Светодиод управляет сам собой

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2017

Howard Myers

EDN

С тех пор, как более 40 лет назад был изобретен светодиод, эффективность его излучения постоянно увеличивалась, и, хотя это может вас удивить, увеличение эффективности работало в двух направлениях. Некоторые яркие светодиоды, такие, например, как выпускаемые в пластмассовом корпусе приборы красного цвета свечения Avago HLMP-EG30-NR000, демонстрирует также высокую чувствительность к свету.

Схема на Рисунке 1 показывает, как можно заставить работать фотогальванические характеристики светодиода. В схеме могут использоваться и более старые светодиоды с меньшим световым выходом, но и светить они будут слабее. В этой статье описана схема, в которой светодиод без помощи каких-либо датчиков света, кроме собственных характеристик, сам определяет, должен ли он включиться или выключиться. Когда вы затемняете светодиод, он включается, а когда освещаете – выключается. Основными элементами схемы являются светодиод D₁, микромощный операционный усилитель IC₁, мультивибратор IC_2A и транзисторный ключ Q₁, управляющий током светодиода.

Рисунок 1.	Эффективный светодиод образует сердце светочувствительной «загадочной лампы», не содержащей видимого фотоприемника.

В темноте фототок светодиодом не вырабатывается. При умеренном освещении, таком, какое обычно бывает внутри офиса или лаборатории, светодиод на нагрузке 4.7 МОм генерирует напряжение от 50 до 100 мВ. Компаратор на операционном усилителе IC₁ сравнивает напряжение, вырабатываемое светодиодом, с опорным пороговым напряжением, равным примерно 50 мВ. Порогом чувствительности схемы можно управлять, изменяя сопротивления резисторов R₁ и R₂ в делителе напряжения, подключенном к выводу 2 компаратора.

При снижении окружающей освещенности генерируемое светодиодом напряжение уменьшается. Когда оно падает ниже порога 50 мВ, уровень выходного напряжения операционного усилителя становится низким, и перепад напряжения запускает мультивибратор IC_2A. Отрицательный импульс мультивибратора длительностью примерно 3 мс открывает транзистор Q₁ и включает светодиод, после чего его выход возвращается в исходное состояние, и светодиод гаснет. В затемненной комнате светодиод периодически вспыхивает с частотой 200 Гц, выключаясь лишь на короткое время. Благодаря высокой частоте вспышек свечение светодиода кажется постоянным.

При дневном свете потребляемый схемой ток в основном определяется делителем опорного напряжения компаратора:

Как в дневном, так и в ночном режиме, при единицах миллиампер, потребляемых включенным светодиодом, батарея емкостью 1 А×ч может обеспечивать схему питанием в течение нескольких месяцев. Чтобы снизить рассеиваемую мощность, можно увеличить сопротивления резисторов R₁ и R₂. Учитывая низкое значение и прерывистый характер потребляемого схемой тока, срок службы литиевой батарейки емкостью 1 А×ч должен приближаться к сроку ее годности.

Материалы по теме