"Бегущие огни" на мощных МОП-транзисторах - Светоэффекты - Схемы радиолюбителям - Каталог статей - RADIOAMATOR
Изобретатель радио Вторник, 28.02.2017, 14:46
RADIOAMATOR
Поиск позывных в российском Callbook'e:
ON-LINE поиск предоставлен сервером QRZ.RU

Приветствую Вас Гость | RSS
Выбрать язык / Select language:
Ukranian
English
French
German
Japanese
Italian
Portuguese
Spanish
Danish
Chinese
Korean
Arabic
Czech
Estonian
Belarusian
Latvian
Greek
Finnish
Serbian
Bulgarian
Turkish
Поиск по сайту
Меню сайта
Категории раздела
Шпионские штучки [19]
Справочники [33]
Светоэффекты [21]
Схемы для компьютера [18]
Прочие схемы [29]
Приемники [5]
Статьи радиолюбителям [18]
Электросварка [5]
Друзья сайта
Главная » Статьи » Схемы радиолюбителям » Светоэффекты

"Бегущие огни" на мощных МОП-транзисторах

"Бегущие огни" на мощных МОП-транзисторах
Д. ДЕРР, г. Тройсдорф, Германия
Так называемыми "бегущими огнями" сегодня мало кого удивишь. Современная элементная база позволяет осуществить почти любой алгоритм работы таких устройств. Тем не менее хочу предложить вниманию читателей журнала несколько схем "бегущих огней". Они не требуют тактового генератора и выполнены на малом числе элементов. На каждый применённый в них транзистор приходится как минимум одна полезная нагрузка, т. е. устройствам не нужны вспомогательные активные элементы. Итак, начнём с простого...
     Трёхканальный "бегущий огонь"
  111
По схеме (рис. 1) устройство представляет собой трёхфазный мультивибратор на полевых транзисторах VT1—VT3, причём при изменении полярности питающего напряжения (указана в скобках) лампы EL1—EL3 горят постоянно за счёт интегрированных в транзисторы IRF520N защитных диодов. Устройство может использоваться для освещения низковольтными галогенными или светодиодными лампами с дополнительным эффектом "бегущего огня" при изменении полярности питания. При применении светодиодных ламп следует обратить внимание на то, что они должны светиться при любой полярности питающего напряжения (этому требованию отвечает большинство низковольтных светодиодных ламп). В противном случае каждую лампу придётся подключить через диодный мост.
Работа устройства основана на зарядке конденсаторов в цепи затворов полевых транзисторов через лампы и резисторы R1—R3 и их поочерёдной разрядке через эти же резисторы и открывающиеся каналы транзисторов. В момент включения питания напряжение на конденсаторах С1—СЗ равно нулю, поэтому все транзисторы закрыты и лампы EL1—EL3 не горят. Конденсаторы заряжаются через резисторы R1—R3, и как только напряжение на каком-либо из них, допустим С2, достигает порогового значения, подключённый к нему транзистор VT2 открывается и зажигает лампу EL2. При этом конденсатор СЗ, не успевший зарядиться до порогового напряжения транзистора VT3, начинает разряжаться через открытый канал VT2 и резистор R3, создавая тем самым условие для завершения зарядки конденсатора С1 до порогового напряжения транзистора VT1. При открывании последнего зажигается лампа EL1 и начинается разрядка (через резистор R2) конденсатора С2, что приводит к закрыванию VT2 и создаёт условие для зарядки конденсатора СЗ и последующего открывания транзистора VT3 и зажигания лампы EL3. И так далее по кругу.
Из-за несовпадения во времени начала зарядки, а также разрядки конденсаторов С1—СЗ некоторое время светятся две лампы одновременно, устройство коммутирует их как бы "внахлёст". На скорость переключения влияют ёмкость конденсаторов, сопротивление резисторов R1—R3 и питающее напряжение.
Устройство очень экономично. Бесполезная потеря мощности происходит лишь при зарядке и разрядке конденсаторов через достаточно высокоомные резисторы, а также при выделении транзисторами небольшого количества тепла в моменты переключения. При испытании с 20-ваттными галогенными лампами транзисторы оставались холодными в течение всего времени работы. С такой нагрузкой отпадает необходимость в применении теплоотводов, что упрощает конструкцию и уменьшает габариты устройства.
Кроме того, оно не критично к выбору элементов. При изменении полярности питающего напряжения на обратную можно использовать полевые транзисторы с р-каналом.
Применение мощных полевых транзисторов позволяет коммутировать достаточно мощные низковольтные нагрузки. Следует лишь проследить за тем, чтобы сечение токоведущих проводников на печатной плате было рассчитано на используемую нагрузку. Впрочем, схема устройства настолько проста, что его можно смонтировать на макетной плате в течение нескольких минут.
    Трёхканальный "бегущий огонь" с плавной регулировкой скорости переключения
Схема этого варианта "бегущего огня" представлена на рис. 2.
 
 Она отличается от предыдущей разделением цепей зарядки и разрядки времязадающих конденсаторов с помощью диодов, которые могут быть любого типа: германиевые или кремниевые. Несмотря на небольшое усложнение схемы, подобное решение имеет три преимущества:
—  во-первых, до минимума уменьшается время одновременного свечения двух ламп, так как конденсаторы разряжаются не через высокоомные резисторы, а через р-n переходы диодов.   Одновременное  свечение  двух ламп   в   моменты   переключения   настолько непродолжительно, что не воспринимается глазом;
—  во-вторых, что ещё важнее, появилась возможность плавного регулирования скорости переключения ламп. Для этого все зарядные резисторы подключены к одной шине, которая соединена с источником питания через один высокоомный переменный резистор. Таким образом, суммарное зарядное сопротивление каждой из времязадающих цепей, а с ним и время переключения ламп можно изменять в довольно широких пределах. За счёт более короткого времени разрядки уменьшается потеря энергии при переключении транзисторов по сравнению с предыдущим устройством;
— в-третьих, появилась возможность сделать устройство четырёхканальным (об этом см. далее). Все остальные функции и особенности устройства соответствуют сказанному для схемы на рис. 1. 
Чертёж возможного варианта печатной платы с применением подстроенного резистора в качестве регулятора скорости переключения показан на рис. 3.
 
 Как видно, параллельно лампам установлены не показанные на схеме светодиоды HL1—HL3 с токоограничивающими резисторами R5—R7 (сопротивлением 1...2кОм) для индикации работы устройства непосредственно на плате. В случае ненадобности эти элементы исключают.
     Четырёхканальный "бегущий огонь" с плавной регулировкой скорости переключения
Схема такого устройства приведена на рис. 4.
 
 От предыдущего оно отличается наличием в каждой ячейке дополнительного ("гасящего") диода. Дело в том, что каждый из открытых транзисторов должен теперь удерживать в разряженном состоянии времязадающие конденсаторы в двух следующих за ним ячейках, препятствуя открыванию соответствующих транзисторов. Таким образом, в каждый промежуток времени создаётся условие для зарядки только одного из четырёх конденсаторов. В остальном схема аналогична предыдущей. Чертёж возможного варианта печатной платы с подстроечным резистором показан на рис. 5.
 
      "Эстафетный огонь" с чётным числом каналов
Из сказанного выше отчётливо виден недостаток предыдущей концепции для построения схем "бегущих огней" с большим числом ячеек. Дело в том, что число "гасящих" диодов при увеличении числа ламп значительно возрастает. Так, уже при пяти лампах схема становится настолько запутанной и неудобной в реализации, что приводить её здесь не имеет особого смысла. Внимательный читатель при желании сможет без особого труда сам дополнить схему ещё одним-двумя каналами.
Тем же, кто захочет собрать "бегущий огонь" с большим, возможно, даже неограниченным числом светящихся точек, предлагаю очень интересное, на мой взгляд, схемное решение этой проблемы. Несмотря на относительную простоту, оно позволяет получить некоторые функции, трудно осуществимые даже с помощью современных программируемых систем.
Для простоты отличия я предлагаю называть данную разработку "эстафетным огнём" вместо общепринятого для подобных конструкций названия "бегущий огонь". Да и работа устройства больше похожа на передачу "огонька" от транзистора к транзистору и от платы к плате, как в своего рода эстафете.
Вот некоторые данные предлагаемого устройства:
—  минимальное число ступеней "эстафетного огня"   - 6,  максимальное — не ограничено;
—  старт "эстафеты" можно сделать либо автоматическим, с одной из   плат-участников   "эстафеты", либо ручным, с помощью сенсора. В  последнем случае устройство при включении питания "ждёт" прикосновения пальца к сенсору одной из плат-участниц "эстафеты", практически  не потребляя тока (все транзисторы закрыты);
—  с   помощью   сенсоров   возможны также запуск и остановка нескольких "огней" одного за другим, причём с любой из плат-участниц    "эстафеты".    Минимальный промежуток   между   "соседними огнями"  — три  ступени,   максимальный не ограничен. Одновременно могут перемещаться столько  светящихся  "огней",   сколько подключено плат-участниц "эстафеты";
—  в зависимости от исполнения можно создать либо одиночную бегущую светящуюся точку, либо две "с накладкой", чередующиеся в одном направлении. При комбинации обоих вариантов  в одном устройстве   каждый   транзистор управляет двумя нагрузками, причем с разным алгоритмом работы для каждой. Таким образом, в этом случае число переключаемых световых точек вдвое превышает число активных элементов;
— ну и, пожалуй, ещё одно немаловажное преимущество устройства: оно потребляет на собственные нужды ничтожно малое количество энергии. Независимо от числа ячеек при одном переключаемом огоньке в каждый период времени происходят зарядка и разрядка только двух из всех времязадающих конденсаторов.
К недостатку устройства можно отнести отсутствие плавной регулировки скорости переключения. Впрочем, она довольно сильно зависит от питающего напряжения. Это свойство можно использовать для регулирования скорости переключения в определённом интервале при применении симисторных оптопар, подключённых вместо светодиодов к токоограничивающим резисторам.
Схема одной платы-участницы "эстафеты" приведена на рис. 6.
 
 Ключ к решению поставленной задачи крылся в использовании МОП-транзисторов с каналами разного типа. Причём каждый из транзисторов закрывает предшествующий ему с таким же каналом и одновременно подаёт напряжение на времязадающую цепь следующего за ним транзистора с каналом противоположного типа, создавая тем самым условие для открывания последнего.
На первый взгляд, схема может показаться несколько запутанной, особенно начинающему радиолюбителю, но только на первый взгляд. При всей кажущейся "путанице" электрических связей односторонняя печатная плата получилась очень простой и не содержит перемычек.
Показанные на схеме штриховыми линиями конденсатор С1 и резистор R1 устанавливают, если светящаяся точка должна стартовать с этой платы автоматически (конденсатор С2 в этом случае исключают). Тогда при включении питания мгновенно открывается транзистор VT1, создавая условие для открывания транзистора VT2, и устройство запускается. Следует учесть, что конденсатор С1 должен иметь малый ток утечки, лучше всего применить плёночный.
Сенсорные контакты Е1—ЕЗ (также изображены штриховыми линиями) и резистор R1 вводят, если необходимо иметь возможность запустить "эстафету" с данной платы. В этом случае на ней оставляют конденсатор С2, а конденсатор С1 не устанавливают. Запуск эстафеты осуществляется касанием пальца к контактам Е1 и Е2.
Для гашения "подбегающего" "огонька" используют сенсорные контакты Е2 и ЕЗ. Чувствительность сенсора в этом случае ниже, чем при старте, поэтому придётся не просто прикоснуться, а нажать пальцем на эти контакты. Впрочем, для гашения "огонька" можно использовать и не фиксируемую в нажатом положении кнопку, подключив её между точкой соединения элементов R1, С1 и общим проводом. Сенсорными контактами можно оснастить все платы, в том числе и ту, с которой эстафета должна стартовать автоматически.
Если нужны только шесть светящихся точек, вход устройства соединяют, как показано на схеме, с его выходом пяти-жильным кабелем (очень удобно использовать плоский кабель, применяемый в цифровой технике). При последовательном соединении нескольких плат выход последней подключают к входу первой, чтобы -образовалась замкнутая цепь. Если этого не сделать, "огонёк" просто будет "выбегать" с конца "эстафеты", остановившись на некоторое время перед тем, как погаснуть. Происходит эта задержка из-за отсутствия гасящего импульса от первой платы-участницы. В таком "разорван-ном" виде придётся либо каждый раз запускать "эстафету" прикосновением пальца к сенсорным контактам Е1 и Е2, либо собрать и подключить к последнему простейший тактовый генератор.
При работе устройства светодиоды EL2, EL3, EL6, EL7, EL10, EL11 создают эффект перемещающейся светящейся точки, остальные переключаются с "накладкой". Резисторы R2, R4—R15 — токоограничивающие, причём R4, R9 и R14 ограничивают ток через два соседних светодиода. При желании светодиоды, переключаемые с "накладкой", можно исключить, заменив их на плате перемычками. При этом имеет смысл увеличить сопротивление резисторов R2, R5, R7, R10, R12 и R15 до 100 кОм или даже до 1 МОм, что дополнительно уменьшит и без того малый потребляемый ток.
Чертёж печатной платы "эстафетного огня" показан на рис. 7.
 
 Как и все предыдущие, это устройство не критично к выбору транзисторов и диодов.
       "Эстафетный огонь" с сетевыми лампами
Схема возможного варианта "эстафетного огня" с питанием ламп от сети 220 В представлена на рис. 8.
 
 Так как длина "эстафеты" практически не ограничена, этот вариант можно с успехом использовать для праздничной иллюминации зданий, дорожек или сада и т. д. Максимальная мощность ламп EL1—EL6 —20 Вт.
Питать само устройство можно либо от сетевого блока питания, либо благодаря сравнительно небольшому потребляемому току (10...15 мА) от аккумуляторной батареи. Как было указано выше, скорость переключения "эстафетного огня" можно в некоторых пределах регулировать изменением питающего напряжения в интервале 9...18 В. Благодаря токоограничивающим резисторам в цепях излучающих диодов оптопары в этом интервале напряжения работают нормально. Очень удобно использовать для питания устройства в этом случае небольшой сетевой блок питания с регулируемым выходным напряжением.
Для гальванической развязки от сети применены симисторные оптопары МОС3042. Однако, поскольку максимальная коммутируемая ими мощность невелика, их лучше использовать для управления мощными симисторами, это позволит снять ограничения по мощности ламп, используемых в "эстафете".
Радио №1/2014

Категория: Светоэффекты | Добавил: admin (07.01.2016)
Просмотров: 1678 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа

Наша кнопка сайта

Радиолюбителям и электрикам схемы, программы и т.д.

Код кнопки

 

Locations of visitors to this page

 

Статистика

Онлайн всего: 3
Гостей: 3
Пользователей: 0

Счётчик тиц Все для радиотехника! Информационная поддержка ремонта теле-видео-аудиоаппаратуры Сайт :: Паятель.at.ua - статьи и простые схемы, конструкции для начинающих и профессионалов. Сервер радиолюбителей России - схемы, документация,
 соревнования, дипломы, программы, форумы и многое другое! Всё для начинающих. Сборки сабвуферов для машин. Сборки сабвуферов для дома. Лаборатория. Электроника. Программы расчета. Выставка сабвуферов.

Copyright MyCorp © 2017Сайт создан в системе uCoz