Automobilinio grotuvo ekrano užtemdymas 2025.04.28 at 15:14
Labai trumpas, greitas projektukas, atsiradęs dėl paprasto poreikio. Mašinose be dienos šviesos lempų privaloma dienos metu važiuoti įjungus artimųjų šviesų lempas, todėl audio sistemos grotuvas galvoja, kad dabar naktis ir pritemdo savo displėjų. Saulėtą dieną jame beveik nieko ir nebesimato, plius įjungiamas naktinis režimas, pavyzdžiui, mygtukų apšvietimas. Tas ypač galioja pakeitus gamyklinė automobilio grotuvą į kitokį, pavyzdžiui, su Android OS ir papildomais funkcionalumais. Taigi, reikia prietaisiuko, kuris reaguotų į apšvietimą ir pagal tai paduotų signalą į atitinkamą grotuvo kontaktą. Turim tikslą, tik suformuluokime užduotį:
- Prietaisas turi reaguoti į apšviestumą, pagal tai valdyti atitinkamą grotuvo kontaktą;
- Maitinimas nuo 11 V iki 16 V;
- Grotuvo valdymas turi būti universalus – nes nežinome visų įmanomų grotuvų variantų;
- Apšviestumo jautrumas turi būti reguliuojamas;
- Genialumas paprastume, tai gal nepradėkim programuoti mikrovaldiklių;
- Prietaisas turi būti saugus naudoti.
Tiek kol kas užtenka, pradedame konstruoti schemą.
Ok, dabar kaip čia viskas padaryta ir veikia. Kaip visada, iš kairės į dešinę. Nedidelė keturių kontaktų jungtelė, maitinimo pliusas po degimo (KL15+), pastovus minusas (KL31), 12V išėjimas ir minuso išėjimas. Kodėl tiek daug ? Ogi universalumui, valdymas gali būti arba pliusiniu signalu arba minusu. Normalioje padėtyje šiuose išėjimuose nieko, laido galas kaba ore arba „float” . Toliau saugumas, saugiklis F1, 1A turėtų būti per akis visose situacijose, tu pačiu ir pakankamai saugu. Įėjimo kondensatorius C1 – kodėl 1 uF ? Nes tokių daug turiu, principe gali būti ir kitoks. Truputį stabilizuoja įeinantį maitinimą, sugaudo trukdžius jei kokių yra. Toliau „aktyvusis elementas”, 1MΩ daugiasūkis potenciometras R2 ir fotorezistorius LDR1. Potenciometras daugiasūkis tikslesniam reguliavimui, o 1MΩ nes tokia maksimali varža leis prijungti praktiškai bet kurį fotorezistorių ir sureguliuoti teisingam veikimui. Šita schemos dalis veikia taip – kai šviesu, fotorezistoriaus varža maža, o potenciometras taip sureguliuotas, kad jo varža palyginus su fotorezistoriaus varža didelė, todėl ribiniu atveju schema tampa tokia:
Kai tamsu, fotorezistoriaus varža didelė, sakykim 100 kΩ, o potenciometro varža tampa palyginti maža:
Analizuoti tokias ribines padėtis lengviau, nors realiai ten nebus nei visai minusas, nei visai pliusas, nes bus tam tikros varžos tiek fotorezistoriuje, tiek ir potenciometre, todėl būtų geriau analizuoti šitą porą kaip varžinį daliklį, bet užtai taip paprasčiau suprasti kodėl šita pora apskritai veikia. Taigi, pirmu atveju R3 gauna pseudo gryną minusą, antru atveju gauna pseudo pliusą. Pasikartosiu, turėkime galvoje, kad ten bus kažkokia tarpinė įtampos vertė, tarp 0V ir VCC, tik suveikimas atsitiks, kai ta įtampa bus aukščiau arba žemiau tam tikros slenkstinės vertės, kuri priklauso nuo tranzistoriaus. Toliau, R3 su Zenerio diodu, dar vadinamu stabilitronu, sudaro silpnasrovį maitinimo šaltinį. Jo reikia tam, kad tranzistoriaus Q1 bazės – nes bazės maksimalį įtampa VEBO = 10V. Tranzistoriaus aprašymas yra čia. O mašinoje tikrai bus daugiau, net iki 15V. Taigi, stabilitronas apriboja maksimalią įtampą. Kokia ji turi būti ? Aprašyme parašyta, kad VBEsat = 1,5V, tai yra tranzistorius pilnai atidarytas, kai įtampa tarp bazės ir emiterio yra 1,5V arba daugiau, bet ne daugiau 10V, nes bus pššš ir pasimatys tai, iš ko padaryta visa elektronika – dūmai. Dėl stabilumo, garantuoto tranzistoriaus atidarymo ir toli nuo pavojingos maksimalios įtampos imame pusę maksimalios įtampos vertės, tarkim 5V. Tiktų, principe, bet kas nuo 1,5V iki kokių 9V… Ok, ok, dar plius, kad turėjau 5V stabilitronų, tai pasirinkimas dar supaprastėjo. Turėdami tiek duomenų, galime pabandyti paskaičiuoti stabilitrono ir jo balastinio rezistoriaus parametrus. Išeitiniai duomenys skaičiavimui:
- Maksimali įtampa – 15V
- Minimali įtampa – 8V (nes mūsų R2-LDR1 daliklis gali duoti ir mažiau nei 12V, tai paimu tokią įtampą, gali būti ir kita, bet jeigu daliklio įtampa bus didesnė už 1,4V, stabilitronas nieko neveiks, o tranzistorius įsijungs)
- Reikiama įtampa išėjime – 5V
- Apkrovos srovė – čia toks sudėtingesnis parametras, bet iš tranzistoriaus aprašymo pikinė bazės rovė IBM = 100 mA, plius kažkiek srovės kondensatoriaus C2 krovimui, bet tiek srovės neduosim, duokime, tarkim trečdalį – Imax = 30 mA. Iz_min panašiai 10% nuo visos srovės, tai 0,003 A.
Paimkime, kad rezistorius bus 300 Ω.
Rezistoriaus galingumas apie 330 mW.
Stabilitrono galingumo skaičiavimui Imax ir Imin imu vienodus, nors gal apkrovos srovė ir nebus visada vienoda ir stabili, bet turint tokį didelį atsargos koeficientą, manyčiau taip ganėtinai saugu. O skaičiavimas gerokai supaprastėja.
Toliau, rezistorius R4, ribojantis kondensatoriaus įsikrovimo greitį ir bazės srovę. Rezistoriaus skaičiavimas toks pusiau šamanizmas, su visokiom Betom ir panašiai, o bet tačiau, štai:
- Valdymo įtampa Uctrl = 5V
- Kolektoriaus maksimali srovė IC = 0,5A
- Koeficientas β = 10000
- Įtampos kritimas PN sandūroje Upnp_drop = 0,7V
- Maksimali bazės srovė Ib_max = 100mA = 0,1A
Iš čia:
Taigi, leidžiant per bazę bent 0,05 mA, kolektoriaus-emiterio srovė turėtų būti galima maksimali, pusė ampero.
Turime, kad maksimali bazės rezistoriaus varža yra 86 kΩ, bet patikimam ir greitam tranzistoriaus atidarymui, galime didinti srovę, nes turime 20 mA limitą. Sumažinus varžą 20 kartų, srovė padidės 20 kartų, tai bus 1 mA. Turėtų pakakti tranzistoriaus atidarymui, kad jis dirbtų rakto režimu, o ne linijiniu. Būtų galima dar mažinti varžą, tarkim, sumažinus 200 kartų, iki 430Ω, srovė būtų 10 mA. Bet laimėjo 4700 Ω rezistorius, nes tokį turėjau po ranka, srovė turėtų būti apie 1 mA. Tas pats rezistorius dar ir stabdo kondensatorius C2 įsikrovimą. Kondensatorius pasikraus per laiką τ (Tau):
Laikas super trumpas, kondensatorius pasikraus, tuomet rezistorius tiesiog ribos bazės srovę.
Toliau tranzistorius Q1, geras, smagus Darlingtonas mažame korpuse, atsidaro ir prijungia minusą prie relės K1 ir indikatoriaus LED1 su jo rezistoriumi R1. Relės srovė 9,1 mA, plius ~15 mA LEDukui, tranziukas tikrai išlaikys. Relės kontaktai laiko 1A srovę, todėl saugiklis F1 irgi 1A. relės kontaktų sujungimas toks, kad būtų toks kaip ir pseudo galvaninis atrišimas nuo prietaiso, nes relė perduoda grynai maitinimo pliusą arba maitinimo minusą, o ne, tarkim, minusą po tranzistoriaus. Taip išvengiame kokių nors dar nežinomų niuansų valdomo prietaiso schemoje.
Schemos vaizdelis 2D ir 3D:




EsayEDA failiukai (SCH ir PCB) yra čia.
Toliau veikimo bandymai ir šiek tiek matavimų.
Iš LED matosi, kad tranzistorius kažkiek dirba ir linijiniame režime, bet srovės mažos, trukmė nedidelė, tai bėdos su tuo nebus. Galima būtų pridėti Šmito trigerį, tuomet linijinio režimo nebebūtų.
Eigoje fotorezistorius pakeistas į PGM5506-MP – nes korpusas 5,5 mm, vietoje 12 mm.