из состояния «выключено» в состояние «включено». При этом конденсатор С1 разряжается через светодиод VD5 и процесс повторяется.

Рис. 3.29. Индикатор на двух транзисторах.

Индикаторы фазы на КМОП-микросхемах

Для построения индикаторов фазы без использования внешних источников питания могут быть использованы и другие виды генераторов. Например, на рис. 3.30 показана схема индикатора фазы с использованием генераторов импульсов на КМОП-микросхемах. Генератор вырабатывает пилообразные импульсы, в связи с чем яркость свечения светодиода плавно нарастает и понижается.

Рис. 3.30. Индикатор на микросхеме К176КТ1

Работает генератор следующим образом. Конденсатор С2 заряжается через резистор R2 до напряжения включения коммутаторов тока (элементы DA1.1 и DA1.2). При срабатывании коммутаторов ключевой элемент DA1.1 разряжает через cвtтодиод накопительный конденсатор C1, a DA1.2 разряжает конденсатор С2, после чего процесс повторяется.