Генераторы световых импульсов

Дополнив предыдущий генератор несколькими деталями, удастся получить светодиодную «мигалку» (рис. 2.3).

Генератор работает следующим образом. При включении источника питания конденсаторы С1 и С 2 начинают заряжаться каждый по своей цепи. Конденсатор С1 по цепи Rl, CI, R2, а конденсатор С2 по цепи R3, С2, R2. Поскольку постоянная времени второй цепи много меньше первой, сначала зарядится до напряжения источника питания конденсатор С2. По мере заряда конденсатора С1 транзистор VT1 начинает открываться и открывает транзистор VT2. Далее процесс открывания обеих транзисторов происходит лавинообразно. Сопротивление участка эмиттер-коллектор транзистора VT2 становится очень малым, и напряжение питания батареи GB1 оказывается приложенным к резистору R2. Благодаря элементам R3, С2, называемым схемой «вольтодобавки», заряженный до напряжения источника питания конденсатор С2 оказывается подключенным последовательно с гальваническим элементом и приложенное к светодиоду напряжение почти удваивается. В процессе разряда конденсатора С2 светодиод некоторое время светится, так как к нему приложено напряжение выше порогового. Конденсатор С1 также начинает разряжаться, что приводит к закрытию транзистора VT1, а вслед за ним и VT2. Процесс этот снова происходит лавинообразно, до надежного закрытия обоих транзисторов. Далее конденсаторы С1 и С2 опять начинают заряжаться и работа устройства повторяется, как это было описано выше.

Частота генерации зависит от сопротивления резисторов R1, R2, емкости конденсатора С1 и напряжения источника питания GB1. При указанных на схеме значениях указанных элементов она составляет около 1,3 Гц. Ток, потребляемый устройством от батареи, равен 0,12 мА. При питании от элемента АА данное устройство подобно «лампочке Пинк Флойдыча» (в свое время группа Pink Floyd выпустила компакт-диск с альбомом Pulse, в котором был встроен мигающий светодиод) — способно непрерывно работать в течение более одного года.

Рис. 2.3. Генератор световых импульсов на транзисторах

Светоизлучающий диод HL1 должен иметь рабочее напряжение менее 2 В. Можно использовать AJI112, AJI307A, AJI310, AJI316 (красный цвет свечения), AJI360 (зеленый цвет свечения).

Печатная плата и размещение элементов генератора световых импульсов на транзисторах приведены на рис. 2.4. Можно использовать транзисторы КТ315, КТ361 с любыми буквенными индексами. Конденсатор С1 типа К10-17, К10-47, оксидный С2 — К50-16, К50-35. В простых конструкциях, подобных этой, можно отказаться от печатного монтажа, выполнив его предварительно залуженным медным проводом толщиной 0,4…0,6 мм. Выводы деталей обрезают на расстоянии 3…4 мм от платы и вокруг каждого вывода делают 1—2 витка монтажного провода. Затем пропаивают витки паяльником. На выводы элементов, которые приподняты над платой (транзисторы VT1, VT2, светодиод HL1), надевают отрезки поливини лхлоридных трубочек, лучше разноцветных. Можно ввести свой «стандарт» маркировки элементов, например, для вывода эмиттера всегда использовать трубочки синего цвета, коллектора — красного, а базы — белого. Кстати, при монтаже располагайте элементы на плате так, чтобы надписи на них всегда можно было прочесть. Еще лучше, чтобы все надписи были обращены в одну сторону, например, слева направо.

Еще один генератор световых импульсов представляет собой формирователь прямоугольных импульсов на ОУ (рис. 2.5). Резисторы Rl, R2 образуют искусственную среднюю точку. Цепь отрицательной обратной связи образуют элементы R5, С1, а цепь положительной обратной связи — делитель R3, R4. Выходное напряжение генератора поступает на неинвер-

Рис. 2.5. Генератор световых импульсов на ОУ

тирующий вход через делитель R3, R4 с коэффициентом деления

 

Предположим, что на выходе ОУ имеется максимальное напряжение (по отношению к искусственной средней точке соединения резисторов Rl, R2), которое обозначим +ивых тах. С этого момента времени конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R5. ОУ работает в режиме компаратора (устройства сравнения), сравнивает напряжение на конденсаторе С1 с частью выходного напряжения

поданного на его неинвертирующий вход. До момента времени, пока напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на неинвертирующем, выходное напряжение ОУ не изменяется. Как только оказывается превышенным порог переключения ОУ, выходное напряжение начинает уменьшаться, а положительная обратная связь через делитель R3, R4 придает этому процессу лавинообразный характер. Напряжение на выходе ОУ быстро достигает максимального отрицательного значения -ивых
шах- Процесс перезарядки конденсатора С1 пойдет в другую сторону. Как только напряжение на конденсаторе С1 станет более отрицательным, чем напряжение на резисторе R3 делителя R3, R4, ОУ вновь

Рис. 2.6. Печатная плата генератора световых импульсов на ОУ с размещением элементов

перейдет в состояние, при котором выходное напряжение станет положительным +Uвых mах. Далее процесс повторится. Таким образом, при генерировании колебаний конденсатор С1 периодически перезаряжается в диапазоне напряжений от +Uвых mахК до -Uвых mахК. Период колебаний мультивибратора равен

При R3= R4 период колебаний составляет Т ~ 2,2R5 С1.

Печатная плата и размещение элементов приведены на рис. 2.6. Кроме ОУ К553УД2 можно использовать К153УД2, а также многие другие ОУ, например, КР140УД608, КР140УД708. Место установки этих типов ОУ показано на рис. 2.6 штриховыми линиями. Поскольку указанные ОУ имеют внутренние цепи частотной коррекции, надобность в конденсаторе С2 в этом случае отпадает. Резисторы MJIT, С1-4, С2-10, С2-33 мощностью 0,125 или 0,25 Вт, конденсаторы КМ, КЛС, К10.

Учитывая, что в генераторе световых импульсов работают ОУ практически любого типа, можно изготовить своеобразный «тестер» для проверки ОУ. Интересное конструктивное исполнение такого устройства предложено в [28].

Третья схема генератора световых импульсов выполнена на цифровой KMOII-микросхеме. Она может найти применение в качестве имитатора охранной системы, в игрушках, схемах сигнализации режимов работы. Схема генератора световых импульсов приведена на рис. 2.7. Она состоит из генератора на элементах DD1.1, DDI.2 и включенных последовательно буферных элементов DD1.3, DDI.4. В силу невысокой нагрузочной

Рис. 2.7. Генератор световых импульсов на цифровой микросхеме

способности элементов КМОП в генераторе установлены усилители мощности на транзисторах VT1, VT2 и VT3, VT4. На выходах усилителей мощности наблюдаются импульсы противоположной полярности с частотой следования, определяемой частотозадающими элементами R2, С1 генератора. Частота генератора примерно равна Fr= 1,4 R2C1. При указанных на схеме элементах она составляет около 1 Гц.

Конденсатор С2 блокировочный по цепи питания устройства. Резистор R1 защищает вход микросхемы от перегрузок, резисторы R3, R4 определяют ток через светодиоды. В качестве примера на рис. 2.7 показаны четыре варианта подключения светодиодов к генератору световых импульсов, которые могут найти применение в конкретных конструкциях радиолюбителя. Для улучшения понимания принципа работы устройства конденсаторы СЗ, С4 изображены там, где они используются в работе.

Для первого и второго вариантов устанавливать транзисторы VT2, VT4 и конденсаторы СЗ, С4 не требуется. В первом варианте используются отдельные светодиоды любого цвета свечения, подключаемые анодом к выходам 1 и 2 генератора (либо только к одному из выходов). Наиболее широко распространенные светодиоды серии AJI307 имеют следующие цвета свечения в зависимости от индексов: К — красный, Р — оранжевый, М, Е — желтый, Г — зеленый.

Во втором варианте применен двухцветный светодиод AJIC331AM с отдельными выводами от кристаллов, который поочередно загорается зеленым и красным цветом.

Третий и четвертый варианты подключения рассчитаны на использование двухцветных светодиодов со встречно-параллельным включением. Здесь можно использовать светодиоды КИПД41 А—КИПД41М или любые из серии КИПД45.

В третьем варианте конденсаторы СЗ, С4 не устанавливаются, резистор R4 можно заменить перемычкой, а резистор R3 имеет номинал 470 Ом.

В четвертом варианте подключения сопротивление резисторов R3 и R4 составляет около 120 Ом. Подбором сопротивлений этих резисторов и выбором емкостей конденсаторов СЗ, С4 можно установить различную длительность вспышек светодиодов HL5, HL6. При увеличении емкости цвет свечения будет меняться скачком; при указанной на схеме наблюдаются короткие вспышки с поочередным изменением цвета свечения.

Печатная плата генератора световых импульсов и размещение деталей на ней показаны на рис. 2.8. В генераторе кроме указанной на схеме можно использовать аналогичную микросхему серии К1561. При изменении рисунка печатной платы можно применить и другие микросхемы серий К176, К561, К1561. Конденсатор С1 типа К10-17, К73, К78, остальное — К50-6, К50-16, К50-35. Резисторы MJIT, С2-33, С1-4. Транзисторы VT1, VT3 — любые из серий КТ315, КТ3102, a VT2, VT4 — из серий КТ361, КТ3107.

Налаживание генератора световых импульсов сводится к установке требуемой частоты переключения светодиодов, которая грубо может выбрана подбором конденсатора С1, а точнее — резистором R2. На время настройки частоты можно составить R2 из двух резисторов — переменного (1…2 мОм) и постоянного 100 кОм. После установки требуемой частоты генератора измеряют сопротивление цепочки из указанных резисторов и заменяют постоянным. Иногда требуется изменить яркость свечения светодиодов, которая выбирается подбором резисторов R3, R4. Необходимо следить за тем, чтобы не был превышен максимальный ток через светодиоды.

Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником / В. В. Мосягин