Простое светодинамическое устройство (СДУ)

Предлагаемое устройство реализует эффект попеременно вспыхивающих двух “красных” светодиодов с простой схемой управления, и ориентировано, прежде всего, на начинающих “электронщиков”.

Для первых электронных конструкций важны простота реализации, работоспособность без наладки, функциональность, экономичность, эффектность – чему полностью соответствует предлагаемое СДУ.

Основой схемы СДУ является симметричный мультивибратор, в базовые цепи транзисторов которого включены светодиоды.
Работа схемы и обоснование элементной базы

Для обоснования выбора транзисторов, светодиодов и напряжения питания устройства необходим краткий анализ работы его схемы и оценочные расчеты. Упрощенно — транзистор можно считать ключевым элементом с нулевым напряжением насыщения и порогом открывания / закрывания равным минус Uбэ (транзистор структуры P-N-P); падение напряжения на светодиоде + Uvd (при достаточном для его свечения токе), напряжение питания +Е.

До начала переходного процесса напряжения в контрольных точках (обозначены на схеме цифрами в кружках) – U1=Е, U2=0, U3=Е (постоянны), а U4(t) – увеличивается, стремясь к Е (заряд конденсатора С1). По достижении значения U4(t1) = Е — Uбэ транзистор VT2 начинает закрываться — U3 уменьшается, стремясь по экспоненте к нулю, соответственно U1 снижается до уровня меньше Е – Uбэ, что приводит к открыванию транзистора VT1 и U2=Е. Таким образом к аноду светодиода VD2 прикладывается напряжение питания Е плюс напряжение заряженного конденсатора С1 равное Е – Uбэ, т.е. U4(t1)= 2Е- Uбэ. Если эта величина больше Uvd — светодиод VD2 ярко вспыхивает и продолжает светится в течение t1-t2 — времени разрядки конденсатора С1 до U4(t2)= Uvd . Далее следует пауза t2-t3 — U4 = Е, (U2=Е, U3=0), а U1(t) – увеличивается, стремясь к Е (заряд конденсатора С2). Переходный процесс в момент t3 аналогичен предыдущему, в итоге следует вспышка светодиода VD1 и его свечение в течение промежутка времени t3-t4 и последующая пауза t4-t5.

Моменту t5 полностью соответствует ситуация момента t1, и таким образом в течение периода повторения t1-t5 реализуется цикл: вспышка VD2 — пауза — вспышка VD1 – пауза.
Для работоспособности устройства необходимо выполнение условия —
2Е — Uбэ > Uvd , причем желательно все значения минимизировать,
Емин > 0,5 ( Uvd + Uбэ ).

Из светодиодов разного цвета свечения, минимальное значение Uvd имеют “красные” светодиоды, для них Uvd =1,8 В.

Современные транзисторы в основном кремниевые, для них Uбэ = 0,7 В. Для устаревших германиевых — Uбэ = 0,3 В.

Поэтому, при использовании “красных” светодиодов (повышенной яркости свечения) и германиевых транзисторов, напряжение питания устройства составляет Емин >1,05 В, а это ОДИН гальванический элемент типоразмера АА (“пальчик”) или ААА (“мизинчик”).
(Корректно называть ЭЛЕМЕНТ питания, а не “батарейка” — по аналогии: батарея — это несколько пушек…. Батарея — “ Крона” или аккумуляторная ноутбука, — несколько согласованно, обычно последовательно, соединенных элементов. А один – это гальванический элемент (ГЭ), аккумуляторный элемент (АЭ)…).

Временные параметры СДУ определяются номиналами резисторов и конденсаторов.

Комплектация СДУ

VT1,2 — МП14, МП15, МП16, МП25, МП26, МП40, МП41, МП42,
С1,2 — 22 мкФ (оптимально), возможно 10 мкФ, 47 мкФ,
R1,2 — 4,7 кОм (оптимально), возможно уменьшение до 2,7 кОм.

Технические параметры СДУ

Напряжение питания: 1,1 – 1,6 В, (один ГЭ или АЭ);
Ток потребления: 0,5 – 2 мА, (уменьшается при снижении Е);
Частота следования вспышек: 2 – 5 Гц, (уменьшается при снижении Е).

Применение СДУ

Устройство может быть использовано в качестве заднего велосипедного фонаря (то, что надо!), “оживляжа” самодельных моделей и игрушек, “контрольки свежести” элементов, оснащения “пацаков” (ку-у!) и далее… – от фантазии конструктора.

Простая конструкция СДУ

Для столь простой схемы устройства нет большой необходимости компоновать его элементы на печатной плате, да часто и нет возможности (времени) ее изготовить. Поэтому предлагается цельный конструктив из картонной сигаретной пачки, (а от конструктора требуется только мелкая моторика – аккуратность монтажа и пайки). При питании устройства от элемента ААА по размеру идеально подходит пачка от сигарет вида “компакт” – QS (вариант 1), для элемента АА – обычная (вариант 2).
Плотно упакованные элементы располагаются так же, как и обозначены на схеме. Прежде всего, необходимо на листе бумаги в стандартную клеточку подготовить трафарет: отметить точки отверстий для выводов элементов со стороны их установки (шаг-2,5 мм), контурно обозначить элементы и соединения их выводов, проколоть шилом точки и провести линии соединений с обратной стороны трафарета.
При рациональном раскрое пачки получаются две заготовки укладочных коробков и развертка для монтажа. На участке с плотным картоном, по трафарету, прокалываются отверстия для выводов элементов. Вставленные элементы выравниваются по высоте и фиксируются, путем загибания выводов с обратной стороны и последующим их соединением пайкой по трафарету. Для подключения элемента питания с разных сторон выводятся два проводка, концы которых выгибаются в колечки (от размера элемента) и залуживаются, а предварительную фиксацию элемента обеспечит подклеенный и выгнутый картонный язычок. Окончательно вся конструкция устанавливается в укладочный коробок, обеспечивающий ее жесткость и надежные контакты.
Для конструкции варианта 1 в качестве выключателя SA используется картонная полоска, вставляемая между контактным колечком и минусовым контактом элемента (выкл.), либо с обратной стороны колечка, обеспечивая его прижим к минусовому контакту элемента (вкл.). Для конструкции варианта 2 выключатель может быть выполнен на герконе, включенном последовательно с “минусовым” проводком (место позволяет) и приклеенным с одной стороны магнитиком в укладочном коробке, при этом включение/выключение осуществляется ориентацией сторон установки конструкции в коробок.

P.S. При наличии комплектации, время на изготовление предложенной поделки минимально. Однако могут оказаться в дефиците германиевые транзисторы. Конечно, вместо них можно использовать кремниевые (изменив и номинал резисторов на 2,7 кОм), устройство будет работать, но диапазон напряжений питания существенно уменьшится (только “свежие” гальванические элементы. А впрочем – пробуйте, творите, дерзайте,- 73!