Как сделать мигающий светодиод: принцип действия, тесты, схема

Необходимые материалы и радиодетали

Чтобы собрать классический светодиодный мультивибратор на 12 В своими руками, понадобятся следующие радиокомпоненты:

транзисторы КТ361 – 2 штуки (КТ315 но придется поменять полярности питания, конденсаторов и светодиодов);
электролитические конденсаторы емкостью 47-50 мкФ и номиналом от 16 В – 2 штуки;
светодиоды на 3 В – 2 штуки (желательно разноцветные);
резисторы на 300 Ом – 2 штуки;
резисторы на 27 кОм – 2 штуки;
провода для соединения деталей.

Чтобы отличить транзисторы КТ361 от легендарных КТ315, достаточно взглянуть на их маркировку. У тех, которые нужны для сборки мультивибратора по приведенной схеме, буква расположена посредине корпуса. У КТ315 – в уголке. Заменить эти детали можно более современными аналогами, для чего достаточно воспользоваться специальными ресурсами в сети интернет. Можно конечно использовать и КТ315, но в этом случае полярность питания, конденсаторов, светодиодов нужно будет поменять местами.

Если резисторов с указанными значениями под рукой не оказалось, то можно взять несколько штук с меньшим сопротивлением. Соединив их последовательно (как на фотографиях), получим требуемые параметры. Учтите, что при источнике питания с другим напряжением (9 В или 4,5 В) понадобятся детали с меньшим номиналом.

Конденсаторы можно брать с другой емкостью. Это напрямую повлияет на частоту мигания светодиодов. Чем больше емкость, тем меньше частота переключения. Номинал конденсаторов обязательно должен быть больше, чем напряжение используемого источника питания.

Естественно, для успешной сборки схемы симметричного мультивибратора понадобится также минимальный набор для пайки.

Пошаговая сборка мультивибратора

Для начала рекомендуется собрать все необходимые радиокомпоненты и разложить их на столе так, как изображено на схеме. Если пайка осуществляется на плате, то этот шаг можно пропустить. При сборке мультивибратора навесным монтажом последовательность действий будет следующая.

Сначала соединяются между собой светодиоды, и в цепь добавляется основное сопротивление на 27 кОм. При этом учитывается полярность источников света. У классических светодиодов отрицательный вывод видно при визуальном осмотре элемента – внутри он существенно шире положительного. Между собой спаиваются именно «минусовые» ножки. Резисторы монтируются между светодиодами так, как показано на фото.

Далее к положительным выводам светодиодов припаиваются сопротивления на 300 Ом. Они нужны для того, чтобы ограничить ток и сберечь элементы от сгорания.

Далее черед за электролитическими конденсаторами. Стоит помнить, что у них тоже есть положительные и отрицательные выводы. «Минус» обычно можно рассмотреть на корпусе – он отмечен светлой полосой и соответствующими символами. На этом этапе сборки нам нужны положительные выводы – они припаиваются к сопротивлениям на 300 Ом, как показано на фото.

Самые сложные детали в данной схеме (для начинающих радиолюбителей) – это транзисторы. Чтобы упростить монтаж и ничего не перепутать, элементы рекомендуется сразу разложить так, как показано на фото. Транзистор левого плеча мультивибратора обращаем буквенной маркировкой вверх, а правого – вниз.

При таком расположении направленные друг к другу нижние ножки будут эмиттерами. Их необходимо соединить между собой. На этот же участок будет подаваться питание со знаком «плюс».

Далее необходимо соединить коллекторы транзисторов с положительными выводами конденсаторов. Для удобства рекомендуется соответствующим образом выгнуть средние ножки у деталей (у КТ361 это и есть коллекторы).

Последним шагом будет соединение баз транзисторов с отрицательными выводами конденсаторов из противоположных плеч мультивибратора. К местам пайки этих узлов подводятся также сопротивления, которые были ранее смонтированы в цепи (на 27 кОм). Базы у обеих транзисторов при таком позиционировании окажутся сверху, что также облегчит работу с ними.

Теперь осталось только подсоединить провода от блока питания. Положительный вывод припаивается на линию соединения эмиттеров транзисторов, а отрицательный – между светодиодами. При включении блока питания мультивибратор сразу же должен начать работать без какой-либо дополнительной настройки.

Если светодиоды в выключенном состоянии гаснут не до конца, то в начало цепи можно добавить небольшой токоограничивающий резистор. Если блок питания регулируемый – достаточно немного убавить напряжение, и все заработает.

Принцип действия светодиода

Прежде, чем подключить светодиод, необходимо знать минимум теории. В районе p-n перехода за счёт существования дырочной и электронной проводимости образуется зона с нестандартными для толщи основного кристалла энергетическими уровнями.

При рекомбинации носителей заряда освобождается энергия, и если величина её равна кванту света, то спай двух материалов начинает лучиться. Оттенок зависит от некоторых величин, а соотношение выглядит следующим образом:

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

Из этого утверждения следует, что может быть создан диод, где разница энергетических уровней составляет Е.

Это и будет искомое. Именно так изготавливаются светодиоды. А в зависимости от разницы уровней, цвет может быть синим, красным, зелёным и пр.

Причём не все светодиоды обладают одинаковым КПД. Самыми слабыми являются синие, которые и исторически появились одними из последних.

КПД светодиодов сравнительно мал (для полупроводниковой техники) и редко дотягивает даже до 45%.

Но при всем этом удельное превращение электрической энергии в полезную световую просто потрясающее.

Каждый Вт энергии может давать фотонов в 6-7 раз больше, нежели спираль накала в тех же условиях потребления. Это объясняет, почему светодиоды сегодня занимают прочную позицию в осветительной технике.

Именно по этой же причине и создание мигалки на основе этих полупроводниковых элементов несравненно проще. Достаточно сравнительно малых напряжений, чтобы схема начала работать.

Все остальное сводится к тому, чтобы правильным образом подобрать ключевые и пассивные элементы для создания пилообразного или импульсного напряжения нужной формы:

Амплитуда.
Скважность.
Частота следования.

Как это сделать? Очевидно, что подключение светодиода к сети 220В будет не лучшей идеей.

Имеются подобные схемы, но заставить их мигать достаточно сложно, потому что элементная база для этого ещё не создана.

Обычно светодиоды работают от гораздо более низких питающих напряжений. Из них самыми доступными являются:

Напряжение +5 В присутствует в устройствах заряда телефонных аккумуляторов, а также iPad и других гаджетов.

Правда, выходной ток в этом случае невелик, но в большинстве случаев это и не нужно. Кроме того, +5 В можно найти на одной из шин блока питания персонального компьютера.

В этом случае с ограничением по току никаких проблем не будет. Провод в этом случае красного цвета, а землю ищите на чёрном.

Напряжение от +7 до +9 В часто встречается на зарядных устройствах ручных радиостанций, в обиходе называемых рациями.

Великое множество фирм, и у каждой свои стандарты

На наш взгляд схема подключения светодиода будет лучше всего работать от +12 В.

Это стандартное напряжение в микроэлектроники, его можно встретить во многих местах. Также компьютерный блок содержит вольтаж -12 В. Изоляция жилы синяя, а сам провод оставлен для совместимости со старыми приводами.

В нашем случае он может понадобиться в том случае, если не окажется под рукой элементной базы для питания +12 В. Тогда будет достаточно найти комплементарные транзисторы и включить их вместо исходных. Номиналы пассивных элементов остаются теми же. Сам светодиод также включается обратной стороной.

Номинал -3,3 В на первый взгляд кажется невостребованным.

Но если посчастливится достать на aliexpress RGB светодиоды SMD0603 по 4 рубля за штуку, то можно будет не воротить горы.

Однако! Падение напряжения в прямом направлении не должно превышать 3 В (обратное включение не понадобится, но в случае неправильной полярности максимальный вольтаж составляет 5).

Теперь, когда устройство светодиода нам вполне понятно, а условия горения известны, приступим к реализации нашей задумки. А именно – заставим элемент мигать.

Принцип работы двухцветных светодиодов

Принцип работы элементов с двумя выводами простой. Цвет свечения меняется одновременно с изменением полярности подключения. Это значит, что цвет полностью зависит от того, в какому пути проходит ток. При подаче плюса на один из выводов один кристалл начинает светиться, второй запирается. После смены полярности запертый начинает светиться, светящийся запирается.

Такая схема используется в индикаторах, работающих от переменного напряжения. Двухцветные диоды соединяются параллельно и встречно, ток ограничивает один резистор. Такие элементы часто монтируются в кнопочные выключатели, при помощи которых меняется цвет свечения.

Так как цвет свечения светодиодов ненасыщенный и тусклый, при смешении образуется оттенок, который человеку сложно определить. Еще одна особенность – изменение оттенка при взгляде на источник света с различных ракурсов.

Ситуация меняется, если речь идет о двухцветном светодиоде с тремя выводами в сочетании с микроконтроллером. Эта схема дает возможность включать каждый цвет по отдельности и одновременно оба. При подключении к схеме ШИМ регулятора появляется возможность менять яркость свечения каждого кристалла, чтобы добавить дополнительные оттенки.

Принципиальная схема

Если же единственное место возможного питания – электросеть, то можно мигающий светодиод подключить по очень хорошо зарекомендовавшей себя схеме, показанной на рисунке. На резисторах R1-R3 падает избыточное напряжение. Резисторов три по 75 кОм, а не один на 220 кОм потому что желательно сделать линию длиннее, чтобы гарантировано избежать пробоя. Диод VD1 служит выпрямителем. Конденсатор С1 – накопительный. Теперь самое интересное, – в схеме есть стабилитрон VD1. В принципе, если бы светодиод HL1 был бы не мигающем надобности в этом стабилитроне не было бы, как и в резисторе R4.

Но НИ – мигающий светодиод. Потому в те моменты времени когда он гаснет его сопротивление сильно возрастает и, соответственно, возрастает и падающее на нем напряжение. Если не будет стабилитрона VD1 прямое напряжение на НИ в момент его гашения достигнет 300V и может быть даже больше. Что приведет к выходу его из строя. Здесь же есть стабилитрон, который ограничит напряжение на светодиоде в те моменты, когда он будет погашен.

Напряжение стабилизации стабилитрона совсем не обязательно должно быть12V. Стабилитрон может быть на любое напряжение, которое нормально выдерживает светодиод в погашенном состоянии. Но не ниже его прямого напряжения в горящем состоянии. То есть, где-то от ЗV до 30V. Практически любой стабилитрон на любое напряжение в этих пределах. Соответственно, конденсатор С1 должен быть на напряжение не ниже напряжения стабилитрона.

Резистор R4 нужен для того, чтобы ограничить ток разрядки конденсатора через светодиод в момент его зажигания. В принципе, можно обойтись и без него, но велика вероятность что светодиод долго не прослужит. Так что R4 здесь на всякий случай. Особенно актуален R4 при использовании стабилитрона на напряжение у верхнего предела (до 30V). Потому что чем выше это напряжение, тем будет больше бросок тока в момент зажигания светодиода.

Будет интересно Катушка тесла (Трансформатор) самостоятельная сборка собственными силами

Неприятные и курьезные случаи из жизни электрика

Опасная ошибка

Работая релейщиком на ПС-330 кВ в конце 90-х годов пришлось срочно выезжать на аварийное отключение системы шин удаленной подстанции 110/10 кВ.

Прибыв на место происшествия, увидели, что к забору ограждения приставлена лестница. Дверь сооружения с высоковольтным оборудованием открыта, рядом валяется взломанный замок. Внутри КРУН около шин обнаружен мужчина в обгорелой одежде без признаков жизни. Рядом с ним — набор слесарного инструмента и на полу — указатель напряжения типа УНН-90.

Выяснилось, что это электрик ЖКХ, промышлявший воровством цветного металла, который решил поживиться на необслуживаемой подстанции. Но знаний электротехники и ТБ явно не хватило. Он пользовался индикатором напряжения поиска фазы в схеме 0,4 кВ, не соответствующим классу сети. 10 киловольт моментально создало ток, который не выдержало тело пострадавшего…

Затрудненный поиск неисправности

В здании Брежневской постройки из ж/б плит, построенном доблестным стройбатом, проводка выполнена алюминиевой лапшой, разбросанной по полу под лагами деревянного пола. Для освещения комнат провода выводятся с верхнего этажа на нижний через отверстие в полу/потолке. Соединения сделаны скрутками без распределительных коробок.

Владельцы квартиры попросили исправить розетку около телевизора, который периодически отключался. Указатель ИН-90 показал фазу. Проверил контакт нуля прозвонкой цепи. Вроде бы все нормально, а телевизор не включается. Замерил напряжение в розетке тестером: вместо 220 между фазой и нулем оказалось 100 вольт. Пришлось разбираться в клубке запутанных проводов в трех разных местах.

В итоге обнаружен облом одной жилы фазы на месте изгиба провода и касание между собой обгорелых подвижных концов, которые при нагрузке отодвигались.

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:

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.

Источник

Готовые мигающие светодиоды

Мигающие светодиоды
от различных производителей по сути представляют собой функционально
завершенные, готовые к применению в различных областях схемы. По внешним параметрам они мало чем
отличаются от стандартных лед-устройств. Однако в их конструкцию внедрена схема
генераторного типа и сопутствующих ему элементов.

Среди главных
преимуществ готовых мигающих светодиодов выделяются:

Компактность,
прочность корпуса, все компоненты в одном корпусе.
Большой диапазон
напряжения питающего тока.
Многоцветное
исполнение, широкое разнообразие ритмов переключения оттенков.
Экономичность.

Схемы использования

Самый простой вариант схемы, выпускаемых
сегодня мигалок на
базе светодиодов, изготовление
которых возможно своими силами радиолюбителям, включает:

Транзистор малой мощности.
Конденсатор полярного типа на 16 вольт и 470 микрофарад.
Резистор.
Лед-элемент.

При накоплении заряда осуществляется
лавинообразный его пробой с открытием транзисторного модуля и свечением диода.
Устройство такого типа часто используется в елочной гирлянде. Недостатком схемы
является необходимость применения особого источника питания.

Другой вариант
популярных на сегодня схем светодиодов мигающего типа включает пару n-p-n-транзисторов
модификации КТ315 Б. Для ее сборки
применяются также следующие компоненты:

Две пары
резисторов на 6,8–15 кОм и 470–680 Ом.
Два конденсатора
емкостью на 47-100 мкФ.
Небольшой
светодиод или отрезок лед-полоски.
Источник питания
от 3 до 12 В.

Принцип действия
устройства обуславливается попеременной сменой цикла зарядки/разрядки
конденсаторов, которые в свою очередь открывают транзисторы и питают светодиоды
и обеспечивают их мигание.

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.

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.

Собираем мигалку «на коленке»

Если нужно собрать мигалку для последующего применения, то монтаж можно выполнить на куске жесткого картона или изготовить печатную плату из текстолита.

Как сделать светодиодную мигалку своими руками

Но это сумасшествие неэффективно! Как и другие лампы накаливания, это эффективный резистор, который, как представляется, выделяет небольшую часть своей энергии в качестве видимого света. Тем не менее, это не совсем высокопроизводительная схема. Цены резко упали, внешность стала несколько стандартизированной, а затемнимые версии стали обычным явлением.

Сотни миллионов проданных во всем мире предлагают, чтобы они обеспечивали в значительной степени то, что ожидалось. Что не нравится, когда цены продолжают падать? Потому что, если потребитель установил лампу накаливания более высокой мощности, чем рекомендовал, «плохие вещи» могут произойти в светильнике. Производители светильников рано узнали, что если есть розетка, многие потребители считают, что это хорошо для любой лампы, о которой прямо не предупреждают.

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.