Мигающий светодиод

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

Общая информация

В литературе имеются сведения, что маркировка мигающего светодиода оканчивается на латинскую литеру F. Скорее всего – от английского flashing. Изучение вопроса показало, что производители предпочитают маркировать мигающие светодиоды через литеру B. От английского blinking. Именно так и называют мигающие светодиоды за рубежом. А значит, не каждому источнику можно верить. Исследование Википедии показало, что там ничего не хотят и знать по данному вопросу, видимо, считая его недостойным рассмотрения. Это касается и англоязычного домена ресурса.

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

При подключении постоянного напряжения конденсатор зарядится до потенциала цепи, и на этом процесс остановится. Следовательно, нужно коммутировать какой-нибудь ключ, обеспечивающий разрядку. Как это и делается при создании мигающих схем на обычных светодиодах. В связи с этим начало изложения будет именно с этого момента: как именно без мигающего светодиода получить мерцание.

Но до того нужно ответить на главный вопрос – зачем все это вообще нужно? Научно доказано, что переменный световой поток гораздо эффективнее привлекает внимание человека, нежели постоянный. И мигающий диод намного более заметен – это очевидный факт! На горе терпящий бедствие альпинист может проще привлечь чьё-нибудь внимание, если зеркальцем попробует подать знак. Такой блеск можно заметить на протяжении всей прямой видимости, а это иной раз – многие десятки километров. Тем, кто не считает затронутую тему серьёзной, нужно ознакомиться со следующими материалами:

  1. Трупы на горе Эверест: youtube.com/watch?v=EZ3vK-pvBKs. Считается, что первые покорители горы навсегда остались там и погибли уже на спуске. Одного так и не нашли, а второй остался лежать (1996 год) на западе от тропы. Можно ли было их спасти? Если бы на дежурстве была команда, готовая это сделать, то вероятнее всего люди вернулись бы живыми. Мораль? Поднимаясь за 50 тыс. долларов в гору, оставьте внизу тех, кто сможет прийти на помощь (заплатив им за это). И поскольку координаты по радиосвязи пока передавать не научились, мигающие светодиоды могут оказать неплохую услугу альпинистам. Для сведения: в разрыв облаков гора просматривается почти до самой вершины.
  2. Группа Дятлова: murders.ru/Dyatloff_group_1.html#20. Если бы по счастливой случайности отколовшийся от группы Юрий Юдин позаботился о неких условных знаках и подстраховал команду, то исход мог бы быть иным. Вещественные источники указывают, что на месте событий уже после катастрофы горел костёр. Мораль? Такие походы нельзя совершать без страховки.

Итак, мигающий светодиод позволяет реализовать многие схемы, и далеко не все из них относятся к сфере развлечений. Хотя по большей части это оборудование используется, как индикация, например, заряда устройства. Любой желающий может убедиться в том, что зелёный светодиод незаметен на корпусе системного блока боковым зрением, но мигающий был бы виден. Зачем это нужно?

Любой, кто в курсе, как долго выключается компьютер под управлением Windows 10, и что бывает, когда питание пропадает раньше времени, оценит мигающий светодиод. По его цвету можно простым путём контролировать прогресс. Новые системные блоки имеют опцию «включение по тревоге», то есть при подаче питания. Но ввиду того, что сети TN-C-S обеспечивают плохую фильтрацию, помехи воспринимаются системными платами, как сигнал для включения. Следовательно, в конце рабочего дня нужно убрать снабжение электричеством полностью и окончательно. Но если сетевые фильтры будут отключены раньше времени, то возможна потеря данных, иногда даже приходится переустанавливать систему со всеми вытекающими последствиями.

Между тем 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. Таким образом, разработчики системных плат могли бы заставить светодиод наличия питания мигать при выключении. То же самое нужно сделать и в режиме ожидания, потому что самой распространённой поломкой в современном компьютере является неплотная стыковка силового шнура (второй – отсутствие заземления корпуса). По мигающему светодиоду это отслеживать было бы очень удобно.

Как подключить светодиод, чтобы он мигал

Самая простая схема

Первая из схем используется достаточно давно. В СССР она уже была известна и базируется на лавинном пробое перехода коллектор-эмиттер биполярного транзистора. Конденсатор заряжается от сети, и напряжение начинает делиться 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. Поэтому какое-то время, пока заряд на конденсаторе падает, светодиод спокойно работает. Наконец, разница потенциалов достигает некоего порога, и p-n-переход закрывается. Точнее говоря, между эмиттером и коллектором два p-n-перехода. Из сказанного следует, что транзистор можно заменить любым нелинейным элементом, демонстрирующим вольт-амперную характеристику с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В эту группу попадают лавинные и туннельные диоды.

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

Схемы генераторов

В интернете широко обсуждается схема на мультивибраторе, но помимо неё имеются и другие генераторы, которые могут быть полезными тем, что их проще собрать и наладить. Релейные устройства широко применяются до сих пор. Их относят к классу контактных генераторов, обозначая этим наличие движущихся частей.

Пульс-пара, построенная из двух реле, имеет то простое достоинство, что её работа очевидна, и не нужно никаких устройств измерений для отладки. На рисунке изображён один из возможных вариантов 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, и оно открывается. В результате нормально замкнутые контакты 2П возвращают питание светодиоду и 1П. Схема откатывается в исходное состояние, и начинается новый цикл работы. Скорость переключения определяется целиком характеристиками реле. Для дополнительной регулировки можно добавить в схему задерживающие срабатывание элементы.

На втором рисунке показан генератор, в своё время широко использовавшийся в технике. Он состоит из пульс-пары, режим работы которой рассмотрен выше, и вспомогательного реле, задачей которого и является задержка по времени. Кнопки управления (КУ) позволяют задать нужные параметры.

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

  • Обрывает цепь питания катушки 2П, тогда как ранее здесь так ток.
  • Готовит реле Д к срабатыванию.

При переходе щётки на ламель 1 реле 1П обесточивается, поскольку 2П размыкает свои контакты. Реле 1П отпадает. За счёт чего включается 2П, подавая питание на 1П. Таким образом, круг замыкается. На втором контакте 2П подключён светодиод, который будет мигать.

Если нажата КУ, то щётка ШИ попадает на вторую ламель, и при если включено 1П, то сработает реле Д. Последнее на какое-то 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 всего выбираются биполярные. По классификации мультивибраторы относятся к бесконтактным генераторам и до сих пор часто применяются для питания светодиодов, чтобы заставить их мигать.

Транзисторы достать проще, нежели специализированные микросхемы, что и 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, то же самое можно сказать и о контактных генераторах. В рассматриваемом случае это даже хорошо.

По схеме на базу одного транзистора через конденсатор подаётся напряжение коллектора другого. Что и открывает ключ. В этот момент происходят одновременно два процесса:

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

Схема работает, как качели, что, впрочем, очень характерно для любых генераторов прямоугольных импульсов. Номиналами С и R можно не только изменять период колебания, но 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 – это все, что понадобится в данной ситуации. Как и ранее, постоянная времени задаётся размерами пассивных элементов. Прежде всего, конденсатора. Для отладки схемы можно использовать подстроечную или переменную ёмкость.

  

Как применять мигающий светодиод

Не сложно заметить, что во всех этих схемах светодиод используется совершенно обычный. Мигающий отличается наличием собственной ёмкости и большого сопротивления контактов. Эти параметры можно простым путём измерить при помощи тестера. Для успешного хода опытов небесполезным будет знать, что более длинная ножка светодиода обычно является 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. После этого расчёт времени переключения ведётся с использованием материала из следующих наших разделов:

  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 обычно равно трём вычисленным периодам. Например, для ёмкости 10 мкФ и конденсатора 20 кОм величина составит 200 мс. Следовательно, светодиод будет мигать с частотой порядка 2-3 Гц. То есть, два или три раза в секунду.

Читайте также:  Операционный усилитель