Як світлодіод підключити до батарейці відповідь експерта
Схема і принцип її роботи
Схема харчування світлодіода від батарейки на 1,5 В представлена на малюнку.
Схема харчування світлодіода від однієї батарейки працює за принципом блокинг-генератора. Формування імпульсів здійснюється за рахунок відмикання транзистора і переходу його в режим насичення за допомогою позитивного зворотного зв'язку. Вихід з насичення відбувається за рахунок зменшення струму бази. Транзистор закривається, і енергія трансформатора скидається в навантаження. В результаті світлодіод спалахує на короткий проміжок часу.
Тепер більш детально розглянемо роботу схеми, представленої на малюнку. Відомо, що струм в котушці індуктивності не може змінитися миттєво. Спочатку, в момент подачі напруги від батарейки транзистор знаходиться в закритому стані. Поступове наростання струму в колекторної, а потім і в базовій обмотці, призводить до плавного відмикання транзистора. Це призводить до зростання струму колектора, який протікає і через колекторну обмотку. Дане збільшення струму трансформується в базову обмотку і ще більше збільшує струм бази.
В результаті такого лавиноподібного процесу в транзистор входить насичення. У режимі насичення колекторний струм перестає наростати, а значить, напруга на базовій обмотці стане рівним нулю. Це призведе до зниження струму бази і виходу транзистора з насичення. Напруга на базовій обмотці змінює полярність, що сприяє практично миттєвого замикання транзистора. В результаті вся накопичена енергія спрямовується в навантаження. Світлодіод спалахує і пропускає через себе струм, який зменшується від значення струму колектора до нуля. На цьому часовому інтервалі в трансформаторі відбувається зворотний блокинг-процес, який призводить до чергового відмикання транзистора. Далі цикл повторюється.
Схема працює на частоті в кілька десятків кілогерц. Тому тисячі спалахів в секунду сприймаються людським оком як постійне світіння. Але схему можна трохи доопрацювати, виключивши провали струму через світлодіод до нуля, і додавши в неї згладжує конденсатор і діод. Конденсатор С1 з'єднують паралельно світлодіоду, дотримуючись полярності, а діод VD1 - послідовно, в ланцюг протікання струму навантаження. VD1 запобігає розряд конденсатора на відкритий транзистор.
Підключення світлодіода до батарейці, відповідно до даної схеми, вимагає дотримання одного правила: не можна включати зібраний пристрій без навантаження (може згоріти транзистор).
Розрахунок і деталі збірки
Все радіодеталі, необхідні для практичної реалізації, коштують недорого або маються на запасах радіоаматорів. Виняток становить трансформатор, над яким доведеться трохи попрацювати.
Трансформатор виготовляється своїми руками з феритового кільця, демонтованого з несправною компактної люмінесцентної лампи або імпульсного блоку живлення. Зовнішній діаметр кільця складає близько 10 мм з можливим допуском в обидві сторони. Для намотування використовуються два одножильних дроти однакової довжини перетином 0,5 мм 2. Ідеально підходить кручена пара, що застосовується в мережевому LAN підключенні.
Обидва дроти (бажано різних кольорів) складають один до одного і намотують на кільце, укладаючи витки по колу. Загалом має вийти 20 витків. При цьому початку проводів виходять з одного боку, а кінці - з іншого. Після цього початок дроти одного кольору з'єднують з кінцем дроту іншого кольору і підключають їх до плюса батарейки. Два залишилися кінця з'єднують з колектором транзистора і резистором.
Транзистор вибирають виходячи з максимального струму колектора з подвійним запасом, щоб уникнути перегріву. В даному випадку підійде КТ315В або КТ3102А. Замість них можна встановити імпортний BC547А з параметрами:
- максимальний струм колектора - 100 мА;
- максимальна напруга колектор-емітер - 45В;
- коефіцієнт посилення h21Е - 100-220.
Бажано вибрати транзистор зі значенням h21Е близьким до 100.
Поставивши собі за найбільшим робочим струмом колектора 25 мА, можна розрахувати струм бази: IБ = IK / h21Е = 25/100 = 0,25 мА.
Теоретично опір резистора R1 можна розрахувати за формулою: R1 = (UБАТ -UБЕ) / Іб = (1,5-0,6) / 0,00025 = 3600 Ом.
Однак на практиці досить резистора номіналом 1кОм, так як в розрахунку не враховується вхідний опір джерела живлення і високочастотний режим роботи і струм намагнічування, який є баластної складової струму колектора. Також слід врахувати, що в міру зниження ЕРС батареї резистор з меншим опором виявиться більш ефективним. З резистором 1кОм-0,125Вт ± 5% амплітудне значення струму світлодіода не перевищує 26 мА.
Схему можна живити не тільки від батарейки 1,5 В, але і від пальчикового акумулятора 1,2В.
Діод VD1 в даному випадку повинен володіти малим падінням напруги в відкритому стані. Для цієї мети підійдуть діоди Шотткі типу 1N5817-1N5819, у яких падіння напруги на малих токах становить 0,2-0,4В. Конденсатор C1 - електролітичний на 10 мкФ-6,3. Цією ємності досить, щоб згладити пульсації струму на світлодіоді.
Під час роботи батарейка втрачає ємність, і напруга на її висновках знижується. При цьому світлодіод буде продовжувати світитися, поки дотримується умова: UБАТ> UБЕ (в середньому 0,6). Таким чином, схема живлення світлодіода від однієї батарейки дозволяє з максимальною ефективністю використовувати пальчиковую батарейку.
Друкована плата
Друковану плату найпростішого блокинг-генератора можна скачати тут. Це одностороння плата розміром 10 на 20 мм, яка легко поміщається в корпусі ліхтарика. Готову плату з деталями і проводками до светодиоду бажано помістити в термотрубкі і розмістити поруч з батарейкою. Якщо застосувати smd транзистор і резистор, виключивши діод з конденсатором, то можна зробити плату ще меншого розміру для самого маленького ліхтарика.
Післямова
Розглянуте схемотехнічне рішення ефективно в разі включення 1-3 світлодіодів будь-якого кольору з максимальним струмом до 30 мА. Щоб живити більш потужний світлодіод від однієї батарейки, буде потрібно внести деякі корективи. У наведеній схемі можна знизити опір резистора, тим самим збільшивши амплітуду струму колектора (але не більше максимального паспортного значення).
Для підключення світлодіода 1W доведеться всі деталі схеми замінити на більш потужні: трансформатор з сердечником більшого розміру і транзистор з струмом колектора не менше 500 мА. Під час налагодження схеми для ліхтаря на одній батарейці потрібно користуватися осцилографом, щоб проконтролювати струм світлодіода.