Що може бути сумнішим, ніж акумулятор, що раптово сів у квадрокоптері під час польоту або металошукач, що відключився на перспективній галявині? Ось якби можна було заздалегідь дізнатися, наскільки сильно заряджений акумулятор! Тоді ми могли б підключити зарядку або встановити новий комплект батарей, не чекаючи сумних наслідків.

І ось тут народжується ідея зробити якийсь індикатор, який заздалегідь подасть сигнал про те, що батарейка скоро сяде. Над реалізацією цього завдання пихкали радіоаматори всього світу і сьогодні існує цілий вагон і маленький візок різних схемотехнічних рішень - від схем на одному транзисторі до наворочених пристроїв на мікроконтролерах.

Увага! Наведені в статті схеми лише сигналізують про низьку напругу на акумуляторі. Для попередження глибокого розряду необхідно вручну вимкнути навантаження або використовувати.

Варіант №1

Почнемо, мабуть, із простенької схемки на стабілітроні та транзисторі:

Розберемо, як вона працює.

Поки напруга вище за певний поріг (2.0 Вольта), стабілітрон знаходиться в пробої, відповідно, транзистор закритий і весь струм тече через зелений світлодіод. Як тільки напруга на акумуляторі починає падати і досягає значення порядку 2.0В + 1.2В (падіння напруга на переході база-емітер транзистора VT1), транзистор починає відкриватися і струм починає перерозподілятися між обома світлодіодами.

Якщо взяти двоколірний світлодіод, ми отримаємо плавний перехід від зеленого до червоного, включаючи всю проміжну гаму кольорів.

Типова відмінність прямої напруги у двоколірних світлодіодах становить 0.25 Вольта (червоний запалюється при нижчій напрузі). Саме цією різницею визначається область повного переходу між зеленим та червоним кольором.

Таким чином, не дивлячись на свою простоту, схема дозволяє заздалегідь дізнатися, що батарейка почала добігати кінця. Поки напруга на акумуляторі становить 3.25В або більше, світиться зелений світлодіод. У проміжку між 3.00 та 3.25V до зеленого починає підмішуватися червоний – чим ближче до 3.00 Вольтів, тим більше червоного. І, нарешті, при 3V горить лише чисто червоний колір.

Недолік схеми у складності підбору стабілітронів для отримання необхідного порога спрацьовування, а також постійному споживанні струму порядку 1 мА. Ну і, не виключено, що дальтоніки не оцінять цей задум із мінливими квітами.

До речі, якщо в цю схему поставити транзистор іншого типу, її можна змусити працювати протилежним чином – перехід від зеленого до червоного відбуватиметься, навпаки, у разі підвищення вхідної напруги. Ось модифікована схема:

Варіант №2

У наступній схемі використана мікросхема TL431, що є прецизійним стабілізатором напруги.

Поріг спрацьовування визначається дільником напруги R2-R3. При вказаних у схемі номіналах він становить 3.2 Вольта. При зниженні напруги на акумуляторі до цього значення мікросхема перестає шунтувати світлодіод і він запалюється. Це буде сигналом до того, що повний розряд батареї дуже близький (мінімально допустима напруга на одному банку li-ion дорівнює 3.0 В).

Якщо для живлення пристрою застосовується батарея з кількох послідовно ввімкнених банок літій-іонного акумулятора, то наведену вище схему необхідно підключити до кожної банки окремо. Ось таким чином:

Для налаштування схеми підключаємо замість батарей регульований блок живлення та підбором резистора R2 (R4) добиваємося запалювання світлодіода в потрібний момент.

Варіант №3

А ось проста схема індикатора розрядки li-ion акумулятора на двох транзисторах:
Поріг спрацьовування визначається резисторами R2, R3. Старі радянські транзистори можна замінити на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) та BC556, BC557 (КТ3107).

Варіант №4

Схема на двох польових транзисторах, що споживає в режимі очікування буквально мікроструми.

При підключенні схеми до джерела живлення позитивна напруга на затворі транзистора VT1 формується за допомогою дільника R1-R2. Якщо напруга вище напруги відсікання польового транзистора, він відкривається і притягує затвор VT2 на землю, тим самим закриваючи його.

У певний момент, у міру розряду акумулятора, напруга, що знімається з дільника, стає недостатнім для відмикання VT1 і він закривається. Отже, на затворі другого левика з'являється напруга, близька до напруги живлення. Він відкривається та запалює світлодіод. Світіння світлодіода сигналізує про необхідність підзаряду акумулятора.

Транзистори підійдуть будь-які n-канальні з низькою напругою відсічення (чим менше – тим краще). Працездатність 2N7000 у цій схемі не перевірялася.

Варіант №5

На трьох транзисторах:

Думаю, схема не потребує пояснень. Завдяки великому коеф. Підсилення трьох транзисторних каскадів, схема спрацьовує дуже чітко - між світлодіодом, що горить і не горить, досить різниці в 1 соту частку вольта. Струм при включеній індикації - 3 мА, при вимкненому світлодіоді - 0.3 мА.

Не зважаючи на громіздкий вигляд схеми, готова плата має досить скромні габарити:

З колектора VT2 можна брати сигнал, що дозволяє підключення навантаження: 1 – дозволено, 0 – заборонено.

Транзистори BC848 та BC856 можна замінити на ВС546 та ВС556 відповідно.

Варіант №6

Ця схема мені подобається тим, що вона не лише включає індикацію, а й відрубує навантаження.

Жаль тільки, що сама схема від акумулятора не відключається, продовжуючи споживати енергію. А жере вона, завдяки світлодіоду, що постійно горить, чимало.

Зелений світлодіод у разі виступає у ролі джерела опорного напруги, споживаючи струм порядку 15-20 мА. Щоб позбавитися такого ненажерливого елемента, замість джерела зразкової напруги можна застосувати ту ж TL431, включивши її за такою схемою *:

*катод TL431 підключити до другого рішення LM393.

Варіант №7

Схема із застосуванням так званих моніторів напруги. Їх ще називають супервізорами і детекторами напруги (voltdetector). Це спеціалізовані мікросхеми, розроблені спеціально для контролю за напругою.

Ось, наприклад, схема, що підпалює світлодіод при зниженні напруги на акумуляторі до 3.1V. Зібрано на BD4731.

Погодьтеся, простіше нікуди! BD47xx має відкритий колектор на виході, а також обмежує вихідний струм на рівні 12 мА. Це дозволяє підключати до неї світлодіод безпосередньо без обмежувальних резисторів.

Аналогічно можна застосувати будь-який інший супервізор на будь-яку іншу напругу.

Ось ще кілька варіантів на вибір:

• на 3.08V: TS809CXD, TCM809TENB713, MCP103T-315E/TT, CAT809TTBI-G;
• на 2.93V: MCP102T-300E/TT, TPS3809K33DBVRG4, TPS3825-33DBVT, CAT811STBI-T3;
• серія MN1380 (або 1381, 1382 – вони відрізняються тільки корпусами). Для наших цілей найкраще підходить варіант із відкритим стоком, про що свідчить додаткова циферка "1" у позначенні мікросхеми – MN13801, MN13811, MN13821. Напруга спрацьовування визначається буквеним індексом: MN13811-L саме на 3,0 Вольта.

Також можна взяти радянський аналог – КР1171СПхх:

Залежно від цифрового позначення, напруга детекції буде різною:

Сітка напруг не дуже підходить для контролю за li-ion акумуляторами, але зовсім скидати цю мікросхему з рахунків, думаю, не варто.

Безперечні переваги схем на моніторах напруги – надзвичайно низьке енергоспоживання у вимкненому стані (одиниці і навіть частки мікроампер), а також її крайня простота. Найчастіше вся схема вміщується безпосередньо на висновках світлодіода:

Щоб зробити індикацію розряду ще помітнішою, вихід детектора напруги можна навантажити на миготливий світлодіод (наприклад, серії L-314). Або самому зібрати найпростішу "моргалку" на двох біполярних транзисторах.

Приклад готової схеми, що сповіщає про батарею, що сів, за допомогою світлодіода, що спалахує, наведено нижче:

Ще одна схема з блимаючим світлодіодом буде розглянута нижче.

Варіант №8

Крута схема, що запускає моргання світлодіода, якщо напруга на літієвому акумуляторі впаде до 3.0 Вольта:

Ця схема змушує спалахувати надяскравий світлодіод з коефіцієнтом заповнення 2.5% (тобто тривала пауза - короткий спалах - знову пауза). Це дозволяє знизити споживаний струм до кумедних значень - у вимкненому стані схема споживає 50 нА (нано!), А в режимі моргання світлодіодом - всього 35 мкА. Чи зможете запропонувати щось більш економічне? Навряд чи.

Як можна було помітити, робота більшості схем контролю за розрядом зводиться до порівняння якоїсь зразкової напруги з контрольованою напругою. Надалі ця різниця посилюється та включає/вимикає світлодіод.

Зазвичай як підсилювач різниці між опорною напругою і напругою на літієвому акумуляторі використовують каскад на транзисторі або операційний підсилювач, включений за схемою компаратора.

Але є й інше рішення. Як підсилювач можна застосувати логічні елементи - інвертори. Так, це нестандартне використання логіки, але це працює. Подібна схема наведена у наступному варіанті.

Варіант №9

Схема 74HC04.

Робоча напруга стабілітрона повинна бути нижчою за напругу спрацьовування схеми. Наприклад, можна взяти стабілітрони на 2.0 – 2.7 Вольта. Точне підстроювання порога спрацьовування задається резистором R2.

Схема споживає від батареї близько 2 мА, тому її теж треба включати після вимикача живлення.

Варіант №10

Це навіть не індикатор розряду, а швидше цілий світлодіодний вольтметр! Лінійна шкала із 10 світлодіодів дає наочне уявлення про стан акумулятора. Весь функціонал реалізований всього на одній-єдиній мікросхемі LM3914:

Дільник R3-R4-R5 задає нижню (DIV_LO) і верхню (DIV_HI) порогову напругу. При зазначених на схемі значеннях світіння верхнього світлодіода відповідає напруга 4.2 Вольта, а при зниженні напруги нижче 3х вольт згасне останній (нижній) світлодіод.

Підключивши дев'яте виведення мікросхеми на "землю", можна перевести її в режим "точка". У цьому режимі завжди світиться лише один світлодіод, що відповідає напрузі живлення. Якщо залишити як на схемі, то світитиметься ціла шкала зі світлодіодів, що нераціонально з погляду економічності.

Як світлодіоди потрібно брати тільки світлодіоди червоного свічення, т.к. вони мають найменшу пряму напругу при роботі. Якщо, наприклад, взяти сині світлодіоди, то при акумуляторі, що сів до 3х вольт, вони, швидше за все, взагалі не загоряться.

Сама мікросхема споживає близько 2.5 мА плюс 5 мА на кожен запалений світлодіод.

Недоліком схеми вважатимуться неможливість індивідуальної налаштування порога запалювання кожного світлодіода. Можна встановити лише початкове і кінцеве значення, а вбудований в мікросхему дільник розіб'є цей інтервал на рівні 9 відрізків. Але, як відомо, ближче до кінця розряду, напруга на акумуляторі починає дуже швидко падати. Різниця між акумуляторами, розрядженими на 10% і 20%, може становити десяті частки вольта, а якщо порівняти ці ж акумулятори, тільки розряджені на 90% і 100%, то можна побачити різницю в цілий вольт!

Типовий графік розряду Li-ion акумулятора, наведений нижче, наочно демонструє цю обставину:

Таким чином, використання лінійної шкали для індикації ступеня розряду акумулятора не є доцільним. Потрібна схема, що дозволяє задати точні значення напруги, при яких загорятиметься той чи інший світлодіод.

Повний контроль за моментами включення світлодіодів дає схема, подана нижче.

Варіант №11

Дана схема є 4-розрядним індикатором напруги на акумуляторі/батарейці. Реалізована на чотирьох ОУ, що входять до складу мікросхеми LM339.

Схема працездатна до напруги 2 Вольта, споживає менше міліампера (крім світлодіода).

Зрозуміло, для відображення реального значення витраченої та ємності акумулятора, що залишилася, необхідно при налаштуванні схеми врахувати криву розряду використовуваного акумулятора (з урахуванням струму навантаження). Це дозволить задати точні значення напруги, що відповідають, наприклад, 5%-25%-50%-100% залишкової ємності.

Варіант №12

Ну і, звичайно, найширший простір відкривається при використанні мікроконтролерів з вбудованим джерелом опорної напруги і АЦП, що мають вхід. Тут функціонал обмежується лише вашою фантазією та вмінням програмувати.

Як приклад наведемо найпростішу схему на контролері ATMega328.

Хоча тут, для зменшення габаритів плати, краще було б взяти 8-хвилинну ATTiny13 в корпусі SOP8. Тоді було б взагалі шикарно. Але нехай це буде вашим домашнім завданням.

Світлодіод взятий триколірний (від світлодіодної стрічки), але задіяні лише червоний та зелений.

Готову програму (скетч) можна завантажити за цим посиланням.

Програма працює так: кожні 10 секунд опитується напруга живлення. Виходячи з результатів вимірювань МК управляє світлодіодами за допомогою ШІМ, що дозволяє отримувати різні відтінки світіння змішуванням червоного та зеленого кольорів.

Свіжозряджений акумулятор видає порядку 4.1В - світиться зелений індикатор. Під час зарядки на АКБ є напруга 4.2В, при цьому моргатиме зелений світлодіод. Як тільки напруга впаде нижче 3.5В, почне блимати червоний світлодіод. Це буде сигналом до того, що акумулятор майже сів і його час заряджати. В іншому діапазоні напруг індикатор змінюватиме колір від зеленого до червоного (залежно від напруги).

Варіант №13

Ну і на закуску пропоную варіант переробки стандартної плати захисту (їх ще називають), що перетворює її на індикатор акумулятора, що сів.

Ці плати (PCB-модулі) видобуваються із старих батарей мобільних телефонів мало не в промислових масштабах. Просто підбираєте на вулиці викинутий акумулятор від мобіли, потрошіть його та плата у вас у руках. Решту утилізуєте як належить.

Увага!!! Трапляються плати, що включають захист від перерозряду при неприпустимо низькому напрузі (2.5В і нижче). Тому з усіх наявних плат необхідно відібрати тільки ті екземпляри, які спрацьовують при правильному напрузі (3.0-3.2V).

Найчастіше PCB-плата є таку схемку:

Мікрозбірка 8205 - це два мільйонні польові, зібрані в одному корпусі.

Внісши в схему деякі зміни (показані червоним кольором), ми отримаємо чудовий індикатор розряду li-ion акумулятора, що практично не споживає струм у вимкненому стані.

Так як транзистор VT1.2 відповідає за відключення зарядного пристрою від банки акумулятора при перезарядженні, то він у нашій схемі зайвий. Тому ми повністю виключили цей транзистор із роботи, розірвавши ланцюг стоку.

Резистор R3 обмежує струм через світлодіод. Його опір необхідно підібрати таким чином, щоб свічення світлодіода було вже помітним, але струм, що споживається, ще не був занадто великий.

До речі, можна зберегти всі функції модуля захисту, а індикацію зробити за допомогою окремого транзистора, що управляє світлодіодом. Тобто індикатор загорятиметься одночасно з вимкненням акумулятора в момент розряду.

Замість 2N3906 підійде будь-який малопотужний p-n-p транзистор, що є під рукою. Просто підпаяти світлодіод безпосередньо не вийде. вихідний струм мікросхеми, що управляє ключами, занадто малий і вимагає посилення.

Будь ласка, враховуйте те, що схеми індикаторів розряду самі споживають енергію акумулятора! Щоб уникнути неприпустимого розряду, підключайте схеми індикаторів після вимикача живлення або використовуйте схеми захисту, .

Як, напевно, не складно здогадатися, схеми можуть бути використані і навпаки – як індикатор заряду.

М. ТАРАНОВ, м. Санкт-Петербург

При розробці різних радіоелектронних пристроїв виникає проблема контролю наявності струму в ланцюгах. Готові вимірювальні пристрої часто відсутні, дорогі чи незручні у користуванні. У разі застосовуються вбудовані вузли контролю. Для змінного струму завдання порівняно просто вирішується за допомогою струмових трансформаторів, індукційних магніточутливих елементів і т. д. Для постійного струму, як правило, це складніше. У статті розглянуто деякі існуючі пристрої контролю наявності постійного струму в ланцюзі (надалі називатимемо їх індикаторами постійного струму, або скорочено - ІПТ), їх переваги та недоліки, запропоновано схемотехнічні рішення, що покращують характеристики цих пристроїв.

ІПТ зазвичай включаються в розрив контрольованого ланцюга. Деякі ІПТ можуть реагувати на магнітне поле, створюване струмоведучими елементами контрольованого ланцюга, але при малих контрольованих струмах вони складні і в цій статті не розглядаються. ІПТ можна характеризувати такими основними параметрами та особливостями:
1) дельта U - падіння напруги на ІПТ у всьому діапазоні контрольованих струмів. Щоб звести до мінімуму вплив ІПТ на контрольований ланцюг та зменшити втрати потужності, прагнуть мінімізувати дельта U;
2) Інший номінальний робочий струм (мається на увазі середнє значення контрольованого струму);
3) Imin, Imax – межі діапазону зміни контрольованого струму, в якому надійно індикується факт його наявності;
4) характер вихідного сигналу індикації (світлення світлодіода, ТТЛ-рівні тощо);
5) наявність або відсутність додаткових джерел живлення для ІПТ;
6) наявність або відсутність гальванічного зв'язку вихідного сигналу ІПТ з контрольованим ланцюгом.

По виду струмочутливого елемента датчика струму (ДТ) розрізняють;
- ІПТ із послідовним навантаженням у ланцюги;
- ІПТ із напівпровідниковими ДП (датчиками Холла, магнітодіодами, магніторезисторами тощо);
- ІПТ магнітоконтактні (на герконах, на реле струму);
- ІПТ з магнітонасичуваними елементами.

Принцип дії ІПТ із послідовним навантаженням у ланцюгу (рис. 1)

Полягає в тому, що в розрив контрольованого ланцюга включається навантажувальний елемент (НЕ), на якому створюється падіння напруги при протіканні струму контрольованого ланцюга. Воно надходить на перетворювач сигналу (ПС), де і перетворюється на сигнал індикації наявності струму в ланцюзі.

Очевидно, що дельта для даного типу ІПТ залежить від величини контрольованого струму і від чутливості ПС. Чим чутливіше ПС, тим менший опір НЕ можна застосувати, а значить, і дельта буде меншою.

У найпростішому випадку НЕ – резистор. Гідність такого НЕ – простота, дешевизна. Недоліки - при малій чутливості ПС будуть великі втрати потужності на НЕ, особливо при контролі великих струмів, залежність AU від величини струму, що протікає через ІПТ. Вона звужує діапазон зміни контрольованого струму (цей недолік несуттєвий при контролі струму у вузькому діапазоні зміни його значення). Як приклад розглянемо практичну схему ІПТ цього типу. На рис. 2 показано схему індикатора наявності зарядного струму для акумулятора. Як НЕ виступає резистор R1, а як ПС - ланцюжок R2, HL1.

Баластний резистор R2 має опір 100 Ом, світлодіод HL1 має номінальний струм 10 мА (наприклад, типу АЛ307Б), а опір резистора R1 залежатиме від величини контрольованого зарядного струму.

При стабілізованому зарядному струмі 10 мА (наприклад, для акумулятора 7Д-01) резистор R1 можна виключити. При зарядному струмі 1 А опір резистора R1 буде приблизно 3,5 Ом. Падіння напруги на ІТ в обох випадках дорівнюватиме 3,5 В. Втрати потужності при струмі 1 А становитимуть 3,5 Вт. Очевидно, що дана схема неприйнятна при великих зарядних струмах. Дещо знизити втрати потужності на ІПТ можна, якщо зменшити опір баластного резистора R2. Але робити це небажано, оскільки при випадкових кидках зарядних струмів можливе пошкодження світлодіода HL1.

Якщо застосувати НЕ з нелінійною залежністю падіння напруги від сили струму, можна значно поліпшити характеристики даного ІПТ. Наприклад, хороші результати дає заміна резистора R1 на ланцюжок із чотирьох діодів, включених у прямому напрямку, як показано на рис. 3.

В якості діодів VD1-VD4 можна застосувати будь-які кремнієві випрямні діоди з допустимим робочим струмом не менше значення контрольованого струму. (Для багатьох типів світлодіодів достатньо ланцюжка із трьох діодів). Опір резистора R2 можна в цьому випадку зменшити до значення 30 Ом.

При такій схемі ІПП діапазон контрольованих струмів розширюється і простягається від 10 мА до Imax, де Imax - це максимально допустимий робочий струм діодів. Яскравість світіння світлодіода HL1 практично стала у всьому діапазоні контрольованих струмів.

Інший шлях поліпшення характеристик ІПТ із послідовним навантаженням у ланцюзі - удосконалення ПС. Дійсно, якщо підвищити чутливість ПС та забезпечити його працездатність у широкому діапазоні зміни дельтаU, можна отримати ІПТ із гарними характеристиками. Щоправда, для цього доведеться ускладнювати схему ІПТ. Як приклад розглянемо розроблену автором схему ІПТ, що показала хороші результати у пристроях контролю технологічних процесів у промисловості. Цей ІПТ має такі технічні характеристики: діапазон робочих струмів-0,01 мА ... 1 А; дельтаU
Схема ІПТ наведено на рис. 4.

НЕ у цій схемі - резистор R3. Решта схеми - ПС. За відсутності струму між точками А і В на виході операційного підсилювача DA1 буде напруга, близька до -5 В, і світлодіод HL1 не світиться. При появі струму між точками А і на резисторі R3 створюється напруга, яка буде прикладена між диференціальними входами операційного підсилювача DA1. В результаті на виході операційного підсилювача DA1 з'явиться позитивна напруга і світлодіод HL1 буде світитися, індикуючи наявність струму між точками А і В. При виборі операційного підсилювача з великим коефіцієнтом посилення (наприклад, КР1401УД2Б) надійна індикація наявності струму починається вже з 5 Конденсатор С1 необхідний усунення можливого самозбудження.

Слід врахувати, що деякі екземпляри ОУ можуть мати початкову напругу усунення (будь-якої полярності). При цьому світлодіод може засвітитися і за відсутності струму контрольованого ланцюга. Усувають цей недолік введенням ланцюга "коригування нуля" ОУ, виконаного за будь-якою стандартною схемою. Деякі типи ОУ мають спеціальні висновки підключення змінного резистора " корекція нуля " .

Деталі: резистори R1, R2, R4, R5 – будь-якого типу, потужністю 0,125 Вт; резистор R3 - будь-якого типу, потужністю >0,5 Вт; конденсатор С1 – будь-якого типу; операційний підсилювач DA1 - будь-який, з коефіцієнтом посилення >5000, з вихідним струмом >2,5 мА, що допускає однополярне живлення напругою 5 В. (Останні дві вимоги обумовлені застосуванням "зручної" напруги живлення ІПТ, хоча можливо застосовувати й інші напруги живлення. цьому опір балластного резистора R5 треба буде перерахувати так, щоб вихідний струм операційного підсилювача DA1 не перевищив його максимально допустиме значення). Світлодіод HL1 обраний таким із міркувань достатньої яскравості світіння при струмі через нього 2,5 мА. Експерименти показали, що в даному пристрої чудово працює більшість мініатюрних імпортних світлодіодів (в принципі тип світлодіода визначається максимальним вихідним струмом операційного підсилювача DA1).

Даний пристрій із мікросхемою КР1401УД2Б зручно при побудові чотириканального ІПТ, наприклад, при контролі роздільної зарядки одночасно чотирьох акумуляторів. У цьому ланцюг зміщення R1, R2, і навіть точка А - загальні всім чотирьох каналів.

Пристрій може контролювати великі струми. Для цього треба зменшити опір резистора R3 та перерахувати його потужність розсіювання. Були проведені експерименти із застосуванням як R3 відрізка дроту ПЕВ-2. При діаметрі дроту 1 мм та його довжині 10 см надійно індикували струми в діапазоні 200 мА...10 А (якщо збільшувати довжину дроту, нижня межа діапазону переміщається до слабкіших струмів). У цьому дельтаU вбирається у 0,1 У.

При невеликій доробці пристрій перетворюють на ІПТ з регульованим порогом спрацьовування (рис. 5).

Такий ІПТ з успіхом можна застосувати в системах захисту різних пристроїв струму, як основа для регульованого електронного запобіжника і т.д.

Резистором R4 регулюють поріг спрацьовування ІПТ. Як R4 зручно застосувати багатооборотний резистор, наприклад, типів СП5-2, СПЗ-39 і т.д.

За необхідності забезпечення гальванічної розв'язки між контрольованим ланцюгом та пристроями контролю (КК) зручно використовувати оптрони. Для цього достатньо замість світлодіода HL1 підключити оптрон, наприклад, як показано на рис. 6.

Для узгодження вихідного сигналу даного ІПТ із цифровими пристроями контролю застосовні тригери Шмітта. На рис. 7 показано схему узгодження ІПТ з КК на ТТЛ-логіці. Тут +5 В КК – напруга живлення цифрових кіл КК.

ІПТ із напівпровідниковими ДП докладно описані у літературі. Для радіоаматорів цікавить використання в ІПТ магнитоуправляемых мікросхем типу К1116КП1 (цю мікросхему широко застосовували в клавіатурі деяких ЕОМ радянського виробництва). Схема такого ІПТ дана на рис. 8.

Обмотка L1 розміщується на магнітопроводі з магнітом'якої сталі (краще пермалою), який грає роль магнітного концентратора. Зразковий вигляд та розміри магнітного концентратора показані на рис. 9.

Мікросхема DA1 міститься у зазор магнітного концентратора. При його виготовленні слід прагнути до зменшення зазору. Були проведені експерименти з різними магнітопроводами, зокрема, застосовувалися кільця, відрізані від звичайних водопровідних труб, виточені з динамічних кернів головок, набрані з шайб трансформаторної сталі.

Найдешевшими та найпростішими у виготовленні (в аматорських умовах) виявилися кільця, нарізані з водопровідних труб діаметром 1/2 та 3/4 дюйма. Кільця відрізалися від труб так, щоб довжина кільця дорівнювала діаметру. Потім ці кільця бажано нагріти до температури близько 800 ° С і повільно охолодити в повітрі (зробити відпал). Такі кільця практично не мають залишкової намагніченості та добре працюють в ІПТ.

Експериментальний зразок мав магнітопровід із водопровідної труби діаметром 3/4 дюйма. Обмотка намотувала проводом ПЕВ-2 діаметром 1 мм. При 10 витках Imin = 8 А, при 50 витках Imin = 2 А. Слід зазначити, що чутливість такого ІПТ залежить від положення мікросхеми у зазорі магнітопроводу. Цю обставину можна використовувати для налаштування чутливості ІПТ.

Найбільш ефективними виявилися кільця з кернів від магнітних систем динамічних головок, але їхнє виготовлення в аматорських умовах важко.

Для радіоаматорів безсумнівний інтерес представляють електромагнітні ІПТ на герконах і струмових реле. ІПТ на герконах надійні та дешеві. Принцип дії таких ІПТ пояснюється рис. 10,а.

Докладніше про геркони можна дізнатися з . Електрична схема ІПТ із датчиком струму (ДП) на герконі показана на рис. 10,б.

У багатьох радіоаматорів, напевно, знайдеться стара клавіатура від ПЕОМ радянського виробництва на герконах. Такі геркони чудово підходять для реалізації ІПТ. Чутливість ІПТ залежить від:
- Число витків в обмотці (при збільшенні числа витків зростає і чутливість);
- конфігурації обмотки (оптимальна обмотка, довжина якої приблизно дорівнює довжині колби геркона);
- співвідношення зовнішнього діаметра геркона і внутрішнього діаметра обмотки (що воно ближче до 1, тим чутливість ІПТ буде вищою).

Автором проводилися експерименти із герконами КЕМ-2, МК-16-3, МК10-3. Найкращі результати чутливості показали геркони КЕМ-2. При намотуванні восьми витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,8 мм без зазору струм спрацьовування ІПТ дорівнює 2 А, струм відпускання - 1,5 А. Падіння напруги на ІПТ при цьому було 0,025 В. Чутливість даного ІПТ можна регулювати переміщенням геркона вздовж поздовжньої обмотки. У промислових ІПТ даного типу геркон переміщається за допомогою гвинта або поміщається в немагнітну втулку із зовнішнім різьбленням, яке загвинчується в котушку з обмоткою. Такий спосіб регулювання чутливості не завжди зручний, а в аматорських умовах важко здійснити. Крім цього, даний спосіб допускає регулювання лише у бік зменшення чутливості ІПТ.

Автором був розроблений спосіб, що дозволяє змінювати чутливість ІПТ у широких межах за допомогою змінного резистора. При цьому способі в конструкцію ДП вводиться додаткова обмотка з дроту ПЕВ-2 діаметром 0,06-0,1 мм з числом витків 200. Цю обмотку бажано намотати прямо на геркон по всій довжині балона, як показано на рис. 11,а.

Електрична схема ІПТ дана на рис. 11,б.

Обмотка L1 – основна, обмотка L2 – додаткова. Якщо включити обмотки L1 і L2 згідно, підстроюванням резистора R1 вдається підвищувати чутливість ІПТ у багато разів порівняно з варіантом ІПТ, що мають ДТ без додаткової обмотки. Якщо ж включити обмотки L1 і L2 зустрічно, підстроюванням резистора R можна зменшувати чутливість ІПТ у багато разів. Був проведений експеримент з даною схемою при параметрах її елементів:
- обмотка L1 – 200 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,06 мм; намотаних безпосередньо на геркон типу КЕМ-2;
- обмотка L2 - 10 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,8 мм, намотаних поверх обмотки L1.

Отримано наступні значення Imin:
- при згодному включенні обмоток -0,1...2 А;
- При зустрічному включенні обмоток -2...5 А.

ІПТ на реле струму мають якість: ДП електромагнітне реле з низькоомною обмоткою. На жаль, реле струму дуже дефіцитні. Реле струму можна виготовити із звичайного реле напруги шляхом заміни його обмотки на низькоомну. Автором застосовувався ДП, виготовлений з реле типу РЕМ-10. Обмотку реле акуратно зрізають скальпелем, і її місце намотують нову обмотку проводом ПЕВ-2 діаметром 0,3 мм до заповнення каркаса. Чутливість даного ДТ регулюють підбором числа витків та зміною жорсткості плоскої пружинки якоря. Жорсткість пружинки можна змінювати її підгинання або сточування по ширині. Експериментальний зразок ДТ мав Imin = 200 мА, дельта U = 0,5 (при струмі 200 мА).

За потреби розрахунків реле струму можна звернутися до .

Електрична схема ІПТ даного типу показано на рис. 12.

Представляють певний інтерес ІПТ з магнитонасыщающимися елементами. Вони використано властивість феромагнітних сердечників змінювати проникність при дії ними зовнішнього магнітного поля. У найпростішому випадку ІПТ такого типу є трансформатором змінного струму з додатковою обмоткою, як показано на рис. 13.

Тут змінна напруга трансформується з обмотки L2 в обмотку L3. Напруга з обмотки L3 детектується діодом VD1 і заряджає конденсатор С1. Далі воно подається на граничний елемент. При відсутності струму в обмотці напруги L1, створюваного на конденсаторі С1, достатньо для спрацьовування порогового елемента. При пропусканні через обмотку L1 постійного струму магнітопровід насичується. Це призводить до зменшення коефіцієнта передачі змінної напруги з обмотки L2 в обмотку L3 та зниження напруги на конденсаторі С1. При досягненні деякого значення відбувається перемикання порогового елемента. Дросель L4 усуває проникнення змінної напруги вимірювального ланцюга в контрольовану, а також усуває шунтування вимірювального ланцюга провідностями контрольованого ланцюга.

Чутливість пристрою можна регулювати:
- підбором кількості витків обмоток L1, L2, L3;
- Вибором типу магнітопроводу трансформатора;
- Регулюванням порога спрацьовування порогового елемента.

Переваги пристрою - простота реалізації, відсутність механічних контактів.

Істотний його недолік - проникнення змінної напруги з ІПТ в контрольований ланцюг (втім, у більшості застосувань ланцюги, що контролюються, мають блокувальні конденсатори, що знижує цей ефект). Проникнення змінної напруги в контрольований ланцюг зменшується при збільшенні відношення числа витків обмоток L2 і L3 до витків обмотки L1 і при збільшенні індуктивності дроселя L4.

Експериментальний зразок ІПТ цього типу було зібрано на кільцевому магнітопроводі типорозміру К10x8x4 з фериту марки 2000НМ. Обмотка L1 мала 10 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,4 мм, обмотки L2 та L3 мали по 30 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,1 мм. Дросель L4 намотаний на такому ж кільці і мав 30 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,4 мм. Діод VD1 – КД521 А. Конденсатор С1 – КМ6 ємністю 0,1 мкФ. Як пороговий елемент використаний один інвертор мікросхеми К561ЛН1. На обмотку L2 подавалася напруга ("меандр") прямокутної форми частотою 10 кГц і амплітудою 5 В. Даний ІПТ надійно індикував наявність струму в контрольованому ланцюгу в діапазоні 10... 1000 мА. Очевидно, що для розширення діапазону контрольованих струмів у бік збільшення верхньої межі необхідно збільшити діаметр дроту обмоток L1 і L2, а також вибрати магнітопровід більшого типорозміру.

Значно кращі параметри має схема ІПТ даного типу, показана на рис. 14.

Тут магнітопровід трансформатора складається з двох феритових кілець, обмотки L1 і L3 намотані на обидва кільця, а обмотки L1 і L4 - на різні кільця так, щоб напруги, що наводяться в них, взаємно компенсувалися. Конструкція магнітопроводу пояснюється рис. 15.

Для наочності осердя рознесено, в реальній конструкції вони притиснуті один до одного.

В ІПТ даного типу практично повністю відсутня проникнення змінної напруги з вимірювального ланцюга в контрольований ланцюг і практично немає шунтування вимірювального ланцюга провідності контрольованої. Було виготовлено експериментальний зразок ІПТ, схема якого показана на рис. 16.

На інверторах D1.1-D1.3 зібрано генератор імпульсів великої шпаруватості (застосування таких імпульсів суттєво знижує енергоспоживання ІПТ). За відсутності збудження у провід, що з'єднує висновки 2, 3 мікросхеми з резисторами R1, R2 і конденсатором С1, слід включити опір резистор 10...100 кОм.

Елементи С2, СЗ, VD2, VD3 утворюють випрямляч із подвоєнням напруги. Інвертор D1.4 спільно зі світлодіодом HL1 забезпечує граничну індикацію наявності імпульсів на виході трансформатора (обмотка L3).

У цьому ІПТ були використані феритові кільця марки ВТ (застосовуються в осередках пам'яті ЕОМ) розмірами 8x4x2 мм. Обмотки L2 і L3 мають по 20 витків дроту ПЕЛ-2 діаметром 0,1 мм, обмотки L1 і L4 - по 20 витків дроту ПЕЛ-2 діаметром 0,3 мм.

Даний зразок впевнено індикував наявність струму в контрольованому ланцюгу в діапазоні 40 мА...1 А. Падіння напруги на ІПТ при струмі в контрольованому ланцюгу 1 А не перевищувало 0,1В. Резистором R4 можна регулювати поріг спрацьовування, що дозволяє використовувати даний ІПТ як елемент схем захисту пристроїв від перевантажень.

ЛІТЕРАТУРА
1. Яковлєв Н. Безконтактні електровимірювальні прилади для діагностування електронної апаратури. - Л.: Вища школа, Ленінградське відділення, 1990.

2. Мікросхеми серії К1116. – Радіо, 1990, № 6, с. 84; №7, с. 73, 74; №8, с. 89.

3. Комутаційні пристрої радіоелектронної апаратури. За ред. Р. Я. Рибіна. - М: Радіо і зв'язок, 1985.

4. Ступель Ф. Розрахунок та конструкція електромагнітних реле. - М.: Держенерговидав, 1950.

Радіо №4 2005 рік.

[email protected]

Обчислення напруги живлення світлодіода є необхідним кроком для будь-якого проекту електроосвітлення, і, на щастя, зробити це просто. Такі виміри необхідні, щоб розрахувати потужність світлодіодів, оскільки потрібно знати його струм та напругу. Потужність світлодіода розраховується шляхом множення струму на напругу. При цьому потрібно бути вкрай обережним під час роботи з електричними ланцюгами, навіть за вимірів невеликих величин. У статті докладно розглянемо питання, як дізнатися напругу, щоб забезпечити правильну роботу світлодіодних елементів.

Світлодіоди існує в різних кольорах, бувають двох і триколірними, миготливими і мінливими кольорами. Щоб користувач міг запрограмувати послідовність роботи світильника, використовуються різні рішення, які залежать від напруги живлення світлодіода. Для підсвічування світлодіода потрібна мінімальна напруга (порогова), при цьому яскравість буде пропорційна струму. Напруга на світлодіоді трохи збільшується зі струмом, тому що є внутрішній опір. Коли струм надто високий, діод нагрівається і перегорає. Тому струм обмежують до безпечної величини.

Резистор поміщається послідовно, оскільки для решітки діода потрібно набагато вищу напругу. Якщо U зворотне, струм не тече, але для високого U (наприклад, 20) виникає внутрішня іскра (пробою), яка руйнує діод.

Як і всіх діодів, струм протікає через анод і виходить через катод. На круглих діодах катод має коротший провід, а корпус має катодну бічну тарілку.

Залежність напруги від типу світильника

Зі збільшенням кількості світлодіодів високої яскравості, призначених для забезпечення заміни ламп для комерційного та внутрішнього освітлення, відбувається рівне, якщо не більше, поширення рішень з електроживлення. З сотнями моделей від десятків виробників стає складно зрозуміти всі перестановки вхідних/вихідних напруг живлення світлодіода та значень вихідного струму/потужності, не кажучи вже про механічні розміри та багато інших функцій для затемнення, дистанційного керування та захисту ланцюга.

На ринку є велика кількість різних світлодіодів. Їхня відмінність визначена безліччю факторів, у виробництві світлодіодів. Напівпровідниковий макіяж є фактором, але технологія виготовлення та інкапсуляція також відіграють основну роль у визначенні характеристик світлодіодів. Перші світлодіоди були круглими, у вигляді моделей C (діаметр 5 мм) та F (діаметр 3 мм). Потім у реалізацію надійшли прямокутні діоди та блоки, що поєднують кілька світлодіодів (мереж).

Напівсферична форма трохи нагадує лупу, яка визначає форму світлового променя. Колір випромінюючого елемента покращує дифузію та контрастність. Найбільш поширені позначення та форма ЛЕД:

• A: червоний діаметр 3 мм у тримачі для CI.
• B: червоний діаметр 5 мм, що використовується у передній панелі.
• C: фіолетовий 5 мм.
• D: двоколірний жовтий та зелений.
• E: Прямокутний.
• F: жовтий 3 мм.
• G: біла висока яскравість 5 мм.
• H: червоний 3мм.
• K-Анод: катод, позначений плоскою поверхнею у фланці.
• F: 4/100 мм анодний з'єднувальний провід.
• C: чашка, що відображає світло.
• L: вигнута форма, що діє як збільшувальне скло.

Специфікація пристроїв

Зведення різних параметрів світлодіодів та напруги живлення знаходиться у специфікаціях продавця. При виборі світлодіодів для конкретних застосувань необхідно розуміти їхню відмінність. Існує безліч різних специфікацій світлодіодів, кожен із яких впливатиме на вибір конкретного виду. Основою специфікацій світлодіодів є колір, U та сила струму. LEDS мають тенденцію забезпечувати один колір.

Колір, що випромінюється світлодіодом, визначається з точки зору його максимальної довжини хвилі (lpk), тобто довжини хвилі, яка має максимальну світловіддачу. Зазвичай варіації процесу дають пікові зміни довжини хвилі до ±10 нм. При виборі кольорів у специфікації LED варто пам'ятати, що людське око найбільш чутливе до відтінків або колірних варіацій навколо жовтої/помаранчевої області спектру - від 560 до 600 нм. Це може вплинути на вибір кольору або положення світлодіодів, що пов'язане з електричними параметрами.

Під час роботи LED мають задане падіння U, яке залежить від матеріалу, що використовується. Напруга живлення світлодіодів у лампі також залежить від рівня струму. Світлодіоди є пристроями, керованими струмом, а рівень світла є функцією струму, зростання його збільшує вихід світла. Необхідно забезпечити таку роботу пристрою, щоб максимальний струм не перевищував допустиму межу, що може призвести до надмірного розсіювання тепла всередині самого чіпа, зменшення світлового потоку та скорочення терміну служби. Для більшості LED потрібний зовнішній резистор, що обмежує струм.

Деякі світлодіоди можуть містити послідовний резистор, тому вказується, яка напруга живлення світлодіодів необхідна. Світлодіоди не допускають великого зворотного U. Воно ніколи не повинно перевищувати його максимальне значення, яке зазвичай досить мало. Якщо є можливість появи зворотного U на світлодіоді, то краще вбудувати захист у схему, щоб запобігти поломці. Зазвичай, це можуть бути прості діодні схеми, які забезпечать адекватний захист будь-якого світлодіода. Не треба бути професіоналом, щоб це засвоїти.

Світлодіоди освітлення мають струмове живлення, а їх світловий потік пропорційний струму, що протікає через них. Струм пов'язаний з напругою живлення світлодіодів у лампі. Декілька діодів, з'єднані послідовно, мають рівний струм, що протікає через них. Якщо вони з'єднані паралельно, кожен світлодіод отримує однакове U, але різні поточні потоки через них через дисперсію ефекту на вольт-амперної характеристики. В результаті кожен діод випромінює інший світловий потік.

Тому при підборі елементів необхідно знати, яка напруга живлення світлодіодів. Для роботи кожного на його клемах потрібно приблизно 3 вольти. Наприклад, 5-діодна серія вимагає приблизно 15 вольт на клемах. Щоб подавати регульований струм при достатньому U, LEC використовує електронний модуль драйвер.

Існує два рішення:

1. Зовнішній драйвер встановлюється зовні світильника з безпечною наднизькою напругою джерела живлення.
2. Внутрішній, вбудований у ліхтар, тобто субодиниця з електронним модулем, що регулює струм.

Цей драйвер може живитися від мережі 230 В (клас I або клас II) або з безпечним наднизьким U (клас III), наприклад, при напрузі 24 В. LEC рекомендує друге рішення для електропостачання, оскільки воно дає 5 основних переваг.

Переваги підбору напруги ЛЕД

Правильний розрахунок напруги живлення світлодіодів у лампі має 5 ключових переваг:

1. Безпечне наднизьке U можливо незалежно від кількості світлодіодів. Світлодіоди повинні встановлюватись послідовно, щоб гарантувати однаковий рівень струму в кожному з них з одного джерела. В результаті, чим більше світлодіодів, тим вища напруга на клемах світлодіодів. Якщо це пристрій із зовнішнім драйвером, тоді надчутлива напруга безпеки має бути значно вищою.
2. Інтеграція драйвера всередині ліхтарів дозволяє забезпечити повне встановлення системи безпечною наднизькою напругою (SELV), незалежно від кількості джерел світла.
3. Більш надійне встановлення у стандарті проводки для світлодіодних ламп, з'єднаних паралельно. Драйвери забезпечують додатковий захист, особливо від підвищення температури, що гарантує триваліший термін служби при дотриманні напруги живлення світлодіодів для різних типів та струму. Більш безпечне введення в експлуатацію.
4. Інтеграція живлення світлодіодів у драйвер дозволяє уникнути неправильного звернення в польових умовах та покращує їхню здатність витримувати гаряче підключення. Якщо користувач підключить світильник зі світлодіодами тільки до зовнішнього драйвера, який вже увімкнений, це може спричинити перенапругу світлодіодів при їх підключенні і, отже, їх руйнування.
5. Просте обслуговування. Будь-які технічні проблеми легше видно у світлодіодних лампах із джерелом напруги.

Коли падіння U на опорі важливе, потрібно правильно підібрати резистор, здатний розсіювати потрібну потужність. Споживання струму 20 мА може здатися низьким, але розрахована потужність говорить про зворотне. Так, наприклад, для падіння напруги на 30 резистор повинен розсіювати 1400 Ом. Розрахунок розсіюваної потужності P = (Ures x Ures) / R,

• P - значення потужності, що розсіюється резистором, яка обмежує струм у світлодіоді, Вт;
• U – напруга на резисторі (у вольтах);
• R – значення резистора, Ом.

P = (28 x 28)/1400 = 0,56 Вт.

Напруга живлення світлодіода 1 Вт не витримало б перегрів протягом тривалого часу, та й 2 Вт теж занадто швидко виходили б з ладу. Для цього випадку необхідно паралельно підключити два резистори 2700 Ом / 0,5 Вт (або два резистори 690 Ом / 0,5 Вт у ряд) для рівномірного розподілу розсіювання тепла.

Тепловий контроль

Пошук оптимальної потужності системи допоможе дізнатися більше про контроль тепла, який знадобиться для надійної роботи ЛЕД, оскільки світлодіоди виділяють тепло, яке може бути дуже небезпечним для пристрою. Занадто багато тепла змусить світлодіоди виробляти менше світла, а також скорочують час експлуатації. Для світлодіода з напругою живлення 1 Вт потужності рекомендується шукати радіатор з параметрами 3 квадратні дюйми для кожного вата світлодіодів.

В даний час світлодіодна промисловість росте досить швидкими темпами і важливо знати різницю у світлодіодах. Це загальне питання, оскільки вироби можуть змінюватись від дуже дешевих до дорогих. Потрібно бути обережними у купівлі дешевих світлодіодів, тому що вони і можуть працювати чудово, але, як правило, не працюють довго та швидко горять через погані параметри. При виготовленні світлодіодів виробник вказує в паспортах показники із середніми значеннями. З цієї причини покупці не завжди знають точні характеристики світлодіодів за світловим потоком, кольором і прямою напругою.

Визначення прямої напруги

Перед тим, як дізнатися напругу живлення світлодіода, встановлюють відповідні параметри мультиметра: струм і U. Перед тестуванням встановлюють опір на найвище значення, щоб уникнути перегорання світлодіода. Це можна зробити просто: затискають висновки мультиметра, регулюють опір доти, доки струм не досягне 20 мА і фіксують напругу і струм. Для того щоб виміряти пряму напругу світлодіодів знадобляться:

1. Світлодіоди для перевірки.
2. Джерело U світлодіода з параметрами вище, ніж світлодіодний індикатор постійної напруги.
3. Мультиметр.
4. Затискачі Alligator, щоб утримати світлодіод на тестових дротах для визначення напруги живлення світлодіодів у світильниках.
5. Провід.
6. Змінний резистор 500 або 1000 Ом.

Первинний струм синього світлодіода становив 3,356 при 19,5 мА. Якщо використовуються напруга 3,6, значення резистора для використання розраховують за формулою R = (3,6 В-3,356 В) / 0,0195 А) = 12,5 Ом. Для вимірювання світлодіодів високої потужності виконують ту саму процедуру та встановлюють струм, швидко утримуючи значення на мультиметрі.

Вимірювання напруги живлення smd світлодіодів високої потужності з прямим струмом> 350 мА може бути трохи складним, тому що коли вони швидко нагріваються, U різко падає. Це означає, що струм буде вищим за заданого U. Якщо користувач не встигне, він повинен буде остудити світлодіод до кімнатної температури, перш ніж знову виконувати вимірювання. Можна використовувати 500 Ом або 1 ком. Щоб забезпечити грубе та точне налаштування або послідовно підключати змінний резистор більш високого та низького діапазону.

Альтернативне визначення вольтажу

Першим кроком до розрахунку споживання енергії світлодіодами є визначення напруги світлодіода. Якщо немає мультиметра під рукою, можна вивчити дані виробника та знайти паспортне U світлодіодного блоку. Як альтернативу можна оцінити U, ґрунтуючись на кольорі світлодіодів, наприклад, напруга живлення білого світлодіода 3,5 В.

Після того, як вимірювана напруга світлодіода, визначають струм. Його можна виміряти безпосередньо за допомогою мультиметра. Дані заводу-виробника дають приблизну оцінку струму. Після цього можна дуже швидко та легко обчислити енергоспоживання світлодіодів. Щоб розрахувати споживання енергії світлодіодом, просто множать U світлодіода (у вольтах) струм світлодіода (в амперах).

Результат, виміряний у ВАТ - це потужність, яку використовують світлодіоди. Наприклад, якщо світлодіод має U 3,6 і струм 20 міліампер, він буде використовувати 72 мл енергії. Залежно від розміру та масштабу проекту показання напруги та струму можуть вимірюватись у менших або більших одиницях, ніж базовий струм або ват. Може знадобитися перетворення одиниць. При виконанні цих розрахунків пам'ятають, що 1000 міліват дорівнює одному вату, а 1000 міліампер дорівнює одному амперу.

Щоб протестувати світлодіод і дізнатися, чи він працює і який вибрати колір - застосовується мультиметр. Він повинен мати діодну функцію тесту, яка позначається символом діода. Потім для тестування закріплюють вимірювальні шнури мультиметра на ніжках світлодіода:

1. Підключають чорний шнур на катоді (-) та червоний шнур на аноді (+), якщо користувач помиляється - світлодіод не світиться.
2. Подають невеликий струм датчикам і якщо видно, що світлодіод злегка світиться, він справний.
3. Під час перевірки мультиметра потрібно враховувати колір світлодіода. Наприклад, жовтий (бурштиновий) світлодіодний тест - гранична напруга світлодіода 1636 мВ або 1,636 В. Якщо протестований білий світлодіод або синій світлодіод, гранична напруга вище 2,5 або 3 В.

Для перевірки діода показник на дисплеї повинен знаходитись в межах від 400 до 800 мВ в одному напрямку та не показувати у зворотному напрямку. Нормальні світлодіоди мають граничні U, описані в таблиці нижче, але для того ж кольору можуть мати значні відмінності. Максимальний струм становить 50 мА, але рекомендується не перевищує 20 мА. При 1-2 мА діоди вже добре світяться. Порогове U світлодіода

Якщо акумулятор повністю заряджений, то при 3,8 В струм становить 0,7 мА. В останні роки світлодіоди досягли значного прогресу. Існують сотні моделей, діаметром 3 мм та 5 мм. Є більш потужні діоди діаметром 10 мм або спеціальних корпусах, а також діоди для монтажу на друкованій платі довжиною до 1 мм.

Світлодіоди зазвичай вважаються пристроями постійного струму, що працюють від кількох вольт постійного струму. У малопотужних додатках з невеликою кількістю світлодіодів це цілком прийнятний підхід, наприклад, у мобільних телефонах, де живлення подається від акумулятора постійного струму, але інші додатки, наприклад лінійна система освітлення смуг, що тягнеться на 100 м навколо будівлі, не може функціонувати на такій схемі.

Привід постійного струму страждає від втрат на відстані, що вимагає використання більш високих приводів U з самого початку, а також додаткових регуляторів, які втрачають електроенергію. Змінний струм спрощує використання трансформаторів для зниження U до 240 або 120 В змінного струму від кіловольт, що використовуються в лініях електропередачі, що набагато більш проблематично для постійного струму. Для запуску будь-яких напругою живлення з мережі (наприклад, 120 В змінного струму) потрібна електроніка між джерелом живлення та самими пристроями для забезпечення постійного U (наприклад, 12 В постійного струму). Важлива здатність керувати кількома світлодіодами.

Lynk Labs розробила технологію, що дозволяє здійснювати живлення світлодіода від змінної напруги. Новий підхід полягає у розробці AC-світлодіодів, які можуть працювати безпосередньо від джерела живлення змінного струму. Багато автономних світлодіодних світильників просто мають трансформатор між настінною розеткою і пристроєм для забезпечення необхідного постійного U.

Ряд компаній розробили світлодіодні лампочки, які загвинчуються безпосередньо в стандартні роз'єми, але вони незмінно також містять мініатюрні схеми, які перетворять змінний струм на постійний, перш ніж надходити на світлодіоди.

Стандартний червоний або помаранчевий світлодіод має порогове U від 1,6 до 2,1 В, для жовтого або зеленого світлодіодів напруга від 2,0 до 2,4 В, а для синього, рожевого або білого - це напруга приблизно від 3,0 до 3,6 В. У наведеній нижче таблиці наведено деякі типові значення напруги. Значення в дужках відповідають найближчим нормалізованим значенням серії E24.

Характеристики напруги живлення світлодіодів показані в таблиці нижче.

Позначення:

• STD – стандартний світлодіод;
• HL – світлодіодний індикатор високої яскравості;
• FC – низького споживання.

Цих даних достатньо, щоб користувач міг самостійно визначити необхідні параметри пристроїв для світлового проекту.

Цифровий амперметр на світлодіодах – зручний спосіб відображення інформації, при якому має значення не тільки модуль вимірюваної величини (що, до речі, значно зручніше визначати не за відхиленням стрілочного індикатора, а за величиною стовпчастої діаграми, або за допомогою міні-дисплея), а й частоту зміни цього параметра.

Опис схеми

Світлодіоди не відрізняються великою потужністю, але використовувати їх у слаботочних електричних ланцюгах допустимо та доцільно. Як приклад можна розглянути схему отримання цифрового амперметра визначення сили струму в акумуляторної батареї автомобіля, при номінальному діапазоні значень 40…60 мА.

Варіант зовнішнього вигляду амперметра на світлодіодах у стовпчик

Кількість використаних світлодіодів визначить граничне значення струму, при якому в роботу включатиметься один із світлодіодів. Як операційний підсилювач можна використовувати LM3915, або відповідний за параметрами мікроконтролер. На вхід подаватиметься напруга через будь-який низькоомний резистор.

Зручно відображати результати вимірювання у вигляді стовпчастої діаграми, де весь діапазон струму, що практично використовується, буде розділятися на кілька сегментів по 5...10 мА. Плюсом LED і те, що у схемі можна використовувати елементи різного кольору – червоного, зеленого, синього тощо.

Для роботи цифрового амперметра знадобляться такі компоненти:

1. Мікроконтролер типу PIC16F686 із АЦП на 16 біт.
2. Джампери, що настроюються для виходу кінцевого сигналу. Можна, як альтернативу, застосувати DIP-перемикачі, які використовуються як електронні шунти або сигнальні замикання у звичайних електронних ланцюгах.
3. Джерело живлення постійного струму, який розрахований на робочу напругу від 5 до 15 В (за наявності стабільної напруги, що контролюється вольтметром, підійде 6 В).
4. Контактну плату, де можна розмістити до 20 світлодіодів типу SMD.

Електрична схема амперметра на джерелах LED

Послідовність розміщення та монтажу амперметра

Вхідний сигнал по струму (не більше 1 А) подається від стабілізованого блоку живлення через шунтуючий резистор, допустима напруга на якому не повинна бути більше 40 ... 50 В. Далі, проходячи через операційний підсилювач, сигнал надходить на світлодіоди. Оскільки значення струму під час проходження сигналу змінюється, відповідно змінюватиметься і висота стовпчика. Керуючи струмом навантаження, можна регулювати висоту діаграми, отримуючи результат із різним ступенем точності .

Монтаж плати з SMD-компонентами, за бажанням користувача, можна розміщувати або горизонтально, або вертикально. Оглядове віконце перед початком тарування необхідно перекривати темним склом (підійде фільтр із кратністю 6...10 х від звичайної маски зварювання).

Тарування цифрового амперметра полягає у підборі мінімального значення навантаження по струму, коли світлодіод буде світитися. Варіювання налаштування проводиться експериментально, навіщо у схемі передбачається резистор із невеликим (до 100 мОм) опором. Похибка показань такого амперметра зазвичай не перевищує кількох відсотків.

Ви знали, що можна переробити старий вольтметр на амперметр? Як це зробити - дивіться відео:

Як настроювати регулювальний резистор

Для цього послідовно встановлюють силу струму, який проходить через певний світлодіод. Як контрольний прилад можна використовувати звичайний тестер. Вольтметр включається до схеми перед мікроконтролером, а амперметр – після нього. Для виключення впливу випадкових пульсацій підключається також конденсатор, що згладжує.

Практичним плюсом виготовлення приладу своїми руками (світлодіодів не повинно бути меншим за чотири) є стійкість схеми при значних змінах спочатку заданого діапазону сили струму. На відміну від звичайних діодів, які при короткому замиканні вийдуть з ладу, світлодіоди просто не спалахують.

Св-діоди як вимірювачі струму в акумуляторній батареї автомобіля, не тільки заощаджують заряд і зберігають акумулятори, але й дозволяють зручнішим способом зчитувати показання.

Аналогічно можна побудувати і цифровий вольтметр. Як джерела світла для такого варіанту застосування підійдуть елементи на 12, а наявність додаткового шунта в схемі вольтметра дозволить більш раціонально використовувати всю висоту стовпчастої діаграми.

Буває потреба відстежити наявність струму, що протікає в ланцюгу, в двох станах: або є, або ні. Приклад: ви заряджаєте акумулятор із вбудованим контролером зарядки, підключили до джерела живлення, а як контролювати процес? Можна звичайно ж включити в ланцюг амперметр скажете ви, і будете праві. Але постійно це робити не будеш. Простіше один раз вбудувати в блок живлення індикатор протікання заряду, який показуватиме – чи йде струм в акумулятор чи ні.
Ще приклад. Припустимо, є якась лампа розжарювання в автомобілі, яку ви не бачите і не знаєте, горить вона або перегоріла. У ланцюг до цієї лампи можна включити індикатор струму і контролювати протікання. Якщо лампа перегорить – це буде одразу видно.
Або є якийсь датчик з ниткою розжарення. Тапа газового чи датчика кисню. І вам потрібно точно знати, що нитка розжарення не обірвалася і все справно працює. Тут і прийде на допомогу індикатор, схему якого я наведу нижче.
Застосувань може бути маса, основна ідея одна – контроль наявності струму.

Схема індикатора струму

Схема дуже проста. Резистор із зірочкою підбирається залежно від контрольованого струму, може бути від 0,4 до 10 Ом. Для заряджання літії іонного акумулятора я брав 4,7 Ом. Через цей резистор протікає струм (якщо протікає), згідно із законом Ома на ньому виділяється напруга, яку відкриває транзистор. В результаті спалахує світлодіод, що індикує зарядку, що йде. Як тільки акумулятор зарядиться, внутрішній контролер відключить батарею, струм у ланцюзі пропаде. Транзистор закриється і світлодіод згасне, тим самим даючи зрозуміти, що завершена зарядка.
Діод VD1 обмежує напругу до 0,6 В. Можна взяти будь-який, на струм від 1 А. Знову ж таки, все залежить від вашого навантаження. Але не можна брати діод Шоттки, так як у нього занадто маленьке падіння - транзистор може не відкритися від 0,4 В. Через таку схему можна навіть заряджати автомобільні акумулятори, головне діод вибрати зі струмом вище, струму бажаної зарядки.

У цьому прикладі світлодіод включається під час проходження струму, а якщо потрібно показувати, коли немає струму? На цей випадок є схема із зворотною логікою роботи.

Все те саме, тільки додається ключ, що інвертує, на одному транзисторі такої ж марки. До речі, транзистор будь-якої цієї ж структури. Підійде вітчизняний аналоги – КТ315, КТ3102.
Паралельно резистори зі світлодіодом можна включити зумер, і коли при контролі, скажімо лампочки, струму не буде - пролунає звуковий сигнал. Що буде дуже зручні, і не доведеться виводити світлодіод не панель управління.
Загалом, задумів може бути багато, де використовувати цей індикатор.