اتصال کوتاه

چگونه بدون استفاده از امواج رادیویی و یا سیم‌کشی اضافی فرمان قطع و وصل وسایل الکتریکی را از دور صادر کنیم؟

.

.

.

خیلی پیش می‌آید که برقراری ارتباط الکتریکی به صورت فرمان از دور در محدوده‌ی خانه، بین اتاق‌ها، یا بین ساختمان و محوطه، از آپارتمان تا پارکینگ و انباری ضرورت پیدا می‌کند. اما، از یک سو، سیم‌کشی راه حل سریع، تمیز و ارزانی نیست، و از سوی دیگر امواج رادیویی معمولاً نمی‌توانند ارتباط قابل اعتماد و مطمئنی را در میان طبقات و به ویژه بین طبقات بالا و طبقات زیر همکف برقرار سازند. این‌جاست که به کار گیری سیم‌های برق به عنوان محیط حامل علایم و سیگنال‌های الکتریکی خودنمایی می‌کند.

.

شبکه‌ی برق‌رسانی: شبکه‌ی انتقال علایم الکتریکی

سال‌هاست که می‌دانیم شبکه‌ی سراسری برق می‌تواند برای انتقال علایم الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. البته فرکانس علایم و سیگنال‌هایی که منتقل می‌شوند، باید بالاتر از فرکانس برق شهر (۵۰ هرتز) باشد تا شبکه در برابر آن علایم امپدانس کافی از خود نشان دهد و در نتیجه، برای رد و بدل کردن علایم، تزریق جریان کم‌تری به شبکه ضرورت پیدا کند. برای برقرای ارتباط در یک مسیر کوتاه، مثلاً بین فضاهای مختلف یک آپارتمان یا خانه، بازه‌ی فرکانسی میان یک کیلوهرتز تا ۲۵ کیلوهرتز مناسب است.

.

درباره‌ی مدار

در مدارهای فرستنده و گیرنده‌ای که این‌جا معرفی می شوند، فرکانس کار در حدود ۵ کیلوهرتز انتخاب شده است که یک‌صد برابر بزرگ‌تر از فرکانس برق شبکه است و به سادگی با به کارگیری یک مدار صافی (فیلتر) از نوع «بالاگذر» از فرکانس ۵۰ هرتزی برق شهر جدا و انتخاب می‌گردد.

.

.

مدار فرستنده

مدار فرستنده، که در بالا دیده می‌شود، دربردارنده‌ی یک مدار نوسانگر شامل یک آی.سی. ۵۵۵ و یک تقویت‌کننده‌ی قدرت است که با دو ترانزیستور مداربندی شده. این ترانزیستورها به کمک دو دیود ۴۰۰ ولتی که به صورت معکوس بسته شده‌اند، از ولتاژهای گذرا و پالس‌های بزرگی، که معمولاً روی شبکه برق ظاهر می‌شوند، حفاظت می‌شوند.

سیگنال تقویت‌شده‌ی خروجی ترانزیستورها از روی پایه‌ی امیتر آن‌ها برداشته می‌شود و پس از جداسازی (دکوپلاژ) مدار فرستنده از برق شهری توسط یک خازن حفاظتی رده‌ی X۲ با هر ظرفیتی بین ۲۲۰ نانوفاراد تا ۴۷۰ نانوفاراد و با ولتاژ کار ۲۵۰ ولت متناوب به بالا، به خط فاز (L = Live) برق شهر فرستاده می‌شود. این خازن را با گذاشتن یک «ستاره» در کنار آن علامت‌گذاری کرده‌ایم.

زمین دستگاه مستقیم به خط نول برق شهر وصل می‌شود. مقاومت موازی با این خازن باعث می‌شود که به محض جدا کردن این دستگاه از برق، شارژ ولتاژ زیاد درون خازن به سرعت در آن تخلیه شود و خطر بروز شوک الکتریکی برای کاربر ایجاد نکند.
این مدار را می‌توان با باتری یا توسط یک منبع تغذیه‌ی کوچک ۱۲ ولتی تغذیه کرد. البته، خوانندگانی که تجربه‌ی بیشتری دارند می‌توانند برای این مدار یک «منبع تغذیه‌ی خازنی» بسازند. لینک داده شده حاوی اطلاعات جامعی در مورد این نوع منبع تغذیه‌هاست.

ارسال فرمان از دستگاه فرستنده می‌تواند یا با قطع و وصل کردن ولتاژ تغذیه‌ی آن و یا از طریق قطع و وصل کردن پایه‌ی شماره ۴ آی.سی. تایمر ۵۵۵ از و به خط مثبت تغذیه صورت پذیرد. با وصل شدن خط مثبت ۱۲ ولت به پایه‌ی ۴، نوسانگر شروع به کار می‌کند و با قطع آن از کار بازمی‌ایستد.

.

مدار گیرنده

سیگنال ۵ کیلوهرتزی که با راه افتادن فرستنده در خط فاز منتشر می‌شود، در هر جایی که این خط وجود داشته باشد، از روی آن قابل برداشت خواهد بود. بنابراین، در صورتی که در محل استفاده از این دستگاه برق سه فاز در دسترس باشد، باید دقت کرد که قسمت گیرنده و فرستنده هر دو به یک فاز وصل شوند.

.

.

در مدار گیرنده، که در بالا دیده می‌شود، یک ترانزیستور از تیپ مثبت (PNP) به صورت تقویت‌کننده مداربندی شده است. این ترانزیستور توسط مقاومت ۲۲۰ کیلواهمی همواره، تا موقعی که سیگنالی به پایه‌ی بیس آن نرسیده باشد، در حالت قطع نگه داشته می‌شود.

تغذیه‌ی این ترانزیستور توسط یک مدار «منبع‌تغذیه‌ی بدون ترانسفورماتور» شامل مقاومت ۴۷۰ اهم، خازن ۳۳۰ نانوفاراد، دو دیود متصل به آن و خازن الکترولیت ۲۲۰ میکروفاراد تامین می‌شود. چون در این مدار از ترانزیستور تیپ مثبت استفاده شده، زمین دستگاه (که به نول برق وصل است) خط مثبت تغذیه می‌باشد.

 پایه‌ی بیس این ترانزیستور از طریق یک فیلتر بالاگذر خازن-مقاومتی به شکل T شامل دو خازن ۲۲ نانوفاراد و یک مقاومت یک کیلواهمی، و سپس یک خازن جداساز ۱۵ نانوفاراد ۲۵۰ ولتی، به خط فاز برق شهر وصل شده است.

با رسیدن سیگنا‌ل‌های ۵ کیلوهرتزی به گیرنده، این علایم که از لحاظ دامنه بسیار کوچک‌تر از ولتاژ برق شهری هستند، پس از گذر از خازن جداساز، که گیرنده را از ولتاژ ۲۲۰ ولت حفاظت می‌کند، وارد فیلتر T می‌شوند که مقادیر افزاره‌های آن برای ۵ کیلوهرتز محاسبه و انتخاب شده‌اند، و به راحتی از آن عبور می‌کنند و به بیس ترانزیستور می‌رسند. ترانزیستور به کار می افتد، به حالت هدایت می‌رود و ولتاژ مثبت تغذیه از مسیر امیتر-کلکتور ترانزیستور عبور کرده و از طریق مقاومت ۸۲۰ اهمی خازن الکترولیت ۴۷۰ میکروفارادی را شارژ کرده و به پایه‌ی گِیت ترایاک می‌رسد. ترایاک تهییج‌شده و به کار می‌افتد (آتش یا تریگ می‌شود). در این حال، بار یا مصرف‌کننده، که در اینجا یک چراغ است، و با ترایاک سری بسته شده، روشن می‌شود.
با قطع شدن سیگنال، ترانزیستور و ترایاک دیگر هدایت نمی‌کنند و چراغ (بار) خاموش می‌شود.

دیود روی بیس ترانزیستور دامنه‌ی ولتاژ سیگنال ورودی را در حد منفی ۰/۷ ولت پایین نگه می‌دارد تا ترانزیستور با ولتاژ ورودی زیاد و یا ولتاژ مثبت مواجه نشود و آسیب نبیند.

.

درباره‌ی افزاره‌ها
هر کدام از شماره‌های داده شده برای ترانزیستور و ترایاک در این مدار قابل استفاده هستند. ترایاک‌ها باید از نوع ۴۰۰ ولتی یا بالاتر باشند. با توجه به تیپ ترایاک‌های داده شده، بیشینه‌ی جریان عبوری نباید از ۴ آمپر تجاوز کند. برای بار یا مصرف‌کننده‌های بزرگ‌تر، باید ترایاک با آمپراژ مجاز متناسب انتخاب نمود.

مقاومت ۴۷۰ اهمی در مسیر شارژ خازن تغذیه، جریان شارژ آن را محدود می‌کند. فقط این مقاومت را از نوع نیم واتی یا بالاتر بگیرید. بقیه‌ی مقاومت‌ها در هر دو مدار یک‌چهارم واتی هستند.

مقاومت تخلیه‌کننده‌ی ۳۳۰ کیلواهمی پس از جدا کردن گیرنده از برق، شارژ باقی‌مانده در خازن ۳۳۰ نانوفاراد را سریع در خود مصرف و آن را خالی می‌کند تا احتمال وارد شدن شوک الکتریکی به کاربر منتفی شود.

در مدار گیرنده نیز مانند مدار فرستنده، خازن‌هایی را که با گذاشتن یک «ستاره» در کنار آن‌ها علامت‌گذاری کرده‌ایم، باید از نوع خازن حفاظتی رده‌ی X۲ با ولتاژ کار مجاز ۲۵۰ ولت متناوب به بالا انتخاب شوند. خاصیت این خازن‌ها در این است که به مرور زمان اگر خراب شوند، مدار داخلی آن‌ها تضمینی «باز» می‌شود و برق را از مدار قطع می‌کنند. در صورتی که اگر بر اثر خرابی اتصال‌کوتاه می‌شدند، می‌توانستند حرارت زیاد ایجاد کنند و باعث جرقه و آتش‌سوزی و انفجار افزاره‌ها شوند و خساراتی به بار آورند که از محدوده‌ی خود دستگاه‌ها بسیار وسیع‌تر باشند.

.

قانون و استفاده از شبکه‌ی برق شهری

مطابق قوانین حاکم بر استفاده از شبکه‌ی برق شهری، سیگنال‌های روی دستگاه شما نباید از طریق سیم برق از منزل‌تان خارج شوند، چرا که احتمال دارد تجهیزات برقی همسایگان و تاسیسات اداره برق را تحت تاثیر قرار دهند و در آن‌ها اختلال ایجاد کند. اما در این‌جا نیازی به گذاشتن فیلتر بر سر راه برق ورودی منزل نیست، زیرا اندوکسیون موجود در کنتور برق آنقدر بزرگ است که سیگنال فرستنده‌ی ما را به شدت تضعیف می‌کند و این سیگنال از آن عبور نمی‌کند.

.

چالش‌های رو در رو با این سامانه

یکی از مشکلاتی که وجود این سیگنال روی شبکه‌ی برق ممکن است با آن روبرو شود، در ارتباط با لامپ‌های مهتابی (فلورسنت) است. بیش‌تر چراغ‌های مهتابی خوب، دارای یک «خازن اصلاح ضریب قدرت» هستند. این خازن می‌تواند سیگنال‌های فرستنده را جذب کند و سامانه‌ی ما را از کار بیاندازد. ساده‌ترین راه‌حل باز کردن این خازن از مهتابی است. با این کار فقط و فقط جریان عبوری از چراغ کم می‌شود، اما مصرف آن(که شما پولش را می‌پردازید) ثابت باقی خواهد ماند. راه حل زیباتر این است که یک چوک کوچک با این خازن سری کنید.

در پایان بار دیگر یادآوری می‌کنم که در همه‌ی قسمت‌ها و اجزای هر دو مدار فرستنده و گیرنده ولتاژ مرگ‌آور ۲۲۰ ولت وجود دارد.

این دستگاه‌ها را نسازید!
اما اگر به مسوولیت خودتان دست به ساختن آن‌ها زدید، حتماً تدابیر حفاظتی را به طور کامل و دقیق به کار ببندید، دستگاه‌ها را به فیوز مناسب مجهز کنید، آن‌ها را درون جعبه‌های عایق پلاستیکی مونتاژ کنید و در جایی نصب کنید که از دسترس کودکان و افراد متفرقه دور باشد.

.

.

مطالب مرتبط:

طراحی منبع تغذیه‌های بدون ترانسفورماتور

خازن‌های ضداختلال، خازن‌های مسدود کننده

.

.

آخرین به روز رسانی:

.

.

.