Электронные схемы для дома и быта: описание, принципиальные схемы автоматики и ее изготовление своими руками

Понятие электрической схемы

Электрическая схема — это совокупность графических элементов, описывающая порядок их соединения и взаимодействия.

Там также могут обозначаться механические связи, например, между реле и его контактами. Электрические схемы упрощают сборку, наладку и проверку собранных по ним устройств.

Разновидности электросхем

На практике применяется несколько видов электрических схем:

• простые;
• монтажные;
• однолинейные;
• многолинейные.

Первый тип самый распространенный. Основные компоненты и порядок их присоединения друг ко другу указываются на простых схемах (ПС). Кроме того, по ним проверяется правильность сборки. На монтажных (МС) диаграммах показано расположение деталей на плате или внутри корпуса. Полилинейные схемы используют для изображения трехфазных цепей.

Как научиться читать

Чтобы научиться читать электрические схемы, следует вначале изучить основные законы электротехники и правила соединения деталей. Их знание поможет добиваться нужных результатов при сборке действующих устройств и их работоспособности. Когда законы будут изучены, разбираются со стандартами по условному обозначению деталей и способами их подключения. Затем обращают внимание на тип элементов и их номиналы.

Как читать простые схемы

Процесс чтения для «чайников» рассматривается на примере простого проекта, состоящего из источника питания, звонка, нефиксируемой кнопки и проводников. Схема представляет собой замкнутую цепь с компонентами, соединенными последовательно. Это означает, что сила протекающего по ней тока будет одинакова в любой точке.

При подаче напряжения по нажатию кнопки звонок начинает звонить. Это связано с тем, что ток идет от положительного полюса батареи к отрицательному через все компоненты. Если провода не оказывают сопротивление постоянному току, то напряжение на клеммах звонка и выводах источника питания будет одинаковым по второму закону Кирхгофа.

Учимся читать схемы с транзисторами

На данном чертеже мы видим транзистор VT1 и двигатель M1. Для определенности будем применять транзистор типа 2N2222, который работает в режиме электронного ключа.

Чтобы транзистор открылся, нужно на его базу подать положительный потенциал относительно эмиттера – для n–p–n типа; для p–n–p типа нужно подавать отрицательный потенциал относительно эмиттера.

Кнопка SA1 с фиксацией, то есть он сохраняет свое положение после нажатия. Двигатель M1 постоянного тока.

В исходном состоянии цепь разомкнута контактами SA1. При нажатии кнопки SA1 создается несколько путей протеканию тока. Первый путь – «+» GB1 – контакты SA1 – резистор R1 – переход база-эмиттер транзистора VT1 – «-» GB1. Под действием протекающего тока через переход база-эмиттер транзистор открывается и образуется второй путь току – «+»GB1 – SA1 – катушка реле K1 – коллектор-эмиттер VT1 – «-» GB1.

Получив питание, реле K1 замыкает свои разомкнутые контакты K1.1 в цепи двигателя M1. Таким образом, создается третий путь: «+» GB1 – SA1 – K1.1 – M1 – «-» GB1.

Теперь давайте все подытожим. Для того чтобы научиться читать электрические схемы, на первых порах достаточно лишь четко понимать законы Кирхгофа, Ома, электромагнитной индукции; способы соединения резисторов, конденсаторов; также следует знать назначение всех элементом. Также поначалу следует собирать те устройства, на которые имеются максимально подробные описания назначения отдельных компонентов и узлов.

Обозначения в схемах

Очень важно подчеркнуть, что если не придерживаться при чтении схемы определенной целенаправленности, то можно затратить много времени, ничего не решив. Вход в систему обычно обозначается двумя стрелочками, а выход — проводами с двумя точками на концах. Вам нужно знать как показано сопротивление, конденсатор, трансформатор, разъединитель, точки входа и выхода из схемы, полупроводники, катушки индуктивности.

Схемы не всегда читают слева направо и сверху вниз, лучше идти от источника питания. Для показа выводов обмоток используются однолинейные и многолинейные изображения. Во многих случаях оно требует глубоких знаний, владения методикой чтения и умения анализировать полученные сведения. В некоторых электросхемах есть отдельное описание каждой колодки и расписано назначение проводов, подводимых к ней.

Простые схемы для начинающих

Чтобы собрать какую-либо схему, достаточно придерживаться несколько простых правил:

Многие люди, которые начинают увлекаться изучением электричества и основам проектирования данного раздела инженерных сетей, часто не имеют возможности получить должный практический опыт. В теории они видят одно, а при чтении электронных схем – совсем другое. Для новичков электронные схемы кажутся сложными не только для применения, но и при попытке их расшифровки. Начинать изучение практической части лучше всего со схем, содержащих простейшую электронную базу и примитивные символические изображения. В приведённом ниже материале будут приведены простые электронные схемы с описанием и их основными обозначениями для начинающих.

Детектор скрытой проводки

Индикатор скрытой проводки – это специальное устройство для обнаружения электросети, проложенной в штробах под штукатуркой стены. Без него не обходится даже простой ремонт домашней электропроводки и розеток. Прибор необходим, когда старая проводка в стенах была проложена без исполнительных схем, и определить место её укладки в отсутствие специального прибора невозможно. При выполнении ремонтных работ целостность изоляции скрытой проводки может быть нарушена сверлом или гвоздем. Подобные действия могут вызвать поражение электрическим током, а также вывести из строя всю домашнюю сеть.

Микросхема детектора для скрытой проводки

Для обнаружения скрытой проводки в большинстве случаев будет достаточно устройства, выполненного из стрелочного или цифрового омметра с полевым транзистором. Корпусом радиоэлемента проводят по участку стены и, если он «видит» проводку, то значения на омметре сразу же меняются. Модифицированный детектор изображен на схеме ниже. Для его изготовления нужны:

• Батарейка;
• Светодиод для индикации;
• Транзистор;
• Резисторы на 1 Мом, 100 кОм, 330 Ом и 220 Ом;
• Переключатель для начала в работы.

Детали для детектора

Автоматический регулятор оборотов кулера

Это устройство будет полезным как для простых людей, так и для специалистов по ремонту и обслуживанию ПК. Зачастую производители комплектующих для компьютерной техники подключают питание кулера, охлаждающего процессор или материнскую плату, напрямую. Из-за этого устройство непрерывно вращается на максимальной скорости, несмотря на то, что ПК бездействует. Установив самодельный автоматический регулятор, можно не беспокоиться о температуре процессора, ведь датчик будет включать охлаждение автоматически, когда это действительно необходимо.

Регулятор оборотов не только увеличит срок службы кулера, но и снизит громкость шумов в помещении. Сделать его можно на основе двух транзисторов, резистора и термистора.

Самоделка в виде регулятора кулера

Как сделать аппарат для пайки и нагрева из трансформатора микроволновки

Электроника Трансформатор магнетрона от старой микроволновой печи может послужить основой аппарата для пайки медных изделий, в частности, труб. Таже с помощью устройства можно нагревать стальные детали, скажем, закисший крепеж для легкого раскручивания.

Автоматический ночник своими руками

Ранее мы рассматривали схему простого ночника с регулировкой яркости, сегодня в этой статье давайте рассмотрим схему более сложного ночника с автоматическим фото и звуковыключением.

Ночник оснащен двумя видами электронных реле: фото и акустическим. Светодиоды светятся только с наступлением темноты при условии, что на мембрану микрофона оказывается достаточное звуковое воздействие. Такой режим работы не только экономит электроэнергию, но и создает более комфортные условия для отдыха.

Термостат в быту

Прибор предназначен для поддержания и регулирования температуры. Он прост в исполнении и не чувствителен к морозам. Изделие необходимо применять в системах отопления, инкубаторах, теплицах, для поддержания температурного режима в комнате и т. д. Кроме того, имеет смысл применять устройство в системах защиты от перегрева и пожарной сигнализации.

Прибор подключается к нагрузке, роль которой может выполнять тэн, трехфазное реле или любой нагревательный элемент. Его можно подключить к газовому электрическому клапану серии GSAV15R на 0,5 дюйма (1/2»), и выполнять автоматический контроль в погребе, теплице, гараже или комнате.

Устройство термостата является очень простым и не требует навыков программирования. Структурная схема подключения изделия представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема подключения.

Термостат состоит из следующих структурных блоков: термодиода, основного каскада термостата, реле и блока питания. Последний состоит из обыкновенного RC-фильтра. Он предназначен для корректной работы всех элементов схемы. Резистор, входящий в блок питания, также выполняет и функцию как регулятор установки гистерезиса операционного усилителя термостата.

Основной каскад выполняет регулировочные функции в автоматическом режиме. В его состав входит также элемент управления — переменный резистор. Термодиод — элемент управления работой основного каскада. Выходной каскад представляет собой реле, работой которого управляет операционный усилитель. Диапазон рабочих температур регулируется от 15 до 97 ° C .

Схема 1. Простой термостат своими руками.

Рекомендуется плату с реле поместить в отдельный корпус. Термодиод крепится на поверхность, где нужно осуществить контроль температурного режима. Перечень радиокомпонентов следующий:

• операционный усилитель: AD822;
• питание: 12 В 0,5 А;
• электролитические конденсаторы: 1 мкФ на 16 В;
• резисторы: R1 (5 Ом 0,5 Вт), R2 (переменный на 10 кОм), R3 (10 кОм), R4 (500 кОм) и R5 (39 кОм);
• диод D1: серия Д226 (с любым буквенным индексом);
• транзистор: IRFZ44n;
• реле постоянного тока: любой на напряжение питания до 12 В и коммутацией свыше 220 В.

Транзисторный ключ выполнен на полевом N-канальном MOSFET-транзисторе. Он обладает хорошими техническими характеристиками, и подходит для управления мощной нагрузкой. Его мощность достигает 110 Вт, но радиодеталь следует ставить на радиатор для отвода тепловой энергии.

Схему термостата можно модернизировать, поставив 2 светодиода (желательно разного цвета свечения). Первый ставится на выход блока питания. Он сигнализирует о наличии питания устройства. Второй нужно подключить параллельно нагрузке (тэну). Необходимо учитывать, что светодиод нужно подключать последовательно с резистором. Для индикации питания подойдет сопротивление номиналом от 0,8 до 1,2 кОм. Во втором случае для 220 В следует подобрать резистор с сопротивлением от 150 до 200 кОм.

Беспроводной светодиод

Этот примитивный прибор не имеет какой-либо практической ценности, но способен удивить далеких от электроники людей. Он представляет собой светодиод, который начинает светиться, будучи не подключенным к источнику питания.

Схема основана на одном транзисторе, который является практически полноценным генератором тока высокой частоты. Индуктор представлен в виде обычной проволоки, которая согнута в форме кольца. У светодиода имеется приемная петля, получающая на некотором расстоянии от индуктора электрический сигнал и заставляющая лампочку гореть.

Схема беспроводного светодиода

Для схемы понадобятся:

• 6 пальчиковых батареек;
• Светодиод;
• Транзистор (БФ494);
• Конденсатор на 0.1 мкФ;
• Резистор на 33 кОм;
• Индуктор 330 мкГ;
• Провода.

«Магический» светодиод

Уличное автоматическое освещение

Возникают ситуации, когда необходимо включить свет во дворе. Если владелец находится дома, то это сделать проще. Когда человек возвращается с работы, а на улице темно, то ему предстоит включить фонарь на мобильном телефоне или воспользоваться другим источником световой энергии. Радиолюбители предлагают простую схему автоматизации включения освещения. Она состоит из широкодоступных радиодеталей (схема 4). Главный элемент изделия — микросхема.

Схема 4. Устройство для автоматизации включения освещения.

Микросхема DA1 — операционный усилитель, который используется в качестве компаратора. Если напряжение на неинвертирующем входе «3» выше, чем на входе «2» (инвертирующий), то на выходе «6» устанавливается высокий уровень сигнала. Делитель, собранный на резисторах R2 и R3, задает напряжение на входе «2». Оно составляет 5 В. На выходе «3» величина разности потенциалов зависит от номинала R1, а также от состояния фототранзистора VT1.

В темное время суток сопротивление VT1 велико, поскольку он находится в закрытом состоянии. На входе «3» величина напряжения меньше, чем напряжение питания изделия. На входе «6» устанавливается высокий уровень сигнала, поступающего через R4 на базу транзистора VT2. В результате этого он открывается. Питание поступает на обмотку реле. Его контакты замыкают цепь питания лампы накаливания.

В ситуациях, когда освещенность фототранзистора велика, он находится в открытом состоянии. При этом величина напряжения на «3» ниже, чем на «2». Из этого следует, что уровень сигнала на «6» стремится к нулю. Напряжения и силы тока недостаточно для питания реле постоянного тока, и его контакты разомкнуты (лампа не горит). Перечень радиодеталей:

• операционный усилитель D1: КР544УД1Б (можно использовать КР544УД1 с любым буквенным индексом);
• фототранзистор VT1: МП26Б;
• транзистор VT2: КТ815 или КТ817 (буквенный индекс любой);
• резисторы: R1 = R4= 2,4 кОм, R2 = 9,1 кОм и R3 = 6,2 кОм;
• конденсатор С1: 4700 пФ (керамический);
• электролитический конденсатор С2: 20 мкФ на 16 В;
• диод VD1: КД522Б;
• реле постоянного тока К1: любое на 12 В и коммутацию контактов не менее 220 В.

Источник питания может быть любого типа на 12 В. Стабилизацию напряжения можно не производить, поскольку схема не чувствительна к его колебаниям. Порог срабатывания осуществляется резистором R1.

Таким образом, автоматика играет важную роль не только на производстве, но и в быту. Она обеспечивает комфортную работу и жизнь, поскольку позволяет выполнять задачи в автоматическом режиме без участия человека.

Качалка для кроватки

Бывают случаи, когда необходимо уложить спать ребенка, и необходимо постоянно раскачивать кроватку, чтобы малыш уснул. На это уходит много времени, а ведь иногда хочется и отдохнуть. В этом случае на помощь придет электроника в быту. Принципиальная схема «помощника» не очень сложная. Изделие можно условно разделить на несколько частей: блок питания, генератор, актуатор и детскую кровать.

Блок питания состоит из трансформатора (220/15), диодного моста, конденсатора и стабилитрона. Напряжение на выходе должно быть стабилизированным. Его величина не должна превышать 12 В, а сила тока — 4 А. Генератор и актуатор собираются на микросхемах (схема 3).

Мостовой драйвер (актуатор) собирается на микросхеме L298. При появлении логической единицы на входе «IN1», а на «IN2» — логического нуля осуществляется движение драйвера в разные стороны. Управление скоростью актуатора нужно производить по входу «ENA». Микроконтроллер ATmega16 управляет драйвером. Однако для этого на него следует закачать «прошивку», которую можно написать самому или скачать готовый файл из интернета.

Изделие оборудовано микрофоном, который улавливает плач ребенка. При этом происходит преобразование сигнала в электрический импульс, поступающий на микроконтроллер. После этого происходит подача дискретного сигнала на актуатор. Он совершает 15 качаний (все зависит от файла-прошивки). Скорость и частота качаний регулируются при помощи резисторов R1 и R2 соответственно. Микрофон необходимо располагать возле ребенка. Перечень деталей:

• микроконтроллер: ATmega16;
• генератор импульсов: LM78 (можно заменить на L05C, T092);
• актуатор (драйвер): L298;
• переменные резисторы: R1 (10 кОм) и R2 (10 кОм);
• резисторы: R3 (1 Ом) и R4 (2 кОм);
• конденсаторы: С1 (1 нФ) и С2 (1 нФ);
• диодный мост: любые диоды, рассчитанные на обратное напряжение 20 В;
• электролитический конденсатор: 2200 мкФ;
• трансформатор: 220/15 В;
• электродвигатель;
• микрофон: любой на 12 В.

Кроме того, следует обдумать схему монтажа и конструкцию. Она должна быть надежной и прочной. Микрофон изолируется, а само изделие располагается на безопасном от ребенка месте.

Простейший инвертер без транзисторов

Схема аппарата крайне проста, но очень надежна. Принцип работы выключателя основан на работе конденсаторе. Когда происходит нажатие на кнопку, загорается светодиод или лампа. Когда конденсатор будет полностью разряжен, источник света погаснет. Принцип работы следующий: при нажатии кнопки с возвратом происходит зарядка конденсатора, и он превращается в «питательный» элемент. Когда выключатель разомкнет контакт, радиоэлемент будет разряжаться и питать собой цепь, в которой установлена лампа.

Электросхема выключателя на кнопке

 Важно! Так как конденсатор не может вечно держать заряд, то свет рано или поздно  погаснет. Когда это произойдет – сказать сложно, так как все зависит от характеристик радиоэлементов, используемых в приборе.

Полезно такое устройство будет, например, в погребе или техническом подполье. Человек нажимает кнопку, берет необходимые ему вещи и, чтобы не тянуться к выключателю с грузом в руках, просто выходит из подвала. Когда конденсатор полностью разрядится, лампочка потухнет.

Автоматический выключатель

Схема аппарата крайне проста, но очень надежна. Принцип работы выключателя основан на работе конденсаторе. Когда происходит нажатие на кнопку, загорается светодиод или лампа. Когда конденсатор будет полностью разряжен, источник света погаснет. Принцип работы следующий: при нажатии кнопки с возвратом происходит зарядка конденсатора, и он превращается в «питательный» элемент. Когда выключатель разомкнет контакт, радиоэлемент будет разряжаться и питать собой цепь, в которой установлена лампа.

Электросхема выключателя на кнопке

 Важно! Так как конденсатор не может вечно держать заряд, то свет рано или поздно  погаснет. Когда это произойдет – сказать сложно, так как все зависит от характеристик радиоэлементов, используемых в приборе.

Полезно такое устройство будет, например, в погребе или техническом подполье. Человек нажимает кнопку, берет необходимые ему вещи и, чтобы не тянуться к выключателю с грузом в руках, просто выходит из подвала. Когда конденсатор полностью разрядится, лампочка потухнет.

Собранный выключатель

Охранная система

Современные охранные сигнализации — очень сложные устройства. Они выполняют много функций. Однако не имеет смысла покупать системы для выполнения одной функции. Например, при необходимости защитить дверь гаража, нет смысла применять электронику с разнообразным функционалом. Фирмы-производители постоянно усложняют оборудование, а это влияет на его стоимость.

Радиолюбители предлагают вариант упрощенной модели с минимальным количеством радиодеталей. Структурная схема, описывающая принцип работы устройства, приведена ниже (рис. 2).

Рисунок 2. Структурная схема сигнализации.

Устройство состоит из следующих компонентов: блока питания, датчика (датчиков) для контроля периметра, реле и сигнального устройства. Источник питания — обыкновенный аккумулятор на 12 В. Вместо него можно использовать мостовую схему выпрямителя, запитанную от трансформатора (220/14 В). На выходе диодного моста следует установить электролитический конденсатор. При этом следует соблюдать полярность. Датчик — обыкновенный геркон или группа элементов, которые соединены последовательно. Реле замыкает электрическую цепь и активирует сигнальное устройство при срабатывании геркона.

При нарушении периметра происходит срабатывание одного из герконов. В результате этого электрическая цепь размыкается. Один из контактов реле размыкается, а другой замыкается. Происходит подача питания на сигнальное устройство, и оно срабатывает. Схема устройства довольно простая (схема 2).

Схема 2. Простая звуковая сигнализация.

В схеме можно применять от одного до нескольких герконных датчиков. Перечень радиокомпонентов сигнализации:

• реле постоянного тока Р1: любое с напряжением срабатывания в 12 В и током, равным 1 А (одна пара срабатывает, а друга размыкает);
• сигнальное устройство: любое на 12 В;
• геркон: 100 мА и 12 В.

Герконы рекомендуется устанавливать на места, где вероятность проникновения на объект довольно высока (двери, окна и т. д.). Все элементы сигнализации маскируются.

Радиолюбители рекомендуют использовать до 10 герконов. Превышение их количества затрудняет диагностику неисправностей сигнализации.

Лабораторный блок питания своими руками

БП – полезный прибор для любого человека, занимающегося электроникой. Устройство способно регулировать выходное напряжение и ограничивать ток до тех параметров, которые будут необходимы для корректной работы той или иной схемы.

Важно! Купить БП можно в любом магазине электроники, но гораздо выгоднее и полезнее будет изготовить его своими руками с использованием простой схемы.

Чертеж блока

Схема состоит из следующих деталей:

• Блока питания из трансформатора, диодного моста и конденсатора;
• Регулятора на транзисторе или стабилитроне;
• Клемм и радиатора;
• Светодиода;
• Вольтметра;
• Резисторов.

Самодельное устройство в корпусе

Первым делом подготавливается плата, в которую впаиваются все необходимые элементы, фигурирующие в схеме, после чего ее подключают к трансформатору. На этом этапе блок питания уже может функционировать. Можно, конечно, сделать для него корпус, но эта процедура уже не относится к электронике.

Реле времени для фотопечати

Исходя из названия, реле времени позволяет управлять включением и выключением приборов в автоматическом режиме с помощью временных интервалов. Самый простой вариант можно собрать на транзисторах (из восьми элементов).

Важно! Такие реле активно применяются в системе «умный дом» для автоматизации осветительных приборов.

Состоит устройство из следующих элементов:

• Резисторы (2 штуки) на 100 Ом и 2.2 мОм;
• Транзистор биполярного типа КТ937А;
• Реле для переключения нагрузки;
• Резистор на 820 Ом;
• Конденсатор на 3300 мкФ;
• Диод выпрямительного типа;
• Переключатель для запуска отсчета времени.

Схема автоматического реле

Работает электросхема на батарейках  (9 Вольт) или на аккумуляторах (12 Вольт). Питать реле можно и обычным переменным током из домашней электрической сети. Последний способ возможен лишь при использовании специального преобразователя на постоянный ток с напряжением в 12 Вольт.

Внешний вид реле

В статье были приведены описания и подробно разобраны простые электрические схемы для детей и начинающих радиолюбителей. Они помогут понять основные принципы электроники, базовые обозначения радиоэлементов на схемах и, в конечном итоге, применить свои теоретические знания  на практике.

Акустический моргалик

Принцип работы акустических приборов всегда связан с улавливанием звуков и голоса человека с помощью микрофона. Попадая на чувствительные элементы динамика, звуковые волны конвертируются в электрический сигнал, который заставляет светодиоды на плате «моргать». Схема состоит из следующих радиоэлементов:

• Двух транзисторов КТ315Б;
• Резисторов (3 штуки) на 4700 Ом, 1 МоМб, 10 кОм;
• Микрофона;
• Конденсаторов полярного типа (2 штуки) на 47 и 1 мкФ;
• Светодиодов на 3 Вольта в размере 6 штук.

Схема моргалика

Функционирует прибор следующим образом: увеличивающий частоту звуковых колебаний усилитель, при попадании на него звуковых волн, начинает менять свое сопротивление. Переменный сигнал проходит через конденсатор и поступает на транзистор, открывая его. Ток достигает коллектора и поступает на второй элемент, который также открывается и лампочки начинают «моргать».

Моргалик на практике

Как вам статья?