Ogni radioamatore ha familiarità con il microcircuito NE555 (analogo a KR1006). La sua versatilità consente di progettare un'ampia varietà di prodotti fatti in casa: da un semplice impulso a vibratore singolo con due elementi nel cablaggio a un modulatore multicomponente. Questo articolo discuterà il circuito per l'accensione di un timer nella modalità di un generatore di impulsi rettangolare con regolazione dell'ampiezza dell'impulso.
Schema e principio del suo funzionamento
Con lo sviluppo dei LED ad alta potenza, il NE555 è entrato nuovamente nell'arena come dimmer, richiamando il suo vantaggi innegabili. I dispositivi basati su di esso non richiedono una profonda conoscenza dell'elettronica, vengono assemblati rapidamente e funzionano in modo affidabile.
È noto che la luminosità di un LED può essere controllata in due modi: analogico e ad impulsi. Il primo metodo prevede la modifica del valore dell'ampiezza DC tramite LED. Questo metodo presenta uno svantaggio significativo: bassa efficienza. Il secondo metodo prevede la modifica dell'ampiezza dell'impulso (fattore di lavoro) della corrente con una frequenza da 200 Hz a diversi kilohertz. A tali frequenze lo sfarfallio dei LED è invisibile all'occhio umano. Nella figura è mostrato il circuito di un regolatore PWM con un potente transistor di uscita. È in grado di funzionare da 4,5 a 18 V, il che indica la capacità di controllare la luminosità sia di un potente LED che di un'intera striscia LED. L'intervallo di regolazione della luminosità varia dal 5 al 95%. Il dispositivo è una versione modificata di un generatore di impulsi rettangolare. La frequenza di questi impulsi dipende dalla capacità C1 e dalle resistenze R1, R2 ed è determinata dalla formula: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C1), Hz
Il principio di funzionamento del controllo elettronico della luminosità è il seguente. Nel momento in cui viene applicata la tensione di alimentazione, il condensatore inizia a caricarsi attraverso il circuito: +Usupply – R2 – VD1 –R1 –C1 – -Usupply. Non appena la tensione raggiunge il livello di 2/3U, il transistor del timer interno si aprirà e inizierà il processo di scarica. La scarica inizia dalla piastra superiore C1 e prosegue lungo il circuito: R1 – VD2 –7 pin IC – -U alimentazione. Dopo aver raggiunto il segno 1/3U, il transistor di potenza del timer si chiuderà e C1 inizierà nuovamente ad acquisire capacità. Successivamente il processo viene ripetuto ciclicamente, formando impulsi rettangolari sul pin 3.
La modifica della resistenza del resistore di regolazione porta ad una diminuzione (aumento) del tempo di impulso all'uscita del timer (pin 3) e, di conseguenza, il valore medio del segnale di uscita diminuisce (aumenta). La sequenza di impulsi generata viene fornita attraverso il resistore limitatore di corrente R3 al gate VT1, che è collegato secondo un circuito con una sorgente comune. Il carico sotto forma di striscia LED o LED ad alta potenza collegati in sequenza è collegato al circuito di drain aperto VT1.
In questo caso, un potente Transistor MOSFET con una corrente di drain massima di 13A. Ciò consente di controllare la luminosità di una striscia LED lunga diversi metri. Ma il transistor potrebbe richiedere un dissipatore di calore.
Il condensatore di blocco C2 elimina l'influenza delle interferenze che possono verificarsi lungo il circuito di alimentazione quando il timer viene acceso. Il valore della sua capacità può essere compreso nell'intervallo 0,01-0,1 µF.
Scheda e parti di assemblaggio del controllo della luminosità
Il circuito stampato monofaccia ha dimensioni di 22x24 mm. Come puoi vedere dall'immagine, non c'è nulla di superfluo che possa sollevare domande.
Dopo l'assemblaggio, il circuito dimmer PWM non richiede regolazioni e il circuito stampato è facile da realizzare con le proprie mani. La scheda, oltre al resistore di sintonia, utilizza elementi SMD.
- DA1-IC NE555;
- VT1 - transistor ad effetto di campo IRF7413;
- VD1,VD2 – 1N4007;
- R1 – 50 kOhm, rifinitura;
- R2, R3 – 1 kOhm;
- C1 – 0,1 µF;
- C2 – 0,01 µF.
Il transistor VT1 deve essere selezionato in base alla potenza del carico. Ad esempio, per modificare la luminosità di un LED da un watt, sarà sufficiente un transistor bipolare con una corrente di collettore massima consentita di 500 mA.
La luminosità della striscia LED deve essere controllata da una fonte di tensione di +12 V e corrispondere alla sua tensione di alimentazione. Idealmente, il regolatore dovrebbe essere alimentato da un alimentatore stabilizzato appositamente progettato per il nastro.
Il carico sotto forma di singoli LED ad alta potenza viene alimentato in modo diverso. In questo caso, la fonte di alimentazione del dimmer è uno stabilizzatore di corrente (chiamato anche driver LED). La sua corrente di uscita nominale deve corrispondere alla corrente dei LED collegati in serie.
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Ne parlava l'articolo “Lamp Brightness Control”, pubblicato su Radio, n. 7, 1986 dispositivo elettronico per controllare la luminosità di una torcia. Oggi l'autore di questo articolo offre una versione migliorata del dispositivo che consente di regalare una lanterna funzione aggiuntiva faro luminoso.
Ovviamente puoi regolare la luminosità della lampada di una torcia con un resistore variabile collegato in serie ad essa. Ma, sfortunatamente, una potenza significativa viene persa inutilmente sul resistore e l'efficienza di un tale regolatore sarà bassa. Un regolatore chiave è più economico; il principio del suo funzionamento si basa sul fatto che il carico è collegato alla fonte di alimentazione (batteria) non costantemente, ma periodicamente, per periodi di tempo che possono essere modificati senza problemi. Di conseguenza, cambierà la corrente media attraverso la lampada a incandescenza e quindi la sua luminosità.
Il regolatore proposto (Fig. 1), come quello sopra citato, è integrato nel corpo della torcia e consente non solo di regolare la luminosità della lampada ad incandescenza dal massimo al basso bagliore. Con il suo aiuto, puoi facilmente trasformare una lanterna in un faro luminoso.
La base di tale regolatore è il timer integrale DD1. Contiene un generatore di impulsi. È possibile modificare la frequenza di ripetizione (da 200 a 400 Hz) e il ciclo di lavoro. Il transistor VT1 funge da chiave elettronica: il suo funzionamento è controllato dal generatore. Il principio di funzionamento del regolatore è illustrato dagli oscillogrammi riportati in Fig. 2.
Nella modalità di controllo della luminosità, i contatti dell'interruttore SA1, combinato con il resistore variabile R3, sono chiusi. Spostando il cursore del resistore, la durata della carica e della scarica del condensatore C1 viene modificata e la carica viene eseguita tramite il diodo VD2 e la scarica tramite VD3. I resistori R1 e R2 con resistenza relativamente elevata non hanno praticamente alcun effetto sul funzionamento del generatore.
In una delle posizioni estreme del cursore del resistore, si formano brevi impulsi di tensione all'uscita del generatore (pin 4), aprendo l'interruttore a transistor (Fig. 2, a). In questo caso, la lampada è collegata alla batteria per un breve periodo, la luminosità del suo bagliore è minima.
Nella posizione centrale del cursore della resistenza, la durata del tempo in cui la lampada è collegata alla batteria è uguale alla durata della pausa (Fig. 2b). Di conseguenza la lampada rilascia una potenza pari a circa la metà di quella massima, ovvero la lampada brucerà alla massima intensità.
Nell'altra posizione estrema del motore, per la maggior parte del tempo la lampada rimane collegata alla batteria e si spegne solo per breve tempo (Fig. 2, c). Pertanto, la lampada brillerà quasi alla massima luminosità.
Quando l'interruttore a transistor è aperto, la caduta di tensione è di circa 0,2 V, il che indica un'efficienza sufficientemente elevata di tale regolatore.
Nella modalità lampeggiante, i contatti dell'interruttore SA1 sono aperti e il condensatore C1 viene caricato principalmente attraverso il resistore R2 e il diodo VD1 e scaricato attraverso il resistore R1. In questa modalità la lampada rimane collegata alla batteria per pochi decimi di secondo ad intervalli di diversi secondi.
L'interruttore SA2 è l'interruttore della torcia, il condensatore C2 funge da dispositivo di accumulo dell'energia tampone, facilitando il funzionamento della batteria GB1.
I test del regolatore hanno dimostrato che funziona normalmente quando la tensione di alimentazione è ridotta a 2,2...2,1 V, quindi può essere utilizzato nelle torce elettriche anche con batterie di due celle galvaniche. Per il transistor indicato nello schema, una lampada a incandescenza può avere una corrente fino a 400 mA.
Il dispositivo può utilizzare il timer KR1006VI1, i diodi KD103A, KD103B, KD104A, KD522B, nonché un transistor appositamente progettato per il funzionamento in commutazione o circuiti ad impulsi- con una tensione collettore-emettitore in modalità saturazione di 0,2...0,3 V, una corrente massima di collettore non inferiore alla corrente consumata da una lampada a incandescenza e un coefficiente di trasferimento di corrente di almeno 40. Adatto per una lampada a incandescenza con una corrente fino a 300 mA, Oltre a quanto indicato nello schema, i transistor KT630A - KT630E, KT815A - KT815G, KT817A - KT817G. Si consiglia di utilizzare condensatori all'ossido di piccole dimensioni, ad esempio le serie K52, K53, K50 - 16, un resistore variabile - SPZ - 3 con un interruttore, costante - MLT, C2 - 33. Il resistore R3 può essere utilizzato anche con un valore parecchie volte superiore, ad esempio 10, 22 , 33, 47 kOhm, ma in questo caso sarà necessario ridurre proporzionalmente la capacità del condensatore C1 in modo che la frequenza del generatore rimanga praticamente la stessa.
Strutturalmente, il regolatore è più facile da installare in una torcia con un cosiddetto corpo "quadrato", progettata per utilizzare batterie 3336, "Rubin" e loro analoghi stranieri, nonché in una torcia "rotonda" con metà pieghevoli di plastica alloggiamento. In questo caso, prima viene montata la resistenza R3 sull'alloggiamento, quindi vengono posizionate le parti rimanenti. Inoltre, in qualsiasi forma di realizzazione, è più conveniente installarli utilizzando il metodo di montaggio a cerniera: diodi e resistori R1, R2 possono essere saldati ai terminali del resistore R3 e dell'interruttore SA1. Dopo l'installazione e l'ispezione, le parti devono essere fissate e isolate, ad esempio, con colla epossidica.
Se non è richiesta la modalità beacon, il regolatore può essere semplificato eliminando gli elementi R1, R2, VD1 e utilizzando la resistenza R3 senza interruttore SA1.
La configurazione del dispositivo si riduce alla selezione dei resistori R1, R2, R5. In modalità faro, selezionando il resistore R1 si imposta la durata della pausa tra i lampeggi e il resistore R2 la durata del flash. Il valore del resistore R5 dipende dal tipo e dai parametri del transistor, nonché dalla tensione della fonte di alimentazione. Per selezionarlo è necessario applicare una tensione di alimentazione circa due volte inferiore alla massima o alla minima alla quale il regolatore funziona stabilmente. Successivamente, il resistore R3 viene impostato sulla posizione di massima luminosità e un voltmetro è collegato ai terminali di collettore ed emettitore del transistor. Tra la base del transistor e il pin 4 del microcircuito, viene temporaneamente installata una catena di un resistore costante collegato in serie con una resistenza di 30 Ohm e un resistore alternato di 2,2 kOhm. Modificando la resistenza del resistore variabile dal massimo al minimo, viene controllata la tensione sul collettore del transistor. Notare la posizione del cursore in cui un'ulteriore diminuzione della resistenza del resistore non porta ad una notevole diminuzione della tensione sul collettore. Successivamente, viene misurata la resistenza totale risultante della catena e viene installata una resistenza costante dello stesso valore.
Affinché il regolatore funzioni con potenti lampade a incandescenza che consumano una corrente di 1 A o più con una tensione di alimentazione fino a 10...15 V, è sufficiente utilizzare un potente transistor composito con un coefficiente di trasferimento di corrente di diverse centinaia come VT1 (da quelli di piccole dimensioni sono adatti KT829A - KT829G KT973A, KT973B). È solo necessario che la tensione di alimentazione non superi il massimo consentito per il microcircuito. Ovviamente dovrai utilizzare condensatori all'ossido con la tensione nominale appropriata.
Porto alla tua attenzione un semplice circuito di torcia a LED con controllo della luminosità PWM. La creazione di questo design è stata ispirata dalla necessità di regolare la luminosità di una lampada frontale cinese. Poiché i LED non sono controllati dalla tensione, ma dalla corrente, era impossibile collegare semplicemente un resistore variabile all'interruzione della linea di alimentazione, quindi la scelta è caduta su PWM. Non mi è piaciuta l'opzione di un regolatore PWM su un timer integrato e ho deciso di utilizzare la logica CMOS. Il circuito si basa sul generatore PWM più semplice sul microcircuito K561LE5. Non differisce molto da un generatore convenzionale, solo due diodi e un resistore variabile. Sono questi tre elementi che determinano il duty cycle degli impulsi. Come amplificatore di potenza, ho utilizzato un inseguitore di emettitore su un transistor KT315. Ha abbastanza successo, poiché funziona in modalità a impulsi (nel mio caso sono stati utilizzati LED a bassa potenza; quando si utilizzano quelli potenti, è necessario prendere un transistor più potente, ad esempio uno ad effetto di campo).
Ecco lo schema del mio regolatore:
PCB sviluppato per componenti SMD (eccetto microcircuito, transistor e resistore variabile). Ecco un disegno del circuito stampato del regolatore:
Per quanto riguarda i dettagli, non sono critici nella selezione: è possibile utilizzare qualsiasi transistor, strutture n-p-n (ad eccezione di quelle a bassa frequenza), diodi - qualsiasi SMD al silicio, un condensatore nel pacchetto 0805, un resistore anche nel 0805. Per risparmiare spazio, il microcircuito può essere preso nella versione SMD, ma poi bisognerà rifare il circuito stampato.
Elenco dei radioelementi
| Designazione | Tipo | Denominazione | Quantità | Nota | Negozio | Il mio blocco note |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | Valvola | CD4001B | 1 | K561LE5 | Al blocco note | |
| T1 | Transistor bipolare | KT315A | 1 | Al blocco note | ||
| D1-D2 | Diodo raddrizzatore | 1N4148 | 2 | 1N4007 | Al blocco note | |
| C1 | Condensatore | 100 nF | 1 | Al blocco note | ||
| R1 | Resistore variabile | 1 kOhm | 1 | Al blocco note | ||
| R2 | Resistore | 1 kOhm | 1 | Al blocco note | ||
| LED-LED4 | GUIDATO | 30mA | 4 | Seleziona la quantità di cui hai bisogno |
Lo schema di un tale regolatore è mostrato in Fig. 80, a. Sugli elementi DD1.1, DD1.2 è assemblato un generatore di impulsi rettangolare con una frequenza di ripetizione di 100...200 Hz. Il resistore R1 regola il ciclo di lavoro degli impulsi da circa 1,05 a 20. Gli impulsi del generatore vengono forniti allo stadio di corrispondenza assemblato sugli elementi DD1.3, DD1.4 e dalla sua uscita all'interruttore elettronico VT1, nel circuito del collettore di cui è accesa una lampada a incandescenza ELI.
Il regolatore elettronico viene acceso tramite l'interruttore SA1 abbinato alla resistenza R1. Utilizzando l'interruttore SA2 della torcia stessa, è possibile fornire tensione dalla batteria GB1 direttamente alla lampada ad incandescenza, bypassando il regolatore.
La scheda del regolatore (Fig. 81) è fissata sulla parete laterale della lampada accanto al riflettore. Nella parete posteriore della lanterna è stato praticato un foro rettangolare per la maniglia del resistore variabile. Il condensatore G2 è posizionato in qualsiasi spazio libero, preferibilmente più vicino al circuito stampato.
Riso. 80. Schema del controllo della luminosità della torcia (a) e una versione del suo stadio di uscita (b)
Il regolatore è progettato per funzionare insieme a una lampada a incandescenza che consuma una corrente non superiore a 160 mA. Per una lampada che consuma corrente fino a 400 mA, l'interruttore del regolatore elettronico è integrato con un secondo transistor, come mostrato in Fig. 80.6.
Diagramma di un'altra versione del controllo della luminosità della torcia ( circuito della lampada touch) è mostrato in Fig. 82. In esso, la funzione dell'elemento di regolazione è svolta da un elemento sensore a due contatti, che è posizionato sul corpo della torcia. Sugli elementi DD1.1, DD1.2 è montato un generatore che genera oscillazioni rettangolari con un ciclo di lavoro di circa 1,05, ciò significa che all'uscita dell'elemento DD1.2 ci sarà una tensione quasi costante alto livello, e solo in periodi di tempo molto brevi la tensione è bassa. Questi impulsi vengono inviati attraverso il condensatore C2 all'elemento sensore El, E2 e all'ingresso dell'elemento DD1.3. Se la resistenza tra i contatti dell'elemento sensore è elevata, all'ingresso dell'elemento DD1.3 ci saranno impulsi simili all'uscita del generatore.
Riso. 81. Circuito stampato (a) e posizionamento degli elementi dimmer della torcia (b)
Riso. 82. Schema del controllo touch della luminosità della torcia
Riso. 83. Progettazione del circuito stampato (b) e dell'elemento sensore
Pertanto, nella maggior parte dei casi, l'uscita dell'elemento DD1.3 avrà un livello di bassa tensione, ovvero i transistor sono chiusi per la maggior parte del tempo e la lampada a incandescenza ELI non si accende. Se ora tocchi l'elemento sensore, la resistenza tra i suoi contatti diminuirà e il condensatore C 2 inizierà a caricarsi attraverso questa resistenza. Più bassa è questa resistenza, più veloce viene eseguita la carica e più lungo è l'intervallo di tempo all'ingresso dell'elemento DDil.3 la tensione sarà bassa e alla sua uscita, al contrario, alta, cioè più lunghi sono i transistor VT1, VT2 sarà aperto, il che significa più luminosità di una lampada a incandescenza. Premendo i contatti dell'elemento sensore con il dito, è possibile modificare la resistenza tra di loro, ovvero regolare la luminosità della lampada della torcia.
Bibliografia: I. A. Nechaev, Mass Radio Library (MRB), numero 1172, 1992.
Schema:
A differenza di una torcia a LED con luminosità regolabile, dove il limite inferiore della tensione di alimentazione è 1,9...2 V, l'alimentazione del microcircuito generatore con duty cycle regolabile (K561LE5 o 564LE5), che controlla la chiave elettronica, nella proposta dispositivo (Fig. 1) è realizzato da un convertitore di tensione step-up, che consente di alimentare la torcia da un elemento galvanico di 1,5 V. Il convertitore è realizzato utilizzando transistor VT1, VT2 secondo il circuito di un trasformatore auto- oscillatore con un positivo feedback per corrente.
Il circuito generatore con duty cycle regolabile sul chip K561LE5 sopra menzionato è stato leggermente modificato per migliorare la linearità della regolazione della corrente. Il consumo di corrente minimo di una torcia con sei LED bianchi super luminosi L-53MWC di Kingbright collegati in parallelo è di 2...3 mA. La dipendenza del consumo di corrente dal numero di LED è direttamente proporzionale.
La modalità "Beacon", quando i LED lampeggiano intensamente a bassa frequenza e poi si spengono, viene implementata impostando il controllo della luminosità al massimo e riaccendendo la torcia. La frequenza desiderata dei lampi luminosi può essere ottenuta selezionando il condensatore SZ.
Poiché la tensione nominale dell'alimentatore è di 1,5 V e non di 3 V, il dispositivo utilizza non solo LED super luminosi, ma anche altri LED, a seconda dello scopo della torcia. Quelli che brillano bene con una tensione di 1,5 V, ad esempio AL307AM, AL307BM (luce rossa), a differenza dei LED AL307VM, AL307GM (luce verde), devono essere accesi in serie, 2 pezzi alla volta. Le prestazioni della torcia vengono mantenute quando la tensione viene ridotta a 1,1 V, sebbene la luminosità sia notevolmente ridotta.
Un transistor ad effetto di campo con gate isolato KP501A (KR1014KT1V) viene utilizzato come interruttore elettronico. Secondo il circuito di controllo, si adatta bene al microcircuito K561LE5. Il transistor KP501A ha i seguenti parametri limite:
tensione drain-source - 240 V;
tensione gate-source - 20 V;
corrente di scarico - 0,18 A;
potenza - 0,5 W.
È accettabile la connessione parallela dei transistor, preferibilmente dello stesso lotto. Possibile sostituzione: KP504 con qualsiasi indice di lettere. Per i transistor ad effetto di campo IRF540, la tensione di alimentazione del chip DD1 generata dal convertitore deve essere aumentata a 10 V.
In una torcia con sei LED L-53MWC collegati in parallelo, il consumo di corrente è di circa 120 mA; quando un secondo transistor è collegato in parallelo al VT3, è di 140 mA.
Il trasformatore T1 è avvolto su un anello di ferrite K10x6x4,5 da 2000 NM. Gli avvolgimenti sono avvolti in due fili e l'estremità del primo semiavvolgimento è collegata all'inizio del secondo semiavvolgimento. L'avvolgimento primario contiene 2x10 spire, l'avvolgimento secondario contiene 2x20 spire. Diametro del filo - 0,37 mm, marca - PEV-2. L'induttore è avvolto sullo stesso circuito magnetico senza spazi vuoti con lo stesso filo in uno strato, il numero di spire è 38. L'induttanza dell'induttore è 860 μH. Prima dell'avvolgimento, gli spigoli vivi degli anelli di ferrite devono essere smussati e gli avvolgimenti devono essere ulteriormente isolati con nastro sottile. Non dovresti usare uno starter con un filo magnetico aperto: il consumo di corrente aumenterà. Si consiglia di installare il pulsante SB1 con serratura, le restanti parti sono le stesse, non ci sono differenze.
Durante la configurazione, se il convertitore non si avvia, è necessario invertire i terminali estremi dell'avvolgimento primario o secondario del trasformatore T1. La tensione base-emettitore consentita dei transistor VT1, VT2 deve superare la tensione di uscita del convertitore. Nel nostro caso, è adatta la maggior parte dei transistor a bassa frequenza a bassa potenza strutture p-p-p. Per stabilizzare la corrente di alimentazione del microcircuito DD1, quando DD1 è K176LE5 o 164LE5, è possibile installare uno stabilizzatore di corrente nel circuito di alimentazione del microcircuito (mostrato in Fig. 1 con una croce). Lo stabilizzatore di corrente può essere realizzato secondo lo schema di Fig. 2, e su un transistor ad effetto di campo KP103E1 con un canale p e una bassa tensione di interruzione. Nella fig. 2.6 mostra un'opzione simile con un transistor a canale n ad effetto di campo KP364V. Con uno stabilizzatore di corrente di carico, il convertitore di tensione non entra in modalità auto-oscillante a bassa frequenza - "Mayak". La modalità "Beacon" può anche essere eliminata riducendo il valore del resistore R1 a 10 kOhm, il che aumenterà leggermente il consumo minimo di corrente.
Il chip K561LE5 (analogo importato del CD4001B) può essere sostituito con K561LA7 (CD4011B). Non è stato sviluppato alcun circuito stampato.
LETTERATURA
1. Nechaev I. Torcia a LED con luminosità regolabile. - Radio, 2005, n. 2, pag. 51.52.
2. Kavyev A. Alimentatore a impulsi con interruttore acustico per multimetro. - Radio, 2005, n. 6, pag. 23.