Стробоскоп на светодиодах с независимой регулировкой задержки и длительности импульса

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2015

Michael Page

EDN

Показанная на Рисунке 1 схема несложна, но при использовании в качестве устройства для визуального контроля формы и плотности облака, распыляемого топливным инжектором, она сэкономила много времени. Стробоскопы на ксеноновых лампах для подобных приложений подходят плохо, поскольку занимают слишком много места, а интенсивность излучаемого ими света чрезмерно высока. Так при проверке работы блока из шести инжекторов с изоляционными панелями отражения от рубашки или стены позади вас будет мешать проведению визуального осмотра. Кроме того, другие источники света будут выступать за зону регулировки камеры. Поэтому выбран вариант с малогабаритными светодиодами, установленными на гибком держателе типа «гусиная шея». В схеме можно было бы использовать и хорошо всем известный таймер 555, однако независимо регулировать в нем и задержку, и длительность очень неудобно.

Рисунок 1.	В этой схеме для устройства визуального контроля используются сверхяркие светодиоды.

На схеме показаны вход тактовой частоты, потенциометры установки времени задержки и длительности импульса (P₁ и P₂, соответственно) и выход для подключения светодиода. Кроме того, схема включает в себя встроенный обычный светодиод, используемый в качестве индикатора входного сигнала для стендовых испытаний. Однако стоит отметить, что при работе на больших скоростях этот индикатор бесполезен. Входной импульсный сигнал тактовой частоты амплитудой 5 В и длительностью около 30 мкс поступает от синхронизатора топливного насоса. Потенциометр P₁ позволяет изменять время задержки включения светодиода примерно от 40 мкс до 2 мс, а потенциометр P₂ предназначен для регулировки длительности вспышки в приблизительном диапазоне от 15 мкс до 15 мс.

Рисунок 2.	При тактовой частоте 650 Гц и установке Р1 на уровне 10% задержка составляет примерно 250 мкс, а длительность импульса при Р2 в положении 75% приблизительно равна 600 мкс. Верхняя линия (синяя) отображает задержку строба, нижняя (зеленая) – продолжительность импульса на базе Q1, а 5-вольтовая красная – тактовую частоту.

Входной каскад схемы представляет собой пиковый детектор, на который поступают тактовые импульсы с амплитудой 5 В, через диод D₁ заряжающие конденсатор С₁. Скорость разряда конденсатора устанавливается потенциометром P₁. Триггер Шмитта IC_1A отслеживает напряжение на конденсаторе С₁, и, по достижении им нижнего порога IC_1A, на его выходе устанавливается высокий логический уровень, который, в свою очередь, устанавливает высокий уровень на выходе Q микросхемы IC₂. При высоком логическом уровне на выходе Q открывается ключ из включенных по схеме Дарлингтона транзисторов Q₁ и Q₂, и светодиод стробоскопа загорается. В это же время происходит заряд конденсатора С₂ со скоростью, установленной потенциометром Р₂. Когда напряжение на этом конденсаторе достигает верхнего порога IC_1B, выход IC_1C переключается в «лог. 1», возвращая выход триггера IC₂ обратно в «лог. 0», и светодиод стробоскопа гаснет. После этого схема готова к новому циклу. Диод D₂ обеспечивает полный разряд конденсатора С₂ при сбросе выхода Q микросхемы IC₂. Поскольку для активации IC₂ требуется сигнал высокого уровня, элементы IC_1B и IC_1C можно исключить, но триггер Шмитта после RC-цепочки обязателен для воспроизводимости параметров схемы, в особенности, при больших временах заряда/разряда.

Рисунок 3.	Результат регулировки задержки показан при той же установке длительности, как и на Рисунке 2. Верхняя линия (синяя) отображает задержку строба, нижняя (зеленая) – продолжительность импульса на базе Q1, а 5-вольтовая красная – тактовую частоту.

Рисунок 2 иллюстрирует работу устройства при тактовой частоте 650 Гц и задержке порядка 250 мкс (положение Р₁ – 10%). Длительность импульса приблизительно равна 600 мкс (положение Р₂ – 75%). На Рисунке 3 показано скорректированное изменение задержки при той же длительности, как на Рисунке 2. Новый период вспышки перекрывает следующий впрыск топлива. В зависимости от конструкции сопла инжектора, можно в течение одной вспышки безошибочно увидеть окончание одного поджига калибровочной смеси в камере сгорания и начало следующего. Кроме того, в схеме имеется кнопка для кратковременного увеличения интенсивности вспышки стробоскопа, закорачивающая резистор R₃, который в обычном режиме ограничивает ток светодиода на уровне приблизительно в 40 мА. При нажатии кнопки БОЛЬШЕ включенная по схеме Дарлингтона пара транзисторов 2N2222 по-прежнему будет ограничивать ток, теперь уже на уровне порядка 400 мА, однако следует иметь в виду, что длительное пребывание схемы в этом режиме сокращает срок службы светодиодов. Для конкретного приложения вы должны подобрать значения элементов C₁, C₂, P₁, P₂. Их расчет будет зависеть от семейства используемых логических ИМС, но, как правило, можно воспользоваться формулой:

Т = 0.7 × R × C,

где

Т – время в секундах,
R – сопротивление,
С – емкость.