Периодическая прохлада

Вопрос П. Pодченко, Белгородская область, поселок Ровеньки.
Премного буду благодарен тому, кто подскажет мне, как изготовить прибор, с помощью которого удавалось бы автоматически и периодически включать и выключать обычный электровентилятор через каждые 10 минут.

В быту нередко возникает необходимость периодически включать и выключать электроприборы – вентиляторы, светильники, нагреватели. Это хлопотное занятие, требующее постоянного внимания, поэтому лучше поручить его электронному автомату, схема которого дана на рис. 1. Данный автомат включит необходимый прибор на 10 минут, даст ему отдохнуть те же 10 минут, потом снова включит на 10 минут и т.д. Подбирая иные номиналы элементов времязадающих цепей, удается в достаточно широких пределах варьировать как частоту включений, так и скважность, то есть соотношение включенных и выключенных состояний.

Рис. 1. Схема автомата для периодического включения нагрузки

В устройстве имеются два в принципе одинаковых узла, режим которых изменяется по истечении заданных отрезков времени. В оба узла входят интегрирующие цепочки С1-R4 и С2-R8, а также логические микросхемы DD1 и DD2. Первый узел посредством усилителя мощности на транзисторах VT2 и VT3 управляет электромагнитным реле К1, включающим нагрузку (двигатель М1 вентилятора, например); второй узел обеспечивает паузу в ее работе.
Автомат начинает действовать, как только подано питание выключателем SA1. При этом начинается зарядка конденсатора С1 через резистор R4. Напряжение высокого уровня на входах DD1.1 приводит моментально к появлению его на выходе ячейки DD1.2, отчего сразу же отпирается составной транзистор VT2-VT3, а контакт реле К1.1 включает нагрузку. Одновременно контакт К1.2 выключает питание второго времязадающего узла и «обнуляет» конденсатор С2. Когда конденсатор С1 достаточно зарядится, сигнал на входе DD1.1 и выходе DD1.2 упадет до нижнего уровня, транзисторы запрутся и реле отключит нагрузку, тут же подав питание на «узел паузы». Напряжение высокого уровня на выходе DD2.2 не изменит запертое состояние транзистора VT1.
Так будет продолжаться, пока не зарядится конденсатор С2; появившееся следом напряжение низкого уровня на выходе DD2.2 через конденсатор С3 поступает в виде импульса на базу VT1. Кратковременно открывшись, последний разрядит конденсатор С1, после чего процесс будет повторяться описанным путем, пока не отключено питание автомата. Срабатывая после пауз, реле своим контактом К1.3 разряжает конденсатор С2, подготавливая узел к работе в новом цикле.
В схеме имеются вспомогательные элементы, о назначении которых скажем несколько слов. Резисторы R5 и R10 создают положительную обратную связь с выхода соответствующего узла к его входу, что способствует ускорению перехода из одного состояния в другое. Диод VD1 оберегает транзисторы VT2 и VT3 от опасных для них перенапряжений, когда происходят выключения обмотки реле, имеющей значительную индуктивность. В этих случаях запасенная электромагнитная энергия быстро разряжается через диод, поэтому всплесков напряжения не происходит. Из описания работы устройства ясно, что продолжительность отрабатываемых временных интервалов зависит от значений емкости и сопротивления времязадающих цепей.
Однако существует предел увеличения этих интервалов, связанный с утечками тока внутри оксидных конденсаторов С1 и С2. Ведь для увеличения выдержек времени приходится использовать более высокоумные резисторы R4 и R8, в результате чего ток заряда становится очень мал. При равенстве тока заряда току утечки никакого заряда конденсатор, конечно, не получит. Другим ограничителем может оказаться переход коллектор-эмиттер транзистора VT1. Избежать ограничения с этой стороны удается, если параллельно конденсатору С1 включить не переход транзистора VT1, а контакты дополнительного реле (рис. 2). На приведенном фрагменте схемы видно, что здесь изменено присоединение коллекторной цепи VT1, в которую введена обмотка дополнительного реле К2. Порядок работы транзистора остается тем же, только теперь разомкнутый контакт реле практически предотвращает утечку заряда.

Рис. 2. Фрагмент схемы автомата с дополнительным реле

В конструкции автомата используются резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы К53-14 (на месте конденсаторов С1 и С2 установлены включенные параллельно четыре конденсатора емкостью по 100 мкФ каждый). Реле К1 – РЭС-6 РФ0.452.107; К2 – РЭС-15 РС4.591.002. Источником питания служит любой 9-вольтовый адаптер, рассчитанный на работу с осветительной электросетью на напряжении 220 В и нагрузку постоянным током до 150 мА.
В таком виде устройство способно управлять электроприбором мощностью до 70 ВА. При необходимости работать с изделиями, потребляющими до 5 А (1,1 кВА), потребуется более мощный коммутатор – реле РЭН-29. Управлять им нашими транзисторами непосредственно нельзя, так как потребляемый обмоткой ток достигает 0,3 А. В связи с этим потребуется еще один, мощный, транзистор с охлаждающим радиатором. Не возбраняется поступить и иначе: поставить на место К1 более легкое реле РЭС-34 и с его помощью включать реле РЭН-29. Реле РЭС-34 нам подойдет с паспортом РС4.524.370-07. Конечно, здесь потребуется источник, способный отдавать нагрузке ток около 0,4 А.
Регулировка временных интервалов достигается подбором емкости конденсаторов С1 и С2. Заметим, если имеется необходимость в нескольких программах работы, обычно используют наборы конденсаторов, выбираемые газетным переключателем, к примеру, типа ПГК. Резисторы (например, R7 на рис. 1), включенные последовательно с обмотками реле, позволяют снизить нагрузку на источник питания, если ток обмотки значительно превышает значение, при котором происходит включение. Сопротивления таких резисторов несложно подобрать опытным путем. Если нужно, попробуем улучшить четкость переключения ячеек микросхем и транзистора VT1, подбирая элементы R5, R10, R2 и С3.
Поскольку в конструкции присутствует цепь с опасным напряжением 220 В переменного тока, плату с собранными на ней деталями заключим в прочный футляр из изоляционного материала. На кожухе установим стандартную штепсельную розетку (Х1 на рис. 1) для присоединения электроприбора. Подключение автомата к электросети выполним несъемным шнуром с вилкой Х2.