Опыт 2. Фотореле

В качестве фоточувствительного элемента в фотореле применяют фотодиоды или фоторезисторы. Фоторезистор представляет собой слой однородного полупроводника (CdS, CdSe, PbS, PbSe), нанесенный на стеклянную или кварцевую пластину, запрессованную в круглый, овальный или прямоугольный пластмассовый корпус небольших размеров. Под действием света в полупроводниках появляются электронно-дырочные пары. Возникающие при этом свободные носители заряда вызывают резкое снижение сопротивления фоторезистора (например, с 1 МОм до 1 кОм). Спектральная чувствительность определяется выбором материала. Так, CdS обладает максимальной чувствительностью в зеленой области спектра и поэтому особенно пригоден для применения в измерителях освещенности.

Соберите схему фотореле (рис. 22), в которой для наглядности её работы в коллекторную цепь транзистора VT2 включен миллиамперметр. Схема срабатывает при затемнении фоторезистора. Переменный резистор R2 служит для регулировки порога срабатывания реле. Если при подаче на схему напряжения питания реле включится (при комнатном освещении), то регулировкой резистора R2 выключите его. В таком ждущем режиме (при освещении) фоторезистор имеет небольшое сопротивление, поэтому через транзистор VT1 текут достаточно большие базовые и коллекторные токи. Следовательно, транзистор VT1 открыт, и на его коллекторе присутствует напряжение (0,1–0,2 В), недостаточное для открывания транзистора VT2. Поэтому транзистор VT2 закрыт, ток через обмотку реле не течет и реле выключено.

П ри затемнении фоторезистора его сопротивление увеличивается, сила тока через делитель напряжения R1 и R2 уменьшается. Уменьшается базовый (и коллекторный) ток транзистора VT1. Когда напряжение на базе транзистора VT1 станет меньше 0,6 В, транзистор VТ1 полностью закрывается (токи через него не текут – это условно можно назвать «обрывом цепи»), база транзистора VT2 через резисторы R3 и R4 оказывается подключенной к отрицательному полюсу источника питания. У транзистора VT2 появляется значительный базовый ток. Транзистор VT2 открывается, сила тока через обмотку реле К1 увеличивается. Реле срабатывает и своими контактами К1.1 замыкает цепь питания индикаторного светодиода VD1. Разумеется, возможны и промежуточные состояния, когда через транзисторы VT1 и VT2 текут некоторые токи, но они недостаточны для срабатывания или отпускания реле.

Д ругая конструкция реле, схема которого приведена на рис. 23, срабатывает при освещении фоторезистора. Изменяя сопротивление переменного резистора R2, добейтесь устойчивого срабатывания реле. Если в комнате недостаточно света для срабатывания реле, то используйте дополнительное освещение, например, настольную лампу.

Опыт 3. Термореле

В качестве датчиков температуры часто применяют проволочные термометры сопротивления из меди, платины, вольфрама. Их достоинство – линейный рост сопротивления при увеличении температуры. Недостаток – небольшая чувствительность.

Для регистрации незначительных изменений температуры в автоматике применяют более чувствительные датчики – полупроводниковые резисторы (терморезисторы), сопротивление которых сильно (и нелинейно) зависит от температуры. Терморезисторы, сопротивление которых уменьшается с ростом температуры, называют термисторами, а у которых сопротивление увеличивается – позисторами. Термисторы изготавливаются спеканием поликристаллической смеси различных оксидов металлов.

Д ля исследования работы термореле с термистором соберите на макетной панели схему, изображенную на рис. 24. Регулировкой переменного резистора R1 добейтесь того, чтобы реле было выключено. В исходном состоянии транзистор VT1 открыт и на его коллекторе напряжение близко к нулю. Поэтому транзистор VT2, который своей базой подключен к коллектору транзистора VT1, закрыт. Ток через реле не течет, цепь светодиода – разомкнута. На макетной панели терморезистор 3,3 кОм находится в медном теплопроводящем защитном кожухе. Дотроньтесь пальцем до медного кожуха и нагрейте его теплом своей руки. При повышении температуры сопротивление терморезистора падает и уменьшается напряжение, приложенное к переходу «база – эмиттер» транзистора VT1. Транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 – открывается, и реле срабатывает. Если реле не срабатывает в нагретом состоянии, добейтесь этого при помощи резистора R1. Уберите палец с медного кожуха. При остывании терморезистора (через некоторое время) реле отключится. Убедитесь в нормальной работе термореле, несколько раз нагревая терморезистор и остужая его. Процесс увеличения и уменьшения тока через обмотку реле удобно наблюдать по миллиамперметру.