Как сделать схему мигающего светодиода
Как сделать мигающий светодиод
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:
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.
Проще всего определить катод светодиода, рассматривая прибор на просвет. Катодом является электрод с большей площадью. Минусовой вывод «электролита» обычно помечен белой полосой на корпусе прибора.
В зависимости от задач, которые ставит перед собой радиолюбитель, схему мигалки можно собрать «навесу», соединяя выводы радиодеталей между собой с помощью отрезков тонкого провода. В этом случае может получиться конструкция наподобие той, что показана ниже на фото.
Если нужно собрать мигалку для последующего применения, то монтаж можно выполнить на куске жесткого картона или изготовить печатную плату из текстолита.
Простая мигалка на светодиоде
Существуют более простые схемы мигалок на светодиоде. Одна из таких показана на следующем фото.
Если внимательно присмотреться к этой светодиодной мигалке, то можно увидеть, что транзистор в схеме мигалки включен «неправильно». Во-первых, неправильно подключены эмиттер и коллектор. Во-вторых, база «висит в воздухе». Однако схема светодиодной мигалки вполне рабочая. Дело в том, что в ней КТ315 работает как динистор. При достижении на нем порогового значения обратного напряжения происходит пробой полупроводниковых структур и транзистор открывается. Нарастание напряжения на транзисторе происходит по мере зарядки конденсатора. После открывания транзистора конденсатор разряжается на светодиод. Так как в схеме мигалки на светодиодах используется нестандартное включение транзистора, она может потребовать подбора резистора или конденсатора при наладке.
После того, как сделаете своими руками простую мигалку, можете переходить к более сложным мигающим устройствам, например к созданию цветомузыки на светодиодах.
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.
Мигалка на светодиодах
Собираем мигалку своими руками
У любого начинающего радиолюбителя присутствует желание поскорей собрать что-нибудь электронное и желательно, чтобы оно заработало сразу и без трудоёмкой настройки. Да и это понятно, так как даже маленький успех в начале пути даёт массу сил.
Как уже говорилось, первым делом лучше собрать блок питания. Ну а если он уже есть в мастерской, то можно собрать мигалку на светодиодах. Итак, пришло время «подымить» паяльником 
.
Вот принципиальная схема одной из простейших мигалок. Основой данной схемы является симметричный мультивибратор. Мигалка собрана из доступных и недорогих деталей, многие из которых можно найти в старой радиоаппаратуре и использовать повторно. О параметрах радиодеталей будет сказано чуть позднее, а пока разберёмся с тем, как работает схема.
Суть работы схемы заключается в том, что транзисторы VT1 и VT2 поочерёдно открываются. В открытом состоянии переход Э-К у транзисторов пропускает ток. Так как в коллекторные цепи транзисторов включены светодиоды, то при прохождении через них тока они светятся.
Частота переключений транзисторов, а, следовательно, и светодиодов может быть приблизительно подсчитана с помощью формулы расчёта частоты симметричного мультивибратора.
Как видим из формулы, главными элементами с помощью которых можно менять частоту переключений светодиодов является резистор R2 (его номинал равен R3), а также электролитический конденсатор C1 (его ёмкость равна C2). Для подсчёта частоты переключений в формулу нужно подставить величину сопротивления R2 в килоомах (kΩ) и величину ёмкости конденсатора C1 в микрофарадах (μF). Частоту f получим в герцах (Гц или на зарубежный манер – Hz).
Данную схему желательно не только повторить, но и «поиграться» с ней. Можно, например, увеличить ёмкость конденсаторов C1, C2. При этом частота переключений светодиодов уменьшиться. Переключаться они будут более медленно. Также можно и уменьшить ёмкость конденсаторов. При этом светодиоды станут переключаться чаще.
При C1 = C2 = 47 мкф (47 μF), а R2 = R3 = 27 кОм (kΩ) частота составит около 0,5 Гц (Hz). Таким образом светодиоды будут переключаться 1 раз в течении 2 секунд. Уменьшив ёмкость C1, C2 до 10 мкф можно добиться более быстрого переключения – около 2,5 раз в секунду. А если установить конденсаторы C1 и C2 ёмкостью 1 мкф, то светодиоды будут переключаться с частотой около 26 Гц, что на глаз будет практически незаметно – оба светодиода будут просто светиться.
А если взять и поставить электролитические конденсаторы C1, C2 разной ёмкости, то мультивибратор из симметричного превратится в несимметричный. При этом один из светодиодов будет светить дольше, а другой короче.
Более плавно частоту миганий светодиодов можно менять и с помощью дополнительного переменного резистора PR1, который можно включить в схему вот так.
Тогда частоту переключений светодиодов можно плавно менять поворотом ручки переменного резистора. Переменный резистор можно взять с сопротивлением 10 – 47 кОм, а резисторы R2, R3 установить с сопротивлением 1 кОм. Номиналы остальных деталей оставить прежними (см. таблицу далее).
Вот так выглядит мигалка с плавной регулировкой частоты вспышек светодиодов на макетной плате.
Первоначально схему мигалки лучше собрать на беспаечной макетной плате и настроить работу схемы по своему желанию. Беспаечная макетная плата вообще очень удобна для проведения всяких экспериментов с электроникой.
Теперь поговорим о деталях, которые потребуются для сборки мигалки на светодиодах, схема которой приведена на первом рисунке. Перечень элементов, используемых в схеме, приведён в таблице.
Стоит отметить, что у транзисторов КТ315 есть комплементарный «близнец» – транзистор КТ361. Корпуса у них очень похожи и их легко перепутать. Было бы не очень страшно, но эти транзисторы имеют разную структуру: КТ315 – n-p-n, а КТ361 – p-n-p. Поэтому их и называют комплементарными. Если вместо транзистора КТ315 в схему установить КТ361, то она работать не будет.
Как же определить who is who? (кто есть кто?).
На фото показаны транзистор КТ361 (слева) и КТ315 (справа). На корпусе транзистора обычно указывается только буквенный индекс. Поэтому отличить КТ315 от КТ361 по внешнему виду практически нереально. Чтобы достоверно удостовериться в том, что перед вами именно КТ315, а не КТ361 надёжнее всего будет проверить транзистор мультиметром.
Цоколёвка транзистора КТ315 показана на рисунке в таблице.
Перед тем, как впаивать в схему другие радиодетали их также стоит проверить. Особенно проверки требуют старые электролитические конденсаторы. У них одна беда – потеря ёмкости. Поэтому не лишним будет проверить конденсаторы.
Кстати, с помощью мигалки можно косвенно оценивать ёмкость конденсаторов. Если электролит «высох» и потерял часть ёмкости, то мультивибратор будет работать в несимметричном режиме – это сразу станет заметно чисто визуально. Это означает, что один из конденсаторов C1 или C2 имеет меньшую ёмкость («высох»), чем другой.
Для питания схемы потребуется блок питания с выходным напряжением 4,5 – 5 вольт. Также можно запитать мигалку и от 3 батареек типоразмера AA или AAA (1,5 В × 3 = 4,5 В). О том, как правильно соединять батарейки читайте тут.
Электролитические конденсаторы (электролиты) подойдут любые с номинальной ёмкостью 10…100 мкф и рабочим напряжением от 6,3 вольт. Для надёжности лучше подобрать конденсаторы на более высокое рабочее напряжение – 10. 16 вольт. Напомним, что рабочее напряжение электролитов должно быть чуть больше напряжения питания схемы.
Можно взять электролиты и с большей ёмкостью, но и габариты устройства заметно увеличатся. При подключении в схему конденсаторов соблюдайте полярность! Электролиты не любят переполюсовки.
Все схемы проверены. Посмотрите короткое видео с работой устройства.
Если что-то не заработало, то в первую очередь проверяем качество пайки или соединений, если собирали на макетке. Чтобы не удивляться: «А почему не работает?» – перед впаиванием деталей в схему их стоит проверить мультиметром, а лучше универсальным тестером.
Светодиоды могут быть любые. Можно использовать как обычные индикаторные на 3 вольта, так и яркие. Яркие светодиоды имеют прозрачный корпус и обладают большей светоотдачей. Очень эффектно смотрятся, например, яркие светодиоды красного свечения диаметром 10 мм. В зависимости от желания можно применить и светодиоды других цветов излучения: синего, зелёного, жёлтого и др.
Мигающие светодиоды (Blinking LEDs)
Устройство и параметры мигающих светодиодов
Мигающий светодиод (МСД) представляет собой светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 – 3 Гц. Многие, наверное, видели такие светодиоды на прилавках магазинов радиодеталей.
Есть мнение, что с практической точки зрения, мигающие светодиоды бесполезны и могут быть заменены более дешёвой альтернативой – обычными индикаторными светодиодами, которые стоят дешевле.
Возможно, такой взгляд на мигающие светодиоды имеет право на жизнь, но хотелось бы сказать несколько слов в защиту мигающего светодиода.
Мигающий светодиод, по сути, представляет завершенное функциональное устройство, которое выполняет функцию световой сигнализации (привлечения внимания). Отметим то, что мигающий светодиод по размерам не отличается от рядовых индикаторных светодиодов.
Несмотря на компактность в мигающий светодиод входит полупроводниковый чип-генератора и некоторые дополнительные элементы. Если выполнить генератор импульсов на стандартных элементах с использованием обычного индикаторного светодиода, то конструктивно такое устройство имело бы куда большие размеры. Также стоит отметить то, что мигающий светодиод довольно универсален – напряжение питания такого светодиода может лежать в пределах от 3 до 14 вольт – для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных экземпляров.
Перечислим отличительные качества мигающих светодиодов.
Компактное устройство световой сигнализации
Широкий диапазон питающего напряжения (вплоть до 14 вольт)
Различный цвет излучения. В некоторых вариантах мигающих светодиодов могут быть встроены несколько (обычно – 3) разноцветных светодиода с разной периодичностью вспышек.
Применение мигающих светодиодов оправдано в компактных устройствах, где предъявляются высокие требования к габаритам радиоэлементов и электропитанию – мигающие светодиоды очень экономичны, т.к электронная схема МСД выполнена на МОП структурах.
Мигающий светодиод может с лёгкостью заменить целый функциональный узел.
Условное графическое обозначение мигающего светодиода на принципиальных схемах ничем не отличается от обозначения обычного светодиода за исключением того, что линии стрелок – пунктирные и символизируют мигающие свойства светодиода.
Разберёмся подробнее в конструкции мигающего светодиода.
Если взглянуть сквозь прозрачный корпус мигающего светодиода, то можно заметить, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании катодного (отрицательного вывода) размещён кристалл светоизлучающего диода.
Чип генератора размещён на основании анодного вывода.
Посредством трёх золотых проволочных перемычек соединяются все части данного комбинированного устройства.
В микроэлектронике для создания конденсатора ёмкостью несколько микрофарад потребовалось бы использование большей площади полупроводника для создания обкладок конденсатора, что с экономической стороны нецелесообразно.
Чтобы не расходовать площадь подложки полупроводника на создание конденсатора большой ёмкости инженеры пошли на хитрость. Высокочастотный генератор требует небольшой ёмкости конденсатора во времязадающей цепи, поэтому и площадь обкладок минимальна.
Для приведения высокой частоты до значения 1-3 Гц используются делители на логических элементах, которые легко разместить на небольшой площади полупроводникового кристалла.
Кроме задающего ВЧ-генератора и делителя на полупроводниковой подложке выполнен электронный ключ и защитный диод. У мигающих светодиодов, рассчитанных на напряжение питания 3-12 вольт, также встраивается ограничительный резистор. У низковольтных МСД ограничительный резистор отсутствует. Защитный диод необходим для предотвращения выхода из строя микросхемы при переполюсовке питания.
Для надёжной и долговременной работы высоковольтных МСД, напряжение питания желательно ограничить на уровне 9 вольт. При увеличении напряжения возрастает рассеиваемая мощность МСД, а, следовательно, и нагрев полупроводникового кристалла. Со временем чрезмерный нагрев может привести к быстрой деградации мигающего светодиода.
На примере мигающего светодиода L-816BID фирмы Kingbright рассмотрим основные параметры мигающих светодиодов.
Частота вспышек светодиода L-816BID непостоянна и изменяется в зависимости от напряжения питания.
Как видно из графика с увеличением питающего напряжения (forward voltage) частота вспышек светодиода L-816BID уменьшается c 3 Гц (Hz) при напряжении питания 3,5 вольт, до 1,5 Гц при 14.
Зависимость прямого тока (forward current), протекающего через светодиод L-816BID, от приложенного постоянного прямого напряжения (forward voltage) показана на графике. Из графика видно, что максимальный потребляемый ток – 44 mA (0,044 A). Минимальный потребляемый ток составляет 8 mA.
Безопасно проверить исправность мигающего светодиода, например, при покупке, можно с помощью батарейки на 4,5 вольта и последовательно включенного совместно со светодиодом резистора сопротивлением 51 Ом, мощностью не менее 0,25 Вт.
Цоколёвка выводов мигающих светодиодов аналогична цоколёвке обычных светодиодов. Длинный вывод – анод (+), более короткий – катод (-).