Продолжая знакомить с устройством мигающих светодиодов типа МСД необходимо дополнить данный материал тем, чтобы показать правильность включения и практическое применение данного типа светодиодов в радиолюбительских конструкциях. После тщательного ознакомления со множеством различной документации было выявлено следующее, что ни одна из фирм-разработчиков МСД не потрудилась привести в файлах Datasheet рекомендуемые схемы включения.

Расчет не публиковать полные справочные данные, видимо простой, зачем публиковать и так очевидную информацию, как знать, может быть, эта “очевидность” усыпила бдительность разработчиков и не дала повода исследовать нестандартные области их применения.

Рис.1.

Максимум приводимых сведений - это наличие встроенного ограничительного резистора (built-in resistor) и возможность подключения МСД напрямую к выходам ТТЛ и КМОП-микросхем (easily be driven by TTL & CMOS circuit).

Если перевести язык текста в язык графики, то получится три варианта типовых схем включения - рис.1,2,3. Условное графическое обозначение МСД выполнено по аналогии с обычным светодиодом, но с заменой сплошных стрелок излучения пунктирными.

Итак, пои подаче на анод положительного, а на катод отрицательного напряжения - рис.1, светодиод HL1 начинает постоянно мигать с частотой, определяемой техническими характеристиками согласно таблица 1. Длительности светящегося и несветящегося состояний примерно одинаковы.

Рис.2. Рис.3.

Инвертор DD1 на рис.6 может быть как стандартной ТТЛ, так и буферизированной КМОП-микросхемой, например, К561ЛН2. Инвертор DD1 - рис.3 должен иметь выход с открытым коллектором или открытым стоком, при этом напряжение, питающее светодиод HL1, может быть значительно больше, чем необходимо для микросхемы DD1.

Автогенераторная схема

Кроме типовых, известен целый класс нестандартных схем включения МСД. К примеру, он может служить не только генератором световых “вспышек”, но и автогенератором электрических импульсов [1, 3, 4]. На рис.4, 5 приведены две основные схемы, использующие при работе область микротоков на ВАХ светодиодов.

Рис.4. Рис.5.

Схема на рис.4 более практична, поскольку допускает широкое варьирование номинала резистора R1 (0,1...300 кОм) и применение в качестве DD1 ТТЛ- или КМОП-микросхемы. В схеме на рис.5 можно применять только КМОП-логику (резистор R1 от единиц до сотен килоом).

На выходе инвертора DD1 образуются импульсы, имеющие в первом приближении частоту следования “вспышек” МСД. Скважность импульсов отличается от меандра и в небольших пределах может регулироваться резистором R1. Вместе со скважностью меняется и частота “вспышек”. Небольшой нюанс.

Рис.6. Рис.7.

При внимательном прочтении статьи вы вправе задать вопрос: “Почему форма выходного сигнала не меандр, хотя согласно эквивалентной схеме на электронный ключ МСД подаются импульсы со скважностью 2?” Все дело в разном напряжении, которое прикладывается к МСД в светящемся и несветящемся состоянии.

Виной тому нагрузочный резистор R1 - рис.4, 5, на котором в первом случае падает напряжение значительно большее, чем во втором. Это, в свою очередь, приводит к частотной модуляции сигнала задающего ВЧ-генератора и, как следствие, к изменению отношения длительностей сигналов после счетчиков.

Рис.8. Рис.9.

МСД в качестве ждущего мультивибратора

Если МСД устойчиво генерирует электрические импульсы, то логично предположить возможность его работы в схемах одновибраторов и управляемых мультивибраторов (“заторможенных” генераторов). Однако прежде чем приступить к синтезу подобных схем, необходимо детально исследовать четыре возможных варианта управления МСД от внешнего логического элемента.

Таблица 1.

Серия м/сх DD1	Рисунок 10		Рисунок 11		Рисунок 12		Рисунок 13
	R1, кОм	F, Гц	R1, кОм	F, Гц	R1, кОм	F, Гц	R1, кОм	F, Гц
К155	0,06-1,5	1,8-1,66	-	-	0,25-1,9	1,7-1,56	-	-
К555	0,05-3,7	1,8-1,52	-	-	0.26-3.5	1,7-1,5	-	-
КР1533	0,07-2,4	1,8-1,38	-	-	1,2-65	1,6-1,3	-	-
КР1531	0,08-3,6	1,8-1.56	-	-	0,7-5	1,66-1.47	-	-
КР1554	0,6-180	1,7-1.27	0,6-180	1,7-1,27	0.6-170	1,7-1.25	0.6-170	1,7-1,25
К561ЛН2	0,15-110	1,75-1,35	1,9-360	1,6-1,16	0,6-110	1,72-1.3	1.2-330	1.6-1.13
К561ЛА7	0,05-160	1,8-1,28	1,1-220	1,66-1,2	1,2-130	1,6-1.28	0,05-150	1.72-1.28

В таблице 1 приведены сводные результаты опытов по варьированию номинала резистора R1 в схемах рис.6, 7, 8, 9 для разных серий ТТЛ и КМОП-микросхем. В целях объективности во всех случаях применялись одни и те же экземпляры микросхем и МСД.

Если приглядеться повнимательнее, то конфигурация включения цепочек R1-HL1 очень напоминает известные схемы дифференцирования и интегрирования импульсов, следует только поставить вместо светодиода конденсатор. Дальнейшее направление экспериментов очевидно - попытаться заменить времязадающие конденсаторы в схемах одновибраторов и мультивибраторов “мигающими” светодиодами и посмотреть, что из этого получится.

Рис.10. Рис.11. Рис.12.

На рис.10, 11, 12, 13, 14 приведены схемы ждущих мультивибраторов на логических элементах с МСД. По выполняемым функциям это расширители импульсов с дополнительной возможностью генерации одиночной серии импульсов.

Сказанное поясняет временная диаграмма - рис.15, относящаяся к схеме на рис.11. При длительности входного импульса менее 250-300 мс на выходе формируется одиночный импульс длительностью 80 мс. Это стандартный режим работы одновибратора.

При длительности входного импульса более 300 мс начинается постоянная генерация импульсов с частотой, определяемой параметрами МСД и сопротивлением резистора R1. Итого, получается уникальное устройство, формирующее укороченный первый импульс длительностью 80 мс, а все последующие - расширенные до 200-300 мс.

Рис.13. Рис.14. Рис.15.

Аналогичные процессы происходят и в схемах рис. 10-14. Здесь и далее номиналы резисторов R1 выбираются в зависимости от серии микросхем и варианта включения согласно таблице 1. Если заменить логические элементы D-триггером, то получится триггерный одновибратор - рис.16. Номинал резистора R1 влияет на частоту генерации серии расширенных импульсов и может меняться в широких пределах.

Рис.16.

Преимущества схем с МСД.

• Во-первых, при низких номиналах нагрузочных резисторов R1 50...600 Ом одновременно с генерацией импульсов будут наблюдаться достаточно яркие световые “вспышки”.
• Во-вторых, малые габариты по сравнению с электролитическими конденсаторами. Для сравнения, чтобы получить импульсы с частотой 1,5-2,5 Гц в RC-генераторах на ИМС, требуются конденсаторы емкостью от 5-10 мкФ (серия микросхем К561) до 500-1000 мкФ (серия микросхем К155) или применение дополнительных транзисторов, микросхем.
• В-третьих, крутые фронты выходных сигналов, что недостижимо при замене МСД конденсаторами большой емкости.

Экзотические схемы включения

Рис.17.

МСД могут применяться в устройствах, функционально весьма далеких друг от друга. Например, амплитудный и частотный модулятор [4], стереобипер [3], индикатор полярности напряжения [4], переключатель елочных гирлянд [5]. В последнем примере МСД используется как своеобразный “паровоз”, за которым следуют “вагоны” из обычных светодиодов рис.17.

В итоге вся последовательно соединенная цепочка излучателей мигает в едином ритме. Собрав три такие гирлянды с тремя разноцветными МСД, можно получить устройство, иллюминация которого подчиняется закону псевдослучайных чисел с большим периодом повторения.

МСД выгодно применять для подавления “дребезга” контактов механической кнопки - рис.18. При коротком нажатии на кнопку SB1 на выходе образуется четкий одиночный импульс отрицательной полярности длительностью около 80 мс.

При длительном удержании кнопки будут генерироваться импульсы с частотой “вспышек” светодиода HL1. Такую схему удобно использовать при тестировании сложных микропроцессорных систем, подавая сигнал от МСД на вход сброса. Удерживая кнопку SB1, можно будет проанализировать, как ведет себя система при периодическом обнулении ее параметров.

Схему на рис.10 допускается использовать не только в качестве одновибратора, но и делителя частоты следования входных импульсов. Коэффициент деления равен отношению частоты входных импульсов к частоте "мигания" МСД.

Рис.18.

В отличие от ее прототипа, в котором вместо не применен электролитический конденсатор, значительно повышается стабильность коэффициента деления и увеличивается крутизна фронтов выходного сигнала.

На рис.19 МСД работает совместно с триггером Шмитта, выполненном на инверторе DD1. В результате такого “сотрудничества” на выходе схемы генерируются пачки высокочастотных импульсов. Частота заполнения зависит от номинала резистора R1: 120 кГц при 100 кОм, 1 МГц при 15 кОм. Побочный эффект - небольшая широтно-импульсная модуляция.

Схема управляемого генератора пачек импульсов изображена на рис.20. Функционирование устройства начинается после подачи на вход ВЧ сигнала тактовой частоты, при этом выходной сигнал оказывается промодулированным с частотой “вспышек” HL1.

Если на вход будет подан логический “0”, то генерация импульсов прекращается, а если логическая “1”, то генерация “вспышек” возобновляется, но без ВЧ тактового заполнения.

Рис19.

На рис.21 изображена схема, предназначенная для организации импульсного питания различных устройств. Ток нагрузки зависит от типа МСД и приложенного напряжения.

Для светодиодов фирмы Kingbright этот ток составляет от 3-5 мА при напряжении 5-8В до 40 мА при напряжении 15 В. МСД работает как электронный ключ. Частота включения определяется в первом приближении частотой его “вспышек”.

Если установить в схему электролитический конденсатор С1, то получится режим пилообразного питания устройства, который можно использовать для игрушек типа “сирена”. Еще один вариант на эту тему приведен на рис.22.

Амплитуда выходного пилообразного сигнала регулируется резистором R1 и составляет 2-3 В. На рис.23 приведена схема, иллюстрирующая работу МСД в качестве частотного детектора. На элементах DD1.1-DD1.4 собран генератор с изменяемой частотой следования импульсов.

Если их частота не превышает 5 Гц, то МСД “мигает” в своем родном ритме. При повышении частоты до 20 Гц происходит полная засветка МСД! В дальнейшем, начиная со значения 300-400 Гц, светодиод опять становится “мигающим”.

Рис.20. Рис.21. Рис.22.

Интересное наблюдение. При подаче на МСД импульсов частотой около 100 Гц он начинает реагировать на уровень внешней засветки от обычных ламп накаливания и ламп дневного света. В этом режиме МСД превращается в фотодиод. Достаточно заслонить рукой свет от лампы и МСД вместо полной засветки будет “мигать”.

Итоги

Появление МСД стало заметной вехой в преодолении очередного технологического барьера в электронной технике. Союз оптики и микроэлектроники доказал свою прочность на деле. Для фирм-изготовителей освоение производства МСД явилось хорошей рекламой потенциальных возможностей.

Пока что МСД не стали широко распространенными приборами такими, как стали простые светодиоды, и их до сих пор можно отнести к разряду экзотических. Причина кроется в их относительно высокой цене. По сравнению с обычными светодиодами МСД стоят в 5-10 раз дороже.

Рис.23.

Сфера их применения - миниатюрные устройства охранной сигнализации, индикаторы аварийных ситуаций. Нестандартные схемы включения могут быть рекомендованы в случае доработок аппаратуры, когда требуются малые габариты устройства и повышенная крутизна фронтов выходных сигналов.

С. Рюмик

Литература:

1. Рюмик С. Генераторы импульсов на мигающем” светодиоде. - Радио, 2000, №2, с. 45.
2. Рюмик С. Мигающие светодиоды (справочный материал). - РА, 1999, №12, с. 26.
3. Рюмик С. Бипер без конденсаторов. - Радиолюбитель, 1999, №8, с. 24.
4. Рюмик С. Необычные применения мигающих светодиодов. - РА, 1998, Null-12, с. 23.
5. Рюмик С. Что мигает на елке? - Моделист-конструктор, 1999, N912, с. 20,21.