Как сделать мигающий светодиод. Мигающие светодиоды (Blinking LEDs) Генератор перекрывающих импульсов

Сайт находится в тестовом режиме. Приносим извинения за сбои и неточности.
Просим Вас писать нам о неточностях и проблемах через форму обратной связи.

Двухчастотный генератор на мигающем светодиоде

А. Бутов. Двухчастотный генератор на мигающем светодиоде. Мигающие светодиоды быстро завоевали симпатии радиолюбителей. Простота их применения окупает некоторые недостатки, например, относительно высокую стоимость и невозможность управлять частотой и скважностью световых импульсов. Радиолюбители не были бы таковыми, если бы не искали нестандартные варианты схем включения и применения различным радиодеталям. Не остались без внимания и мигающие светодиоды. В статье описаны два устройства. Первое из них выполнено на таком светодиоде и одном транзисторе. Светодиод одновременно работает и как низкочастотный (1…3 Гц) генератор и как генератор пачек импульсов с частотой заполнения 100…350 кГц. Второе устройство отличается от первого дополнительным делителем частоты на микросхеме К561ИЕ10 и двух транзисторах, что превращает его в звуковой генератор тональных импульсов.

Светодиодные источники оптического излучения видимого диапазона, в силу конструктивных особенностей не могут светиться при напряжении ниже 1,6... 1,8 В. Это обстоятельство резко ограничивает возможность применения светодиодов в устройствах, с низковольтным (от одного гальванического элемента) питанием. Предлагаемые светодиодные излучатели с низковольтным (0,1... 1,6 В) питанием можно использовать для индикации напряжений, передачи данных по оптическим каналам связи и т.д. Для их питания можно использовать и электрохимические элементы сверхмалого напряжения, в которых электролитом служат увлажненная почва или биологически активные среды.

Многообразие схем низковольтного питания светодиодов можно свести к двум основным разновидностям преобразования напряжения низкого уровня в напряжение высокого. Это схемы с емкостными и индуктивными накопителями энергии.

На рис.1 показана схема питания светодиода с использованием принципа удвоения напряжения питания. Генератор низкочастотных импульсов, частота следования которых определяется цепочкой R1-C1, а продолжительность - R2-C1, выполнен на транзисторах p-n-р и n-p-n структуры. С выхода генератора короткие импульсы через резистор R4 подаются на базу транзистора VT3, в коллекторную цепь которого включен красный светодиод HL1 и германиевый диод VD1. Между выходом генератора импульсов и точкой соединения светодиода и германиевого диода подключен электролитический конденсатор С2 большой емкости.

Рис.1. Cхема питания светодиода по принципу удвоения напряжения

В период продолжительной паузы между импульсами (транзистор VT2 закрыт и не проводит ток) этот конденсатор заряжается через VD1 и R3 до напряжения источника питания. При генерации короткого импульса транзистор VT2 открывается. Отрицательно заряженная обкладка конденсатора С2 оказывается соединенной с положительной шиной питания. Диод VD1 запирается. Заряженный конденсатор С2 оказывается подключен последовательно с источником питания и нагружен на цепочку: светодиод - переход эмиттер-коллектор транзистора VT3. Поскольку тем же импульсом транзистор VT3 отпирается, его сопротивление эмиттер-коллектор уменьшается. Таким образом, практически удвоенное напряжение питания (исключая незначительные потери) оказывается кратковременно приложенным к светодиоду - следует его яркая вспышка. После этого процесс заряда-разряда конденсатора С2 периодически повторяется.

При использовании светодиодов типа АЛ307КМ с напряжением свечения 1,35... 1,4 В, рабочее напряжение генератора составляет 0,8...1,6 В. Границы диапазона определены так: нижняя указывает напряжение начала свечения светодиода, верхняя - напряжение, при котором потребляемый устройством ток равен 20 мА.

Поскольку генератор работает в импульсном режиме, генерируются яркие вспышки света, привлекающие внимание. В схеме необходимо использовать хотя и низковольтный, но довольно громоздкий электролитический конденсатор С2 большой емкости.

Источники низковольтного питания светодиодов на основе мультивибраторов изображены на рис.2, 3. Первый из них выполнен на основе асимметричного мультивибратора, вырабатывающего короткие импульсы с большой междуимпульсной паузой. Накопитель энергии - конденсатор СЗ - периодически заряжается от источника питания и разряжается на светодиод, суммируя свое напряжение с напряжением питания.

Рис.2. Источник низковольтного питания светодиода
на основе асимметричного мультивибратора (импульсный характер свечения)

Генератор (рис.3) обеспечивает, в отличие от предыдущей схемы, непрерывный характер свечения светодиода. Устройство выполнено на основе симметричного мультивибратора и работает на повышенных частотах. В связи с этим емкости конденсаторов в этой схеме достаточно малы. Конечно, яркость свечения заметно понижена, но средний ток, потребляемый генератором при напряжении питания 1,5 В, не превышает 3 мА.

Рис.3. Источник низковольтного питания светодиода
на основе симметричного мультивибратора (непрерывный характер свечения)

Преобразователи напряжения конденсаторного типа (с удвоением напряжения) для питания светодиодных излучателей теоретически могут обеспечить снижение рабочего напряжения питания только до 60%. Использование в этих целях многокаскадных умножителей напряжения малоперспективно в связи с прогрессивно возрастающими потерями и падением КПД преобразователя.

Более перспективны в плане дальнейшего снижения напряжения питания преобразователи с индуктивными накопителями энергии. Заметно понизить нижнюю границу напряжения питания стало возможным за счет перехода на LC-варианты схем генераторов, использующих индуктивные накопители энергии.

В качестве индуктивного накопителя энергии в первой из схем (рис.4) использован телефонный капсюль. Одновременно со световым излучением генератор вырабатывает акустические сигналы. При увеличении емкости конденсатора до 200 мкФ генератор переходит в импульсный режим работы, вырабатывая прерывистые световые и звуковые сигналы. В качестве активного элемента используется несколько необычная структура - последовательное соединение транзисторов разного типа проводимости, охваченных положительной обратной связью.

Рис.4. Источник с индуктивным накопителем энергии

(телефонный капсюль)

Преобразователи напряжения для питания светодиода на рис.5 и 6 выполнены на аналогах инжекционно-полевых транзисторов. Первый из преобразователей (рис.5) использует комбинированную индуктивно-емкостную схему повышения выходного напряжения, сочетая принцип емкостного удвоения напряжения с получением повышенного напряжения на коммутируемой индуктивности.

Рис.5. Преобразователь напряжения для питания светодиода
на аналоге инжекционно-полевого транзистора - вариант 1

Наиболее прост генератор на аналоге инжекционно-полевого транзистора (рис.6), где светодиод одновременно исполняет роль конденсатора и является нагрузкой генератора. Устройство работает в узком диапазоне питающих напряжений, однако яркость свечения светодиода довольно высока, поскольку преобразователь является чисто индуктивным и имеет высокий КПД.

Рис.6. Преобразователь напряжения для питания светодиода
на аналоге инжекционно-полевого транзистора - вариант 2

На рис.7 показан генератор трансформаторного типа для питания светодиодов низковольтным напряжением. Генератор содержит три элемента, одним из которых является светоизлучающий диод. Без светодиода устройство является простейшим блокинг-генератором, причем на выходе трансформатора может формироваться довольно высокое напряжение. Если в качестве нагрузки генератора использовать светодиод, он начинает ярко светиться. В схеме в качестве трансформатора использовано ферритовое кольцо Ф1000 К10x6x2,5. Обмотки трансформатора имеют по 15.. .20 витков провода ПЭВ диаметр 0,23 мм. В случае отсутствия генерации концы одной из обмоток трансформатора меняют местами.

Рис.7. Генератор трансформаторного типа для питания светодиодов низковольтным напряжением

При переходе на высокочастотные германиевые транзисторы типа 1Т311, 1Т313 и использовании унифицированных импульсных трансформаторов типа МИТ-9, ТОТ-45 и др., нижнюю границу рабочих напряжений можно опустить до 0,125 В.

Напряжение питания всех рассмотренных схем, во избежание повреждения светодиодов, не должно превышать 1,6... 1,7 В.

Лишены возможности купить готовый мигающий светодиод, где внутрь колбы встроены необходимые элементы для осуществления нужной функции (осталось подключить батарейку) — попробуйте собрать авторскую схему. Понадобится немногое: рассчитать резистор светодиода, задающий совместно с конденсатором период колебаний в цепи, ограничить ток, выбрать тип ключа. По некоторым причинам экономика страны работает на добывающую отрасль, электроника закопана глубоко в землю. С элементной базой напряг.

Принцип действия светодиода

Подключая светодиод, узнайте минимум теории — портал ВашТехник готов помочь. Район p-n перехода за счет существования дырочной и электронной проводимости образует зону несвойственных толще основного кристалла энергетических уровней. Рекомбинируя, носители заряда высвобождают энергию, если величина равна кванту света, спай двух материалов начинает лучиться. Оттенок определен некоторыми величинами, соотношение выглядит так:

E = h c / λ; h = 6,6 х 10-34 – постоянная Планка, с = 3 х 108 – скорость света, греческой буквой лямбда обозначается длина волны (м).

Из утверждения следует: может быть создан диод, где разница энергетических уровней присутствует. Так изготавливаются светодиоды. В зависимости от разницы уровней, цвет синий, красный, зелёный. Редкие светодиоды обладают одинаковым КПД. Слабыми считают синие, которые исторически появились последними. КПД светодиодов сравнительно мал (для полупроводниковой техники), редко достигает 45%. Удельное превращение электрической энергии в полезную световую просто потрясающее. Каждый Вт энергии дает фотонов в 6-7 раз больше, нежели спираль накала в эквивалентных условиях потребления. Объясняет, почему светодиоды сегодня занимают прочную позицию в осветительной технике.

Создание мигалки на основе полупроводниковых элементов несравненно проще. Хватит сравнительно малых напряжений, схема начнет работать. Остальное сводится к правильному подбору ключевых и пассивных элементов для создания пилообразного или импульсного напряжения нужной конфигурации:

1. Амплитуда.
2. Скважность.
3. Частота следования.

Очевидно, подключение светодиода к сети 230 вольт выглядит негодной идеей. Присутствуют подобные схемы, но заставить мигать сложно, элементная база отсутствует. Светодиоды работают от гораздо более низких питающих напряжений. Самыми доступными считаются:

• Напряжение +5 В присутствует в устройствах заряда телефонных аккумуляторов, iPad и других гаджетов. Правда, выходной ток невелик, и не нужно. Вдобавок, +5 В нетрудно найти на шине блока питания персонального компьютера. С ограничением тока проблемы устраним. Провод красного цвета, землю ищите на черном.
• Напряжение +7…+9 Встречается на зарядных устройствах ручных радиостанций, в обиходе называемых рациями. Великое множество фирм, у каждой стандарты. Здесь бессильные дать конкретные рекомендации. Рации чаще выходят из строя в силу особенностей использования, лишние зарядные устройства обычно можно достать сравнительно дешево.
• Схема подключения светодиода будет лучше работать от +12 вольт. Стандартное напряжение микроэлектроники, встретим во многих местах. Компьютерный блок содержит вольтаж -12 вольт. Изоляция жилы синяя, сам провод оставлен для совместимости со старыми приводами. В нашем случае может понадобиться, не окажись под рукой элементной базы питания +12 вольт. Комплементарные транзисторы найти, включить вместо исходных сложно. Номиналы пассивных элементов остаются. Светодиод включается обратной стороной.
• Номинал -3,3 вольт на первый взгляд кажется невостребованным. Посчастливится достать на aliexpress RGB светодиоды SMD0603 4 рубля штука. Однако! Падение напряжения в прямом направлении не превышает 3 вольта (обратное включение не понадобится, но в случае неправильной полярности максимальный вольтаж составляет 5).

Устройство светодиода понятно, условия горения известны, приступим к реализации задумки. Заставим элемент мигать.

Тестирование мигающих RGB светодиодов

Компьютерный блок питания выступает идеальным вариантом тестирования светодиодов SMD0603. Нужно просто поставить резистивный делитель. Согласно схеме технической документации оценивают сопротивления p-n переходов в прямом направлении, заручившись помощью тестера. Прямое измерение здесь невозможно. Соберем схему, показанную ниже:

Провод +3,3 В блока питания компьютера оранжевой изоляции, схемную землю берем с черного. Обратите внимание: опасно включать модуль без нагрузки. Идеально подключить DVD-привод или другое устройство. Допускается при наличии умения обращения с приборами под током снять боковую крышку, извлечь оттуда нужные контакты, не снимать блок питания. Подключение светодиодов иллюстрирует схема. Измерили сопротивление на параллельном подключении светодиодов и остановились?

Поясняем: в рабочем состоянии светодиодов понадобится включить несколько, проделаем аналогичную настройку. Напряжение питания на микросхеме составит 2,5 вольта. Обратите внимание, светодиоды мигающие, показания неточные. Максимальное не превыше 2,5 вольта. Индикация успешной работы схемы выражается миганием светодиодов. Чтобы часть мерцала, уберем питание с ненужных. Допускается собрать отладочную схему с тремя переменными резисторами – по одному в ветвь каждого цвета.

Номиналы нужно брать весомые, не забывать: значительно ограничим ток, идущий через светодиоды. Фактически потребуется продумать вопрос согласно ситуации.

Обычный светодиод мигает

Схема мигающего светодиода

Схема, изображенная рисунком, использует для работы лавинный пробой транзистора. КТ315Б, используемый в качестве ключа, имеет максимальное обратное напряжения между коллектором и базой 20 вольт. Опасного в таком включении мало. У модификации КТ315Ж параметр составляет 15 вольт, гораздо ближе выбранному напряжению питания +12 вольт. Транзистор использовать не стоит.

Лавинный пробой нештатный режим p-n перехода. За счет превышения обратного напряжения между коллектором и базой происходит ионизация атомов ударами разогнавшихся носителей заряда. Образуется масса свободных заряженных частиц, увлекаемых полем. Очевидцы утверждают: для пробоя транзистора КТ315 требуется обратное напряжение, приложенное между коллектором и эмиттером, амплитудой 8-9 В.

Пара слов о работе схемы. В первоначальный момент времени начинает заряжаться конденсатор. Подключен на +12 вольт, остальная часть схемы оборвана — закрыт транзисторный ключ. Постепенно разница потенциалов повышается, достигает напряжения лавинного пробоя транзистора. Напряжение конденсатора резко падает, параллельно подключены два открытых p-n перехода:

1. Транзисторный находится в режиме пробоя.
2. Светодиод открыт за счет прямого включения.

В сумме напряжение составит порядка 1 вольта, конденсатор начинает разряжаться через открытые p-n переходы, только напряжение падает ниже 7-8 вольт, везение кончается. Транзисторный ключ закрывается, процесс повторяется заново. Схеме присущ гистерезис. Транзистор открывается при более высоком напряжении, нежели закрывается. Обусловлено инерционностью процессов. Видим, как работает светодиод.

Номиналы резистора, ёмкости определяют период колебаний. Конденсатор можно взять значительно меньше, включив меж коллектором транзистора и светодиодом небольшое сопротивление. Например, 50 Ом. Постоянная разряда резко увеличится, проверить светодиод визуально будет проще (возрастет время горения). Понятно, ток не должен быть слишком большим, максимальные значения берутся из справочников. Не рекомендуется вести подключение светодиодных светильников из-за низкой термостабильности системы и наличия нештатного режима транзистора. Надеемся, обзор получился интересным, картинки доходчивыми, объяснения ясными.

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

Answer

Lorem Ipsum is simply dummy text of the printing and typesetting industry. Lorem Ipsum has been the industry"s standard dummy text ever since the 1500s, when an unknown printer took a galley of type and scrambled it to make a type specimen book. It has survived not only five http://jquery2dotnet.com/ centuries, but also the leap into electronic typesetting, remaining essentially unchanged. It was popularised in the 1960s with the release of Letraset sheets containing Lorem Ipsum passages, and more recently with desktop publishing software like Aldus PageMaker including versions of Lorem Ipsum.

Продолжая рубрику статьей для начинающих радиолюбителей, хочу поделится схемой простейшего звукового генератора, который можно построить всего на двух компонентах. Эта схема предназначена для демонстрации принципа работы мигающего светодиода. Как уже догадались, один из компонентов - мигающий светодиод, второй компонент - громкоговоритель.

Мигающий светодиод можно использовать буквально любой, цвет и размеры не имеют значения. Мигающий светодиод у нас будет играть роль задающего генератора. Обычно, частота миганий таких светодиодов 1-4 Герц. Диапазон питающих напряжений 2-4 вольт, на практике светодиод отлично работает и от более высокого напряжения, поскольку это не просто светодиод. В него встроен чип, который работает на определенной частоте, что-то вроде низкочастотного мультивибратора. Схема не содержит дополнительных компонентов и может быть изготовлена за несколько секунд.

В качестве звукового излучателя можно использовать любую ВЧ головку или пьезоизлучатель (но эффект получается более хорошим, если использовать высокочастотные головки). Можно использовать динамические головки любой мощности и с любым сопротивлением катушки.

Источником питания может служить один аккумулятор от мобильного телефона или две пальчиковые батарейки. Вся схема из себя представляет последовательное включение мигающего светодиода и ВЧ динамической головки. При подаче питания схема может не заработать. В таком случае нужно менять полярность питания.

Светодиод будет мигать с определенной частотой, этим подавая кратковременные импульсы на катушку динамической головки. Мы получим эффект, который более похож на тиканье настенных часов. Такой простейший звуковой генератор может быть использован в самых разных электронных игрушках (музыкальные шкатулки, простейшие сигнализации и т.п.). Если дополнить конструкцию кнопкой, то можно получить простейший дверной звонок. Конечно, сигнал, который поступает на динамическую головку достаточно слаб, но его можно усилить применением простого усилителя мощности низкой частоты. Такая система может быть использована в качестве сигнализатора уровня воды, влажности и даже радиации. Устройство не только излучает звуковой сигнал, не нужно забыть о мигающем светодиоде, который играет роль генератора. Такая простая конструкция имеет полное право называться свето-звуковым генератором. Светодиод может быть заменен простым мультивибратором. Применение последнего даст нам возможность регулировать частоту генерируемых импульсов.