Оглавление
Как создать мигающий светодиод
Мигающий светодиод — это основной элемент сигнальных цепей. Специализированные магазины электроники предлагают модели, которые при подключении к источнику питания начинают мигать с заданной частотой. Эти светодиоды содержат интегральную схему, которая управляет миганием без необходимости использования дополнительных компонентов. Однако можно самостоятельно сконструировать мигающий светодиод, следуя определенным рекомендациям и правильно спроектировав схемы.
Компоненты для мигающих светодиодов
На некоторых занятиях по физике студенты изучают создание светодиодов, изучают их типы, принципы работы и пытаются собрать их в лабораторных условиях. Светодиоды повсеместно встречаются в современной жизни, от простых светодиодных лампочек до сложных устройств. Но что такое светодиод и как заставить его мигать? Давайте разберемся в этом процессе.
Светодиод (светоизлучающий диод) — это устройство, преобразующее электрический ток в свет. Существует два основных типа:
- Индикаторные светодиоды: используются для декоративного освещения, например, в гирляндах, световых вывесках и электронных игрушках.
- Осветительные светодиоды: предназначены для общего освещения, например, в люстрах и лампах.
Мигающий светодиод обычно содержит встроенный резистор и конденсатор для установки режима работы. Как готовые мигающие светодиоды, так и компоненты для их сборки можно найти в специализированных магазинах светодиодной продукции.
Базовый метод создания мигающего светодиода
Для создания конструкции, работающей при напряжении от 3 до 12 вольт, необходимы следующие компоненты:
- Резисторы: 6,8 — 15 Ом (2 шт.)
- Резисторы: 470 — 680 Ом (2 шт.)
- Маломощные NPN-транзисторы (2 шт.)
- Электрические конденсаторы: 47 — 100 мкФ (2 шт.)
- Маломощный светодиод (цвет не имеет значения)
- Паяльник, припой и флюс
Перед началом работы очистите и залудите выводы всех компонентов, учитывая полярность электролитических конденсаторов. Ниже приведена упрощенная схема подключения. При правильной сборке напряжение на R2 перестает достигать T2, оставляя T3 и R1 открытыми. Ток течет через них к светодиоду, заставляя его мигать по мере циклической подачи тока.
Расширенный метод для мигающего светодиода
Для этого метода также требуется одна батарейка AA. Сборка включает несколько цепей зарядки конденсаторов (R1C1R2 и R3C2R2). После зарядки C1 и C2 они активируются, подключая второй конденсатор к батарее. Объединенное напряжение проходит через T2 к светодиоду, заставляя его светиться. Когда напряжение падает, светодиод выключается, а C1 и C2 разряжаются. Цикл повторяется, как только конденсаторы перезаряжаются, позволяя светодиоду непрерывно мигать. С небольшими знаниями физики и базовыми компонентами вы можете создать мигающий светодиод дома.
Мигалка
Любой, кто имеет элементарные знания механики, сразу заметит две вопиющие ошибки в этой схеме. Во-первых, эмиттер и коллектор неправильно подключены; во-вторых, база остается «плавающей». Несмотря на эти технические ошибки, светодиод все равно будет работать. Переход в KT315 действует как динистор, накапливая значительное напряжение перед тем, как выпустить его на транзистор, который затем активируется. Ток течет к светодиоду, заставляя его светиться. По мере рассеивания напряжения светодиод тускнеет, инициируя циклический процесс. В таблице подробно описаны основные параметры серийно выпускаемых MSD, полученные из онлайн-файлов технических описаний.
В этой статье рассматриваются различные методы создания мигающих светодиодов. Такие методы бесценны для ремонта детской игрушки, улучшения домашнего освещения или даже создания праздничной гирлянды. При более глубоком понимании технологии эти конфигурации светодиодов можно адаптировать для других приложений, например, для разработки светового индикатора, когда дверца холодильника остается приоткрытой, или для помощи гостям в поиске дверного звонка или выключателя в тускло освещенном подъезде.
Опытные специалисты могут создать указатель поворота для велосипеда, помогающий пешеходам распознавать предполагаемое направление движения транспортного средства. Потенциальные возможности применения мигающих светодиодов огромны. Чтобы эффективно их использовать, нужны фундаментальные знания, необходимые материалы и ловкие руки.
Схема
Если единственным источником питания является электрическая сеть, можно использовать проверенную схему, как показано на рисунке. Избыточное напряжение рассеивается на резисторах R1-R3. Использование трех резисторов по 75 кОм вместо одного резистора 220 кОм удлиняет линию, снижая риск пробоя. Диод VD1 служит выпрямителем, а конденсатор C1 выполняет функцию накопителя. Примечательно, что схема включает стабилитрон VD1. Обычно, если бы светодиод HL1 не мигал, стабилитрон и резистор R4 были бы не нужны.
Однако, поскольку NI является мигающим светодиодом, его сопротивление резко возрастает при его затухании, что приводит к соответствующему увеличению падения напряжения. Без стабилитрона VD1 прямое напряжение на NI во время его выключенной фазы может достигать 300 В или выше, что может привести к отказу. Стабилитрон ограничивает напряжение на светодиоде при затухании.
Напряжение стабилизации стабилитрона не обязательно должно быть 12 В. Это может быть любое напряжение, которое светодиод может выдержать в выключенном состоянии, но не ниже его прямого напряжения при включении, в диапазоне от 3 В до 30 В. Таким образом, подойдет практически любой стабилитрон в этих пределах. Следовательно, конденсатор C1 должен иметь номинальное напряжение не ниже, чем у стабилитрона.
Резистор R4 предназначен для ограничения тока разряда конденсатора через светодиод при зажигании. Хотя его можно исключить, это может сократить срок службы светодиода. Поэтому R4 включен в качестве меры предосторожности, особенно при использовании стабилитрона с напряжением, близким к верхнему пределу (до 30 В). Более высокие напряжения вызывают более сильные скачки тока при зажигании, что делает R4 особенно критичным.
Как сделать светодиодную мигалку своими руками
Многочисленные схемы могут заставить светодиод мигать. Мигающие устройства могут быть сконструированы из дискретных радиодеталей или различных микросхем. Сначала мы рассмотрим схему мультивибратора с мигалкой, использующую два транзистора. Для ее сборки достаточно обычных компонентов, которые можно приобрести в магазине радиодеталей или снять со старых телевизоров, радиоприемников и другого электронного оборудования. Кроме того, многие интернет-магазины предлагают наборы, содержащие детали для сборки аналогичных схем светодиодных мигалок.
Схема мультивибратора
Схема мультивибратора элегантно состоит всего из девяти компонентов. Для реализации вам понадобятся:
- Два резистора сопротивлением от 6,8 до 15 кОм
- Два резистора сопротивлением от 470 до 680 Ом
- Два маломощных n-p-n транзистора, например KT315 B
- Два электролитических конденсатора емкостью от 47 до 100 мкФ
- Один маломощный светодиод любого цвета, например, красный
Не обязательно, чтобы парные компоненты, такие как резисторы R2 и R3, имели одинаковые значения. Незначительные изменения номиналов практически не влияют на работу мультивибратора. Более того, эта схема светодиодной мигалки демонстрирует замечательную устойчивость к напряжению питания, надежно работая в диапазоне от 3 до 12 вольт.
Эксплуатация
Схема мультивибратора-мигалки работает следующим образом: при включении питания схемы один транзистор всегда будет немного более открыт, чем другой, возможно, из-за немного более высокого коэффициента передачи тока. Предположим, что транзистор T2 изначально более открыт. Следовательно, ток для зарядки конденсатора C1 будет протекать через его базу и резистор R1. Транзистор T2 остается открытым, а его коллекторный ток проходит через R4. Положительная пластина конденсатора C2, подключенная к коллектору T2, испытывает низкое напряжение, предотвращая его заряд. По мере зарядки C1 базовый ток T2 уменьшается, в результате чего напряжение коллектора растет. В конце концов это напряжение достигает порогового значения, при котором конденсатор C2 начинает заряжаться, побуждая транзистор T3 открываться. Затем C1 разряжается через транзистор T3 и резистор R2, эффективно закрывая T2.
В течение этой фазы ток протекает через открытый транзистор T3 и резистор R1, освещая светодиод LED1. Циклы заряда-разряда конденсаторов повторяются попеременно. Наблюдение за осциллограммами на коллекторах транзисторов выявляет прямоугольные импульсы. Когда ширина импульса равна интервалу между импульсами, сигнал приобретает форму меандра. Одновременное снятие осциллограмм с коллекторов обоих транзисторов показывает, что они постоянно находятся в противофазе. Длительность импульса и интервал напрямую зависят от продуктов R2C2 и R3C1. Регулировка этих соотношений позволяет изменять длительность и частоту вспышки светодиода.
Инструкции по сборке
Чтобы собрать схему мигающего светодиода, необходимы такие инструменты, как паяльник, припой и флюс. Канифоль или жидкий флюс для пайки, доступные в магазинах, хорошо подходят. Перед сборкой тщательно очистите и залудите выводы радиодеталей. Подключите выводы транзисторов и светодиодов в соответствии с их назначением, обеспечив правильную полярность для электролитических конденсаторов. Маркировку выводов транзисторов КТ315 см. на фотографии.
Определить катод светодиода проще всего, осмотрев устройство на свету; у катода большая площадь электрода. Отрицательный вывод электролитического конденсатора обычно отмечен белой полосой. В зависимости от целей радиолюбителя схему мигалки можно собрать «на лету», соединив выводы компонентов тонкими проволочками. Этот метод может дать конструкцию, похожую на ту, что показана на фотографии ниже.
Для более долговечной мигалки рассмотрите возможность ее установки на кусок жесткого картона или создания печатной платы из текстолита.
Простая светодиодная мигалка
При внимательном рассмотрении этой светодиодной мигалки видно, что транзистор подключен «неправильно», эмиттер и коллектор неправильно подключены, а база «плавает». Несмотря на это, схема светодиодной мигалки остается работоспособной. KT315 работает как динистор, разрушая полупроводниковые структуры при достижении порога обратного напряжения, открывая транзистор.
Напряжение транзистора увеличивается по мере зарядки конденсатора. После того, как транзистор открывается, конденсатор разряжается на светодиод. Учитывая нестандартное подключение транзистора, во время настройки может потребоваться выбор резистора или конденсатора. После изготовления простой мигалки вручную можно перейти к более сложным мигающим устройствам, например, к созданию системы цветной музыки на светодиодах.
Мигающий светодиод на одной батарейке
Обычно светодиоды работают при напряжении выше 1,5 вольт, что затрудняет их включение с помощью одной батарейки АА. Однако некоторые схемы светодиодных мигалок, например, показанная ниже, преодолевают это. Схема включает две цепи зарядки конденсаторов: R1C1R2 и R3C2R2. Время зарядки конденсатора C1 значительно превышает время зарядки C2. После зарядки C1 оба транзистора открываются, последовательно соединяя C2 с батареей. Через транзистор T2 объединенное напряжение батареи и конденсатора питает светодиод, который загорается. После разрядки C1 и C2 транзисторы закрываются, инициируя новый цикл зарядки конденсатора. Эта схема светодиодной мигалки называется усилительной схемой.
Заключение
Мы изучили несколько схем светодиодных мигалок. Создание этих и других устройств улучшает навыки пайки и способность интерпретировать электронные схемы. Результатом могут стать высокофункциональные устройства, полезные в повседневной жизни, ограниченные только воображением создателя. Проявив креативность, можно сделать сигнализацию открытой дверцы холодильника или поворотник для велосипеда из светодиодной мигалки или даже заставить моргать глаза мягкой игрушки.