21.09.2014

Ферриты магнитомягкие это вещества поликристаллического строения получаемые в результате спекания при высокой температуре смеси оксидов железа с оксидами цинка, марганца и других металлов, с последующим измельчением и дальнейшим формированием из полученного порошка магнитопроводов необходимой формы. Благодаря высокому удельному сопротивлению потери мощности в ферритах малы, а рабочая частота высокая. Марки ферритов …

Электронные фокусы для любознательных детей Кашкаров Андрей Петрович

3.17. Проблесковый маячок: делаем сами

Открывать полный загадок мир радиоэлектроники, не имея специализированного образования, рекомендуется начинать со сборки простых электронных схем. Уровень удовлетворения при этом будет выше, если положительный результат будет сопровождаться приятным визуальным эффектом. Идеальным вариантом являются схемы с одним или двумя мигающими светодиодами в нагрузке. Ниже приведена информация, которая поможет в реализации наиболее простых схем, сделанных своими руками.

Готовые мигающие светодиоды и схемы с их использованием

Среди многообразия готовых мигающих светодиодов, наиболее распространены изделия в 5-ти мм корпусе. Помимо готовых одноцветных мигающих светодиодов, существуют двухвыводные экземпляры с двумя или тремя кристаллами разного цвета. У них в одном корпусе с кристаллами встроен генератор, который работает на определенной частоте. Он выдает одиночные чередующиеся импульсы на каждый кристалл по заданной программе. Скорость мерцания (частота) зависит от заданной программы. При одновременном свечении двух кристаллов мигающий светодиод выдает промежуточный цвет. Вторыми по популярности являются мигающие светоизлучающие диоды, управляемые током (уровнем потенциала). То есть, чтобы заставить мигать светодиод данного типа нужно менять питание на соответствующих выводах. Например, цвет излучения двуцветного красно-зелёного светодиода с двумя выводами зависит от направления протекания тока.

Трёхцветный (RGB) мигающий светодиод с четырьмя выводами имеет общий анод (катод) и три вывода для управления каждым цветом отдельно. Эффект мигания достигается путём подключения к соответствующей системе управления.

Смастерить мигалку на основе готового мигающего светодиода достаточно легко. Для этого потребуется батарейка CR2032 или CR2025 и резистор на 150–240 Ом, который следует припаять на любой вывод. Соблюдая полярность светодиода, контакты подключаются к батарейке. Светодиодная мигалка готова, можно наслаждаться визуальным эффектом. Если использовать батарейку типа «крона», основываясь на законе Ома, следует подобрать резистор большего сопротивления.

Обычные светодиоды и семы мигалок на их основе

Начинающий радиолюбитель может собрать мигалку и на простом одноцветном светоизлучающем диоде, имея минимальный набор радиоэлементов. Для этого рассмотрим несколько практических схем, отличающихся минимальным набором используемых радиодеталей, простотой, долговечностью и надежностью.

Первая схема состоит из маломощного транзистора Q1 (КТ315, КТ3102 или аналогичный импортный аналог), полярного конденсатора C1 на 16В с емкостью 470 мкФ, резистора R1 на 820-1000 Ом и светодиода L1 наподобие АЛ307. Питается вся схема от источника напряжения 12В.

Приведенная схема работает по принципу лавинного пробоя, поэтому база транзистора остаётся «висеть в воздухе», а на эмиттер подаётся положительный потенциал. При включении происходит заряд конденсатора, примерно до 10В, после чего транзистор на мгновение открывается с отдачей накопленной энергии в нагрузку, что проявляется в виде мигания светодиода. Недостаток схемы заключается в необходимости наличия источника напряжения 12В.

Вторая схема собрана по принципу транзисторного мультивибратора и считается более надёжной. Для её реализации потребуется:

• два транзистора КТ3102 (или их аналога);
• два полярных конденсатора на 16В емкостью 10 мкФ;
• два резистора (R1 и R4) по 300 Ом для ограничения тока нагрузки;
• два резистора (R2 и R3) по 27 кОм для задания тока базы транзистора;
• два светодиода любого цвета.

В данном случае на элементы подаётся постоянное напряжение 5В. Схема работает по принципу поочередного заряда-разряда конденсаторов С1 и С2, что приводит к открыванию соответствующего транзистора. Пока VT1 сбрасывает накопленную энергию С1 через открытый переход коллектор-эмиттер, светится первый светодиод. В это время происходит плавный заряд С2, что способствует уменьшению тока базы VT1. В определённый момент VT1 закрывается, а VT2 открывается и светится второй светодиод.

Вторая схема имеет сразу несколько преимуществ:

1. Она может работать в широком диапазоне напряжений начиная от 3В. Подавая на вход более 5В, придётся пересчитать номиналы резисторов, чтобы не пробить светодиод и не превысить максимальный ток базы транзистора.
2. В нагрузку можно включать 2–3 светодиода параллельно или последовательно, пересчитав номиналы резисторов.
3. Равное увеличение ёмкости конденсаторов ведёт к увеличению длительности свечения.
4. Изменив ёмкость одного конденсатора, получим несимметричный мультивибратор, в котором время свечения будет различным.

В обоих вариантах можно применить транзисторы pnp проводимости, но с коррекцией схемы подключения.

Иногда вместо мигающих светодиодов радиолюбитель наблюдает обычное свечение, то есть оба транзистора частично приоткрыты. В таком случае нужно либо заменить транзисторы, либо запаять резисторы R2 и R3 с меньшим номиналом, увеличив, тем самым, ток базы.

Следует помнить, что питания от 3В будет недостаточно, чтобы зажечь светодиод с высоким значением прямого напряжения. Например, для светодиода белого, синего или зелёного цвета потребуется большее напряжение.

Кроме рассмотренных принципиальных схем, существует великое множество других несложных решений, которые вызывают мигание светодиода. Начинающим радиолюбителям стоит обратить внимание на недорогую и широко распространенную микросхему NE555, на которой также можно реализовать данный эффект. Её многофункциональность поможет собирать и другие интересные схемы.

Область применения

Мигающие светодиоды со встроенным генератором нашли применение в построении новогодних гирлянд. Собирая их в последовательную цепь и устанавливая резисторы с небольшим отличием по номиналу, добиваются сдвига в мигании каждого отдельного элемента цепи. В итоге получается прекрасный световой эффект, не требующий сложного блока управления. Достаточно только подключить гирлянду через диодный мост.

Мигающие светоизлучающие диоды, управляемые током, применяются в качестве индикаторов в электронной технике, когда каждому цвету соответствует определённое состояние (вкл./выкл. уровень заряда и пр.). Также из них собирают электронные табло, рекламные вывески, детские игрушки и прочие товары, в которых разноцветное мигание вызывает интерес у людей.

Умение собирать простые мигалки станет стимулом к построению схем на более мощных транзисторах. Если приложить немного усилий, то с помощью мигающих светодиодов можно создать множество интересных эффектов, например – бегущую волну.

Читайте так же

Проблесковые маячки применяются в электронных охранных домовых системах и на автомобилях как устройства индикации, сигнализации и предупреждения. Причём их внешний вид и «начинка» часто совсем не отличаются от проблесковых маячков (спецсигналов) аварийных и оперативных служб.

В продаже имеются классические маячки, но их внутренняя «начинка» поражает своим анахронизмом: изготовлены они на основе мощных ламп с вращающимся патроном (классика жанра) или ламп типа ИФК-120, ИФКМ-120 со стробоскопическим устройством, обеспечивающим вспышки через равные промежутки времени (импульсные маячки). А между тем на дворе XXI век, когда наблюдается триумфальное шествие очень ярких (мощных по световому потоку) светодиодов.

Одним из основополагающих моментов в пользу замены ламп накаливания и галогенных ламп светодиодами, в частности в проблесковых маячках, являются больший ресурс (срок безотказной работы) и меньшая стоимость последних.

Кристалл светодиода практически «неубиваем», поэтому ресурс прибора определяет в основном долговечность оптического элемента. Подавляющее большинство производителей применяют для его изготовления различные комбинации эпоксидных смол, разумеется, с различной степенью очистки. В частности, из-за этого светодиоды имеют ограниченный ресурс, по истечении которого они мутнеют.

Разные производители (не будем их бесплатно рекламировать) заявляют ресурс своих светодиодов от 20 до 100 тысяч (!) часов. В последнюю цифру мне слабо верится, потому что светодиод должен работать непрерывно 12 лет. За это время пожелтеет даже бумага, на которой отпечатана статья.

Однако, в любом случае, по сравнению с ресурсом традиционных ламп накаливания (менее 1000 часов) и газоразрядных ламп (до 5000 часов), светодиоды на несколько порядков долговечнее. Совершенно очевидно, что залогом большого ресурса является обеспечение благоприятного теплового режима и стабильного питания светодиодов.

Преобладание светодиодов с мощным световым потоком 20 - 100 лм (люменов) в новейших электронных устройствах промышленного изготовления, в которых они работают вместо ламп накаливания, даёт основание и радиолюбителям применять такие светодиоды в своих конструкциях. Таким образом, я подвожу читателя к мысли о возможности замены в аварийных и специальных маячках различных ламп мощными светодиодами. При этом ток потребления устройством от источника питания уменьшится и будет зависеть в основном от применённого светодиода. Для использования в автомобиле (в качестве спецсигнала, аварийного светового указателя и даже «знака аварийной остановки» на дорогах) ток потребления непринципиален, поскольку аккумуляторная батарея (АКБ) автомобиля имеет достаточно большую энергоёмкость (55 и более Ач и более). Если же маячок питается от автономного источника, то ток потребления установленного внутри оборудования будет иметь немаловажное значение. Кстати, и АКБ автомобиля без подзарядки может разрядиться при длительной работе маячка.

Так, например, «классический» маячок оперативных и аварийных служб (синий, красный, оранжевый - соответственно) при питании от источника постоянного напряжения 12 В потребляет ток более 2,2 А, который складывается из потребляемого электродвигателем (вращающим патрон) и самой лампой. При работе проблескового импульсного маячка ток потребления снижается до 0,9 А. Если же вместо импульсной схемы собрать светодиодную (об этом ниже), ток потребления сократится до 300 мА (зависит от мощности применённых светодиодов). Экономия в стоимости деталей также ощутима.

Конечно, не изучен вопрос о силе света (или, лучше сказать, его интенсивности) от тех или иных проблесковых устройств, поскольку автор не имел и не имеет специальной аппаратуры (люксометра) для такого теста. Но в силу новаторских решений, предложенных ниже, данный вопрос становится второстепенным. Ведь даже относительно слабые световые импульсы (в частности от светодиодов), пропущенные сквозь призму неоднородного стекла колпачка маячка в ночное время более чем достаточны для того, чтобы маячок заметили за несколько сотен метров. Именно в этом смысл дальнего предупреждения, не правда, ли?

Теперь рассмотрим электрическую схему «заменителя лампы» проблескового маячка (рис. 1).

Эту электрическую схему мультивибратора можно с полным правом назвать простой и доступной. Устройство разработано на основе популярного интегрального таймера КР1006ВИ1, содержащего два прецизионных компаратора, обеспечивающих погрешность сравнения напряжений не хуже ±1%. Таймер неоднократно использовался радиолюбителями для построения таких популярных схем и устройств, как реле времени, мультивибраторы, преобразователи, сигнализаторы, устройства сравнения напряжения и другие.

В состав устройства, кроме интегрального таймера DA1 (многофункциональная микросхема КР1006ВИ1), входят ещё времязадающий оксидный конденсатор С1, делитель напряжения R1R2. С3 выхода микросхемы DA1 (ток до 250 мА) управляющие импульсы поступают на светодиоды HL1-HL3.

Принцип работы устройства

Включение маячка осуществляется с помощью включателя SB1. Принцип работы мультивибратора подробно описан в литературе.

В первый момент на выводе 3 микросхемы DA1 высокий уровень напряжения - и светодиоды горят. Оксидный конденсатор С1 начинает заряжаться через цепь R1R2.

Спустя примерно одну секунду (время зависит от сопротивления делителя напряжения R1R2 и ёмкости конденсатора С1 напряжение на обкладках этого конденсатора достигает величины, необходимой для срабатывания одного из компараторов в едином корпусе микросхемы DA1. При этом напряжение на выводе 3 микросхемы DA1 устанавливается равным нулю - и светодиоды гаснут. Так продолжается циклически, пока на устройство подано напряжение питания.

Кроме указанных на схеме, в качестве HL1-HL3 рекомендую использовать мощные светодиоды HPWS-T400 или аналогичные с током потребления до 80 мА. Можно применять и только один светодиод из серий LXHL-DL-01, LXHL-FL1C, LXYL-PL-01, LXHL-ML1D, LXHL-PH01,

LXHL-MH1D производства Lumileds Lighting (все - оранжевого и краснооранжевого цвета свечения).

Напряжение питания устройства можно довести до 14,5 В, тогда его можно подключать в бортовую автомобильную сеть даже при работающем двигателе (а точнее - генераторе).

Особенности конструкции

Плата с тремя светодиодами устанавливается в корпус проблескового маячка вместо «тяжеловесной» штатной конструкции (лампы с вращающимся патроном и электродвигателем).

Для того чтобы выходной каскад обладал ещё большей мощностью, потребуется установить в точку А (рис. 1) усилитель тока на транзисторе VT1 так, как это показано на рисунке 2.

После подобной доработки можно применять по три параллельно включенных светодиода типов LXHL-PL09, LXHL-LL3C (1400 мА),

UE-HR803RO (700 мА), LY-W57B (400 мА) - все оранжевого цвета. При этом общий ток потребления соответственно увеличится.

Вариант с лампой-вспышкой

У кого сохранились детали фотоаппаратов со встроенной вспышкой, тот может пойти и другим путём. Для этого старую лампу-вспышку демонтируют и подключают в схему так, как показано на рисунке 3. С помощью представленного преобразователя, подключаемого также в точку А (рис. 1), на выходе устройства с низким напряжением питания получают импульсы амплитудой 200 В. Напряжение питания в данном случае однозначно увеличивают до 12 В.

Мигающие светодиоды часто применяют в различных сигнальных цепях. В продаже довольно давно появились светодиоды (LED) различных цветов, которые при подключении к источнику питания периодически мигают. Для их мигания не нужны никакие дополнительные детали. Внутри такого светодиода смонтирована миниатюрная интегральная микросхема, управляющая его работой. Однако для начинающего радиолюбителя намного интереснее сделать мигающий светодиод своими руками, а заодно изучить принцип работы электронной схемы, в частности мигалок, освоить навыки работы с паяльником.

Как сделать светодиодную мигалку своими руками

Существует множество схем, с помощью которых можно заставить мигать светодиод. Мигающие устройства можно изготовить как из отдельных радиодеталей, так и на основе различных микросхем. Сначала мы рассмотрим схему мигалки мультивибратора на двух транзисторах. Для ее сборки подойдут самые ходовые детали. Их можно приобрести в магазине радиодеталей или «добыть» из отживших свой срок телевизоров, радиоприемников и другой радиоаппаратуры. Также во многих интернет магазинах можно купить наборы деталей для сборки подобных схем led мигалок.

На рисунке изображена схема мигалки мультивибратора, состоящая всего из девяти деталей. Для ее сборки потребуются:

• два резистора по 6.8 – 15 кОм;
• два резистора имеющие сопротивление 470 – 680 Ом;
• два маломощных транзистора имеющие структуру n-p-n, например КТ315 Б;
• два электролитических конденсатора емкостью 47 –100 мкФ
• один маломощный светодиод любого цвета, например красный.

Не обязательно, чтобы парные детали, например резисторы R2 и R3, имели одинаковую величину. Небольшой разброс номиналов практически не сказывается на работе мультивибратора. Также данная схема мигалки на светодиодах не критична к напряжению питания. Она уверенно работает в диапазоне напряжений от 3 до 12 вольт.

Схема мигалки мультивибратора работает следующим образом. В момент подачи на схему питания, всегда один из транзисторов окажется открытым чуть больше чем другой. Причиной может служить, например, чуть больший коэффициент передачи тока. Пусть первоначально больше открылся транзистор Т2. Тогда через его базу и резистор R1 потечет ток заряда конденсатора С1. Транзистор Т2 будет находиться в открытом состоянии и через R4 будет протекать его ток коллектора. На плюсовой обкладке конденсатора С2, присоединенной к коллектору Т2, будет низкое напряжение и он заряжаться не будет. По мере заряда С1 базовый ток Т2 будет уменьшаться, а напряжение на коллекторе расти. В какой-то момент это напряжение станет таким, что потечет ток заряда конденсатора C2 и транзистор Т3 начнет открываться. С1 начнет разряжаться через транзистор Т3 и резистор R2. Падение напряжения на R2 надежно закроет Т2. В это время через открытый транзистор Т3 и резистор R1 будет течь ток и светодиод LED1 будет светиться. В дальнейшем циклы заряда-разряда конденсаторов будут повторяться попеременно.

Если посмотреть осциллограммы на коллекторах транзисторов, то они будут иметь вид прямоугольных импульсов.

Когда ширина (длительность) прямоугольных импульсов равна расстоянию между ними, тогда говорят, что сигнал имеет форму меандра. Снимая осциллограммы с коллекторов обоих транзисторов одновременно, можно заметить, что они всегда находятся в противофазе. Длительность импульсов и время между их повторениями напрямую зависят от произведений R2C2 и R3C1. Меняя соотношение произведений можно изменять длительность и частоту вспышек светодиода.

Для сборки схемы мигающего светодиода понадобятся паяльник, припой и флюс. В качестве флюса можно использовать канифоль или жидкий флюс для пайки, продающийся в магазинах. Перед сборкой конструкции необходимо тщательно зачистить и залудить выводы радиодеталей. Выводы транзисторов и светодиода нужно соединять в соответствии с их назначением. Также необходимо соблюдать полярность включения электролитических конденсаторов. Маркировка и назначение выводов транзисторов КТ315 показаны на фото.

Мигающий светодиод на одной батарейке

Большинство светодиодов работают при напряжениях свыше 1.5 вольт. Поэтому их нельзя простым способом зажечь от одной пальчиковой батарейки. Однако существуют схемы мигалок на светодиодах позволяющие преодолеть эту трудность. Одна из таких показана ниже.

В схеме мигалки на светодиодах имеется две цепочки заряда конденсаторов: R1C1R2 и R3C2R2. Время заряда конденсатора С1 гораздо больше времени заряда конденсатора С2. После заряда С1 открываются оба транзистора и конденсатор С2 оказывается последовательно соединен с батарейкой. Через транзистор Т2 суммарное напряжение батареи и конденсатора прикладывается к светодиоду. Светодиод загорается. После разряда конденсаторов С1 и С2 транзисторы закрываются и начинается новый цикл зарядки конденсаторов. Такая схема мигалки на светодиодах называется схемой с вольтодобавкой.

Мы рассмотрели несколько схем мигалок на светодиодах. Собирая эти и другие устройства можно не только научиться паять и читать электронные схемы. На выходе можно получить вполне работоспособные приборы полезные в быту. Дело ограничивается только фантазией создателя. Проявив смекалку, из светодиодной мигалки можно, например, сделать сигнализатор открытой дверцы холодильника или указатель поворотов велосипеда. Заставить мигать глазки мягкой игрушки.