Описание Бегущий огонь на транзисторах
Компоненты в схеме:
R1 – 10 кОм, R2 – 360 Ом, R3 – 10 кОм, R4 – 360 Ом, R5 – 10 кОм, R6 – 360 Ом, C1, С2, С3 – 10 мкФ.
«Бегущие огни" со светодиодами на транзисторах – это несложный автомат световых эффектов, который можно применить в различных декоративных устройствах.
Каскады из транзисторов и светодиодов соединены как бы в кольцо, образуя так называемый трехфазный мультивибратор. Скорость переключения светодиодов зависит от величины резисторов R1, R3, R5 и конденсаторов С1, С2, С3.
Сборку устройства удобнее производить покаскадно. Сначала устанавливается транзистор Q1. Эмиттер соединяется перемычкой с минусом батареи. К базе и коллектору подключаются резисторы и светодиод. Затем собирается 2-ой каскад.
Каскады друг с другом соединяются конденсаторами.
Далее можно увеличить количество светодиодов в каждом каскаде.
Для более четкого представления о работе прибора рассмотрим некоторые его основные узлы. Начнём рассматривать работу бегущих огней с микросхемы К155ЛА3 которая является набором из четырёх логических элементов 2И-НЕ изображённого на рис.1.
1,2,4,5,9,10,12,13 – входы X1-X8;
3 – выход Y1;
6 – выход Y2;
7 – общий;
8 – выход Y3;
11 – выход Y4;
14 – напряжение питания;
Мы используем только два элемента 2И-НЕ. Ниже приведённая схема генератора выдаёт чередование прямоугольных импульсов логического нуля и логической единицы показанных на графике.
На генераторе предусмотрена регулировка скорости и продолжительности чередования логических импульсов с помощью R1 и C1.
Если к выводу 6 подключить светодиод через резистор 1 кОм – то мы увидим, что у нас получилась простая мигалка на микросхеме с регулируемой скоростью мерцания.
Далее рассмотрим микросхему К155ТМ2 – которая включает в себя два независимых D-триггера, срабатывающих по положительному фронту тактового сигнала, к ней и осуществим подключение тактового генератора.
Условное графическое обозначение К155ТМ2 приведено на рис.2. На рис.3 приведена структурная схема и таблица истинности одного из элементов микросхемы, где каждый элемент состоит из четырёх элементов 2И-НЕ.
А ниже приводится "расшифровка" выводов микросхемы:
1 – инверсный вход установки "0" R1;
2 – вход D1;
3 – вход синхронизации C1;
4 – инверсный вход установки "1" S1;
5 – выход Q1;
6 – выход инверсный Q1;
7 – общий;
8 – выход инверсный Q2;
9 – вход Q2;
10 – инверсный вход установки "1" S2;
11 – вход синхронизации C2;
12 – вход D2;
13 – инверсный вход установки "0" R2;
14 – напряжение питания;
Далее мы кратко рассмотрим работу одного каскада триггера изображённого на рис.4.
Подключим вывод 2 к инверсному выводу 6 и подключим к выводу 3 тактовый генератор. При поступлении логической единицы на вывод 3 на выводе 5 будет переключение на логическую единицу, при прохождении очередной логической единицы на вывод 3 – произойдёт переключение на логический ноль (вывод 5) и так будет происходить переключение до бесконечности. На выводе 6 (который является инверсным) будет зеркальное значение 5-го вывода.
А бегущие огни составим из тактового генератора и четырёх элементов триггера (2 микросхемы К155ТМ2) рис.5
На схеме мы видим не фиксируемую кнопку S2 которая служит для переключения подпрограмм и селектор S1 которым осуществляется переключение основных программ. Если сделать небольшие изменения в схеме – отсоединить вывод идущий к 13 ноге D1.2 и подключить его к выводу 10 D1.2 и сделать то же самое на второй микросхеме, то изменятся и программы индикации (изменение отмечено на схеме пунктиром). Если использовать многосекционный селектор S1, то можно подключить отмеченное пунктиром изменение к селектору и тем самым увеличить число программ.
В схеме используются лампочки напряжением 2.5-3.6 вольта, но если использовать светодиоды, то надобность в транзисторах отпадает (на схеме отмечено красным квадратом) и подключение светодиодов осуществляется к Т,Т1,М,М1,Р,Р1,F,F1 рис.5а.
Если использовать лампы на 220 вольт, то вместо транзисторов нужно подключить симисторы или как их ещё называют симметричные тиристоры, триодный тиристор или триак. Условное графическое обозначение симистора на рис.6
Симистор можно представить двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно. Он пропускает ток в обоих направлениях. Симистор имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока. Структура этого полупроводникового прибора показана на рис.6а. На рис.6 б внешний вид симистора КУ208.
На Рис.7 показана схема бегущих огней с симисторным управлением.
Собранный девайс изнутри и внешний вид устройства.
Используемые детали в бегущих огнях можно заменить на импортные и отечественные аналоги: К155ЛА3 на SN7400, К155ТМ2 на SN7474N, транзисторы КТ315 на КТ342; КТ503; КТ3102; 2N9014; ВС546В, а КУ208 на BT134; BT136. Светодиоды можно применять любые. Стоимость деталей приблизительно составляет 60 – 100 рублей.
Данную схему легко переработать и изменить алгоритм работы.
Сама схема имеет минимум легкодоступных деталей, легка в сборке и при правильном монтаже в наладке не нуждается.
Если вы ранее собирали бегущие огни на транзисторах, тиристорах или микросхемах, вам, возможно, будет интересно реализовать тот же эффект на реле.
Каждое из трёх реле в этой схеме дополнено RC-цепочкой, обеспечивающей задержку, а также диодным «ИЛИ» для управления с двух мест. Один из входов каждого диодного «ИЛИ» подключён к нагрузке предыдущего реле, другой — к нагрузке своего же. Таким образом, получив от предыдущего реле сигнал на срабатывание с задержкой и сработав, реле самоблокируется, что эквивалентно входу S RS-триггера.
Есть у каждого из таких «триггеров» и вход /R — верхний вывод обмотки. Отпускание реле происходит при соединении этого вывода с общим проводом. Короткого замыкания не случается, поскольку ток ограничивают резисторы RC-цепочек. В мире релейной логики тоже встречаются подтягивающие резисторы. Если сигнал S на каждый «триггер» поступает с предыдущего реле, то сигнал /R — с последующего.
Сразу после включения схема не работает, так как логической единицы нет на входах S всех трёх «триггеров». Для запуска бегущих огней служит кнопка S2, для остановки — кнопка S1.
Резисторы RC-цепочек выбираются по формуле:
Uреле — номинальное напряжение обмотки реле, В
Uпит — напряжение питания, В
Rобм — сопротивление обмотки, Ом
Rогр — сопротивление резистора RC-цепочки (искомое), Ом
Мощность резистора выбирается с некоторым запасом исходя из того, что он подтягивающий, и при подачи сигнала /R к нему прикладывается полное напряжение питания минус падение напряжения на диоде. Для задания скорости переключения можно подобрать конденсаторы RC-цепочек. Устройство в действии: