Nashidvery.ru

Наши Двери
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему светодиод горит, несмотря на напряжение питания; Прямое напряжение

Почему светодиод горит, несмотря на напряжение питания <Прямое напряжение

У меня есть светодиод, который указал типичное прямое напряжение 3,5 В и максимальное прямое напряжение 3,9 В.

Я приложил 3,3 В через него с резистором 300 Ом последовательно. Почему он загорелся?

Мне интересно, смогу ли я выбрать этот светодиод как надежный выбор для моей конструкции (который, как отмечалось, работает при напряжении питания 3,3 В по всей плате).

Таблица данных светодиодов имеет кривую прямого напряжения против тока (меня также смущает, почему они выставляют прямой ток на ось Y вместо X, учитывая, что ток — это то, что здесь будет меняться). В любом случае, кривая показывает уменьшение прямого напряжения при меньших токах; возможно это объяснение?

Вот загружаемая таблица данных для этого светодиода в формате PDF (это трехцветный светодиод, и в этом вопросе я имел в виду технические характеристики для синего и зеленого).

Вы правы — прямое напряжение зависит от прямого тока.

Прямое напряжение, которое вы видите в таблице типовых значений, предназначено для тока 20 мА, что является слишком высоким, если все 3 цвета используются одновременно (сноска 2 в таблице абсолютных значений на стр. 3 — 15 мА, является максимальной в этом случае. дело).

Если вы посмотрите на диаграмму 2 в техническом описании , вы увидите связь между прямым напряжением и прямым током. Здесь вы видите, что при прямом напряжении 3,3 В можно ожидать прямой ток 20 мА. С 3В это будет 8мА. Более высокое значение резистора не делает это более надежным, оно просто делает светодиод темнее. Вы хотите, чтобы резистор был как можно меньше.

Резистор должен быть достаточно большим, чтобы снизить прямое напряжение примерно до 3,1 В с током 15 мА — это будет означать значение около 13,3 Ом (хотя для красного светодиода должно быть больше).

Используется ли этот светодиод для вас, зависит от необходимой вам яркости. Если вам не нужно, чтобы он загорелся полностью (или вы используете версию с более высокой интенсивностью, см. Стр. 4), это сработает. Если вы хотите быть уверены, что можете использовать полную интенсивность, вам нужно использовать другую. Олин прав — разница между партиями также может означать, что некоторые из них ярче, чем другие. Чтобы обеспечить равномерную яркость, вам необходимо контролировать ток, протекающий через светодиоды.

«Типичный» в таблицах не означает ничего полезного. В основном это маркетинговые цифры, и, как правило, продавцы пытаются выглядеть хорошо.

Минимальные и максимальные характеристики имеют значение. Неудивительно, что светодиод, который обычно имеет напряжение 3,6 В через него при своем полном рабочем токе, несколько загорается при 3,3 В. Ток, вероятно, значительно меньше, чем полный ток, но некоторые светодиоды настолько яркие, что их все еще хорошо видно на Ваша скамья в небольшой доле максимального тока.

Нет, светодиод этой модели не будет надежно светиться от 3,3 вольт. Вы нашли тот, который сделал, и следующая 1000 вы также можете получить, но следующие 10000 после этого могут быть слишком тусклыми. Если в спецификации не указано, что вы получаете при напряжении 3,3 В, вы должны предполагать, что гарантии нет. В действительности вы, вероятно, получите немного света при 3,3 В, но количество этого света может легко варьироваться от части к части.

Светодиоды не являются идеальными диодами, поэтому точка включения (Vf) не является идеально резким переходом. Если мы посмотрим на кривую IV для типичного светодиода, мы можем увидеть это:

Vf часто принимается, например, при 20 мА (некоторые таблицы данных дают пару Vfs при разных токах)

Из этого видно, что управлять светодиодом сложно, изменяя напряжение на нем, поэтому для лучшего управления необходим драйвер постоянного тока. Вы можете купить много микросхем, предназначенных для этой задачи, или вы можете свернуть свой собственный простой источник.
С драйвером постоянного тока, если светодиоды Vf изменяются (процесс, температура и т. Д.), То драйвер компенсирует поддержание тока постоянным, так что это способ сделать что-то, если вы хотите, чтобы ток был точным независимо от изменчивости детали (примечание яркость на XmA может отличаться, так как это тоже меняется)

Светодиодные индикаторы с напряжением питания выше, ниже или выше / ниже вашего выходного напряжения

Существуют различные типы драйверов светодиодов — некоторые из них являются просто базовым ограничителем постоянного тока, а некоторые используют топологию с повышением (или понижением) или зарядный насос для обеспечения более широкого диапазона соответствия для постоянного тока.

Простой драйвер постоянного тока:

Простой драйвер постоянного тока утратит регулирование, когда напряжение приблизится к напряжению питания (из-за падения на ограничивающем элементе). Это будет дано в таблице данных (см. Наименьшую нагрузку на источник питания в этом примере таблицы деталей, стр.10)

Простой светодиодный драйвер

Повысить светодиодный драйвер

Драйвер светодиода, который использует топологию усиления (точно так же, как импульсный регулятор, но установлен на постоянный ток, а не напряжение), будет по-прежнему обеспечивать постоянный ток, но он увеличивает свое напряжение выше диапазона питания, чтобы обеспечить последовательное управление светодиодами с общим Vf выше напряжения питания:

Читайте так же:
Максимальный ток кабеля 3х6 по ту

Драйвер усиления светодиодов

Драйверы для светодиодов SEPIC, Buck-Boost, Cuk

Хорошо, а как насчет случая, когда ваше входное напряжение изменяется выше и ниже выходного напряжения? Типичным случаем может быть использование литий-ионной батареи, которая может варьироваться от

2,7 В, а для подачи необходимого тока через светодиоды необходим выход 3 В.
В этом случае мы используем либо SEPIC, Buck-Boost или драйвер Cuk. Все могут делать одно и то же здесь, но имеют разные топологии (почему вы выбираете одну поверх другой, читайте дальше, возможно, вы захотите это сделать — множество книг / приложений там) .

Во всяком случае, вот пример схемы SEPIC с использованием LM3410 :

Светодиодный сепик драйвер

А вот таблица эффективности при входном напряжении выше и ниже выходного напряжения, вы можете видеть, что регулирование тока светодиода поддерживается отлично:

Светодиодные индикаторы перегрузки по току

Превышение выходного тока в источниках питания свидетельствует об увеличении потребляемой мощности в устройстве нагрузки. Иногда потребляемый ток в нагрузке (из-за неисправности соединений или самого устройства нагрузки) может увеличиться вплоть до значения тока короткого замыкания (к/з), что неминуемо приведет к аварии (если источник питания не снабжен узлом защиты от перегрузки).

Последствия перегрузки могут оказаться более существенными и непоправимыми, если использовать источник питания без узла защиты (как сегодня часто делают радиолюбители, изготавливая простые источники и покупая недорогие адаптеры) — увеличится энергопотребление, выйдет из строя сетевой трансформатор, возможно возгорание отдельных элементов и неприятный запах.

Для того чтобы вовремя заметить выход источника питания в «заштатный” режим, устанавливают простые индикаторы перегрузки. Простые — потому, что они, как правило, содержат всего несколько элементов, недорогих и доступных, а установить эти индикаторы можно универсально практически в любой самодельный или промышленный источник питания.

Простая схема индикатора токовой перегрузки

Работа ее элементов основана на том, что последовательно с нагрузкой в выходной цепи источника питания включают ограничивающий резистор малого сопротивления (R3 на схеме).

Данный узел можно применять универсально в источниках питания и стабилизаторах с разным выходным напряжение (испытано в условиях выходного напряжения 5— 20 В). Однако значения и номиналы элементов, указанных на схеме рис. 3.4, подобраны для источника питания с выходным напряжением 12 В.

Соответственно, для того чтобы расширить диапазон источников питания для данной конструкции, в выходном каскаде которых будет эффективно работать предлагаемый узел индикации, потребуется изменить параметры элементов R1— R3, VD1, VD2.

Пока перегрузки нет, источник питания и узел нагрузки работают в штатном режиме, через R3 протекает допустимый ток и падение напряжения на резисторе невелико (менее 1 В). Также невелико в этом случае и падение напряжения на диодах VD1, VD2, при этом светодиод HL1 едва светится.

При увеличении тока потребления в устройстве нагрузки или коротком замыкании между точками А и Б ток в цепи возрастает, падение напряжения на резисторе R3 может достигнуть максимального значения (выходного напряжения источника питания), вследствие чего светодиод HL1 загорится (будет мигать) в полную силу.

Для наглядного эффекта в схеме применен мигающий светодиод L36B. Вместо указанного светодиода можно применить аналогичные по электрическим характеристикам приборы, например, L56B, L456B (повышенной яркости), L816BRC-B, L769BGR, TLBR5410 или подобные им.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R3 (при токе к/з) более 5 Вт, поэтому этот резистор изготавливается самостоятельно из медной проволоки типа ПЭЛ-1 (ПЭЛ-2) диаметром 0,8 мм.

Ее берут из ненужного трансформатора. На каркас из канцелярского карандаша наматывают 8 витков этого провода, концы ее облуживают, затем каркас вынимают. Проволочный резистор R3 готов.

Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,25 или аналогичные. Вместо диодов VD1, VD2 можно установить КД503, КД509, КД521 с любым буквенным индексом. Эти диоды защищают светодиод в режиме перегрузки (гасят излишнее напряжение).

Индикатор перегрузки с звуковым и световым сигнализатором

К сожалению, на практике нет возможности постоянно визуально следить за состоянием индикаторного светодиода в источнике питания, поэтому разумно дополнить схему электронным узлом звукового сопровождения. Такая схема представлена на рис. 2.

Как видно из схемы, она работает по тому же принципу, но в отличие от предыдущей, это устройство более чувствительно и характер его работы обусловлен открыванием транзистора VT1, при установлении в его базе потенциала более 0,3 В. На транзисторе VT1 реализован усилитель тока.

Транзистор выбран германиевым. Из старых запасов радиолюбителя. Его можно заменить на аналогичные по электрическим характеристикам приборы: МП 16, МП39—МП42 с любым буквенным индексом. В крайнем случае, можно установить кремниевый транзистор КТ361 или КТЗ107 с любым буквенным индексом, однако тогда порог включения индикации будет иным.

Порог включения транзистора VT1 зависит от сопротивления резисторов R1 и R2 и в данной схеме при напряжении источника питания 12,5 В индикация включится при токе нагрузки, превышающем 400 мА.

В коллекторной цепи транзистора включен мигающий светодиод и капсюль со встроенным генератором ЗЧ НА1. Когда на резисторе R1 падение напряжения достигнет 0,5. 0,6 В, транзистор VT1 откроется, на светодиод HL1 и капсюль НА1 поступит напряжение питания.

Поскольку капсюль для светодиода является активным элементом, ограничивающим ток, режим работы светодиода в норме. Благодаря применению мигающего светодиода капсюль также будет звучать прерывисто — звук будет слышен во время паузы между вспышками светодиода.

Читайте так же:
Как делать розетку для кабеля

В этой схеме можно достичь еще более интересный звуковой эффект, если вместо капсюля НА1 включить прибор КРІ-4332-12, который имеет встроенный генератор с прерыванием. Таким образом звук в случае перегрузки будет напоминать сирену (этому способствует сочетание прерываний вспышек светодиода и внутренних прерываний капсюля НА1).

Такой звук достаточно громкий (слышно в соседнем помещении при среднем уровне шума), обязательно будет привлекать внимание людей.

Индикатор перегорания плавкого предохранителя

Еще одна схема индикатора перегрузки представлена на рис. 3. В тех конструкциях, где установлен плавкий (или иной, например, самовосстанавливающийся) предохранитель, часто требуется визуально контролировать их работу.

Здесь применен двухцветный светодиод с общим катодом и соответственно тремя выводами. Кто на практике испытывал эти диоды с одним общим выводом, знают, что они функционируют несколько иначе, чем ожидается.

Шаблон мышления в том, что казалось бы, зеленый и красный цвета будут появляться у светодиода в общем корпусе соответственно при приложении (в нужной полярности) напряжения к соответственным выводам R или G. Однако, это не совсем так.

Пока предохранитель FU1 исправен, к обоим анодам светодиода HL1 приложено напряжение. Порог свечения корректируется сопротивлением резистора R1. Если предохранитель обрывает цепь питания нагрузки, то зеленый светодиод гаснет, а красный остается светить (если напряжения питания совсем не пропало).

Поскольку допустимое обратное напряжение для светодиодов мало и ограничено, то для указанной конструкции в схему введены диоды с разными электрическими характеристиками VD1— VD4. То, что к зеленому светодиоду последовательно включен только один диод, а к красному три, объясняется особенностями светодиода AЛC331A, замеченными на практике.

При экспериментах оказалось, что порог напряжения включения красного светодиода меньше, чем у зеленого. Чтобы уравновесить эту разницу (заметную только на практике), количество диодов неодинаково.

При перегорании предохранителя к зеленому светодиоду (G) прикладывается напряжение в обратной полярности.

Номиналы элементов в схеме даны для контроля напряжения в цепи 12 В. Вместо светодиода AЛC331A допустимо применять другие аналогичные приборы, например, КИПД18В-М, L239EGW.

Какая схема подключения светодиодов лучше — последовательная или параллельная

Самое правильное подключение нескольких светодиодов — последовательное. Сейчас объясню почему.

Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).

Ток — это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.

Светодиод 2835 (характеристики)

Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:

Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.9 до 3.3 Вольта.

Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.

Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.

Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).

Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т.к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожжёте его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).

К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.

Почему нельзя подключать источник напряжения к светодиоду

Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:

А самое неприятное то, что проводимость любого светодиода (который по сути является p-n-переходом) находится в очень сильной зависимости от температуры. На практике это приводит к тому, что по мере разогрева светодиода, ток через него начинает неумолимо возрастать. Чтобы вернуть ток к требуемому значению, придется понижать напряжение. В общем, как ни крути, а без контроля тока никак не обойтись.

Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.

Читайте так же:
Выключатели освещения движения разновидности

Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи — почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.

Параллельное подключение

Чем плохо параллельное подключение светодиодов

При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).

Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.

Параллельное подключение светодиодов через резисторы

Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:

Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.

Расчет резистора для светодиода

В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:

Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.

Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.

Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):

UпитILED
5 мА10 мА20 мА30 мА50 мА70 мА100 мА200 мА300 мА
5 вольт340 Ом170 Ом85 Ом57 Ом34 Ом24 Ом17 Ом8.5 Ом5.7 Ом
12 вольт1.74 кОм870 Ом435 Ом290 Ом174 Ом124 Ом87 Ом43 Ом29 Ом
24 вольта4.14 кОм2.07 кОм1.06 кОм690 Ом414 Ом296 Ом207 Ом103 Ом69 Ом

При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.

Последовательное подключение

При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.

Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).

Как источник тока (драйвер) поддерживает нужный ток

Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:

Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ — конечно, последовательным!

Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.

Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.

Драйвер светодиода 220 вольт

Вот пример готового устройства:

Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64. 106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток — это от него уже не зависит.

И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В. И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.

Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.

Читайте так же:
Как от выключателя света провести розетку

Светодиодный драйвер на 12 вольт

Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:

Вот и все. Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) — либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.

Как выбрать нужный драйвер?

Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:

  1. выходной ток;
  2. максимальное выходное напряжение;
  3. минимальное выходное напряжение.

Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов — это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.

Какой драйвер выбрать для фитосветодиодов на 3 Вт?

Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для фитолампы:

Номинальный ток этих диодов — 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.

Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3. 4 вольта. Берем по-максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер должен быть в состоянии выдать не менее 40 вольт.

Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).

Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.

LED-драйвер на 650 мА

Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:

Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.

Примеры драйверов, идеально совместимых с различными типами светодиодов, приведены в таблице:

СветодиодыКакой нужен драйвер
60 мА, 0.2 Вт (smd 5050, 2835)см. схему на TL431
150мА, 0.5Вт (smd 2835, 5630, 5730)драйвер 150mA, 9-34V (можно одновременно подключить от 3 до 10 светодиодов)
300 мА, 1 Вт (smd 3528, 3535, 5730-1, LED 1W)драйверы 300мА, 3-64V (на 1-24 последовательно включенных светодиода)
700 мА, 3 Вт (led 3W, фитосветодиоды)драйвер 700мА (для 6-10 светодиодов)
3000 мА, 10 Ватт (XML2 T6)драйвер 3A, 21-34V (на 7-10 светодиодов) или см. схему

Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.

Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.

Светодиодный индикатор отклонения уровня напряжения

В статье описана конструкция индикатора, который показывает, в какую сторону и насколько отклонилось значение контролируемого параметра. В устройстве предусмотрен выход сигнала, включающего исполнительный механизм. Индикатор может быть легко перенастроен для работы в режиме измерителя уровня сигнала. Светодиодный индикатор предназначен для наблюдения за отклонением сигнала постоянного тока от заданного значения в плюсовую или минусовую сторону. Собранный на шести светодиодах, описываемый вариант устройства показывает по три градации отклонения от «нуля» в каждую сторону. Максимальное значение регистрируемого отклонения — +0,1 В. Напряжение на входах не должно превышать 3 В, в противном случае потребуется применение входного аттенюатора. Входное сопротивление индикатора — около 6 кОм. Индикатор является составной частью системы автоматического поддержания заданной влажности почвы [1] и служит для наблюдения за отклонением ее от оптимального значения.

Табло устройства представляет собой линейку из шести светодиодов, размещенных либо горизонтально, либо вертикально. В отсутствие отклонения сигнала от заданного значения три правых (или верхних) светодиода в линейке не светят, три остальные — включены. При положительном отклонении сигнала число включенных светодиодов пропорционально увеличивается, при отрицательном — уменьшается. Индикатор питается стабилизированным двуполярным напряжением 2×12 В; потребляемый ток — не более 40 мА.

Схема индикатора показана на рис. 1. Контролируемый входной сигнал подают на вход А. К входу Б подводят образцовое напряжение. Оно должно быть высокостабильным. Его устанавливают равным номинальному значению контролируемого напряжения. ОУ DA1 включен по схеме с параллельной отрицательной ОС. Такое включение ОУ редко применяют из-за присутствия синфазного напряжения на выходе, но для индикатора это вполне допустимо. Синфазное напряжение компенсируют при налаживании устройства. На выходе ОУ включен двуполярный эмиттерный повторитель на транзисторах VT1, VT2, выходной сигнал которого через пороговое устройство (триггер Шмитта) управлял работой поливного клапана системы поддержания влажности почвы. Если устройство будет использовано только как индикатор, эмиттерный повторитель можно исключить. Усиленный по току сигнал через резистор R5 поступает на цепь диодов VD1-VD5, выполняющих роль стабисторов. Падение напряжения на каждом диоде около 0,6 В, чем и определяется «высота» ступени индикации. Распределение напряжения в цепи диодов зависит от соотношения значений сопротивления резисторов R7 и R8 и уровня выходного сигнала ОУ.

В исходном состоянии в точке соединения диодов VD3 и VD4 должно быть нулевое напряжение относительно общего провода. Базы транзисторов VT3-VT5 находятся под положительным напряжением, поэтому транзисторы VT3-VT5, а значит, и VT10-VT12 открыты. Светодиоды HL1-HL3 обесточены, так как они шунтированы открытым транзистором VT12. К базе транзисторов VT7, VT8 приложено минусовое напряжение, а VТ6 — нулевое, поэтому они закрыты; закрыты также транзисторы VT13-VT15. Через транзистор VT12 и светодиоды HL4- HL6 протекает рабочий ток — светодиоды включены. При увеличении напряжения на входе А выходное напряжение ОУ уменьшается, точка нулевого напряжения перемещается влево по цепи диодов VD1- VD5. Последовательно закрываются пары транзисторов VT5 и VT12, VT4 и VT11, VT3 и VT10, прекращая шунтировать светодиоды HL3, HL2 и HL1 соответственно. Поэтому светодиоды включаются один за другим. При уменьшении напряжения на входе А точка нулевого потенциала перемещается вправо по цепи диодов, открываются пары транзисторов VT6 и VT13, VT7 и VT14, VT8 и VT15. Светодиоды HL4, HL5 и HL6 один за другим гаснут.

Читайте так же:
Как сделать автоматический выключатель света

Светодиоды в индикаторе включены последовательно. Ток через них поддерживается постоянным и равным 10 мА стабилизатором тока на транзисторе VT9. Это уменьшает нагрузку на блок питания и делает ее постоянной. Для управления каждым светодиодом приходится использовать пару транзисторов, так как усиления одиночного транзистора здесь недостаточно. В журнале «Радио» были опубликованы подобные светодиодные измерители уровня сигнала [2-5]. Некоторые их схемные решения использованы в описываемом устройстве. Отличается же оно наличием дифференциального входа, более высоким и регулируемым коэффициентом усиления, а также последовательным подключением светодиодов к источнику питания, что расширяет возможности применения.

Все детали индикатора, кроме светодиодов, смонтированы на односторонней печатной плате толщиной 1 мм из фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы показан на рис. 2. Плата изготовлена методом резания по линейке резаком, выточенным на точиле. Черные линии на чертеже платы — это участки, где фольга срезана. Безусловно, плату можно выполнить и традиционным способом — травлением. Диоды и большинство резисторов на плате установлены «стоймя». Светодиоды смонтированы на лицевой панели и с платой связаны жгутом проводников. Транзисторы, используемые в индикаторе, могут быть любыми маломощными кремниевыми. Например, вместо КТ315Б (VT3-VT8) подойдут транзисторы старых типов МП113 (с коэффициентом h21Э>45), а вместо КТ502В (VT10- VT15) — МП116 (h21Э>20). Для этого, правда, придется несколько увеличить размеры монтажной платы. Транзисторы VT1, VT2, VT9 должны допускать напряжение на коллекторе не менее 30 В. Диоды VD1-VD5 — любые кремниевые маломощные. Применение ОУ К140УД5 некритично — индикатор может работать и с другим ОУ, рассчитанным на напряжение питания 2×15 В. Можно изменять и число светодиодов, и соответственно пар управляющих транзисторов.

Налаживание индикатора начинают с начальной установки состояния светодиодов. Для этого входы А и Б соединяют между собой и подают на них образцовое напряжение. Его обычно формируют из напряжения питания с помощью дополнительного стабилизатора и резистивного делителя (на схеме они не показаны). Опытным путем на цепи диодов VD1-VD5 находят оптимальную точку, к которой и подключают правый по схеме вывод резистора R5. Критерий выбора оптимальной точки — светодиоды HL4-HL6 светят, а HL1-HL3 — выключены. Затем отключают вход А и подают на него стабильное напряжение, которое можно регулировать в пределах +1. 2 В от значения образцового. Источником этого напряжения может служить еще один такой же делитель, но с переменным резистором в одном из плеч. Устанавливают на входе А напряжение, точно равное образцовому, и подбирают резистор R8 таким, при котором для включения очередного светодиода требуется увеличить это напряжение настолько, насколько нужно его уменьшить для того, чтобы, наоборот, выключить еще один из них. От тщательности выполнения этой операции будет зависеть достоверность индикации «нуля». Необходимую чувствительность индикатора устанавливают подборкой резистора R3 в цепи отрицательной ОС ОУ.

Если надо использовать индикатор в режиме измерения уровня сигнала, входы А и Б для налаживания соединяют с общим проводом и подключают резистор R5 к той точке цепи диодов VD1- VD5, которая дает минимальное число включенных светодиодов. Затем подбирают резистор R8 так, чтобы светодиод HL6 находился на границе начала свечения. Затем вход Б оставляют соединенным с общим проводом, а на вход А подают измеряемое плюсовое напряжение. При входном сигнале противоположной полярности входы меняют местами. Чувствительность индикатора изменяют подборкой резистора R3. Если уровень входного сигнала достигает 3 В, можно обойтись без операционного усилителя и эмиттерного повторителя. В этом случае источник сигнала с внутренним сопротивлением не более 2 кОм подключают к цепи диодов VD1-VD5 через резистор R5.

Литература
1. Егоров Ю., Галицкий В. Электронная система управления полива в теплице. — Радио, 1997, # 11, с. 48, 49.
2. Димов В. Светодиодные измерители уровня сигнала. — Радио, 1987, # 10, с. 59, 60.
3. Нечаев И. Светодиодный измеритель уровня сигнала. — Радио, 1988, # 12, с. 52.
4. Потигин И. Светодиодный индикатор настройки. — Радио, 1987, # 12, с. 39.
5. Янко Б., Потапова Л. Комбинированный индикатор выходной мощности усилителя ЗЧ. — Радио, 1987, # 8, с. 32, 33.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector