Автоматизированный ночник на ультраярких светодиодах

В последние годы для разработчиков электронной аппаратуры и радиолюбителей стала доступной новейшая элементная база ведущих зарубежных и отечественных производителей, что позволяет создавать новые версии привычных в быту устройств, значительно повышая их эксплуатационные характеристики.

Относительно недавно появившиеся в розничной продаже светодиоды с высокой светоотдачей почти всех основных цветов свечения позволяют создать компактную конструкцию домашнего ночника без использования архаичных ламп накаливания (рис. 1.40). Интенсивности светового потока, создаваемого описываемым устройством, достаточно, чтобы, как минимум не напрягая зрение, читать газетный текст на расстоянии двух-трех метров.

В процессе эксплуатации этого ночника не требуется его обслуживание. Он не боится тряски, падений, скачков напряжения. Для необслуживаемого использования он оснащен двумя видами электронных реле - фото и акустическим. Светодиоды светятся только с наступлением темноты, при условии, что на мембрану микрофона оказывается достаточное звуковое воздействие. Такой режим работы не только экономит электроэнергию, но и создает более комфортные условия для отдыха.

Микрофонный усилитель собран на микромощном малошумящем операционном усилителе DA1. Его коэффициент усиления определяется отношением сопротивлений резисторов R4 и R5. Для нормальной работы микросхемы напряжение на ее неинвертирующем входе (выв. 3), должно составлять примерно половину от напряжения на выв. 7 (ввод питания). В делитель напряжения для ОУ входят R1, R4 и микрофон ВМ1. Резистором R2 задается ток покоя ОУ на уровне 180...300 мкА.

Рис. 1.40

Усиленное DA1 напряжение звуковой частоты снимается с выхода ОУ и через разделительный конденсатор С4 поступает на од-нополупериодный выпрямитель, выполненный на диодах VD1, VD2. Когда уровень звукового сигнала достаточен, конденсатор С5 заряжается до 2,5...6 В, полевой n-канальный транзистор VT2 обогащенного типа открывается. Если в это время фототранзистор VT1 не освещен, то транзистор ѴТЗ закрывается, a ѴТ4 и ѴТ5 открываются, что приводит к зажиганию ультраярких светодиодов HL1-HL10. Длительность периода (после наступления тишины), в течение которого транзисторы будут находиться в таком состоянии, зависит в основном от параметров времязадающей цепи C5R9. Схема включения транзисторов ѴТЗ, ѴТ4 представляет собой триггер Шмитта, что обеспечивает работу высоковольтного транзистора ѴТ5 в ключевом режиме. Конденсатор С8 предназначен для более четкого переключения транзисторов триггера.

Чувствительность фотореле к искусственному и естественному освещению задается сопротивлением резистора R7: она тем выше, чем больше его сопротивление.

Устройство питается сетевым напряжением переменного тока 220 В. Напряжение +10 В для питания узлов управления формируется на стабилитроне VD4. Резистор R17 предотвращает обесточивание узлов схемы при закрытом высоковольтном транзисторе ѴТ5. Когда ѴТ5 закрыт, напряжение на его коллекторе относительно общего провода составляет 14...18 В, что мало для зажигания светодиодов, но вполне достаточно для работы параметрического стабилизатора на элементах VD4, R16.

Резистор R18 предназначен для разрядки конденсатора С9 после отключения устройства от сети. Резистор R19 уменьшает броски тока через выпрямительный мост VD5 при включении питания ночника.

В конструкции можно использовать постоянные резисторы С2-23, С2-33, С1-4, МЯТ соответствующей мощности. Переменный резистор R3 типа РП1-63м, СПЗ-19а, СПЗ-Зва. Конденсатор С5 танталовый или ниобиевый с малым током утечки из серий К53, К52. Конденсатор С9, гасящий избыток мощности сетевого напряжения, типа К73-24, «73-17, К73-16 или импортный аналог на напряжение не ниже 400 В и указанной на принципиальной схеме емкости. Конденсатор С4 обязательно пленочный, например, К73-17 на 1 мкФхбЗ В. Конденсатор С6 - керамический типа К10-17, КМ-5. Остальные конденсаторы - оксидные, малогабаритные, по возможности, производства известных зарубежных фирм, например, SAMSUNG, KELTRON, RUBYCON или отечественные последних разработок.

Диоды VD1-VD3 можно заменить кремниевыми маломощными диодами серий КД503, КД512, КД521, КД522. Стабилитрон VD4 заменяется на КС406Б, КС210Ж, КС207А, Д814В, 1N4710, TZMC-10. Диодный мост VD5 можно установить DB104, DB107, КС407А, КС422Г или четыре выпрямительных диода, например, типа КД102Б, КД243Ж, 1N4007. Полевой МОП-транзистор VT2 можно заменить на любой из серии КП501, ZVN2120 или на аналогичный токовый ключ КР1014КТ1А, КР1064КТ1А. Цоколевка этих и некоторых других приборов дана на рис. 1.41.

Рис. 1.41

Транзистор ѴТЗ заменяется любым из серий КТ3102, 2SC1222, 2SC1845, ѴТ4 - на КТ940АМ, КТ969А, MPSA42, 2SC2330. Вместо мощного высоковольтного транзистора КТ851Б можно использовать 2SA1400, 2SA1776 или КТ9115А, КТ9178А.

Микрофон можно применить любой малогабаритный электрет-ный с током потребления не более 500 мкА. Подробную информацию о микросхеме КР1407УД2 можно найти в [3, 60], а рекомендации по ее замене в [50]. Фототранзистор с темновым током менее 100 нА можно заменить на L51P3, L32P3C или аналогичным.

В этой конструкции использованы импортные ультраяркие светодиоды фирмы KINGBRIGHT диаметром 5 мм в прозрачном корпусе: HL1-HL5 - «красные» L1513SRC/F (4500 мкд), вместо них можно установить L1503SRC/F, L1543SRC/E, КИПД40С20-1/К4-П6; HL6-HL10 - «зеленые» L1513SGC (300 мкд). Их можно заменить на L1503SGT, L1543SGC, КИПД40С20-1/Л1-П6. Пользуясь подробными каталогами торговых организаций или фирм производителей, их можно заменить другими с аналогичными или еще лучшими параметрами. Очень хорошие результаты будут получены, если вместо двух-трех светодиодов указанных типов установить ультраяркие светодиоды белого цвета свечения NSPW500BS (5500...6400 мвд) или синего L7113PBC, L7113PBT (450...1000 мкд, с кристаллами из сплава InGaN). Применение в ночнике светодиодов разного цвета свечения дает более мягкое и естественное «вечернее» освещение.

Все детали устройства можно установить на плате размерами 65х 55 мм и разместить в корпусе габаритами 105x70x45 мм («активная вилка», «шкатулка», «мыльница» и т.п.). С обратной или боковых сторон необходимо просверлить несколько десятков вентиляционных отверстий диаметром 2,5 мм. При разводке печатной платы нужно минимизировать подогрев транзистора VT5 резисторами R16, R18. Световой поток от светодиодов не должен попадать на фототранзистор. В большинстве случаев может потребоваться экранировка медной или латунной фольгой каскада на операционном усилителе DA1.

Налаживание правильно собранного устройства сводится к установке баланса ОУ подбором резистора R1, установке порога акустической чувствительности резистором R3 и светочувствительности резистором R7. Для удобства эксплуатации восприятие «органов чувств» ночника устанавливают максимально возможным. Если при светящихся светодиодах напряжение на выводах коллектора и эмиттера транзистора VT5 будет более 7 В, то следует заменить этот транзистор на экземпляр с большим коэффициентом передачи тока базы. Если чувствительность микрофона окажется недостаточной, то перед детектором на VD1, VD2 можно установить один дополнительный усилительный каскад на биполярном р-п-р транзисторе, работающий с током коллектора 300...400 мкА.

Параллельно с резистором R7 можно установить малогабаритную кнопку с фиксацией, что позволит принудительно зажигать светодиоды вне зависимости от состояния обоих датчиков. Цоколевка некоторых деталей дана на рис. 1.41.

Так как все элементы устройства находятся под напряжением осветительной сети, то для удобства настройки готового изделия необходимо соблюдать меры электробезопасности. При монтаже светодиодов необходимо тщательным образом следить за их полярностью и не допускать разрыва их цепи.

Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, Москва 2008