Светофон – генератор, управляемый светом

Управляемый светом генератор использует емкость солнечной батареи

Любой диод с p-n переходом может использоваться в качестве переменного конденсатора – как в обратном включении, так и на начальном участке прямой ветви вольтамперной характеристики. Эта емкость обычно очень мала из-за малых размеров перехода. Несмотря на то, что для таких задач разработаны варикапы, имеющие значительно бóльшую емкость, все же и она ограничена несколькими сотнями пикофарад. Но в некоторых схемах функцию переменного конденсатора может выполнять фотогальванический элемент. Поскольку площадь перехода у солнечных элементов намного больше, чем у обычных диодов, можно ожидать, что и диапазон изменения емкости должен быть намного больше. Солнечный модуль в такой роли не лишен серьезных недостатков, так как из-за намного большего обратного тока ведет себя, как конденсатор с утечкой. И все же, в ряде случаев фотогальванические элементы могут использоваться в схемах генераторов, требующих широкого диапазона перестройки частоты.

Рисунок 1.Генератор Пирса, управляемый светом.

На маломощном MOSFET BS170 сделан генератор Пирса с цепью положительной обратной связи, состоящей из элементов L1, C4 и C5 (Рисунок 1). С помощью блокировочной емкости C2 усиление каскада установлено таким, чтобы на частоте генерации в районе 250 кГц форма выходного сигнала была максимально близка к синусоидальной. Модуль солнечной батареи IXYS SLMD121H04 с напряжением холостого хода 2.52 В и током короткого замыкания 50 мА последовательно с конденсатором C8 (100 нФ) подключен к конденсатору C5. При изменении емкости солнечного модуля (CSOLAR) изменяется и эквивалентная емкость цепи обратной связи, образованная конденсаторами CSOLAR, C8 и C5. Частота генерации определяется следующим выражением:

Для освещения солнечного модуля использовались два включенных последовательно мощных светодиода типа Bridgelux BXRA-W0240, питающихся от регулируемого источника напряжения 24 В. Светодиоды были установлены на теплоотвод и размещены над модулем на расстоянии примерно 5 см. Вся поверхность солнечного модуля (43 мм × 14 мм) равномерно освещалась светодиодами. Напряжение на выводах солнечного модуля измерялось в контрольной точке TP.

Читайте также:  Как проверить двухцветный светодиод с двумя выводами?

Первоначально солнечный модуль был помещен внутрь небольшой черной коробки, при этом измеренное в точке TP напряжение составляло 6.2 В, при этом темновой ток насыщения составлял 380 мкА. Частота генерации в темноте равнялась 246 кГц. При естественном внешнем освещении частота снизилась до 245 кГц. По мере увеличения тока светодиодов частота продолжала падать, достигнув 116 кГц при токе 330 мА. При токах более 330 мА общая емкость CT почти перестала изменяться. Таким образом, определился диапазон перестройки частоты: 246 … 116 кГц. Перестроечная характеристика генератора приведена на Рисунке 2.

Рисунок 2.Зависимость емкости модуля частоты генерации от напряжения на солнечном элементе.

Емкость солнечного модуля имитировалась подключением на его место конденсаторов различной емкости. В отдельном тесте был измерен ток короткого замыкания солнечного модуля, освещаемого светодиодами, удаленными на то же расстояние – 5 см. При токе светодиодов 330 мА ток короткого замыкания равнялся 14.5 мА. Яркость свечения, согласно справочным данным на солнечный модуль, составляла примерно 400 Вт/см2.

Следует заметить, что по мере изменения настройки в пределах диапазона выходная амплитуда не оставалась постоянной вследствие вариации коэффициента передачи петли обратной связи, обусловленной изменением емкости и утечки солнечного модуля. Для стабилизации амплитуды потребуется дополнительная схема.

Ссылки

1. G. Gonzalez, “Foundations of Oscillator Circuit Design”, Artech House Inc., MA, USA, 2007.

Приложение 1. Емкость солнечного элемента

Светофон – генератор, управляемый светом

Приступая к проектированию радиотехнических конструкций для действительно начинающих радиолюбителей, руководителю приходится решать во истине сложную задачу: разработка должна быть актуальной, информативной, способной заинтересовать, но, в тоже время быть легка для него, способна «прощать» его многие оплошности и не точности (ошибки), оставляя большое поле для экспериментаторской и конструкторской деятельности. Да и вообще, понятие – «начинающий» весьма размыто. Начинать можно и в десять лет, и в шестнадцать и в тридцать лет… Разный пониматийный аппарат, разный уровень мышления, разная мотивация, а, следовательно, разными должны быть и конструкции старта. Перечисленные выше конструкции предназначались мною для старшеклассников, т.е. более подготовленных ребят. О конструкции для несколько меньшего возраста я рассказывал в своей статье «Многотональный автомат звуковых эффектов». В этот раз я хочу рассказать о «светофоне», да, собственно, и идея создания этой конструкции, её схемотехнические решения, были подсказаны мне самими ребятами, которые собирали и экспериментировали с многотональным автоматом звуковых эффектов.

Читайте также:  Симисторный регулятор мощности (напряжения)

Итак, светофон – это генератор управляемый светом. В основе его лежит генератор тона. Генератор тона, чаще всего, представляет собой генератор управляемый напряжением (ГУН), имеет различные схемотехнические решения, но ориентируя устройство для повторения юными начинающими радиолюбителями, оптимальным следует признать, выполнение его на биполярных транзисторах различной проводимости с RC время задающей цепочкой (Рис.№1).


Рис.1 Структурная схема генератора управляемого напряжением (ГУН).

Генерируемая частота такого устройства зависит, в основном, от параметров цепочки Cx – Rx, а так же от напряжения питания схемы. Управляя величиной Rx, а, следовательно, электрическим потенциалом на базе транзистора VT1, можно управлять генерируемой частотой. Управлять величиной электрического сопротивления резистора Rx можно как по какому либо закону, например, заменив постоянный резистор на переменный, либо случайно. Пример случайного управления с помощью мигающих светодиодов рассмотрен мною в конструкции многотонального автомата звуковых эффектов. Если резистор Rx заменить фототранзистором, мы получим генератор управляемый светом.


Рис.2 Структурная схема генератора управляемого светом.


Рис.3 Электрическая схема генератора управляемого светом (светофон).

Фототранзистор VT1 применён PTR1. Но в этой схеме будут работать любые транзисторы соответствующей структуры. Потребуется только подобрать значение резистора R1 по достижению желаемой чувствительности. Не плохой результат был получен при применении в качестве фототранзистора МП38 со спиленной головкой. Но при этом схему устройства необходимо изменить.


Рис.4 Светофон на четырёх транзисторах.

Выбор той или иной схемы светофона для повторения определяется только наличием или отсутствием фототранзистора PTR1. Специально печатная плата для этой конструкции не разрабатывалась, а использовалась готовая от многотонального автомата звуковых эффектов с соответствующей коррекцией.


Рис.5 Печатная плата светофона на трёх транзисторах.

Следует признать, что это было сделано специально для того, что бы мягко, корректно подтолкнуть к самостоятельной постановке исследовательской задачи: а что если объединить светофон и многотональный автомат звуковых эффектов в одну конструкцию? В результате многочисленных экспериментов была получена схема:

Читайте также:  Gps-глонасс приемник bn-280


Рис.6 Электрическая схема «гибрида» многотонального автомата звуковых эффектов и светофона.


Рис.7 Печатная плата «гибрида» многотонального автомата звуковых эффектов и светофона.

Светодиоды VD1 – VD3 любые мигающие, побираются при настройке. Динамическая головка ВА1 мощностью 0,1 – 0,15 Вт, должна иметь сопротивление звуковой катушки 8 Ом. Транзисторы КТ3107 могут быть заменёны любым транзистором из списка: МП39, МП40, МП41, МП42, КТ361. Вместо транзисторов КТ3102 можно применять транзисторы МП37, МП38, КТ315. Любую замену транзисторов следует проводить с учётом их цоколёвки. Экспериментально было установлено, что при применении германиевых транзисторов звучание всех автоматов получается более мелодичным. Печатная плата имеет размеры 42,5*30 мм. Настройка всех приведённых схем при правильном монтаже и исправных деталях сводится, в основном, к установке чувствительности фотодатчика (резисторами помеченными *) и желаемого тембра звучания (конденсатором С1).

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector