Мигающий светодиодный сигнализатор с низковольтным питанием

Аннотация. Украсить небольшую новогоднюю ёлку можно, если выполнить переключатель гирлянд на основе мигающего светодиодного сигнализатора. Благодаря относительно высокой нагрузочной способности ИМС серии КР1554, к её выходам можно подключить до восьми сверхъярких светодиодов с номинальным током 3 мА, таким образом, чтобы суммарный ток в одном канале не превышал 24 мА.

Общие сведения. В качестве базовой конструкции использован четырёхсветодиодный мигающий сигнализатор, рассмотренный в [1]. Отличие нового варианта контроллера заключается в усовершенствовании алгоритма переключения светодиодов путём введения небольшой задержки свечения всех светодиодов после прохождения рабочего цикла их зажигания. Кроме этого, контроллер дополнен повышающим драйвером, удваивающим напряжение источника питания, что позволяет применить два последовательно включенных аккумулятора с номинальным напряжением 1,2 В каждый. Работоспособность устройства сохраняется до глубокого разряда элементов питания. Как известно, светодиоды зелёного и синего цветов свечения обычно обладают гораздо большим прямым падением напряжения во включенном состоянии, чем красные и жёлтые. Поэтому напряжения 3 В двух последовательно включенных элементов питания оказывается недостаточно для питания таких светодиодов. Данная проблема легко решается либо увеличением напряжения источника питания, либо введением повышающего драйвера, удваивающего питающее напряжение.

Принцип работы. Схема электрическая принципиальная устройства приведена на рис. 1.

Основу устройства составляет удваивающий преобразователь напряжения на ИМС DD2…DD4. На элементе DD2.1 выполнен задающий генератор, работающий на частоте около 60 КГц, остальные элементы DD2.2…DD2.4 являются буферными. Прямоугольные импульсы поступают на входы элементов DD3.1…DD3.4 и через развязывающий конденсатор C4 — на входы элементов DD4.1…DD4.4. Допустим, что в начальный момент времени на входы всех элементов ИМС DD3 и DD4 приходят уровни лог.1. Тогда верхняя обкладка конденсатора C3 оказывается подключенной к общему проводу (минус источника питания) через открытые n-канальные транзисторы ИМС DD3, а нижняя по схеме обкладка конденсатора C3 оказывается подключенной к плюсовому выводу источника питания через открытые n-канальные транзисторы ИМС DD4. Когда на выходе генератора, а значит и на входах элементов ИМС DD3 и DD4 появляется лог.0, то n-канальные транзисторы двух последних ИМС закрываются, но открываются p-канальные. Теперь верхний по схеме вывод конденсатора C3 оказывается подключенным последовательно с источником питания (GB1-GB2), а нижний по схеме вывод С3 оказывается подключенным через 14 вывод ИМС DD4 к верхнему выводу С8. Заряд накопленный конденсатором C3 во время предыдущего полуцикла заряда передаётся конденсатору С8 и на нём формируется удвоенное напряжение 6 В. Поскольку частота преобразования достаточно высока, то в большой ёмкости С8 нет необходимости и на его месте может работать небольшой конденсатор ёмкостью 1 мкФ.

Работу схемы будем рассматривать при условии, что оба счётчика DD5.1 и DD5.2 установлены в исходное нулевое состояние, а все RS-триггеры (DD8.1-DD8.2, DD8.3-DD8.4, DD9.1-DD9.2, DD9.3-DD9.4) установлены в исходное единичное состояние. При этом все светодиодные гирлянды погашены. Цикл работы удобно отслеживать по временной диаграмме, представленной на рис. 2.

В начальный момент времени, счетчики DD5.1 и DD5.2 находятся в «нулевом» состоянии, поэтому на выходе элемента DD6.1 формируется уровень лог.1, который запрещает дешифрацию состояний счетчика DD5.2, выходные логические уровни которого поступают на адресные входы «1» и «2» дешифратора DD7. Таким образом, на всех его выходах формируются уровни лог.1, что соответствует начальному состоянию устройства. Поскольку в конце предыдущего цикла на выходе 5 (вывод 10) дешифратора DD7 был сформирован короткий отрицательный импульс, все RS-триггеры были установлены в «единичное» состояние, поэтому все светодиоды погашены. При переходе счетчика DD5.1 из «нулевого» в «первое» состояние, уровнем лог.0 с выхода элемента DD6.1 разрешается дешифрация состояний DD7 и на его выходе «0» (вывод 15) появляется уровень лог.0. Этот уровень перебрасывает первый (верхний по схеме) RS-триггер DD8.1-DD8.2, в нулевое состояние, и, одновременно, поступает на аноды светодиодов HL2-HL9. Но зажигания светодиодов в этот момент времени еще не происходит, поскольку разность потенциалов на их выводах равна нулю. При достижении счетчиком DD5.1 четвертого состояния, дешифрация состояний DD7 будет вновь запрещена, и на его выходе «0» (вывод 15) сформируется уровень лог.1. Поскольку на выходе первого (вывод 3) RS-триггера DD8.1-DD8.2 был сформирован уровень лог.0, это приведет к зажиганию светодиодов HL2-HL9. Далее последуют три вспышки, со скважностью равной четырем, согласно временной диаграмме на рис 2. В данном случае, отрицательные импульсы на выходе «0» (вывод 15) дешифратора DD7 приводят к погасанию светодиодов HL2…HL9, поэтому при переходе счетчика DD5.2 из нулевого в первое состояние, на указанном выходе «0» (вывод 15) дешифратора DD7 формируется фиксированный (статический) уровень логической единицы, и светодиоды HL2-HL9 остаются во включенном состоянии.

Каждый последующий счетный импульс с выхода генератора приводит к увеличению состояний счетчика DD5.1 а, вслед за ним, и DD5.2. При этом происходят трехкратные последовательные вспышки групп светодиодов HL2…HL9, HL10…HL17, HL18…HL25, HL26…HL33 с последующей их фиксацией во включенном состоянии. При достижении счетчиком DD5.2 «пятого» состояния, на выходе 5 (вывод 10) дешифратора DD7 формируется короткий отрицательный импульс, который приводит к установке всех RS-триггеров в «единичное» состояние и погасанию светодиодов. Одновременно, короткий положительный импульс с выхода DD6.1 сбрасывает счётчик DD5.2. Далее цикл работы устройства полностью повторяется.

Конструкция и детали. Устройство выполнено на печатной плате из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размером 50x110 мм (рис. 3).

В устройстве применены постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, подстроечный СП3-38б, конденсаторы неполярные типа К10-17, электролитические — К50-35. Все микросхемы КМОП-серии КР1554, обладают высокой нагрузочной способностью (до 24мА), что позволяет подключать светодиоды к их выходам непосредственно, без ключевых транзисторов. В схемах генераторов прямоугольных импульсов на месте КР1564ЛА3 (74HC00N) можно использовать также КР1564ТЛ3 (74HC132N), содержащую в своем составе четыре триггера Шмитта. Этот вариант наиболее предпочтителен при батарейном питании устройств, для повышения их экономичности за счет существенного уменьшения сквозных токов при переключении логических элементов. Благодаря высокой нагрузочной способности КМОП-микросхем серий КР1564 и КР1554, возможно сочетание в одном устройстве микросхем КМОП (КР1564, КР1554, КР1594) и ТТЛШ (КР1533, К555) и даже ТТЛ (К155) серий. Неприменимы в устройствах только микросхемы серий К561 и КР1561, нагрузочная способность которых не превышает 1 мА, даже для приборов серий CD40xxBN. К примеру, на месте DD1 (КР1564ЛА3) может работать ее полнофункциональный ТТЛШ-аналог типа КР1533ЛА3. Поскольку входные токи микросхем ТТЛШ-серий значительно больше соответствующих значений для КМОП-микросхем, необходимо установить подстроечный резистор (R2) сопротивлением 1 кОм, а постоянные (R1 и R3) заменить перемычками. При этом неполярный конденсатор С1 заменяется электролитическим емкостью до 100 мкФ, чтобы сохранить постоянную времени генератора. Ресурса элементов питания обычно хватает на несколько десятков часов непрерывной работы, чего вполне достаточно для новогодней иллюминации в вечернее время. Устройство, собранное из исправных деталей и без ошибок в налаживании не нуждается и работает сразу при включении.

Отзывы и предложения по усовершенствованию данного устройства читатели могут направлять на адрес электронной почты автора E-mail: A_Odinets@tut.by.

Литература: Одинец А.Л. Мигающие светодиодные сигнализаторы — «Радиоаматор», 2007 г., №7, С.26-29.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Светодиод