Migające diody LED
Przeważnie Elektronika Hobby nie zajmuje się układami typu "migające światełka". W tym wypadku trzeba zrobić wyjątek, ponieważ zastosowane elementy pozwalają na dowolną modyfikację całego urządzenia uzyskując w ten sposób indywidualne kształty grupy LEDów oraz rożne kombinacje częstotliwości zapalania. Chociaż pozornie schemat ideowy wydawać się może skomplikowany, to po dokładnym przyjrzeniu się zauważymy te same powtarzające się moduły. W skrócie cały układ składa się generatora na tradycyjnej kosce NE555, rejestrów przesuwnych CD4015 oraz tranzystorów wykonawczych. Najważniejsze jest to, że podczas montażu nie natrafimy na żadne komplikacje, a z używaniem skomplikowanej aparatury strojeniowej nie będziemy mieli doczynienia. Po za tym opis Rafała Koźmińskiego zrozumieją nawet najbardziej początkujący elektronicy.
Układ migającej strzałki z wykrzyknikiem może posłużyć jako śmieszna elektroniczna zabawka, lub też spełniać rozmaite funkcje informacyjne, na przykład jako kierunkowskaz do roweru, może też pokazywać drogę ewakuacji w budynkach. "Napędem" układu jest generator, czyli układ wytwarzający zmienne napięcie prostokątne. Oznacza to, że na wyjściu generatora albo jest napięcie, albo go nie ma. Stan przy którym na wyjściu generatora jest napięcie nazywamy stanem wysokim, lub jedynką logiczną, stan przy którym nie ma napięcia Jest stanem niskim lub zerem logicznym. jeszcze jednym parametrem charakteryzującym generator jest częstotliwość pracy, czyli szybkość zmieniania się stanów na jego wyjściu. Generator składa się z kilku elementów. z których najważniejszym jest specjalny układ scalony US1 zawierający w swoim wnętrzu kilkanaście tranzystorów i rezystorów. Oprócz układu scalonego w skład generatora wchodzą elementy R1. R2, C1. Ich wartości decydują o częstotliwości pracy generatora.
Rys. 1. Schemat ideowy
Jak działa taki generator? Schemat blokowy układu scalonego generatora zamieszczono na rysunku 2.
Rys. 2. Schemat blokowy NE555
Układ składa się z przerzutnika RS. dwóch komparatorów, dzielnika napięciowego i dodatkowego tranzystora. Dzielnik napięciowy dostarcza napięcia referencyjnego o wartości 2/3 napięcia zasilania do komparatora K1 i napięcia 1/3 zasilania do komparatora K2. W pierwszej fazie przez rezystory R1 i R2 ładowany jest kondensator C1. W tym czasie wyjście komparatora K1 jest w stanie niskim, a komparatora K2 w stanie wysokim. Zatem zanegowane wyjście przerzutnika RS jest w stanie niskim, a wyjście układu 555 w stanie wysokim. Tranzystor T jest zatkany. Gdy napięcie na kondensatorze C1 przekroczy wartość 1/3 napięcia zasilającego komparator K2 zmieni stan swojego wyjścia na niski, nie powodując jednak zmiany stanu przerzutnika RS. Po osiągnięciu na kondensatorze napięcia 2/3 zasilania komparator K1 zmieni stan wyjścia na wysoki, wywołując zmianę ustawienia przerzutnika. Wyjście układu zmienia wtedy stan na niski. W tym samym czasie zostaje włączony tranzystor T i kondensator C1 zaczyna się rozładowywać przez rezystor R2. Trwa to aż do czasu gdy napięcie na kondensatorze spadnie do wartości 1/3 napięcia zasilania. Wtedy ponownie zmieni się stan przerzutnika. a tranzystor zostanie zatkany. Cały cykl powtarza się. Szybkość ładowania i rozładowywania się kondensatora C1 zależy od jego pojemności i wartości rezystorów R1 i R2. Zmieniając wartości tych elementów można w szerokim zakresie regulować częstotliwość pracy generatora.
Wyjście generatora połączone jest z wejściami zegarowymi dwóch rejestrów przesuwnych znajdujących się w układzie CD 4015 (US2). Rejestr przesuwny (rys. 3) posiada wejście szeregowe "Dane" i cztery wyjście równoległe Q1-Q4. Składa się on z czterech szeregowo połączonych przerzutników D.
Rys. 3. Schemat blokowy rejestru przesuwnego
W chwili gdy na wejściu zegarowym pojawi się dodatnie zbocze stan wejścia "Dane" zostanie zapisany w pierwszym przerzutniku. Równocześnie pojawi się on na wyjściu Q1. Kolejne zbocze przebiegu zegarowego spowoduje przepisanie stanu pierwszego przerzutnika do drugiego przerzutnika. Kolejne takty zegara będą przesuwały informacje do dalszych przerzutników. Stąd pochodzi nazwa rejestru przesuwnego.
Układ migającej strzałki umożliwia uzyskanie dwóch efektów świetlnych. Pierwszy otrzymuje się przy zamontowanej zworze Z1. Po włączeniu zasilania wszystkie wyjścia obu rejestrów przesuwnych są w stanie niskim, zatem tranzystory T1-T9 pozostają zatkane. W tej sytuacji na wejściu DATA US2-A występuje stan wysoki wprowadzany przez rezystor podciągający R5. Pierwszy takt zegara pochodzący z generatora US1 spowoduje przepisanie stanu wejścia DATA na wyjście QA pierwszego rejestru. Pojawienie się stanu wysokiego na wyjściu QA włącza tranzystor T1, co powoduje zapalenie się diod D1, D2*. Kolejny takt zegara zapala przesuwa jedynkę z wyjścia QA na wyjście QB, jednocześnie wpisując stan wysoki na wyjście QA. W efekcie kolejnych taktów wszystkie wyjścia rejestru przesuwnego zapełniają się po kolei jedynkami, zapalając kolejno diody D3. D4 itd.
W chwili gdy jedynka dotrze do ostatniego wyjścia QD (US2-B) tranzystor T8 włączy się, zapalając diodę D9, D9*, jednakże włączony tranzystor T8 zewrze wejście DATA z masą. Spowoduje to podczas kolejnych taktów zegara wpisywanie zer do rejestru i gaszenie diod począwszy od D2, D2*. Gdy zgasną wszystkie diody tranzystor T8 zostanie zatkany i na wejście DATA ponownie zostanie podana jedynka. Cały cykl powtórzy się. Może się zdarzyć, że w czasie pracy, np. na wskutek zakłócenia wejście DATA chwilowo zmieni stan z jedynki na zero. Wtedy wzdłuż zapalających się diod będzie przesuwać się jedna (lub kilka diod zgaszonych) spowoduje to niezamierzony, ale ciekawy efekt.
W drugim trybie pracy, przy zwartej zworze Z2 efekt świetlny jest zbliżony. Wejście DATA cały czas Jest w stanie jedynki. Diody D2-D9 zapalają się kolejno przez cały czas na kolektorze tranzystora T8 występuje stan wysoki. Przez zworę Z2 i rezystor R3 stan wysoki doprowadzony jest do anoda katody diody D1. Dzięki temu przez kondensator C3 nie przechodzi żaden impuls. W chwili gdy zapali się dioda D9, kolektor tranzystora T8 zostanie zwarty z masą. W takiej sytuacji niski poziom napięcia zostanie doprowadzony do katody D1. Wraz z narastającym zboczem przebiegu zegarowego doprowadzonym do diody D1 zostanie wytworzony w układzie różniczkującym C3, R6 dodatni impuls zerujący licznik. Zgasną tym samym wszystkie diody i cała zabawa zacznie się od nowa.
Urządzenie może być zasilane w stosunkowo szerokim zakresie 6-15 V. Wartość napięcia zasilania zależy głównie od liczby diod połączonych szeregowo. Także od liczby diod zależy wartość rezystorów R*. W każdej z gałęzi może być różna liczba diod. lecz pociąga top za sobą różne wartości rezystorów w gałęziach. Minimalną wartość napięcia zasilania i wartość rezystorów R* można obliczyć na podstawie poniższych wzorów:
Uz = n•2 + 2 [V]
gdzie: n - liczba diod w gałęzi
Dla przykładu w strzałce zastosowano dwie szeregowo połączone diody we wszystkich gałęziach, za wyjątkiem ostatniej w której umieszczono pojedynczą diodę. Wtedy minimalna wartość napięcia zasilającego wynosi:
Uz = 2•2V + 2V = 6 [V]
Natomiast rezystor R* ma wartość:
R* = 6V – 2•2V – 0,2V / 0,01A = 180 [Ω]
dla ostatniej gałęzi z pojedynczą diodą R* wynosi:
R* = 6V – 1•2V – 0,2V / 0,01A = 380 [Ω]
Wraz z płytką układu generatora i rejestrów przesuwnych umieszczono płytki ze strzałką i wykrzyknikiem. Można oczywiście wykonać inne znaki graficzne wlutowując diody w płytkę uniwersalną. Na zakończenie życzę przyjemnej zabawy.
Wykaz elementów:
US1 – NE555
US2 – CD4015
T1-T8 – BC547B
D1 – 1N4148
D2-D9 – diody LED
R2 - 2,2k
R4, R7-R14 – 10kR1 – 15kR3 – 33kR5 – 47kR6 – 100kR* - opis w tekścieC3 – 180pF/50V ceramicznyC2, C5 – 47nF/50V ceramicznyC1 – 10F/25VC4 – 100uF/16V
Wł1-Wł3 – mikrołączniki
Rys. 4. Wzór płytki (skala 1:1)
Rys. 5. Schemat montażowy
Opracowano na podstawie: Praktyczny Elektronik 4/99
Rafał Koźmiński
http://www.elektronika.basnet.pl
telewizorek19