ЧТО МИГАЕТ НА ЕЛКЕ?

Среди многообразия мигающих елочных гирлянд все большую популярность получают «простые ультрасовременные», состоящие… только из светодиодов. Вместо привычного нагромождения схемных решений (с электронными ключами, которые периодически открываются-закрываются низкочастотными RC-, RL- или LC-генераторами) здесь малогабаритные полупроводниковые светоизлучатели. Правда, светодиоды, выступающие в роли своеобразных микровыключателей, не простые (рис. 1а—1 в). Наименование данного класса оптикоэлектронных приборов, разработанных на стыке интегральной микроэлектроники и оптики, — Blinking LED lamps (мигающие светодиоды, или МСВ).

Основой мигающего светодиода является бескорпусной КМОП-гене-ратор А1 (рис. 1в). Именно он периодически открывает и закрывает электронный ключ А2. Находящийся здесь же светодиод HL1, соответственно, вспыхивает с частотой 1,5— 2,5 Гц. Причем сама конструкция такова, что МСВ можно подключать (благодаря встроенному резистору R2) к источнику постоянного напряжения напрямую, без внешнего то-коограничителя.

Строго говоря, в данном полупроводниковом оптикоэлектронном приборе имеется еще и низкоомный резистор R1 величиной 5—8 Ом, но его можно не учитывать при рассмотрении общего принципа работы. Типовые характеристики МСВ таковы, что при изменении питания от 3,5 до 13 В прямой ток находится в пределах от 6 до 60 мА.

Диод VD1 выполняет защитную функцию (на случай подачи обратного напряжения). Ну а длительное протекание через него большого тока (150—200 мА) грозит выводом МСВ из строя.

Как видно из обобщенной функциональной схемы мигающего светодиода, здесь имеется свой частотозадающий конденсатор С1, как и у прежних устройств с электронными ключами. Только он обладает малой емкостью, поскольку выполняется в виде распределенной интегральной структуры на общей подложке. Низкая же частота генерации (2 Гц) обусловлена в первую очередь внутренними сверхвысокоомными КМОП-резисто-рами. Неизбежный в производстве технологический разброс приводит к тому, что встретить два абсолютно одинаковых (по частоте генерации) МСВ — большая редкость.

Мигающие светодиоды (рис. 1а) внешне мало чем отличаются от типовых АЛ307, хорошо известных многим радиолюбителям. Даже невооруженным глазом в каждом из оптикоэлектронных «новичков» просматривается «чип» (в данном случае это подложка с интегральными элементами), монолитный световод из сверхрассеивающей пластмассы, а также катод и анод.

На принципиальных электрических схемах МСВ изображаются аналогично обычным светодиодам. Единственное графическое отличие — вместо пары сплошных стрелок «светоизлучателей» вычерчиваются две пунктирные.

Рис. 1. Мигающий светодиод (а), его условное обозначение (6) и обобщенная функциональная схема (в):

1 — анод; 2 — катод; 3 — подложка (полупроводниковая, с интегральными элементами); 4 световод монолитный (из сверхрассеивающей пластмассы).

Рис. 2. Новогодний сувенир с мигающими светодиодами (а) и его принципиальная электрическая схема (б).

НL1, НL8, НL15 L-56 ВНD (L-56 ВGD, L-56 ВYD)

НL2-НL7, НL9-НL14, НL16-НL21 АL307БМ (АЛ307ГМ)

Х2.ХЗ Dendy — разъемы (СГ5, СШ 5)

Рис. 3. Рекомендуемый вариант соединения светодиодов в виде стилизованной елочки (а) и его модификация на примере одного из участков мигающей электронной гирлянды (б).

Рядом со значком мигающего светодиода располагаются буквы HL с соответствующим порядковым (по схеме) номером, а также условное наименование, ориентируясь на которое, можно определить цвет излучения и другие характеристики данного МСВ. В числе наиболее распространенных — относительно недорогие L-56BHD (красный), L-56BGD (зеленый), L-56BYD (желтый) фирмы King-bright или их аналоги. Внешний диаметр у данных приборов — порядка 5 мм, что позволяет МСВ удачно размещать на панелях с обычными светодиодами типов АЛ307БМ и КИПД40А1 — К (красный), АЛ307ГМ и КИПД40А1-Л (зеленый), АЛ307ЖМ и КИПД40А1-Ж (желтый).

Теперь, после краткого знакомства с новым классом доступных оптикоэлектронных устройств, предлагается смастерить оригинальный новогодний сувенир с использованием мигающих и обычных светодиодов (рис. 2а). По сути, это переливающаяся разноцветными огнями гирлянда (рис. 26) из трех светоизлучающих участков по семь полупроводниковых приборов в каждом, которая выполняется в виде стилизованной елочки.

В качестве источника энергии подойдет готовый блок питания. Например, от игровой приставки DENDY или более мощной SEGA MEGA DRIVE-2. Но вполне приемлемо и самодельное устройство (с постоянным напряжением 14—16 В и током 0,1—0,2 А на выходе), выполненное в виде вилки-переходника и включающее в себя понижающий трансформатор Т1, выпрямительный мост VD1 -VD4, конденсатор фильтра С1, входной Х1 и выходной Х2 электроразъемы.

При подаче питания светодиодные цепочки начинают мигать с небольшой периодичностью (примерно 2 раза в секунду). Частота вспышек у каждого из трех МСВ своя, немного отличающаяся от указанной; поэтому гирлянда переливается огоньками, образуя разнообразные сочетания световых геометрических фигур. Вдобавок ко всему сказывается здесь и отсутствие жесткой синхронизации между КМОП-генераторами, входящими, как подчеркивалось выше, в состав мигающих светодиодов. В работе схемы присутствует элемент случайности, и получающаяся в итоге иллюминация зрителям не надоедает.

Конструкция самой елочки-основы может быть разной, зависящей от вкусов и опыта изготовителя. Например, в стандартном варианте для монтажа используется лицевая текстолитовая панель 200x150x0,5 мм с просверленными в ней согласно замыслу (рис. За) 5-мм отверстиями под 21 светодиод. Корпус каждого из будущих новогодних огоньков вставляют и приклеивают к такой плате компаундом или быстросохнущим «Моментом», а электрическое соединение элементов гирлянды в единое целое осуществляют проводом типа МГПВ-0,2 с использованием малогабаритного паяльника, канифоли и легкоплавкого припоя (время пайки выводов не должно превышать 1—2 с). Задняя и боковые стенки елочки-основы могут выполняться из односторонне фольгирован-ного стеклотекстолита, скрепленного по ребрам пайкой.

Для изготовления не менее привлекательного варианта новогоднего сувенира берут поролон размером 200×150 мм и толщиной 10—20 мм, в который втыкают светодиоды так, чтобы из них образовался рисунок елочки. Выводы каждого из этих полупроводниковых приборов на обратной стороне поролона осторожно разгибают и соединяют тонкими проводами согласно монтажной схеме (рис. За).

Как свидетельствует практика, налаживание самоделки, собранной в строгом соответствии с принципиальной электрической схемой из заведомо исправных радиодеталей, трудностей не вызывает даже у малоопытных новичков.

Самая распространенная ошибка — неправильная полярность включения одного или нескольких светодиодов. Для подстраховки рекомендуется впаять в конструкцию (до первого опро-бывания елочки-гирлянды) токоограничительный резистор R1, выделенный на принципиальной электрической схеме (рис. 26) пунктиром. Затем сувенир включают в сеть. Замеряя падение напряжения на R1 вольтметром (желательно цифровым), убеждаются, что, хотя контролируемая величина и постоянно меняется, показания прибора даже при одновременной вспышке всех светодиодов не превышают 3 В. При ином результате надо искать ошибки в монтаже.

Если вдруг выясняется: схема собрана безупречно, а контролируемая величина почему-то меньше 1,5 В, то идут на замену указанного выше резистора простейшей перемычкой. Оптимальным же можно считать вариант, при котором токоограничитель остается в схеме. При этом номинал R1 подбирается таким, чтобы отношение U в вольтах к R1 в омах не превышало 0,06 (то есть максимальный ток, протекающий через резистор-ограничитель, был не более 60 мА).

Любители экспериментов, конечно же, вправе по-своему расположить полупроводниковые светоизлучатели, чтобы добиться от уже отлаженной схемы наиболее выразительных световых эффектов. Важно соблюсти при этом правила симметрии, в том числе в цвете и типах светодиодов для каждой из гирляндных цепочек. А если позволит запас мощности блока питания, то, видимо, есть смысл увеличить число новогодних огоньков в сувенире до 27 штук, воспользовавшись, к примеру, модификацией (рис. 36) принципиальной электрической схемы устройства.

Надежность такого технического решения гарантирована, если максимальный ток через резистор R1 при отладке гирлянды не будет превышать 120 мА.

С. РЮМИК, г. Чернигов, Украина