Устройство и параметры мигающих светодиодов

М игающий 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.

М игающий 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.

Малые размеры.

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.

Чип генератора состоит из высокочастотного задающего генератора – он работает постоянно - частота его по разным оценкам колеблется около 100 кГц . Совместно с ВЧ-генератором работает делитель на логических элементах, который делит высокую частоту до значения 1,5 – 3 Гц .
Применение высокочастотного генератора совместно с делителем частоты связано с тем, что для реализации низкочастотного генератора требуется использование конденсатора с большой ёмкостью для времязадающей цепи.

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 (-).

Мигающие светодиоды применяются в различных сигнальных схемах, в рекламных щитах и вывесках, электронных игрушках. Сфера их применения достаточно широка. Простая мигалка на светодиоде может быть также использована для создания автосигнализации. Надо сказать, что моргать этот полупроводниковый прибор заставляет встроенная микросхема (ЧИП). Основные достоинства готовых МСД: компактность и разнообразие расцветок, позволяющее красочно оформлять электронные устройства, например, рекламное табло с целью привлечения внимания покупателей.

Но можно изготовить мигающий светодиод самостоятельно. Используя простые схемы, это сделать несложно. Как сделать мигалку, имея небольшие навыки работы с полупроводниковыми элементами, описано в этой статье.

Мигалки на транзисторах

Самый простой вариант – светодиодная мигалка на одном транзисторе. Из схемы видно, что база транзистора висит в воздухе. Такое нестандартное включение позволяет ему работать как динистор.

При достижении порогового значения возникает пробой структуры, открытие транзистора и разрядка конденсатора на светодиод. Такая простая мигалка на транзисторе может найти применение в быту, например, в небольшой елочной гирлянде. Для ее изготовления понадобятся вполне доступные и недорогие радиоэлементы. Светодиодная мигалка, сделанная своими руками, придаст немного шарма пушистой новогодней красавице.

Можно собрать похожее устройство уже на двух транзисторах, взяв детали из любой радиоаппаратуры, отслужившей свой срок. Схема мигалки приведена на рисунке.

Для сборки понадобятся:

• резистор R = 6,8–15 кОм – 2 штуки;
• резистор R = 470–680 Ом – 2 штуки;
• транзистор n-p-n-типа КТ315 Б – 2 штуки;
• конденсатор C = 47–100 мкФ – 2 штуки;
• маломощный светодиод или светодиодная лента.

Диапазон рабочего напряжения 3–12 вольт. Подойдет любой источник питания с такими параметрами. Эффект мигания в данной схеме достигается поочередным зарядом и разрядом конденсаторов, влекущим за собой открытие транзисторов, в результате чего появляется и исчезает ток в цепи светодиода.

Светодиоды с миганием можно получить, подключив выводы к нескольким разноцветным элементам. Встроенный генератор выдает поочередно импульсы на каждый цвет. Частота моргающего импульса зависит от заданной программы. Таким веселым миганием можно порадовать ребенка, если установить устройство в детскую игрушку, например, машинку.

Неплохой вариант получится, если взять трехцветный мигающий светодиод, имеющий четыре вывода (один общий анод или катод и три вывода управления цветом).

Еще один простой вариант, для сборки которого понадобятся батарейки типа CR2032 и резистор сопротивлением от 150 до 240 Ом. Мигающий светодиод получится, если последовательно соединить все элементы в одной схеме, соблюдая полярность.

Если получается собрать веселые огоньки по простейшей схеме, можно перейти к более сложной конструкции.

Данная схема мигалки на светодиодах работает следующим образом: при подаче напряжения на R1 и заряжении конденсатора С1, на нем растет напряжение. После того как оно достигнет 12 В, происходит пробой p-n-перехода транзистора, что увеличивает проводимость и вызывает свечение светодиода. При падении напряжения транзистор закрывается, и процесс идет сначала. Все блоки работают примерно на одной частоте, если не учитывать небольшую погрешность. Схему мигалки на светодиодах с пятью блоками можно собрать на макетной плате.

Данная светодиодная мигалка на 12 вольт позволяет создать эффект хаотичных вспышек каждого из 6 светодиодов. Принцип работы основан на лавинном пробое p-n перехода .

Описание работы светодиодной мигалки

Опишем работу схемы на одном блоке, оставшиеся пять работают по аналогичному принципу. При подаче напряжения питания через резистор R1 начинает заряжаться конденсатор С1 и следовательно на нем начинает расти напряжение. Пока он заряжается, ничего не происходит.

После того как на выводах конденсатора напряжение достигнет 11…12 вольт, происходит лавинный пробой p-n перехода транзистора, проводимость его возрастает и как следствие этому, светодиод начинает светиться за счет энергии разряжающегося конденсатора C1.

Когда напряжение на конденсаторе падает ниже 9… 10 вольт, транзисторный переход закрывается, и весь процесс повторяется с самого начала. Оставшиеся пять блоков схемы работают также и примерно на той же частоте, но фактически частота немного отличается друг от друга из-за допусков радиокомпонентов.

В конструкции можно применить произвольные радиодетали. Необходимо отметить, что при напряжении питания менее 12 вольт схема работать не будет, поскольку не будет происходить лавинный пробой транзистора и генератор работать не будет. Особенностью этого типа генератора является его зависимость от напряжения питания. Чем выше напряжение, тем выше частота колебаний. Верхний уровень по питанию ограничен характеристиками конденсаторов и токоограничивающих резисторов.

Значения резисторов и конденсаторов определяют частоту работы каждого отдельно взятого генератора. Резисторы, защищают транзисторы от разрушения во время лавинного пробоя. Не следует сильно занижать сопротивление резисторов, так как это может привести к выходу из строя транзисторов. То же самое может произойти, если слишком увеличить емкости конденсаторов. В этом случае можно посоветовать последовательно светодиоду подключить дополнительное сопротивление.

http://pandatron.cz/?520&dekorativni_blikatko

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. Базовой 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.

Название	Обозначение	Номинал/Параметры	Марка или тип элемента
Транзисторы	VT1, VT2		КТ315 с любым буквенным индексом
Электролитические конденсаторы	C1, C2	10...100 мкф (рабочее напряжение от 6,3 вольт и выше)	К50-35 или импортные аналоги
Резисторы	R1, R4	300 Ом (0,125 Вт)	МЛТ, МОН и аналогичные импортные
	R2, R3	22...27 кОм (0,125 Вт)
Светодиоды	HL1, HL2	индикаторный или яркий на 3 вольта

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 .

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 и являются рабочими. Если что-то не заработало, то в первую очередь проверяем качество пайки или соединений (если собирали на макетке). Перед впаиванием деталей в схему их стоит проверить мультиметром , чтобы потом не удивляться: «А почему не работает?»

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.

Вашему вниманию представлена, наверное, самая простая, но интересная схема мигалки на светодиоде . Если у вас есть меленькая новогодняя елочка из блестящего дождика то вмонтированный в ее основание яркий светодиод в 5-7 Кд который не просто горит, а еще и мигает – очень простое и красивое украшение рабочего места. Питание схемы 3-12 В, может быть заменено на питание от порта USB. Предыдущая статья также была про мигалку на светодиодах , но в отличие от нее данная статья расскажет про мигалку на одном светодиоде, что никоим образом не сужает ее область применения, я бы сказал даже наоборот. Наверняка вы не однократно видели подмигивающий зеленый, красный или синий огонек, например, в автомобильной сигнализации . Теперь и у вас есть возможность собрать простейшую схему мигалки на светодиоде. Ниже будет представлена таблица с параметрами деталей в схеме для определения частоты вспышек.

Кроме такого применения можно использовать мигалку на светодиоде как эмулятор автомобильной сигнализации. Установка новой автомобильной сигнализации дело не простое и хлопотное, а, имея под рукой указанные детали можно быстро собрать схему мигалки на светодиоде и вот уже ваш автомобиль на первое время «защищен». Во всяком случае от случайного взлома. Такая «автомобильная сигнализация» - мигающий в щели торпеды светодиод отпугнет неопытных взломщиков, ведь это первый признак работающей сигналки? Да мало ли где еще понадобится мигающий светодиод.

Частота с которой зажигается светодиод зависит от сопротивления резисторов R1 и R2 и емкости конденсатора С1. На момент отладки вместо резисторов R1 и R2 можно использовать переменные резисторы соответствующих номиналов. Для небольшого упрощения подбора элементов, в таблице ниже указаны номиналы деталей и соответствующая им частота вспышек.

Если мигалка на светодиоде при каких-то номиналах отказывается работать необходимо, прежде всего, обратить внимание на резистор R1, его сопротивление может быть слишком мало, а также на резистор R2, его сопротивление может быть слишком большим. От резистора R2 зависит длительность самих импульсов, а от резистора R1 длительность паузы между импульсами.

Схема мигалки на светодиоде с небольшими доработками может стать генератором звуковых импульсов . Для этого потребуется на место резистора R3 установить динамик сопротивлением до 4 Ом. Светодиод HL1 заменить на перемычку. В качестве транзистора VT2 использовать транзистор достаточной мощности. Кроме этого необходимо подобрать конденсатор С1 необходимой емкости. Выбор осуществляется следующим образом. Скажем у нас элементы с параметрами из 2 строки таблицы. Частота импульсов 1Гц (60 импульсов в минуту). А мы хотим получить звук с частотой 1000Гц. Следовательно надо уменьшить емкость конденсатора в 1000 раз. Получаем 10мкФ / 1000 = 0,01мкФ = 10нФ. Помимо этого можно поиграть с уменьшением сопротивления резисторов, но не сильно увлекайтесь, можно пожечь транзисторы.

Один из наших постоянных читателей, специально для нашего сайта предложил еще один вариант очень простой светодиодной мигалки. Смотрите видео: