Если вы читаете этот материал, значит вам понадобилось устройство для включения или отключения нагрузки по достижению определенного напряжения. Не важно для чего – отключить заряд аккумулятора от ЗУ по предельному вольтажу, подключить резервное питание при снижении основного источника или чего-там ещё. Все эти функции может сделать простая и 100 раз проверенная схема на операционном усилителе (ОУ) LM358 плюс реле. С их помощью соберем эту схему, а также подробно рассмотрим принцип действия, чтоб вы смогли адаптировать её под свои нужды.
Схема простого тестера аккумуляторов
Для начала задействуем модуль как LED тестер аккумуляторов.
Схема питается от 12 В. За аккумулятором находится стабилизатор напряжения, благодаря которому на чип LM358 поступает питание 5 В. Напомним, что контакт 3 – это так называемый вход неинвертирующий In (+), а контакт 2 – это вход, инвертирующий In (-). Если напряжение при In (+) > In (-) на выходе, то получим напряжение, близкое к напряжению подаваемому на усилитель, и загорится красный светодиод. В противном случае, то есть когда In (+) меньше или равно In (-), выходное напряжение близко к 0 В, светодиод не загорится.
Ножка 3 ОУ будет подключена к одному из полюсов аккумулятора. Второй вывод подключается к земле и источнику питания через потенциометр 10 кОм. Резистор 1 МОм и конденсатор 100 нФ предотвращают возбуждение схемы. При сборке поместите микросхему на макетную плату, а затем отрегулируйте ручку потенциометра так, чтобы напряжение вольтметра было 1,45 В. Почему такое значение? Просто будем тестировать обычные пальчиковые батареи с номинальным напряжением 1,5 В. Когда они новые, их напряжение составляет около 1,6 В, когда они разряжены, их напряжение будет например 1,2 В или меньше. Напряжение 1,45 В означает, что аккумулятор еще для чего-то годен.
Если подключим к схеме новую исправную батарею, напряжение на In (+) будет, например, 1,6 В и будет больше, чем напряжение на In (-), которое будет 1,45 В. In (+) > In (-), значит светодиод горит. В данном случае имеем свежий элемент с напряжением 1,57 В.
Если подключим подуставшую батарею к схеме, напряжение на In (+) будет, например, 1,2 В, и значит ниже, чем напряжение на In (-), которое выставили на 1,45 В. Имеется In (+) < In (-), поэтому светодиод не загорается.
Срабатывание реле по достижению напряжения
Теперь немного доработаем схему, добавив к ней реле.
Реле – это электромеханический элемент, внутри которого есть переключаемые контакты, а также катушка, которая генерирует магнитное поле.
Ток, протекающий через катушку реле (намотанные витки провода), создает магнитное поле, которое притягивает железный якорь, что, в свою очередь, вызывает замыкание или размыкание соответствующих контактов.
В зависимости от типа реле: 5 В или 12 В или другое какое напряжение, соберите схему на рисунке а или б. В этой схеме использовали реле на напряжение 12 В.
Как проверить реле о котором ничего не знаем и хотим узнать, для каких клемм используются подключения?
Мультиметр будет полезен в этой задаче. Настроим его на измерение сопротивления в диапазоне, например, 2 кОм, а затем приложим щупы к отдельным парам контактов реле, проверив, какое сопротивление будет между ними. Таким образом нужно найти пару контактов, между которыми сопротивление будет большим (например более 100 Ом), и пару контактов, между которыми сопротивление будет наименьшим (порядка 1 Ом).
Высокое сопротивление покажет, что нашли катушку, создающую магнитное поле. Если подадим напряжение на клеммы с высоким сопротивлением, ток будет течь через катушку и контакты, в зависимости от типа реле замкнутся или разомкнуться (нормально открытое и нормально закрытое реле).
Низкое сопротивление будет означать, что мы обнаружили замкнутые контакты реле. В случае нормально разомкнутых реле между двумя контактами вообще не будет сопротивления, потому что когда через реле не протекает ток, они остаются разомкнутыми.
Далее вид на собранную плату с реле и дополнительным светодиодом в цепи контактов реле.
Если напряжение поступающее на неинвертирующий вход LM358, больше, чем на инвертирующем входе, то есть In (+) > In (-), то получим напряжение на выходе, которое вызовет протекание тока в базовой цепи и таким образом включит транзистор. Через катушку реле и транзистор (в цепи коллектор-эмиттер) будет протекать ток, который создаст магнитное поле, что приведет к замыканию контакта и протеканию тока через светодиод или другую нагрузку, которую вам надо подключить.
Если напряжение на входах операционного усилителя изменится и In (+) меньше или равно In (-), на выходе получим напряжение, близкое к нулю, которое будет слишком низким, чтобы заставить ток течь в цепи базы – транзистор будет выключенный. Как следствие, ток тоже перестанет течь через реле. Но на сердечнике, на котором намотана катушка, сохраненная энергия останется и ее нужно куда-то девать, поэтому в цепи, близкой к катушке реле, есть быстрый диод 1N4148. Если забыть об этом диоде при проектировании схемы (что является довольно частой ошибкой начинающих электронщиков), энергия от сердечника реле создаст высокое напряжение на выводах катушки, что приведет к повреждению транзистора!
Для чего используются реле тут? Благодаря им небольшой ток, протекающий от низковольтной схемы, активирует мощную нагрузку, например мотор с питанием 220 В или автомобильный аккумулятор с током в несколько ампер. Просто выставьте напряжение срабатывания и подключитесь к нужным контактам реле – на отключение или включение устройства при достижении заданного напряжения. Успехов в бою!
