Светодиодная шкала-индикатор

Предлагаемая светодиодная шкала – индикатор,  линейно отображает изменение напряжения от 0 В. до +6 В. на её входе, в точке «А», последовательным включением одного или двух соседних из 17-ти светодиодов. В состав шкалы так же входят 43 транзистора и 56 сопротивлений. Напряжение питание шкалы 6 В. Потребляемый ток совместно с входным усилителем (ВУ): при свечении HL1—15 мА, при свечении HL17—25 мА. Ток, потребляемый одним светодиодом равен 10—13 мА. Входной ток по входу «А» возрастает от 0 мА при свечении HL1, и 0,05 мА при свечении HL2, до 9,5 мА при свечении HL17. Входное напряжение подается на шкалу через дифференциальный входной усилитель (ВУ), охваченный 100%-ной ООС по напряжению, (VT1, VT2, VT3, R2, R3, R4), его большое входное сопротивление позволяет согласовать высокоомный источник управляющего напряжения (R1) с низким входным сопротивлением и большим входным током шкалы. Для удобства построения схемы, шкала условно разделена на модули. Свечением HL1, HL2, HL3—управляет 1-й модуль. Свечением следующих 12-ти светодиодов, с HL4 по HL15 управляют 6 промежуточных модулей, (со 2-го по 7-й). Последний, 8-й модуль управляет свечением HL16 и HL17. Каждый из светодиодов шкалы переключается при изменении напряжения на её входе на 0,38 В. (--0,1 +0,15 В). Допустимо ещё более увеличить количество светодиодов в шкале, добавляя промежуточные модули, с учётом того, что на каждый дополнительный модуль требуется увеличение на 0,78—0,8 В. управляющего напряжения на входе шкалы. Все светодиоды шкалы, кроме HL1 и HL17 управляются двумя транзисторами. Назначение «нижних» n-p-n по схеме транзисторов (VT6, VT8, VT43 и др.) открываться при подаче на них управляющего напряжения +0,75 В. через резисторы R12, R16, R54 и др. сопротивлением 5,6 кОм. Падение напряжения на этих сопротивлениях при открывании транзистора около 0,5 В. Они ограничивают ток базы до 1—2 мА при высоких уровнях входного напряжения.  Коллектор «нижнего» транзистора непосредственно соединен с базой предыдущего «верхнего» транзистора, а через резисторы R8, R11, R56 и др. сопротивлением 330 Ом, ограничивающие ток через светодиоды, с эмиттером «своего» верхнего транзистора. Открываясь «нижние» транзисторы открывают свой «верхний» транзистор и закрывают предыдущий «верхний» транзистор.  На базы «верхних» по схеме n-p-n транзисторов (VT5, VT7, VT42 и др.) через резисторы R10, R13, R55 и др. сопротивлением 100 кОм подается напряжение смещения. Назначение «верхних» по схеме n-p-n транзисторов — включение и принудительное гашение подключённых к их коллекторам светодиодов (HL1—HL16) по командам «нижних» транзисторов.

Малая величина переключающих напряжений шкалы достигнута за счёт того, что входы модулей со 2-го по 8-й соединены между собой последовательно включёнными в прямом направлении эмитерными переходами p-n-p транзисторов (VT10, VT40 и др.). Переключение светодиодов шкалы  происходит следующим образом: при напряжении «0» на  входе шкалы открыт VT5 и светится HL1. При увеличении напряжения на входе до 0,4 В. открываются VT4 и VT6 и включается HL2, VT5 закрывается и HL1 гаснет. R5 ограничивает ток базы VT6 до 5 мА, а R6 ограничивает ток прямо-смещенного затвора VT4 до 0,1 мА при дальнейшем увеличении входного напряжения, R7 соединяет вход «А» с  общим проводом шкалы.  При достижении напряжения на входе «А» в 0,78 В. открывается VT8, загорается HL3, а HL2 гаснет. Когда напряжение в точке «А» увеличивается ещё на 0,4—0,45 В. начинает открываться эмиттерный переход VT10, в этот момент ток его коллектора многократно превысит ток его базы. Поэтому откроется VT11 и начнёт светиться HL4, а HL3 погаснет. При увеличении напряжения на входе ещё на 0,3 В. полностью откроется эмиттерный переход VT10. VT10 войдет в режим насыщения, из-за ограничительного действия R16 ток коллектора VT10 увеличиваться не будет, и токи его базы и коллектора сравняются, откроется VT13, светиться начнет HL5, а HL4 погаснет. Таким образом, открывание одного p-n перехода управляет свечением 2-х светодиодов. По мере увеличения входного напряжения до 6,0 В. поочерёдно откроются все 7 p-n-p транзисторов с VT10 по VT40 и поочередно загорятся остальные светодиоды. При свечении HL17  будут открыты:  VT4, все «нижние» n-p-n транзисторы, все p-n-p транзисторы, а все «верхние» n-p-n транзисторы будут  закрыты, т.к. последний в шкале светодиод HL17 включается только одним, «нижним» транзистором VT43 и принудительно не гасится. Напряжение питания ВУ (U упр. 2) должно быть не ниже возможного максимального значения U упр.1 

Шкала была задумана, как дополнительный индикатор настройки УКВ радиоприёмника, настраиваемого варикапами в интервале напряжений от +2 до +8 В. с непосредственным подключением входа ВУ к R1—резистору настройки РП. Для компенсации напряжения начального смещения варикапов в +2 В. между общим проводом шкалы и минусом напряжения питания РП был установлен параллельный стабилизатор напряжения, который в настоящей статье исключен.

Шкала и входной усилитель собраны на 2-х платах из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Размеры и разводка плат указана на рис. 2. Отверстия для деталей просверлены сверлом d-0,8 мм. Перемычки на плате между «+» дорожками светодиодов выполнены отрезками лужёного провода d-0,35 мм, в одно отверстие на плате пропущены и запаяны сразу по 2 конца соседних отрезков провода.

Детали: Постоянные резисторы на 0,125 Вт, R 9— 22 кОм, любого типа, подходящее по расположению выводов. Светодиоды – любые. При установке сверхъярких светодиодов напряжение питания шкалы желательно уменьшить до 5 В.Транзисторы VT1, VT2—2N3904. Их можно заменить на КТ3102Б. VT3—2N3906, можно заменить на ss9012, или КТ3107А, Б, И, с наименьшим током Iкэ0. VT4—КП307А с напряжением отсечки 0,4—0,8 В. VT8—КТ3102Б, но лучше: Е или Д. Все остальные n-p-n транзисторы—КТ3102Б, с Вст. 200—250. Транзисторы p-n-p КТ209В, К, И, или КТ3107А, Б, с Вст. от 100 до 150.

Налаживание правильно собранной шкалы сводится к установке сопротивлением R9 напряжения включения светодиода HL2 0,4 В.

В настоящее время аналоговые схемы на дискретных элементах непопулярны. Но предложенная шкала — скорее игрушка, а автор не нашёл микросхем, на которых можно было бы сделать изделие с подобными характеристиками: низкое напряжение питания, большое количество индикаторов и малая дискретность переключающего напряжения, возможность расширения шкалы в зависимости от увеличения управляющего напряжения.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Светодиод