Site Loader

схема, как сделать моргающий диод на батарейках своими руками

Моргающий световой сигнал находит широкое применение – от особого режима работы фонарей до индикации сложной аппаратуры. В его основе все чаще используется мигающий светодиод, как надежная и долговечная альтернатива любым другим видам светоисточников.

Рассмотрим, каков его принцип действия, какие готовые решения подобного прибора доступны сегодня на рынке, как сделать, чтобы лед-элемент, функционирующий в обычном режиме, стал работать в мерцающем ритме, какова общая сфера их применения, а также как своими руками на их основе изготовить гирлянды и бегущие огни.

Принцип действия

Светодиод с мигающим световым излучением – это стандартный лэд-кристалл, в электрическую схему питания которого включены задающие режим функционирования емкость и резистор. Внешне он ничем не отличается от обычных аналогов. При этом механизм его работы на уровне процессов, происходящих в электрической цепи, сводится к следующему:

  1. При подаче тока на резистор R накапливается заряд и напряжение в конденсаторе С.
  2. При достижении его потенциала 12 вольт образуется пробой в p-n-границе в транзисторе. Это повышает проводимость, что и инициирует производство светового потока лед-кристаллом.
  3. Когда напряжение снижается, транзистор снова становится закрытым и процесс начинается заново.

Все модули такой схемы функционируют на единой частоте.

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 преимущес

Реверс-инжиниринг мерцающего светодиода / Habr

Дешевые электронные «свечи» в последнее время, кажется, повсюду. Я не обращал на них особого внимания, пока не заметил, что на самом деле в них используется особый светодиод — со встроенным «моргательным» контроллером. Теперь-то совсем другое дело: кому не нравятся таинственные светодиоды? Полчаса спустя я уже набрал охапку мерцающих светодиодов китайского производства.

Конечно, самый интересный вопрос — как они работают? Учитывая, что стоят они буквально по несколько центов за штуку, там внутри не может быть какой-то дорогой электроники. В связи с этим возникает еще один вопрос: правда ли эти светодиоды хуже, чем многочисленные «свечи» на микроконтроллерах, схем которых полно в интернете?


Устройство относительно простое. В стандартном 5-миллиметровом корпусе размещены кристалл светодиода и микросхема, которая чуть больше первого по размеру. Схема контроллера соединена как с положительным, так и с отрицательным выводами. Третьей перемычкой к ней подключен анод светодиода, в то время как катодом он «сидит» на отрицательном выводе.

В блоге Evil Mad Scientist недавно был рассказ о похожих светодиодах. Там было показано, как они «поют», если преобразовать изменения яркости в звук. А также — как с их помощью управлять более мощным диодом. Подобные трюки основаны на том, что светодиод потребляет больший ток в те моменты, когда контроллер зажигает его ярче. Обычный светодиод, включенный последовательно с мерцающим, показывает очень похожие изменения яркости. Иными словами, падение напряжения на добавочном резисторе изменяется пропорционально яркости.


Это я и использовал, чтобы извлечь управляющий сигнал контроллера и завести его на логический анализатор (см. схему выше). Подстройкой переменного резистора я добился того, чтобы анализатор воспринимал броски тока как «нули» и «единицы», а светодиод при этом нормально работал.


На диаграмме выше показаны изменения яркости диода в течение примерно минуты, записанные с частотой выборки 1 МГц. Заметны интервалы, когда светодиод непрерывно включен, и периоды, когда его яркость каким-то образом модулируется. Светодиод никогда не выключается надолго. Это разумно, ведь настоящая свеча тоже ярко светит большую часть времени, снижая яркость на короткие периоды мерцания.


Более пристальный взгляд покзывает, что сигнал имеет широтно-импульсную модуляцию. Это означает, что перед нами цифровая схема, без всяких аналоговых трюков.

Любопытно, что частота сигнала — примерно 440 Гц, как у стандартного камертона (нота Ля первой октавы — прим. перев.). Совпадение? Или разработчик просто взял генератор из какой-то музыкальной схемы? Так что есть доля правды в рассказах о «музыкальности» этих светодиодов. Каждый «кадр» постоянной яркости составляет ровно 32 такта и длится около 72 мс. Это соответствует 13-14 кадрам в секунду.

Я написал небольшую программу для определения яркости в каждом кадре по коэффициенту заполнения ШИМ-сигнала. Программа читает поток отсчетов с логического анализатора и выводит серию вещественных чисел — по одному на каждый кадр.


График яркости в зависимости от времени наводит на некоторые мысли: изменения яркости случайны, дискретны и имеют неравномерное распределение. Кажется, существуют 16 уровней яркости, низшие 4 из которых используются очень редко. Им соответствуют только 13 из 3600 отсчетов.


Постороение гистограммы открывает всю картину: фактически используется только 12 уровней яркости. Ровно половина кадров имеет максимальную яркость, остальные значения распределены примерно поровну.

Как это может быть реализовано на аппаратном уровне? Вполне вероятно, используется генератор равномерно распределенных случайных чисел, которые пропускают через простую функцию-формирователь. Для того распределения, которое мы наблюдаем, требуется как минимум 12×2=24 дискретных уровня. Половина из них отображаются в один. Это весьма любопытно, так как генератор, скорее всего, выдает двоичные числа. Наиболее логичной была бы разрядность числа 5 бит, а это 32 состояния. Отобразить 32-уровневую дискретную случайную величину в 24 уровня, не изменив распределения, не так просто, как кажется. Не забываем также, что это совсем не критичная схема, и у разработчика, вероятно, не было много времени на красивое решение. Поэтому он применил самое простое, своего рода хак.

Единственный простой способ, что приходит на ум — просто отбрасывать неподходящие значения и брать следующее случайное число. Нежелательные значения можно легко отделить по битовой маске. Так как схема синхронная, есть только конечное число попыток, пока не начнется следующий кадр. Если контроллер не уложился в заданное количество попыток, он застрянет на «неправильном» значении. Помните редкие выбросы на графике яркости?

Реализация на ANSI-C могла бы выглядеть так:

    char attempts=0;
    char out;
    while(attempts++<MAX_ATTEMPTS) 
    { 
        out=RAND()&0x1f; 
        if ((out&0x0c)!=0) break; // отбрасываем значения, у которых 2-й и 3-й биты нулевые 
    } 
    if (out>15) out=15; // верхняя половина диапазона соответствует максимальной яркости

Можно узнать, сколько делается попыток? По статистике, доля a=0,25 всех чисел должн быть отброшена и сгенерирована заново. Вероятность того, что за n попыток не будет выбрано «правильное» число, равна an.

   n=1      0,25
   n=2      0,0625
   n=3      0,015625
   n=4      0,003906

Доля аномально низких уровней яркости составляет

13/3600=0,0036, что хорошо совпадает с вариантом n=4. Таким образом, MAX_ATTEMPTS==4.

Обратите внимание, что более простым решением было бы просто использовать значение из предыдущего кадра, если встретилось недопустимое число. Этот вариант можно было бы исключить, исходя из автокорреляции (см. ниже). Наиболее же простое, вероятно, решение — изменить схему ШИМ — не было здесь использовано.

Последний кусочек головоломки — это сам генератор случайных чисел. Типичным способом генерации случайных последовательностей в цифровых схемах является применение сдвиговых регистров с линейной обратной связью. Такой регистр выдает псевдослучайную битовую последовательность, которая повторится не позже, чем через 2x-1 тактов, где x — разрядность регистра. Одной из особенностей таких последовательностей (и хороших псевдослучайных последовательностей в целом) является то, что их автокорреляционная функция равна единице только в точке 0 и в координатах, кратных длине последовательности. Во всех остальных интервалах она нулевая.


Я рассчитал автокорреляцию всей последовательности значений. Самоподобия не было найдено вплоть до 3500 кадров (на графике выше показано только 1200), что означает уникальность мерцания на протяжении по меньшей мере 4 минут. Неясно, наблюдалось ли дальнейшее повторение последовательности, или логический анализатор автора просто не позволял записывать дольше — прим. перев. Поскольку на каждый кадр нужно как минимум 5 бит случайных данных (а учитывая механизм отбрасывания нежелательных чисел — еще больше), псевдослучайная последовательность имеет длину по меньшей мере 17500 бит. Для этого потребуется регистр разрядности не менее 17, либо настоящий аппаратный генератор случайных чисел. В любом случае, интересно, как много внимания при разработке уделили тому, чтобы картина мерцания не повторялась.

В заключение ответим на вопросы, заданные в начале статьи. Мерцающий светодиод оказался гораздо сложнее, чем я ожидал (также я не ожидал потратить на него 4 часа). Многие микроконтроллерные реализации свечей просто подают биты с генератора псевдослучайных чисел на ШИМ-выход. Покупной светодиод использует более хитрый алгоритм изменения яркости. Безусловно, определенное внимание было уделено разработке алгоритма, и при этом использован кристалл почти минимально возможной площади. Доля цента потрачена не зря.

Каков же лучший алгоритм мерцания? Можно ли улучшить этот?

Дополнение: Я наконец нашел время написать эмулятор. Написанная на ANSI-C программа, эмулирующая поведение этого светодиода, здесь. Код написан под AVR, но его легко портировать под любой другой контроллер. Репозиторий на Гитхабе содержит все данные и исходные коды, использованные в процессе реверс-инжиниринга светодиода.

Моргающий светодиод от одной батарейки


Для пайки данной схемы нам понадобится:
1.Транзисторы
VT1- КТ315
VT2- КТ361
2. Конденсаторы
С1- 1мКф
С2- 100мКф
3. Резисторы
R1- 200-300 кОм
R2- 600-700 Ом
4. Светодиод
5. Диод

У меня не оказалось резистора на 600 Ом и поэтому я спаял несколько резисторов последовательно. Они дают в сумме нужное сопротивление.


Схема очень простая и выглядит вот так.

Моргающий светодиод от одной батарейки

Работает при напряжении питания от 0.9 до 1.6 вольт. Средний ток, который потребляет эта схема не превышает 4 мА при частоте следования импульсов около 2 Гц.

Паять будем навесным монтажом. Приступим!

Моргающий светодиод от одной батарейки
Спаиваем транзистор КТ315 и резистор сопротивлением 270 кОм. После к ним паяем конденсатор ёмкостью на 1 мКф.Моргающий светодиод от одной батарейки
Далее к минусовой ноге конденсатора паяем резистор сопротивлением 600 Ом, а к транзистор соединяем со вторым.Моргающий светодиод от одной батарейки

Ну и последний шаг — паяем диод, светодиод и ещё один конденсатор. Также не забудьте спаять минус светодиода, эмитер транзистора КТ315 и резистор на 600 Ом.Моргающий светодиод от одной батарейки

Демонстрация работы схемы:

Моргающий светодиод от одной батарейки Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Мигающий светодиод / Habr

Светодиодная мигалка

В данной статье, я расcкажу как сделать мигающий огонек как в Macbook, когда он в режиме сна.Данный проект также поможет, вам улучшить свои навыки при работе с
макетной платой под пайку. Не следует забывать про принцип зарядки конденсатора.


Нам понадобится
  1. Макетная плата без пайки
  2. 15 ватный паяльник
  3. Перемычки
  4. Макетная плата под пайку
  5. Резисторы разного номинала
  6. Два конденсатора (електролитических )емкостью 220 мкФарад и 100 мкФарад
  7. Зеленый светодиод, на 2 вольта
  8. 2N6027 транзистор

В схеме будет использоваться программируемый однопереходный транзистор.Схема его
работы заключаются в управление током через Gate.




Соберите схему, представленную ниже, на беспаечной макетной плате.

Конденсатор заряжается через резистор до тех пор, пока не преодолеет установленное нарпрежение через транзистор.

После этого конденсатор разряжается, зажигается светодиод.


Добавим еще один конденсатор:

Ради элемент будет заглаживать затухания.

Для изготовления готовой схемы необходимо расположить радиоэлементы компактно. Действуйте согласно схемам.



Вставите радиоэлементы в макетную плату, соедините их ножки(вам понадобиться одна перемычка), припаяйте и отрежьте лишние.Не забудьте проверить надежность контактов.


Мигающий светодиод: подключение и применение

Мигающий светодиод – это светодиод, в корпус которого уже включены резистор и ёмкость для задания режима работы.

Общая информация

В литературе присутствуют сведения, что маркировка мигающего светодиода оканчивается на латинскую литеру F. Вероятно – от английского flashing. Изучение вопроса показало, что производители предпочитают маркировать мигающие светодиоды через литеру B. От английского blinking. Так называют мигающие светодиоды за рубежом. А значит, не каждому источнику возможно верить.

Мигающий светодиод по внешнему виду не отличается от обычного, демонстрирует повышенное сопротивление контактов, а электроды сконструированы так, что между ними образуется значительной величины электрическая ёмкость (конденсатор). Указанные два элемента задают постоянную времени цепи управления транзистором, микросхемой и т.д. Из-за отсутствия понимания аудиторией возникает главный вопрос – как использовать мигающий светодиод на практике.

При подключении постоянного напряжения конденсатор зарядится до потенциала цепи, и процесс остановится. Следовательно, требуется коммутировать ключ, обеспечивающий разрядку. Как при создании мигающих схем на обычных светодиодах. В связи с этим изложение начинается с момента: как без мигающего светодиода получить мерцание.

Главным становится вопрос необходимости подобного изобретения. Научно доказано, что переменный световой поток гораздо эффективнее привлекает внимание человека, нежели постоянный. Мигающий диод заметнее простого – это очевидный факт! На горе терпящий бедствие альпинист привлечёт внимание, если зеркальцем попробует подать знак. Подобный блеск заметен на протяжении всей прямой видимости, а это – десятки километров. Затронутая тема серьёзна, в подтверждение приводим материалы:

  1. Трупы на горе Эверест: youtube.com/watch?v=EZ3vK-pvBKs. Считается, что первые покорители горы навсегда остались там и погибли уже на спуске. Первый поныне не найден, второй остался лежать (1996 год) на западе от тропы. Если бы на дежурстве оказалась команда, вероятно, люди вернулись бы живыми. Мораль? Поднимаясь за 50 тыс. долларов в гору, оставьте внизу способных прийти на помощь (заплатив предварительно). Координаты по радиосвязи пока передавать не научились, мигающие светодиоды окажут неплохую услугу альпинистам. Для сведения: в разрыв облаков гора просматривается почти до вершины.
  2. Группа Дятлова: murders.ru/Dyatloff_group_1.html#20. Если бы по счастливой случайности отколовшийся от группы Юрий Юдин позаботился об условных знаках и подстраховал команду, исход оказался бы иным. Вещественные источники указывают, что на месте событий уже после катастрофы горел костёр. Мораль? Подобные походы нельзя совершать без страховки.

Итак, мигающий светодиод позволяет реализовать множество схем, причём далеко не все относятся к сфере развлечений. Хотя по большей части оборудование используется как индикация, к примеру, заряда устройства. Любой желающий убедится, что зелёный светодиод незаметен на корпусе системного блока боковым зрением, но мигающий виден.

Компьютер под управлением Windows 10 выключается долго, когда питание пропадает раньше времени, пользователь оценит мигающий светодиод. По цвету возможно простым путём контролировать прогресс. Новые системные блоки имеют опцию «включение по тревоге», при подаче питания. Сети TN-C-S обеспечивают плохую фильтрацию, помехи воспринимаются системными платами как сигнал для включения. Следовательно, в конце рабочего дня требуется убрать снабжение электричеством окончательно. Если сетевые фильтры отключены раньше времени, возможна потеря данных, даже приходится переустанавливать систему с вытекающими последствиями.

Зелёный светодиод непросто заметить, в особенности, если системный блок освещён лучам Солнца. А соседний индикатор, показывающий активность жёсткого диска, в самые интересные моменты отключается, исполняя закон Мерфи. Разработчики системных плат сумели бы заставить светодиод наличия питания мигать при выключении. Аналогично требуется сделать и в режиме ожидания, первой распространённой поломкой в современном компьютере считается неплотная стыковка силового шнура (второй – отсутствие заземления корпуса). По мигающему светодиоду это отслеживать крайне удобно.

Как подключить светодиод, чтобы мигал

Простейшая схема

Первая схема используется давно. В СССР уже известна и базируется на лавинном пробое перехода коллектор-эмиттер биполярного транзистора. Конденсатор заряжается от сети, и напряжение делится между светодиодом и полупроводниковым ключом. Номиналы резистора и конденсатора определяют постоянную времени заряда и, как следствие, частоту мигания.

Лавинный пробой подобен электрической дуге и демонстрирует отрицательное дифференциальное сопротивление. Пока заряд на конденсаторе падает, светодиод спокойно работает. Наконец, разница потенциалов достигает некоего порога, p-n-переход закрывается. Точнее, между эмиттером и коллектором два p-n-перехода. Из сказанного следует, что транзистор возможно заменить любым нелинейным элементом, демонстрирующим вольт-амперную характеристику с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В указанную группу попадают лавинные и туннельные диоды.

Большинство биполярных транзисторов демонстрируют нужную характеристику. Выбирается тот, предельное обратное напряжение эмиттер-коллектор которого меньше приложенного питания. Лавинный пробой проще наблюдается на эмиттерном переходе. Соответственно, его потребуется включать в обратном направлении.

Схемы генераторов

В интернете обсуждается схема на мультивибраторе. Выделяются прочие генераторы, полезные простотой сбора и наладки. Релейные устройства применяются и поныне. Их относят к классу контактных генераторов, обозначая наличие движущихся частей.

Пульс-пара, построенная из двух реле, обнаруживает простое достоинство – очевидную работу, устройств измерений для отладки не требуется. На рисунке изображён возможный вариант реализации схемы на электромагнитных размыкающем и замыкающем реле. В начальный момент времени питание подаётся через контакт 2П на катушку 1П. В результате первое реле замыкается. 2П получает питание и:

  1. Разрывает свои контакты в выходной цепи, где стоит светодиод. Он гаснет.
  2. Перестаёт питать 1П.

Пропадает питание на реле 1П, оно открывается. В результате нормально замкнутые контакты 2П возвращают питание светодиоду и 1П. Схема откатывается в исходное состояние, начинается новый цикл работы. Скорость переключения определяется целиком характеристиками реле. Для дополнительной регулировки допустимо добавить в схему задерживающие срабатывание элементы.

На втором рисунке показан генератор, массово использовавшийся в технике. Состоит из пульс-пары, режим работы рассмотрен выше, и вспомогательного реле, с задачей задержки по времени. Кнопки управления (КУ) задают нужные параметры.

При нажатии КП устройство включается в работу. Щётки шагового искателя (ШИ) переходят с ламели на ламель. Выполняется переключение. Вначале через ламель 0, кнопку и катушку 1П потенциал подаётся на реле 1П. Оно срабатывает и выполняет действия:

  • Обрывает цепь питания катушки 2П, где прежде тёк ток.
  • Готовит реле Д к срабатыванию.

При переходе щётки на ламель 1 реле 1П обесточивается, 2П размыкает свои контакты. Реле 1П отпадает. Включается 2П, подавая питание на 1П. Круг замыкается. На втором контакте 2П подключён светодиод, начинающий мигать.

Если нажата КУ, щётка ШИ попадает на вторую ламель, и при включенном 1П сработает реле Д. Последнее на время замедлит переключение 2П. В таком случае светодиод временно перестанет моргать, период удлинится.

Схема на мультивибраторе

Мультивибраторами называют транзисторные генераторы прямоугольных импульсов. В силу особенностей силовые элементы чаще выбираются биполярные. По классификации мультивибраторы относятся к бесконтактным генераторам и часто применяются для питания светодиодов, заставляя мигать.

Транзисторы достать проще, нежели специализированные микросхемы, что обусловливает популярность предлагаемого технического решения. Бесконтактные генераторы отличаются большим сроком службы, а скорость переключения настраивается выбором номиналов пассивных элементов. Мультивибраторы производят импульсы прямоугольной формы. Впрочем, аналогичное говорится о контактных генераторах. В рассматриваемом случае это хорошо.

По схеме на базу первого транзистора через конденсатор подаётся напряжение коллектора второго, открывая ключ. В этот момент происходят одновременно два процесса:

  1. Управляющий конденсатор разряжается через крайний резистор и переход эмиттер-база противоположного транзистора.
  2. Через его коллектор и внутренний резистор заряжается другой конденсатор.

Схема работает, как качели, что, впрочем, характерно для любых генераторов прямоугольных импульсов. Номиналами С и R допустимо изменять период колебания и скважность. Последнее достигается в несимметричной схеме.

Генераторы на микросхемах

Таймер на микросхеме серии 555 позволяет простыми путями заставить светодиод мигать. Для этого радиолюбители используют стандартную батарейку на 9 вольт. Несколько резисторов, микросхема и конденсатор – все, что понадобится в описанной ситуации. Как и ранее, постоянная времени задаётся размерами пассивных элементов конденсатора. Для отладки схемы возможно использовать подстроечную или переменную ёмкость.

  

Как применять мигающий светодиод

Несложно заметить, что в схемах светодиод используется обычный. Мигающий отличается наличием собственной ёмкости и большого сопротивления контактов. Эти параметры простым путём измеряются при помощи тестера. Для успешного хода опытов небесполезно узнать, что более длинная ножка светодиода считается анодом, и сюда нужно аккуратно подать плюс. Элемент не терпит высоких обратных напряжений и непременно сломается, если не соблюдать предосторожностей.

После измерений тестером рекомендуется нарисовать эквивалентную схему светодиода. Нарисовать на ней ёмкость и сопротивление. Потом расчёт времени переключения ведётся с использованием материала из разделов портала:

  1. Параллельное и последовательное соединение проводников.
  2. Последовательное соединение конденсаторов.
  3. Параллельное соединение конденсаторов.

Информация из топиков поможет рассчитать характеристики практически любого соединения пассивных элементов. После этого вычисляется постоянная цепи заряда. Это делается перемножением номиналов R и С. Время полного перехода системы из одного состояния в другое равно трём вычисленным периодам. К примеру, для ёмкости 10 мкФ и конденсатора 20 кОм величина составит 200 мс. Следовательно, светодиод станет мигать с частотой порядка 2-3 Гц, два или три раза в секунду.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *