Bezdotykowy próbnik napięcia

Na stronie pewnego elektronika niemieckiego trafiłem na ciekawy układ - łatwy do wykonania w sam raz dla początkujących. Jest to bezkontaktowy próbnik napięcia w pobliskim kablu/kablach, urządzeniach itd. itp. Urządzenie jest zasilane z bateryjki 9V, jego wskaźnikiem jest zwykła dioda LED, ma minimalny pobór prądu (niewiele więcej niż sama dioda) i powinno działać na wyżej wspomnianej bateryjce bardzo długo (na alkalicznej odmianie "dziewięciowoltówki" pewnie laaaata całe (oczywiście, jeśli urządzenie "doposażymy" w wyłącznik, aby nie żarło tej odrobinki w spoczynku, kiedy leży sobie np. w szufladzie). Sensorem jest zwykły kawałek przewodu (kilka - kilkanaście - kilkadziesiąt centymetrów). A najważniejsze w tym czymś jest fakt, że urządzenie jest CAŁKOWICIE BEZPIECZNE, ponieważ wspomniany kabelek-wyczuwaczek nie wymaga usuwania izolacji i nie wchodzi w kontakt z obwodami 230 V (trójfazowe też obsługuje). Ma sporo zalet, bo poprawnie wykonany (i w razie potrzeby dostrojony wartością oporniczka, do którego podpięty jest sensor) jest w stanie łapać napięcie (czyli tzw. "fazę") w kablach "spod tynku", a przy braku tegoż oporniczka nawet z około 40-70 cm, co uważam jednak za przesadne podkręcenie jego możliwości).  

Oto schemat montażowy (rysuneczek mój):

Wykonanie:

Układ można montować w pajęczynkę/na jeża, na tekturce/starej karcie bankomatowej/deseczce, płytce uniwersalnej dziurkowanej (bez ścieżek), płytce uniwersalnej trawionej, płytce uniwersalnej wtykanej z kontaktami, płytce samodzielnie wytrawionej pod potrzeby projektu lub nawet wyskrobanej w surowym laminacie (tak jak to robi często Preskaler i co można znaleźć także na forum wraz z fotkami).

Układ scalony 4017 można już kupić za ok. złotówkę (cena w największym chyba polskim elektronicznym sklepie wysyłkowym, nazwy nie podaję z wiadomych względów), dioda LED (większa, oczywiście klasyczna "niemrugająca sama z siebie") kosztuje około 90 groszy (ale przecież można wymontować jakąkolwiek skądkolwiek, zwłaszcza jeśli to "skądkolwiek" jest stare, niepotrzebne i zepsute). Rezystory (oporniki, tu wystarczą najtańsze na minimalną moc) są po kilka groszy za sztukę, bateryjka 9V to koszt rzędu 5-6 zł (alkaliczna 10-12 zł), klips do baterii (nieobowiązkowy) można kupić za około 1 zł. Sumaryczny koszt nie powinien w wersji budżetowej przekroczyć kwoty 7-8 złotych (wraz z baterią). Nowy podobny próbniczek (działający na jednego małego paluszka AAA i mający dodatkowo sygnał dźwiękowy) w sklepie wysyłkowym jest za 21 zł (plus koszta wysyłki pewnie z 9 zł). Układ scalony można zainstalować na podstawce - jest wtedy mniejsze ryzyko przegrzania w czasie lutowania (o ile lutujemy) czy też zwarcia/wyłamania którejś z nóżek. Koszt takiej podstawki (szesnastonóżkowej, po 8 po każdej stronie) to kilkanaście groszy.

Układ można skalować. Normalnie wychwytuje napięcie w kablu z odległości kilku centymetrów (dioda powinna zacząć migać), przez co w niektórych przypadkach może być zbyt mało dokładny (np. jeśli badanych kabli jest kilka obok siebie). Skrócenie kabla "czujki" do skromnycch 1-2 cm powinno problem rozwiązać (można także zwiększyć wartość oporniczka 1k). Ale można także pójść w drugą stronę i oporniczek 1k usunąć i wtedy czułość zwiększymy do ponad 50 cm i przy okazji stwierdzimy ciekawe zjawisko: jeśli zbliżymy rękę do dodatniego bieguna naszej bateryjki 9V (lub do kabelka od niego odchodzącego), to dioda "mrygać" przestaje i mamy prosty układ wykrywający obecność człowieka (oczywiście układ musi być najpierw w polu działania jakiegoś pobliskiego urządzenia 230V (lub więcej), żeby samodzielnie w ich pobliżu mrugał (u mnie po zlutowaniu na stole bez oporniczka 1k od razu mrugał, bo mam lampkę, komputer i monitor CRT przed nosem). Wartość oporniczka można oczywiście również zwiększyć w celu zmniejszenia czułości (a nawet posłużyć się potencjometrem).

Mój układ kosztował mnie właściwie 0 zł (bo scalaka miałem od kumpla, bateryjkę wyjąłem z paralizatora, którego i tak nie używam, bo po co komuś zadawać ból, a resztę z demontażu starocia).

Aha, układ 4017 działa już od 3 V, więc można także zmniejszyć wartość oporniczka 470 om (chroni on 1.5 woltową diodę LED przed przepaleniem przy podłączeniu do baterii 9 V), czyli dać jakiś o proporcjonalnie (mniej więcej) mniejszej wartości (można też sobie to ustawić odpowiednio dobranym potencjometrem, np. jakimś zwykłym montażowym) i zasilać całość z bateryjki litowej 3 V, np. 2032 (która ma pojemność około 65 mAh; to jest taka bateryjka, jaka zazwyczaj podtrzymuje zegar/datownik na płycie głównej komputera) czy też porządniejszej litówki CR2354 3V (ma pojemność aż 500 mAh), dwóch paluszków 1.5 V (dużych AA lub małych AAA).

Dla diodki czerwonej o typowym apetycie na prąd rzędu 20 mA oporniczek ograniczający, który zabezpiecza ją przed przepaleniem (czy też skróceniem żywotności) w przypadku zasilania napięciem 3V to 90 om. Dla diodek w innych kolorach czy innym poborze mA czy też dla innych napięć zasilających możesz łatwo wyliczyć potrzebną wartość opornika przy pomocy jednego z dostępnych w sieci kalkulatorków, np. tego pierwszego lepszego z brzegu, jaki znalazłem:

https://www.digikey.pl/pl/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-led-series-resistor

Jeśli ktoś wylutowywał diodę świecącą z jakiegoś starocia i nóżki jej są przez to równej długości i nie wie, która nóżka to katoda (minusowa, oryginalnie krótsza), a która anoda (plusowa, oryginalnie dłuższa), to można to rozpoznać po obudowie diody, bo od strony katody jest ona lekko ścięta, jakby zeszlifowana.

Podaję również oznaczenia barwne rezystorów, jeśli powyższy rysunek był dla kogoś mało przekonujący:

- 470 om (żółty - fioletowy – brązowy)]

- 1 kiloom = 1000 om (brązowy - czarny – czerwony)

Jeśli nie masz odpowiedniego oporniczka o wartości dokładnie takiej, jak podana na schemacie, to zawsze możesz połączyć kilka szeregowo (jeden za drugim - tak jak podoczepiane są do siebie wagony pociągu). Sumaryczny opór takiego "pociągu" odpowiada sumie poszczególnych wagonów (R1 + R2 + ...). Kod barwny rezystorów znajdziesz bez problemu w Internecie.

Jeśli masz oporniki niepasujące do schematu o wartości większej niż podana na nim, to możesz także spróbować zmniejszyć ich opór poprzez połączenie równoległe (lewe końcówki łączysz ze sobą do kupy, tak samo prawe - czyli tak jakbyś złożył ze sobą dwa patyki, kiedy chcesz je na raz złamać; wyprowadzenia będą w miejscu twoich dłoni, w których je trzymasz). Opór takiego nowo zmajstrowanego układu równoległego to (1/R1) + (1/R2) + ... , np. 2k + 2k (połączone równolegle) da nam 1 k, a 1k + 1k (także równolegle) da nam 500 om (czyli w pobliżu potrzebnych nam 470 om).

Schemat przedstawia widok układu scalonego od góry. Punktem odniesienia jest tu taki jakby wyfrezowany półokrąg/prostokąt, co widać także na rysunku (rzadziej ścięcie na rogu/brzegu "przodu" obudowy).

No to miłej zabawy i oczywiście mimo wszystko ostrożnie w pobliżu wyższych napięć.

(Marcin Perliński)


niniejszy artykuł jako plik PDF

wersja niemiecka jako plik PDF

podobny układ na 4011 lub 4093

wersja tranzystorowa