Светодиодный индикатор включения с импульсным питанием потребляет 4 мВт

В оборудовании с батарейным питанием для индикации включения часто используются светодиоды, которые, однако, потребляют значительную мощность. Ниже приведена схема индикатора с импульсным питанием, расходующая в среднем всего 4 мВт, но вполне адекватно выполняющая свою функцию.

Рисунок 1.	Источник тока на транзисторах Q1 и Q2 питает светодиод постоянным током, в определенных пределах независящим от прямого напряжения светодиода. На инверторе с триггером Шмитта собран классический генератор прямоугольных импульсов, дополненный элементами RCH и D1S, создающими асимметрию выходного сигнала.

Миниатюрная одновентильная микросхема инвертора с триггером Шмитта во входном каскаде (SN74AHC1G14), дополненная парой резисторов, диодом Шоттки и конденсатором, образует задающий импульсный генератор, показанный на Рисунке 1. Период выходных колебаний составляет порядка 0.5 с, а коэффициент заполнения очень мал, и равен примерно 1%. Время T_L, в течение которого напряжение на выходе генератора имеет низкий уровень, можно найти из выражения

где

V_HYST – напряжение гистерезиса входа микросхемы IC₁,
V_CC – напряжение питания микросхемы IC₁.

При V_CC=4.5 В типичная величина гистерезиса V_HYST составляет 0.75 В. Для выполнения условия T_L = 0.5 с следует выбрать резистор R_T с сопротивлением 200 кОм. Емкость времязадающего конденсатора C, найденная из приведенного выражения, подвергнутого небольшим алгебраическим преобразованиям, равна 7.45 мкФ. Останавливаемся на ближайшем стандартном значении 6.8 мкФ. Желательно использовать танталовый конденсатор с твердым электролитом. Для получения малого коэффициента заполнения импульсов генератора длительность положительного полупериода T_H укорачивается путем принудительного разряда конденсатора C через дополнительный резистор R_CH и диод Шоттки D_1S. Прямым напряжением на D_1S, не превышающим 200 мВ, можно пренебречь. Среднее время, в течение которого светодиод будет находиться во включенном состоянии, равно приблизительно

Драйвер светодиода состоит из PNP и NPN биполярных транзисторов Q₁ и Q₂, соответственно, образующих коммутируемый источник тока. При «лог. 1» на катоде диода Шоттки D_2S через светодиод протекает постоянный ток, приблизительно равный I_O ≈ 0.7 В/R_S, что для данной схемы составляет порядка 10 мА.

Включенные последовательно кремниевые диоды D₁ и D₂ образуют цепь резко нелинейной отрицательной обратной связи. Если по какой-либо причине падение напряжения на резисторе R_S возрастет, это приращение напряжения через диоды D₁ и D₂, практически без изменения, передастся на эмиттер Q₂, что приведет к уменьшению коллекторного тока Q₂ и, соответственно, базового тока Q₁. На этом цепь обратной связи замкнется. В результате ток коллектора Q₁ уменьшится, возвращаясь к прежнему значению.

Заметим, что при низком уровне напряжения на выходе IC₁ ток через D_2S и резистор R_B очень незначителен, так как базовый ток Q₂ практически отсутствует, и транзистор, как и источник тока в целом, выключен. Светодиод при этом также выключен, и потребление схемы определяется лишь током утечки через D_2S и R_B, не превышающим единиц микроампер. При использовании элементов для поверхностного монтажа схему можно собрать на печатной плате площадью не более 16 × 16 мм.

Финансовую поддержку этому проекту оказало Словацкое агентство по исследованиям и развитию.