Зміст:
- Принцип дії світлодіода
- Тестування миготливих RGB світлодіодів
- Як зробити, щоб звичайний світлодіод блимав
Якщо немає можливості купити готовий миготливий світлодіод, де всередину колби вже вбудовані всі необхідні елементи для здійснення потрібної функції, і залишилося тільки підключити батарею, то можна спробувати зібрати свою схему. Для цього знадобиться небагато: розрахувати резистор для світлодіода, що задає спільно з конденсатором період коливань ланцюга, обмежити як-то струм, і, звичайно ж, вибрати тип ключа. З деяких причин економіка нашої країни працює на видобувну галузь, в той час як електроніка закопана глибоко у землю. З цієї причини з елементною базою напряг. І дійсно може постати проблема, а не завдання, як зробити миготливий світлодіод. Особливо, якщо на носі акція з «синіми відерцями».
Принцип дії світлодіода
Робота світлодіода
Перш ніж підключити світлодіод, необхідно знати мінімум теорії. В районі p-n переходу за рахунок існування діркової і електронної провідності утворюється зона з нестандартними для товщі основного кристала енергетичними рівнями. При рекомбінації носіїв заряду звільняється енергія, і якщо величина її дорівнює кванту світла, то спай двох матеріалів починає світитися. Відтінок залежить від деяких величин, а співвідношення виглядає наступним чином:
E = h c / ?, де h = 6,6 х 10-34 – постійна Планка, с = 3 х 108 – швидкість світла, а грецькою буквою лямбда позначається довжина хвилі (м). (Див. також: Як правильно зробити заземлення)
З цього твердження випливає, що може бути створений діод, де різниця енергетичних рівнів становить Е. Це і буде шукана. Саме так виготовляють світлодіоди. А залежно від різниці рівнів, колір може бути синім, червоним, зеленим і пр. Причому не всі світлодіоди володіють однаковим ККД. Найбільш слабкими є сині, і які історично з’явилися одними з останніх. ККД світлодіодів порівняно малий (для напівпровідникової техніки) і рідко дотягує навіть до 45%. Але при всьому цьому питомий перетворення електричної енергії в корисну світлову просто приголомшливе. Кожен Вт енергії може давати фотонів в 6-7 разів більше, ніж спіраль напруження в тих же умовах споживання. Це пояснює, чому світлодіоди сьогодні займають міцну позицію в освітлювальній техніці.
Саме з цієї ж причини і створення мигалки на основі цих напівпровідникових елементів незрівнянно простіше. Достатньо порівняно малих напруг, щоб схема почала працювати. Все інше зводиться до того, щоб правильно підібрати ключові і пасивні елементи для створення пилкоподібної або імпульсного напруги потрібної форми:
Як це зробити? Очевидно, що підключення світлодіода до мережі 220В буде не кращою ідеєю. Є подібні схеми, але змусити їх блимати досить складно, тому що елементна база для цього ще не створено. Зазвичай світлодіоди працюють від набагато більш низьких живлячих напруг. З них найбільш доступними є:
Простий світлодіод
- Напруга +5 В присутня в пристроях заряду телефонних акумуляторів, а також iPad та інших гаджетів. Правда, вихідний струм в цьому випадку невеликий, але в більшості випадків це не потрібно. Крім того, +5 В можна знайти на одній із шин блоку живлення персонального комп’ютера. У цьому випадку з обмеженням по струму ніяких проблем не буде. Провід в цьому разі червоного кольору, а землю шукайте на чорному.
- Напруга від +7 до +9, У часто зустрічається на зарядних пристроях ручних радіостанцій, в побуті званих раціями. Безліч фірм, і у кожної свої стандарти. Тут ми не можемо дати конкретних рекомендацій. Але рації частіше виходять з ладу в силу особливостей використання, тому зайві зарядні пристрої зазвичай можна дістати порівняно дешево.
- На наш погляд схема підключення світлодіода буде найкраще працювати від +12 Ст. Це стандартна напруга в мікроелектроніки, його можна зустріти в багатьох місцях. Також комп’ютерний блок містить вольтаж -12 Ст. Ізоляція жили синя, а сам провід залишено для сумісності зі старими приводами. В нашому випадку він може знадобитися в тому випадку, якщо не виявиться під рукою елементної бази для живлення +12 Ст. Тоді буде достатньо знайти комплементарні транзистори і включити їх замість вихідних. Номінали пасивних елементів залишаються тими ж. Сам світлодіод також включається зворотною стороною.
- Номінал -3,3 на перший погляд здається незатребуваним. Але якщо пощастить дістати на aliexpress RGB світлодіоди SMD0603 по 4 рублі за штуку, то можна буде не вернути гори. Однак! Падіння напруги в прямому напрямку не повинне перевищувати 3 (зворотне включення в нашому випадку не знадобиться, але в разі неправильної полярності максимальний вольтаж становить 5).
Тепер, коли пристрій світлодіода нам цілком зрозуміло, а умови горіння відомі, приступимо до реалізації нашого задуму. А саме – змусимо елемент блимати.
Тестування миготливих RGB світлодіодів
Комп’ютерний блок живлення є чи не ідеальним варіантом для тестування світлодіодів SMD0603. У цьому випадку потрібно просто поставити резистивний дільник. Для цього згідно схемі з технічної документації оцінюють опору p-n переходів в прямому напрямку за допомогою тестера. Пряме вимірювання тут неможливо. Замість цього слід зібрати схему, показану на малюнку. Ось з яких міркувань ми виходили, і що зображено на картинці:
Схема оцінки опору p-n переходів
Формула розрахунку сумарного опору
Провід +3,3 на блоці живлення комп’ютера має помаранчеву ізоляцію, а схемну землю беремо з чорного. Зверніть увагу, що не потрібно включати цей модуль без навантаження. Ідеально було б на один з роз’ємів підключити DVD-привід або яке-небудь інший пристрій. Допускається також при наявності уміння поводження з приладами під струмом просто зняти бічну кришку, витягти звідти потрібні контакти і не знімати блок живлення зовсім. Підключення світлодіодів ілюструє схема. Багато запитають – а що далі? Виміряли опір на паралельне підключення світлодіодів і зупинилися?
Пояснюємо: в робочому стані, якщо світлодіодів знадобиться включити кілька, ми зробимо аналогічну налаштування. В результаті напруга живлення на мікросхемі має скласти 2,5 Ст. Зверніть увагу, що миготливі світлодіоди, тому показання можуть бути не зовсім точними. В цьому випадку максимальне з показань не повинно перевищити 2,5 Ст. Ну, і, звичайно, буде видно, що схема працює, тому що світлодіоди почнуть блимати. Щоб тільки частина з них виявляла себе в цьому плані, потрібно прибрати харчування з непотрібних. Допускається також зібрати налагоджувальну схему з трьома змінними резисторами – по одному в гілку кожного кольору. (Див. також: Як зробити заземлення в приватному будинку самому)
Таким чином, ми тепер знаємо, як зробити миготливу світлодіодне підсвічування своїми руками. А тепер багато запитають, чи можна варіювати час спрацьовування. Вважаємо, що всередині все одно повинні використовуватися ємності. Бути може, це навіть власні ємності p-n переходів світлодіодів. Але в будь-якому випадку, підключаючи змінний конденсатор паралельно схемою на вхід, можна спробувати що-небудь змінити. Номінал повинен бути дуже малим і вимірюватися в пФ. В такій маленькій мікросхемі просто не може бути великих ємностей. Ми припускаємо також, що резистор, підключений паралельно мікросхемі (див. пунктир на малюнку) і усаджений на землю, буде утворювати більш точний дільник. У цьому випадку стабільність зросте.
Тоді номінали потрібно брати більш вагомі, але не забувати, що це значно обмежить струм, що йде через світлодіоди. Фактично потрібно продумати це питання відповідно до наявної ситуації.
Як зробити, щоб звичайний світлодіод блимав
Схема для миготливого світлодіода
Схема, яку ми зобразили на малюнку, використовують для своєї роботи лавинний пробій транзистора. Якщо брати саме КТ315Б, який ми використовуємо в якості ключа, то для нього максимально зворотне напруги між колектором і базою становить 20 Ст. Тому нічого небезпечного в такому включенні не є. А ось у модифікації КТ315Ж цей параметр становить усього лише 15 В, що набагато ближче до вибраного нами напрузі живлення +12 Ст. Тому такий транзистор в даній схемі використовувати не варто.
Строго кажучи, лавинний пробій не є штатним режимом p-n переходу. В даному випадку за рахунок дуже великої зворотної напруги між колектором і базою відбувається іонізація атомів від ударів разогнавшимися носіями зарядів. В результаті утворюється маса вільних заряджених частинок, які захоплюються полем і утворюють струм. Очевидці стверджують, що для пробою транзистора КТ315 потрібно зворотне напруга, прикладена між колектором і емітером, амплітудою 8-9 Ст.
А тепер пара слів про те, як працює схема. В початковий момент часу починає заряджатися конденсатор. Він підключений на +12 В, а інша частина схеми обірвана за рахунок того, що закритий транзисторний ключ. Поступово різниця потенціалів підвищується і в якийсь момент досягає напруги лавинного пробою транзистора. У цей момент, напруга на конденсаторі різко падає, тому що паралельно нього підключені два відкритих p-n-переходу:
В сумі напруга там повинно скласти близько 1 В, конденсатор починає розряджатися через відкриті p-n переходи, але як тільки напруга падає нижче 7-8, лафа кінчається. Транзисторний ключ закривається і процес повторюється заново. Зрозуміло, що схемі притаманний певний гістерезис. Тобто транзистор відкривається при більш високій напрузі, ніж закривається. Це обумовлено інерційністю всіх процесів. І за рахунок цього можна спостерігати, як працює світлодіод.
Номінали резистора і ємності визначають період коливань. І конденсатор можна взяти значно менше, якщо включити між колектором транзистора і світлодіодом невеликий опір. Наприклад, 50 Ом. За рахунок цього постійна розряду різко збільшиться, і перевірити світлодіод візуально буде простіше (зросте час горіння). Зрозуміло, що струм не повинен бути занадто великим, максимальні його значення беруться з довідників. Не рекомендується вести підключення світлодіодних світильників з-за низької термостабільності системи та наявності нештатного режиму транзистора. А ми на цьому хочемо попрощатися з нашими читачами і сподіваємося, що огляд вийшов цікавим, картинки дохідливими, а пояснення ясними, як день Божий.