На малюнку показана схема світлодіодного маячка, схема проста і не містить дорогих елементів і зібрана за класичною схемою (мультивібратор).
Схема складається з двох транзисторів, двох конденсаторів, чотирьох резисторів і двох світлодіодів. Частота миготіння світлодіодів залежить від опору резисторів 100К та конденсаторів 10 мкФ. Відповідно збільшивши ємність конденсаторів зменшиться частота миготіння світлодіодів.
Світлодіодний проблисковий маячок можна використовувати як новорічну прикрасу або просто як цікаву іграшку.
Довідка
Мультивібратор – релаксаційний генератор сигналів електричних прямокутних коливань із короткими фронтами. Термін запропонований голландським фізиком ван дер Полем, тому що в спектрі коливань мультивібратора є безліч гармонік - на відміну від генератора синусоїдальних коливань («моновібратора»).
Мультивібратор є одним з найпоширеніших генераторів імпульсів прямокутної форми, що є двокаскадним резистивним підсилювачем з глибоким позитивним зворотним зв'язком. В електронній техніці використовуються найрізноманітніші варіанти схем мультивібраторів, які різняться між собою за типом використовуваних елементів (лампові, транзисторні, тиристорні, мікроелектронні і так далі), режиму роботи (автоколивальний, синхронізації, що чекають), видах зв'язку між підсилювальними елементами, способами регулювання тривалості і способами регулювання тривалості частоти генерованих імпульсів тощо.
Віднесення мультивібратора до класу автогенераторів виправдане лише за умови коливання його роботи. У режимі очікування мультивібратор виробляє імпульси тільки тоді, коли на його вхід надходять синхронізуючі сигнали. Режим синхронізації відрізняється від автоколивального тим, що в цьому режимі за допомогою зовнішнього керуючого (синхронізуючого) коливання вдається підлаштувати частоту коливань мультивібратора під частоту напруги синхронізації або зробити кратною їй (захоплення частоти) для автоколивальних мультивібраторів.
Симетричним мультивібратором називають при попарній рівності опорів резисторів R1 і R4, R2 і R3, ємностей конденсаторів C1 і C2, а також параметрів транзисторів VT1 і VT2.
Схема може бути в одному з двох нестабільних станів і періодично переходить з одного в інше і назад. Фаза переходу дуже коротка завдяки позитивному зворотному зв'язку між каскадами посилення.
Принцип дії
Стан 1: VT1 закритий, VT2 відкритий і насичений, C1 швидко заряджається базовим струмом VT2 через R1 і VT2, після чого при повністю зарядженому C1 (полярність заряду вказана на схемі) через R1 не тече струм, напруга на C1 дорівнює (струм бази VT2) * R2, а на колекторі VT1 - живлення.
Напруга на колекторі VT2 невелика (падіння на насиченому транзисторі).
C2, заряджений раніше попередньому стані 2 (полярність за схемою), починає повільно розряджатися через відкритий VT2 і R3. Поки він не розрядився, напруга на базі VT1 = (невелика напруга на колекторі VT2) - (велика напруга на C2) - тобто негативна напруга, що наглухо замикає транзистор.
Стан 2: те ж саме в дзеркальному відображенні (VT1 відкритий і насичений, VT2 закритий).
Перехід із стану в стан: в стані 1 C2 розряджається, негативна напруга на ньому зменшується, а напруга на базі VT1 - зростає. Через досить тривалий час воно досягне нуля. Розрядившись повністю, С2 починає заряджатися у зворотний бік, поки напруга на базі VT1 не досягне приблизно 0,6 Ст.
Це призведе до початку відкриття VT1, появи колекторного струму через R1 та VT1 та падіння напруги на колекторі VT1 (падіння на R1). Так як C1 заряджений і швидко розрядитися не може, це призводить до падіння напруги на базі VT2 та початку закриття VT2.
Закриття VT2 призводить до зниження колекторного струму та зростання напруги на колекторі (зменшення падіння на R4). У поєднанні з перезарядженим C2 це ще більше підвищує напругу на базі VT1. Цей позитивний зворотний зв'язок призводить до насичення VT1 та повного закриття VT2.
Такий стан (стан 2) підтримується протягом розряду C1 через відкритий VT1 і R2.
Таким чином, постійна час одного плеча є С1 * R2, другого - C2 * R3. Це дає тривалість імпульсів та пауз.
Також ці пари підбираються так, щоб падіння напруги на резисторі в умовах протікання через нього струму бази було б більшим, порівнянним із живленням.
R1 і R4 підбираються набагато менші, ніж R3 і R2, щоб зарядка конденсаторів через R1 і R4 була швидше, ніж розрядка через R3 і R2. Чим більшим буде час заряджання конденсаторів, тим швидше виявляться фронти імпульсів. Але відносини R3/R1 і R2/R4 не повинні бути більшими, ніж коефіцієнти посилення відповідних транзисторів, інакше транзистори не будуть відкриватися повністю.
Знайти в темний час доби різні предмети та об'єкти, у тому числі рухомі (наприклад, домашніх тварин), стане легше, якщо на них закріпити економічний маячок, описаний нижче: з настанням темряви він автоматично включається і починає подавати світлові сигнали.
Схема маячка показано на рис. 1. По суті, це несиметричний мультивібратор на транзисторах різної структури VT2, VT3, який виробляє короткі імпульси з інтервалом кілька секунд. Джерелом світла є випромінюючий діод HL1, датчиком освітленості - фототранзистор VT1.
Працює пристрій в такий спосіб. Як видно зі схеми, ділянка емітер-колектор фототранзистора VT1 разом з резисторами R1, R2 утворює дільник напруги ланцюга бази транзистора VT2. У світлий час доби опір цієї ділянки невеликий, тому напруга на емітерному переході транзистора VT2 мало, і він закритий. Закритий і транзистор VT3, оскільки напруга зміщення з його основі, що залежить від струму колектора VT2, дорівнює нулю. Іншими словами, мультивібратор не працює і споживаний ним струм не перевищує 2...3 мкА.
З настанням темряви, коли через зменшення освітленості опір ділянки емітер-колектор фототранзистора VT1 зростає настільки, що падіння напруги на ньому досягає приблизно 0,6, транзистор VT2 починає відкриватися. Збільшення створюваного колекторним струмом падіння напруги на резисторі R4 призводить до того, що починає відкриватися і транзистор VT3. В результаті напруга на колекторі його знижується і починає заряджатися конденсатор С1. Зарядний струм протікає через резистор R1, ділянку емітер - колектор VT1 і емітерний перехід транзистора VT2, тому останній відкривається ще більше і його колекторний струм росте, що веде до ще більшого відкривання транзистора VT3 і т. д. Процес протікає світлодіод спалахує.
У міру зарядки конденсатора С1 зарядний струм зменшується, і в якийсь момент транзистор VT2, а за ним і VT3 починають закриватися. Відбувається це швидко, тому світлодіод різко гасне. Далі конденсатор розряджається через світлодіод HL1, резистор R5 і високоомний резистор R2 і як тільки напруга на ньому знизиться до певного значення, транзистор VT2 знову почне відкриватися і весь процес повториться. Через великий опір розрядного ланцюга тривалість розрядки конденсатора значно більша, ніж зарядки, тому інтервал між спалахами світлодіода досягає кількох секунд.
Для того, щоб спалахи були більш помітні, у пристрої застосований надяскравий світлодіод. Для мінімізації напруги живлення обраний світлодіод TLWR9622 (червоного кольору світіння) групи Y (пряма напруга - 1,83.-.2,07 В). Це дозволяє зберегти працездатність маячка при зниженні напруги живлення приблизно до 2,3 Ст.
Усі деталі пристрою розміщують на друкованій платі з однобічно фольгованого склотекстоліту, ескіз якої показано на рис. 2.
Крім транзистори, зазначених на схемі, в маячку можна застосувати КТ361В, КТ361Г і КТ315В, КТ315Г, а також транзистори серій КТ3107 (VT2) і КТ3102 (VT3) з будь-яким буквеним індексом. Світлодіод HL1 - будь-який надяскравий червоного кольору світіння з можливо меншою прямою напругою і, бажано, з великим кутом випромінювання. Можна використовувати надяскравий світлодіод і білого кольору свічення, але тоді доведеться збільшити напругу живлення (воно має бути не менше 3,5 В). Конденсатори С1, С2 – будь-які оксидні в циліндричному корпусі діаметром 5 мм (наприклад, серії ТК фірми Jamicon), резистори – МЛТ, С2-33, Р1-4. Вимикач SA1 – будь-який малогабаритний.
Для розширення кута випромінювання світлодіода можна закріпити на ньому пластмасовий ковпачок (матовий або прозорий з рифленою поверхнею).
Батарею живлення маячка можна скласти із різних гальванічних або акумуляторних елементів. Наприклад, якщо він призначений для установки на невеликих рухомих об'єктах, то зручно використовувати малогабаритні та легкі дискові елементи типорозміру 357А, в інших випадках доцільно застосувати пальчикові AAA, що володіють більшою ємністю.
Якщо всі деталі справні і немає помилок у монтажі, маячок починає працювати відразу після включення живлення – достатньо закрити віконце фототранзистора непрозорою шторкою. Необхідної яскравості спалахів досягають підбором резистора R5. Тривалість спалахів залежить від опору резистора R1 та ємності конденсатора С1, а паузи між ними - від ємності цього ж конденсатора та опору резистора R2.
Для збільшення дальності виявлення маячка число світлодіодів можна збільшити, наприклад, до чотирьох, з'єднавши їх послідовно і розмістивши в конструкції таким чином, щоб вони випромінювали світло в різні боки. У цьому випадку, звичайно, напруга живлення треба підвищити до 12 В і пропорційно збільшити опір резисторів R1, R2, а резистор R5 підібрати по яскравості спалахів.
| З цією схемою також часто переглядають: |
Такий маячок можна зібрати як завершений сигнальний пристрій, наприклад, велосипед або просто заради розваги.
Маяк на мікросхемі влаштований простіше. До його складу входить одна логічна мікросхема, яскравий світлодіод будь-якого кольору світіння та кілька елементів обв'язування.
Після збирання маячок починає працювати відразу після подачі на нього живлення. Налаштування практично не потрібно, за винятком підстроювання тривалості спалахів, але це за бажанням. Можна залишити все як є.
Ось важлива схема "маячка".
Отже, поговоримо про деталі, що використовуються.
Мікросхема К155ЛА3 є логічною мікросхемою на базі транзисторно-транзисторної логіки – скорочено званої ТТЛ. Це означає, що ця мікросхема створена з біполярних транзисторів. Мікросхема всередині містить лише 56 деталей - інтегральних елемента.
Існують також КМОП чи CMOS мікросхеми. Ось вони вже зібрані на польових МДП-транзисторах. Варто відзначити той факт, що у мікросхем ТТЛ енергоспоживання вище, ніж у КМОП-мікросхем. Але вони не бояться статичної електрики.
До складу мікросхеми К155ЛА3 входить 4 осередки 2І-НЕ. Цифра 2 означає, що на вході логічного базового елемента 2 входу. Якщо поглянути на схему, то можна переконатися, що це справді так. На схемах цифрові мікросхеми позначаються літерами DD1 де цифра 1 вказує на порядковий номер мікросхеми. Кожен із базових елементів мікросхеми також має своє буквене позначення, наприклад, DD1.1 або DD1.2. Тут цифра після DD1 вказує на порядковий номер базового елемента мікросхемі. Як уже говорилося, у мікросхеми К155ЛА3 чотири базові елементи. На схемі вони позначені як DD1.1; DD1.2; DD1.3; DD1.4.
Якщо поглянути на принципову схему уважніше, можна помітити, що буквене позначення резистора R1* має зірочку * . І це недарма.
Так на схемах позначаються елементи, номінал яких необхідно підлаштовувати (підбирати) під час налагодження схеми для того, щоб досягти потрібного режиму роботи схеми. У цьому випадку за допомогою цього резистора можна налаштувати тривалість спалаху світлодіода.
В інших схемах, які ви можете зустріти, підбором опору резистора, позначеного зірочкою, потрібно домогтися певного режиму роботи, наприклад, транзистора підсилювача. Як правило, в описі схеми наводиться методика налаштування. У ньому описується, як можна визначити, робота схеми налаштована правильно. Зазвичай це робиться виміром струму чи напруги певному ділянці схеми. Для схеми маяка все набагато простіше. Налаштування проводиться чисто візуально і не потребує вимірювання напруги та струму.
На важливих схемах, де пристрій зібрано на мікросхемах, зазвичай, рідко можна знайти елемент, номінал якого необхідно підбирати. Та це й не дивно, тому що мікросхеми це насправді вже налаштовані елементарні пристрої. А, наприклад, на старих принципових схемах, які містять десятки окремих транзисторів, резисторів та конденсаторів зірочку * поряд з буквеним позначенням радіодеталі можна зустріти набагато частіше.
Тепер поговоримо про цоколівку мікросхеми К155ЛА3. Якщо не знати деяких правил, можна зіткнутися з несподіваним питанням: "А як визначити номер виведення мікросхеми?" Тут нам на допомогу прийде так званий ключ. Ключ – це спеціальна мітка на корпусі мікросхеми, яка вказує на точку відліку нумерації висновків. Відлік номера виведення мікросхеми зазвичай ведеться проти годинникової стрілки. Погляньте на малюнок, і вам стане ясно.
До виведення мікросхеми К155ЛА3 під номером 14 підключається плюс «+» живлення, а висновку 7 – мінус «-». Мінус вважається загальним проводом, за зарубіжною термінологією позначається як GND .
Проблискові маячки застосовуються в електронних охоронних будинкових системах та на автомобілях як пристрої індикації, сигналізації та попередження. Причому їх зовнішній вигляд та «начинка» часто зовсім не відрізняються від проблискових маячків (спецсигналів) аварійних та оперативних служб.
У продажу є класичні маячки, але їх внутрішня «начинка» вражає своїм анахронізмом: виготовлені вони на основі потужних ламп з патроном, що обертається (класика жанру) або ламп типу ІФК-120, ІФКМ-120 зі стробоскопічним пристроєм, що забезпечує спалахи через рівні проміжки. імпульсні маячки). А на дворі XXI століття, коли спостерігається тріумфальна хода дуже яскравих (потужних світловим потоком) світлодіодів.
Одним із основних моментів на користь заміни ламп розжарювання та галогенних ламп світлодіодами, зокрема в проблискових маячках, є більший ресурс (термін безвідмовної роботи) та менша вартість останніх.
Кристал світлодіода практично «невбиваємо», тому ресурс приладу визначає переважно довговічність оптичного елемента. Переважна більшість виробників застосовують для його виготовлення різні комбінації епоксидних смол, зрозуміло, з різним ступенем очищення. Зокрема, через це світлодіоди мають обмежений ресурс, після якого вони каламутніють.
Різні виробники (не будемо їх безкоштовно рекламувати) заявляють ресурс своїх світлодіодів від 20 до 100 тисяч (!) годин. В останню цифру мені слабо віриться, тому що світлодіод має працювати безперервно 12 років. За цей час пожовкне навіть папір, на якому надруковано статтю.
Однак, у будь-якому випадку, порівняно з ресурсом традиційних ламп розжарювання (менше 1000 годин) та газорозрядних ламп (до 5000 годин), світлодіоди на кілька порядків довговічніші. Цілком очевидно, що запорукою великого ресурсу є забезпечення сприятливого теплового режиму та стабільного живлення світлодіодів.
Переважна кількість світлодіодів з потужним світловим потоком 20 - 100 лм (люменів) у новітніх електронних пристроях промислового виготовлення, в яких вони працюють замість ламп розжарювання, дає підставу і радіоаматорам застосовувати такі світлодіоди у своїх конструкціях. Таким чином, я підводжу читача до думки про можливість заміни в аварійних та спеціальних маячках різних ламп потужними світлодіодами. При цьому струм споживання пристроєм від джерела живлення зменшиться і залежатиме в основному від застосованого світлодіода. Для використання в автомобілі (як спецсигнал, аварійний світловий покажчик і навіть «знак аварійної зупинки» на дорогах) струм споживання непринциповий, оскільки акумуляторна батарея (АКБ) автомобіля має досить велику енергоємність (55 і більше Ач і більше). Якщо ж маячок живиться від автономного джерела, то струм споживання встановленого всередині обладнання матиме важливе значення. До речі, і АКБ автомобіля без підзарядки може розрядитись при тривалій роботі маячка.
Так, наприклад, «класичний» маячок оперативних та аварійних служб (синій, червоний, помаранчевий - відповідно) при живленні від джерела постійної напруги 12 В споживає струм більше 2,2 А, який складається зі споживаного електродвигуном (обертовим патрон) і лампою. При роботі проблискового імпульсного маячка струм споживання знижується до 0,9 А. Якщо замість імпульсної схеми зібрати світлодіодну (про це нижче), струм споживання скоротиться до 300 мА (залежить від потужності застосованих світлодіодів). Економія вартості деталей також відчутна.
Звичайно, не вивчено питання про силу світла (або, краще сказати, його інтенсивність) від тих чи інших проблискових пристроїв, оскільки автор не мав і не має спеціальної апаратури (люксометра) для такого тесту. Але через новаторські рішення, запропоновані нижче, це питання стає другорядним. Адже навіть відносно слабкі світлові імпульси (зокрема від світлодіодів), пропущені крізь призму неоднорідного скла ковпачка маячка в нічний час більш ніж достатні для того, щоби маячок помітили за кілька сотень метрів. Саме в цьому сенс далекого попередження, чи не так?
Тепер розглянемо електричну схему замінника лампи проблискового маячка (рис. 1).
Цю електричну схему мультивібратора можна з повним правом назвати простою та доступною. Пристрій розроблено на основі популярного інтегрального таймера КР1006ВІ1, що містить два прецизійні компаратори, що забезпечують похибку порівняння напруг не гірше ±1%. Таймер неодноразово використовувався радіоаматорами для побудови таких популярних схем та пристроїв, як реле часу, мультивібратори, перетворювачі, сигналізатори, пристрої для порівняння напруги та інші.
До складу пристрою, крім інтегрального таймера DA1 (багатофункціональна мікросхема КР1006ВІ1), входять ще час, що задає оксидний конденсатор С1, дільник напруги R1R2. С3 виходу мікросхеми DA1 (струм до 250 мА) керуючі імпульси надходять на світлодіоди HL1-HL3.
Принцип роботи пристрою
Увімкнення маячка здійснюється за допомогою вмикача SB1. Принцип роботи мультивібратора докладно описано у літературі.
У перший момент на виведенні 3 мікросхеми DA1 високий рівень напруги – і світлодіоди горять. Оксидний конденсатор С1 починає заряджатися через ланцюг R1R2.
Приблизно через одну секунду (час залежить від опору дільника напруги R1R2 і ємності конденсатора С1 напруга на обкладках цього конденсатора досягає величини, необхідної для спрацьовування одного з компараторів в єдиному корпусі мікросхеми DA1. При цьому напруга на виведенні 3 мікросхеми DA1 встановлюється рівним нулю гаснуть. Так триває циклічно, поки на пристрій подано напругу живлення.
Крім зазначених на схемі, як HL1-HL3 рекомендую використовувати потужні світлодіоди HPWS-T400 або аналогічні зі струмом споживання до 80 мА. Можна застосовувати лише один світлодіод із серій LXHL-DL-01, LXHL-FL1C, LXYL-PL-01, LXHL-ML1D, LXHL-PH01,
LXHL-MH1D виробництва Lumileds Lighting (все - помаранчевого та червонооранжевого кольору світіння).
Напруга живлення пристрою можна довести до 14,5 В, тоді його можна підключати до бортової автомобільної мережі навіть при працюючому двигуні (а точніше - генераторі).
Особливості конструкції
Плата з трьома світлодіодами встановлюється в корпус проблискового маячка замість «важковагової» штатної конструкції (лампи з патроном і електродвигуном, що обертається).
Для того щоб вихідний каскад мав ще більшу потужність, потрібно встановити в точку А (рис. 1) підсилювач струму на транзисторі VT1 так, як це показано на малюнку 2.
Після подібного доопрацювання можна застосовувати по три паралельно включених світлодіоди типів LXHL-PL09, LXHL-LL3C (1400 мА),
UE-HR803RO (700 мА), LY-W57B (400 мА) - все оранжевого кольору. У цьому загальний струм споживання відповідно збільшиться.
Варіант із лампою-спалахом
У кого збереглися деталі фотоапаратів із вбудованим спалахом, той може піти й іншим шляхом. Для цього стару лампу-спалах демонтують і підключають до схеми так, як показано на малюнку 3. За допомогою представленого перетворювача, що підключається також у точку А (рис. 1), на виході пристрою з низькою напругою живлення отримують імпульси амплітудою 200 В. Напруга живлення у разі однозначно збільшують до 12 У.
