Мощный светодиод от 1.5 вольт схема. Подключение светодиодов от батареек. Схемы с обратной связью по току

Многие видели миниатюрные карманные фонарики, работающие от одной батарейки 1,5 вольта. Теоретически этого напряжения не хватит для того, чтобы засветить белый светодиод. Значит под корпусом скрыто какое-то устройство, повышающее напряжение до нужного уровня. Это устройство можно сделать своими руками в течение получаса, используя недорогие и доступные детали. О том, как светодиод подключить к батарейке 1,5В во всех деталях расскажет эта статья.

Схема и принцип её работы

Схема питания светодиода от батарейки на 1,5В представлена на рисунке. Основные функциональные элементы – однокаскадный транзисторный усилитель и импульсный трансформатор, за счет которого достигается глубокая положительная обратная связь. Ток базы транзистора ограничивается резистором R1, а для оптимизации выходных параметров установлен диод VD1 и конденсатор С1, о которых будет сказано немного позже.

Схема питания светодиода от одной батарейки работает по принципу блокинг-генератора. Формирование импульсов осуществляется за счет отпирания транзистора и перехода его в режим насыщения при помощи положительной обратной связи. Выход из насыщения происходит за счет уменьшения тока базы. Транзистор закрывается, и энергия трансформатора сбрасывается в нагрузку. В результате светодиод вспыхивает на короткий промежуток времени.

Теперь более детально рассмотрим работу схемы, представленной на рисунке. Известно, что ток в катушке индуктивности не может измениться мгновенно. Сначала, в момент подачи напряжения от батарейки транзистор находится в закрытом состоянии. Постепенное нарастание тока в коллекторной, а затем и в базовой обмотке, приводит к плавному отпиранию транзистора. Это приводит к росту тока коллектора, который протекает и через коллекторную обмотку. Данное увеличение тока трансформируется в базовую обмотку и ещё больше увеличивает ток базы.

В результате такого лавинообразного процесса в транзистор входит насыщение. В режиме насыщения коллекторный ток перестаёт нарастать, а значит, напряжение на базовой обмотке станет равным нулю. Это приведёт к снижению тока базы и выходу транзистора из насыщения. Напряжение на базовой обмотке меняет полярность, что способствует практически мгновенному запиранию транзистора. В результате вся накопленная энергия устремляется в нагрузку. Светодиод вспыхивает и пропускает через себя ток, который уменьшается от значения тока коллектора до нуля. На этом временном интервале в трансформаторе происходит обратный блокинг-процесс, который приводит к очередному отпиранию транзистора. Далее цикл повторяется.

Схема работает на частоте в несколько десятков килогерц. Поэтому тысячи вспышек в секунду воспринимаются человеческим глазом как постоянное свечение. Но схему можно немного доработать, исключив провалы тока через светодиод до нуля, и добавив в неё сглаживающий конденсатор и диод. Конденсатор С1 соединяют параллельно светодиоду, соблюдая полярность, а диод VD1 – последовательно, в цепь протекания тока нагрузки. VD1 предотвращает разряд конденсатора на открытый транзистор.

Подключение светодиода к батарейке, согласно данной схеме, требует соблюдения одного правила: нельзя включать собранное устройство без нагрузки (может сгореть транзистор).

Расчет и детали сборки

Все радиодетали, необходимые для практической реализации, стоят недорого или имеются в запасах радиолюбителей. Исключение составляет трансформатор, над которым придётся немного поработать.

Трансформатор изготавливается своими руками из ферритового кольца, демонтированного из неисправной компактной люминесцентной лампы или импульсного блока питания. Внешний диаметр кольца составляет около 10 мм с возможным допуском в обе стороны. Для намотки используются два одножильных провода одинаковой длины сечением 0,5 мм 2 . Идеально подходит витая пара, применяемая в сетевом LAN подключении.

Оба провода (желательно разных цветов) складывают друг к другу и наматывают на кольцо, укладывая витки по окружности. Всего должно получиться 20 витков. При этом начала проводов выходят с одной стороны, а концы – с другой. После этого начало провода одного цвета соединяют с концом провода другого цвета и подключают их к плюсу батарейки. Два оставшихся конца соединяют с коллектором транзистора и резистором.

Транзистор выбирают исходя из наибольшего тока коллектора с двойным запасом, чтобы избежать перегрева. В данном случае подойдёт КТ315В или КТ3102А. Вместо них можно установить импортный BC547А с параметрами:

• максимальный ток коллектора – 100 мА;
• максимальное напряжение коллектор-эмиттер – 45В;
• коэффициент усиления h 21Э – 100-220.

Желательно выбрать транзистор со значением h 21Э близким к 100.

Задавшись наибольшим рабочим током коллектора 25 мА, можно рассчитать ток базы: I Б =I K / h 21Э =25/100=0,25 мА.

Теоретически сопротивление резистора R1 можно рассчитать по формуле: R1=(U БАТ -U БЭ)/I Б =(1,5-0,6)/0,00025=3600 Ом.

Однако на практике достаточно резистора номиналом 1кОм, так как в расчете не учитывается входное сопротивление источника питания и высокочастотный режим работы и ток намагничивания, который является балластной составляющей тока коллектора. Также следует учесть, что по мере снижения ЭДС батарейки резистор с меньшим сопротивлением окажется более эффективным. С резистором 1кОм-0,125Вт±5% амплитудное значение тока светодиода не превышает 26 мА.

Схему можно питать не только от батарейки 1,5В, но и от пальчикового аккумулятора 1,2В.

Диод VD1 в данном случае должен обладать малым падением напряжения в открытом состоянии. Для этой цели подойдут диоды Шоттки типа 1N5817-1N5819, у которых падение напряжения на малых токах составляет 0,2-0,4В. Конденсатор C1 – электролитический на 10 мкФ-6,3В. Этой ёмкости достаточно, чтобы сгладить пульсации тока на светодиоде.

Во время работы батарейка теряет ёмкость, и напряжение на её выводах снижается. При этом светодиод будет продолжать светиться, пока соблюдается условие: U БАТ >U БЭ (в среднем 0,6В). Таким образом, схема питания светодиода от одной батарейки позволяет с максимальной эффективностью использовать пальчиковую батарейку.

Печатная плата

Печатную плату простейшего блокинг-генератора можно скачать . Это односторонняя плата размером 10 на 20 мм, которая легко помещается в корпусе фонарика. Готовую плату с деталями и проводками к светодиоду желательно поместить в термотрубку и разместить рядом с батарейкой. Если применить smd транзистор и резистор, исключив диод с конденсатором, то можно сделать плату ещё меньшего размера для самого маленького фонарика.

Послесловие

Рассмотренное схемотехническое решение эффективно в случае включения 1-3 светодиодов любого цвета с максимальным током до 30 мА. Чтобы запитать более мощный светодиод от одной батарейки, потребуется внести некоторые коррективы. В приведенной схеме можно снизить сопротивление резистора, тем самым увеличив амплитуду тока коллектора (но не более максимального паспортного значения).

Для подключения светодиода 1W придётся все детали схемы заменить на более мощные: трансформатор с сердечником большего размера и транзистор с током коллектора не менее 500 мА. Во время наладки схемы для фонаря на одной батарейке нужно пользоваться осциллографом, чтобы проконтролировать ток светодиода.

В интернете можно найти много схем подключения светодиода к батарейке. При этом авторы не стесняются демонстрировать фото своих измерений, где ток в нагрузке превышает допустимое значение для маломощного светодиода (30 мА). Почему же светодиод не перегорает? Дело в том, что большая часть мультиметров измеряет переменное напряжение и ток только в диапазоне 40-400 Гц и об этом сказано в инструкции. Но многие радиолюбители не знают этого нюанса. Естественно мультиметр не может измерить ток светодиода, пульсирующий с частотой десятки кГц, и отображает на экране случайное число.

Читайте так же

Из недостаков можно отметить моно-звук, отсутствие нормальных басов. Но зато есть вход и выход, кому не хватает басов можно подключить его на внешние колонки.

Приемник настолько удачный что, для того чтобы не залезть этим аппаратом в класс мультимедиа-центров производитель урезал часть функционала MP3 плеера, и не стал устанавливать подсветку шкалы приемника, хотя судя по конфигурации передней панели она там предполагалась. Корпус склеен из пресованной стружки и достаточно рыхлый, но это легко исправить.

Проклеиваем все швы столярным ПВА с "горкой" до полного высыхания.

Затем пропитываем торцы и внутренности полиуретановым лаком, он очень хорошо внитывается поэтому придется положить три-четыре обильных слоя.

После высыхания корпус натягивается и начинат "звучать" как передняя дека гитары:-)

Промеряем посадочное место для установки света, в нашем случае это панелька длиной 90 и шириной 7 мм.

Режем фольгированный текстолит на панельки нужного размера.

Питание приемника осуществляется напряжением 6В, для подсветки я хочу попробовать ораньжевые и желтые светодиоды с прямым напряжением 2.1В. Буду ставить их парами, избыток напряжения при такой схеме будет составлять 1.8В, его мы осадим на резисторе. Номинал резистора расчитывается по закону Ома R=U/I. В нашем случае U=1.8 В, а ток I=20 mA (предельно допустимый прямой ток для данного типа светодиодов), получается что при R=90 Ом все должно работать, но мы пойдем дальше и ограничим ток до 10-9mA, при этом значительного уменьшения яркости не происходит. Получаем R=220 Ом. Расчет можно произвести по ссылке приведенной внизу этого поста.

Собираю две планки желтого и ораньжевого цвета на разных типах светодиодов. Для того чтобы не городить сопли использую одну сторону фальгированного текстолита как минус, другую как плюс.

Более насыщенное свечение дали SMD светодиоды оранжевого цвета.

Эта планка и пошла в дело. Клею на двухсторонний скотч, при этом светодиоды светят строго в торец шкалы, там имеется технологическая щель.

Волшебная шкала.

Плюс выводим на ручку включения (регулировки громкости)

Минус на центральную жилу разъема питания. При такой схеме включения подсветка будет работать только при работе от внешнего блока питания, в режиме работы от батареек она светить не будет экономя батарейки. Думаю производитель специально разязал две цепи питания через диод.

Давно хотел сделать себе миниатюрный и яркий фонарик питающийся от одно элемента АА или ААА. Для таких целей есть даже спец. микросхемы, но их дефицит у нас + жаба заставили меня пораскинуть мозгами. В результате было сделано это чудо:

Светит очень ярко. Яркость свечения почти не падает, если подключить параллельно еще один светодиод. Распространённость деталей + легкость сборки и настройки позволят без проблем повторить эту конструкцию.

Трансформатор наматывается на ферритовом кольце. Я брал кольцо из старой материнской платы. Наматывать очень просто. Берем два провода одинаковой длинны (я использовал два разноцветных провода от сетевого кабеля). Складываем их вместе и сложенным проводом начинаем наматывать на кольцо виток к витку. В результате у нас получаться 4 провода по два с каждой стороны кольца. Берём по одному проводу разных цветов с каждой стороны и связываем их вместе. Должно получиться примерно следующее:

Вид сбоку:

Вместо транзистора BC547C можно применить наш отечественный кт315. Резистором R1 можно немного регулировать яркость свечения. Плата для этой схемы не разрабатывалась, на мой взгляд она тут ни к чему.

Не знаю, как вас, а меня в современном мире угнетает нерациональное использование батареек. Покупаем полуторавольтовую для пульта телевизора, например. Он работает и радует нас своей возможностью переключать каналы, не вставая с дивана. Но со временем начинаются сбои, кнопки приходится нажимать многократно, чтобы добиться хоть каких-то действий, пульт уже надо держать на вытянутой руке… Села батарейка. Как всегда — меняем, что же делать. Но если проверить напряжение в ней, то оно вряд ли будет на нуле. Скажем, останется один вольт. И куда его девать? Выбросить жалко, а использовать некуда, ничего толкового не запитаешь.

Вот в связи с такими чудовищными растратами энергии я и собрал схему «похитителя джоулей», чтобы «дожигать» забракованные другими потребителями батарейки с помощью светодиода. Она и называется так оттого, что способна почти полностью осушать батарейку, лишая ее последнего джоуля энергии. Да и вообще, «фонарик Апокалипсиса», работающий на всяком мусоре — очень крутая идея.
Наиболее занимательное в данном устройстве — это, собственно, сам факт работы светодиода от источника питания с низким напряжением. Обычно светодиоду надо 2,5 — 4 вольта (в зависимости от цвета), если напряжение ниже, то он попросту не включится. Данная схема работает как повышающий преобразователь, и на выходе ее как раз столько напряжения, сколько надо светодиоду.

Схема очень простая, с минимумом деталей. Конденсатор и диод можно исключить.


Сердцем устройства является трансформатор. Он наматывается на ферритовом кольце. Хорошо подходят кольца из отслужившей свое материнской платы ПК.


Берем эмалированную медную проволоку (у моей диаметр 0,3, что ли — штангенциркуль ржавый), складываем ее вдвое и начинаем мотать вокруг кольца.

Всего нужно 20 витков. Забегая на будущее — во втором варианте схемы 26 витков (для разнообразия).
После определяемся с катушками. У нас получаются два вывода сверху и два снизу. Зачищаем их от лака любым известным методом — «наждачка», огонь, «Аспиирн». С помощью функции прозвонки в мультиметре находим комбинацию выводов «один сверху-один снизу», когда он не пищит — это будет место соединения двух катушек. Они соединяются в противофазе, то есть конец одной — к началу другой.


Транзистор я использовал КТ315Г, но можно и с другой оконечной буквой. Мой друг-электронщик, когда я ему показываю свою очередную самоделку (или чью-то в Интернете), сразу спрашивает, сколько внутри КТ315. Если меньше одного — устройство бесполезно и бездушно, если один, но вместе с другими транзисторами — то на нем все держится, на нескольких КТ315 — хорошее и правильное, весь функционал обеспечивает один-единственный транзистор этой марки — высший класс.
Во втором варианте схемы — КТ361Д. Соответственно, меняется полярность включения светодиода и батарейки.
Резистор в базовой цепи — 1 кОм.
Светодиод теплого белого свечения, с желтым оттенком. В китайских поделках, заваливших рынок, поголовно стоят холодного белого свечения, у них синеватый отлив. Под моим светодиодом припаян резистор на 100 Ом. Он ограничивает ток.



Ух ты, работает. Очень сильное колдунство.




Работы по миниатюризации. Я на основе такой схемки хочу действительно собрать себе фонарик-дожигатель батареек. Резистор перед светодиодом убрал, чтобы он ярче светил.