Что можно сделать из транзистора
| Текущее время: Сб мар 16, 2024 01:19:51 |
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Запрошенной темы не существует.
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y
Работоспособность сайта проверена в браузерах:
IE8.0, Opera 9.0, Netscape Navigator 7.0, Mozilla Firefox 5.0
Адаптирован для работы при разрешениях экрана от 1280х1024 и выше.
При меньших разрешениях возможно появление горизонтальной прокрутки.
По всем вопросам обращайтесь к Коту: kot@radiokot.ru
©2005-2024
Применение биполярных транзисторов с микроконтроллерами
В современном цифровом мире микроконтроллерам часто требуется выполнять какие-то действия в физическом мире людей с помощью различных механических, оптических, акустических и других внешних устройств. Транзисторы призваны согласовать микроконтроллер с исполнительными устройствами. В статье рассмотрим применение биполярных транзисторов в ключевых режимах.
Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет. По типу проводимости биполярные транзисторы бывают pnp и npn типа.
Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером. В этой схеме управление подается на базу через токоограничивающий резистор относительно эмиттера. Нагрузка подключается в цепь коллектора.
Схема управления светодиодом с рабочим током 50 мА
Светодиодом с рабочим током 50 мА нельзя управлять непосредственно от микроконтроллера, так как допустимый выходной ток с ножки обычно ограничен значением 10 мА – 20 мА.
Например, нам нужно включать/выключать инфракрасный светодиод BL-L513IRBC которым мы планируем управлять кондиционером.
Резистор R1 задает ток базы транзистора при включении и при выключении. Транзистор BC847C довольно маломощный и при токе 50 мА на коллекторе в режиме насыщения будет падать около 200 мВ. Падение на светодиоде составит 2.0 В. Резистор R2 нужно выбрать таким, чтобы ток через светодиод был равен 50 мА. При питании 12 В, и суммарном падении напряжения на транзисторе и светодиоде 2.2 В на резисторе будет напряжение 9.8 В. Чтобы получить ток 50 мА сопротивление резистора R2 должно быть 196 Ом.
Если взять более мощный транзистор, например, BC817-25, то напряжение насыщения коллектора у него будет меньше, около 40 мВ при токе коллектора 50 мА, но у более мощных транзисторов, как правило, меньше коэффициент усиления.
При питании коллекторной цепи от 12 В мы можем соединить несколько светодиодов последовательно и управлять ими одновременно (например, чтобы увеличить дальность работы нашего пульта управления) соответственным образом пересчитав токоограничивающий резистор R2.
Как выбрать резистор в базе транзистора? Транзистор BC847C имеет коэффициент передачи по току hFE = 400 – 800. В линейном режиме это будет означать что ток базы (управляющий ток) во столько раз меньше тока коллектора (управляемый ток). Так как схема у нас работает в ключевом режиме, то ток базы необходимо установить больше. Чем больше ток базы, тем быстрей транзистор включится. Коэффициент во сколько раз ток базы превышает минимальный называется коэффициентом насыщения. Минимальный ток базы (с коэффициентом насыщения единица) который полностью откроет транзистор будет 50 мА / 400 = 0.125 мА. Так как характеристики транзистора меняются со временем, при изменении температуры, при изменении тока коллектора, от партии к партии, у разных производителей, правильным решением будет задавать коэффициент насыщения больше единицы, иначе может возникнуть ситуация при которой транзистор будет открываться не полностью и схема будет работать при этом не верно. Верхнее значение тока базы ограничено либо максимальным током базы по документации на транзистор, либо максимально допустимым током который может выдать выход микроконтроллера. Пусть максимальный ток базы у нас будет 10 мА.
Рассчитаем базовый резистор для схемы на рисунке 1. Напряжение на базе при насыщении принято считать 0.7 В. При питании микроконтроллера 3.3 В на базовом резисторе будет напряжение 2.6 В. Минимальный базовый ток 0.125 мА будет обеспечен сопротивлением 20800 Ом. Максимальный базовый ток 10 мА будет обеспечен сопротивлением 260 Ом. В данном случае у нас довольно широкий диапазон выбора сопротивления, можем взять 1 кОм.
Рассмотрим схему с другой нагрузкой
Нам нужно включать мотор с рабочим током 0.7 А. Для включения нам потребуется более мощный транзистор. Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА. С учетом того что необходимо реализовать коэффициент насыщения больше единицы, у нас остается рабочий вариант для тока базы 10 мА. При заданном токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения базы этого транзистора составит около 1.2 В (по документации на транзистор). Напряжение на базовом резисторе получится 2.1 В, Минимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.010 А = 210 Ом. Максимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.0058 А = 360 Ом. Если мы поставим базовый резистор больше 360 Ом, транзистор заведомо не будет открываться полностью и не обеспечит ток на выходе в 0.7 А.
При токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения коллектора составит около 0.2 В. Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора составит около 0.14 Вт, транзистор при этом будет заметно теплым.
Дополнительно отмечу, что электродвигатель постоянного тока является индуктивной нагрузкой и параллельно ему обязательно нужно ставить защитный диод который защитит транзистор от ЭДС самоиндукции при выключении транзистора. Номинальный ток этого диода должен быть равен или больше рабочего тока индуктивной нагрузки. Рабочее напряжение диода должно быть больше напряжения питания нагрузки.
Нужно указать на важный момент. Чем больше ток базы, тем быстрей включится транзистор, тем больше коэффициент насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, там медленней транзистор будет выключаться. Задержка выключения может достигать нескольких сотен наносекунд. На первый взгляд эта величина кажется слишком маленькой чтобы обращать на нее внимание. Фактически, если вы станете управлять током через нагрузку с помощью ШИМ, или постараетесь увеличить скорость передачи данных через инфракрасный канал, вы увидите что задержка выключения транзистора будет очень сильно искажать сигнал.
Например, возьмем ШИМ частотой 20 кГц с разрешением 8 бит. Период ШИМ-а будет 50 микросекунд, разрешение одного шага составит около 200 наносекунд. Задержка выключения транзистора на 400 наносекунд поглотит разрешение двух младших бит и оставит от разрешения 8 бит всего 6 бит динамического диапазона.
Для увеличения скорости выключения транзистора есть способы которые мы рассмотрим позже.
Рассмотрим еще одну схему, которая обладает рядом интересных свойств
Эта схема также с общим эмиттером. В ней отсутствует резистор в цепи базы, и ток базы задается сопротивлением резистора в цепи эмиттера. Через этот резистор течет ток базы и ток коллектора (ток управления и ток нагрузки). Получается отрицательная обратная связь: при увеличении тока нагрузки, будет увеличиваться ток через эмиттерный резистор и при этом будет увеличиваться падение напряжения на эмиттерном резисторе. Так как напряжение на базе у нас фиксированное, 3.3 В, то при увеличении напряжения на эмиттерном резисторе напряжение на эмиттерном переходе транзистора будет уменьшаться, при этом будет уменьшаться ток базы и транзистор будет закрываться. Таким образом, будет стабилизироваться эмиттерный ток транзистора. Так как базовый ток в коэффициент усиления раз меньше коллекторного, то его влияние на напряжение эмиттерного резистора незначительное и, при первом приближении, его можно не учитывать при расчете и считать что ток эмиттера приблизительно равен току коллектора .
Сопротивление эмиттерного резистора рассчитать довольно просто. При управляющем напряжении 3.3 В, и падении на эмиттерном переходе 0.7 В напряжение на эмиттерном резисторе получается 2.6 В. При целевом токе в нагрузке 50 мА, сопротивление эмиттерного резистора должно быть около 52 Ом.
Эта схема позволяет стабилизировать ток нагрузки, то есть, при изменении напряжения питания нагрузки (или при изменении сопротивления нагрузки) ток через нагрузку останется постоянным. Мы можем поставить один светодиод, два или три при этом эмиттерный резистор менять не придется и ток через светодиоды будет один и тот же. При этом нужно отметить, что в этой схеме избыточное напряжение падает на транзисторе и нужно учитывать мощность рассеиваемую на транзисторе.
Транзистор в этой схеме работает в линейном режиме и не входит в насыщение. Это позволяет транзистору быстро открываться и быстро закрываться.
В этой схеме только один резистор вместо двух, что так же может иметь важное значение в практическом применении.
Важно чтобы напряжение управления базы было стабильным, так как оно является опорным для стабилизации тока.
Для питания коллекторной цепи этой схемы требуется напряжение большее чем напряжение управляющего сигнала.
Способы сократить время выключения транзистора
Если у нас стоит базовый резистор и мы управляем транзистором от вывода микроконтроллера с питанием 3.3 В, то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.
Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему.
В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении. Это увеличивает скорость выключения транзистора.
Еще один способ увеличить скорость выключения транзистора, это сократить глубину насыщения транзистора при включении. Диод подключенный от базы на коллектор уменьшит глубину насыщения. Вначале включения на коллекторе высокое напряжение, диод закрыт и весь ток базового резистора течет через эмиттерный переход транзистора. Когда напряжение на коллекторе станет ниже напряжения базы, этот диод начнет шунтировать эмиттерный переход и часть тока базового резистора потечет через диод при этом ток через эмиттерный переход уменьшится и это сократит глубину насыщения транзистора.
Каскад увеличения выходного тока на биполярных транзисторах.
Эта схема позволяет увеличить ток на выходе. Это полумостовая схема. В ней используется два транзистора различной проводимости, комплементарная пара транзисторов. Оба транзистора, и верхний и нижний, в этой схеме включены по схеме с общим коллектором. Включение с общим коллектором обладает такой особенностью, что выходное напряжение не может быть больше входного напряжения, при этом происходит усиление тока.
При построении полумоста на полевых транзисторах нужно особым образом проектировать схему управления, и если оба транзистора управлять от одного сигнала, то в момент переключения будет течь сквозной ток с питания на землю, так как один транзистор уже включился, а другой еще не успел выключиться.
Сквозной ток плох тем, что он будет увеличивать потребление, сквозной ток будет создавать мощную помеху и может вывести транзисторы из строя. Для устранения этого для управления полумостом полевых транзисторов используют два сигнала, на один транзистор подается сигнал отключения, затем пауза на время отключения транзистора (мертвое время, deadtime), затем подается сигнал на включение второго транзистора. Такой способ заметно усложняет схему управления и требует два различных сигнала управления. Полумостовая схема на биполярных транзисторах включенных с общим эмиттером тоже требует мертвое время при переключении для исключения сквозного тока.
Схема изображенная на рисунке 7 с биполярными транзисторами включенными по схеме с общим коллектором лишена такого недостатка, и полумост может управляться одним сигналом. То есть сквозной ток через оба транзистора при переключении в схеме на рисунке 7 отсутствует.
Дополнительным достоинством этой схемы, является отсутствие резисторов.
Так же, транзисторы в этой схеме работают без насыщения, то есть максимально быстро включаются и отключаются, что позволяет применять эту схему как усилитель ШИМ.
Недостатком этой схемы является падение на транзисторах. На примере нижнего транзистора. Когда мы переводим сигнал управления на базе с 3.3 В на 0 В, нижний транзистор начинает включаться. При этом напряжение на эмиттере транзистора не может стать равным нулю, так как в этом случае через эмиттерный переход будет отсутствовать ток открывающий транзистор. Таким образом минимальное напряжение на выходе этого каскада составит около 0.7 В. Аналогичная ситуация и с верхним транзистором, максимальное напряжение на выходе каскада не может быть больше чем напряжение питания минус 0.7 В.
Как можно использовать каскад усиления тока
Если взять два таких полумоста с питанием равным напряжению питания микроконтроллера, сделать сигнал ШИМ и его инверсию (либо отдельным инвертором, либо конфигурацией выходов в микроконтроллере) и подать каждый сигнал на свой полумост, то получится довольно мощный усилитель, например для генерации звука.
При питании усилителя от 3.3 В Размах напряжения на выходе составит 3.3 В — 2 * 0.7 В = 1.9 В. При использовании динамической головки сопротивлением 4 Ом ток через нее составит около 0.4 А и максимальная мощность на нагрузке получится чуть больше половины Ватта. Что довольно таки хорошо для такого простейшего усилителя ШИМ. Питание этой схемы усилителя нужно качественно фильтровать, так как любое изменение напряжения питания будет отражаться на изменении тока через нагрузку.
При применении микроконтроллера с питанием 5 В так же можно увеличить напряжение питания усилителя до 5 В, при этом выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом получится около 3 Вт. При этом нужно взять транзисторы с большим допустимым током коллектора, например комплементарную пару SS8550 (pnp) и SS8050 (npn), они допускают ток коллектора до 1.5 А, транзисторы придется дополнительно охлаждать.
Эту же схему можно использовать для управления коллекторными моторами с применением ШИМ. Схема позволяет менять направление вращения электромотора. При использовании более высокого напряжения питания этого усилителя тока требуется также увеличить напряжение управляющего сигнала.
Для приведения уровня управляющего сигнала с 3.3 В до 15 В применен транзистор.
В этой схеме для управления каждым полумостом используется логическая микросхема 4069 (CD4069UB). В этой микросхеме шесть логических инверторов, питание микросхемы может осуществляться от 3 В до 18 В. Для управления мостом необходимо подать питание на эту микросхему от того же напряжения питания что и мост. Эта же микросхема используется для формирования инверсного сигнала для второго полумоста. Для того чтобы на нагрузку можно было подать максимальное напряжение 12 В с учетом падения на транзисторах, увеличено напряжение питания моста до 15 В. В этой схеме реализован режим управления током нагрузки fast decay. Для реализации режима slow decay потребуется отдельное управление для каждого полумоста.
Для упрощения понимания в статье рассматриваются только основные параметры, и характеристики реальных каскадов будут несколько отличаться. Все схемы приведенные в статье промоделированы в LTspice
Световые эффекты на транзисторах и микросхемах
Привет, Хабр! Сегодня изучим и соберём несколько простых схем, которые можно использовать в новогодней иллюминации, для украшения вывесок и витрин, а также в играх и игрушках. То есть получим шанс отвлечься от житейских трудностей и при этом смастерить что-нибудь уникальное (если это уникально оформить).
Для самых ленивых и занятых любителей, у кого нет возможности или желания травить печатные платы, возиться с макетками и разыскивать необходимые детали, выпускается огромный ассортимент наборов для сборки по весьма скромной цене.
Каждый из эффектов, что мы сегодня рассмотрим, можно реализовать и на Ардуино или более современной микропроцессорной платформе. Но зачем тратить микроконтроллер, когда достаточно пары-тройки транзисторов? И на мой взгляд, интереснее разобраться, как работают простые аналоговые и цифровые схемы.
▍ Симметричный мультивибратор
Самый простейший световой эффект — электронная мигалка, в которой передают друг другу эстафету пара светодиодов или их групп. Её можно реализовать множеством способов. Старая добрая классика — симметричный мультивибратор на двух транзисторах.
Авторы этого китайского конструктора с Алиэкспресс предлагают собрать «неправильный» мультивибратор. Неправильность заключается в том, что на схеме не нарисовано активных сопротивлений в коллекторных цепях транзисторов, куда напрямую подключены светодиоды.
Иметь в цепи только P-N переходы и источник питания — это не очень хорошая идея. Потому что P-N переход светодиода функционирует как стабистор, удерживая напряжение на уровне, свойственном данному светодиоду. Для красного светодиода это примерно 1.7 вольта.
А биполярный транзистор имеет параметр Uкэ — напряжение между коллектором и эмиттером в режиме насыщения. Для транзистора S9014, или КТ3102 (BC547, 2SC2675), кому как больше нравится, это 300 милливольт или даже меньше.
Выходит, что светодиод и транзистор задают напряжение 2 вольта, а источник питания в виде двух мизинчиковых батареек ААА обеспечивает 3 В. Сила тока ничем не ограничивается, светодиоды и транзисторы должны сгореть.
Реальная жизнь отличается от идеализированной схемы. Каждый из элементов цепи, включая батарейки и проводники, имеет омическое сопротивление. В итоге «неправильная» схема прекрасно, стабильно и долго работает. Главное только выбрасывать разряженные батарейки не куда попало, а в специальные ящики в супермаркетах.
Если отсутствие последовательного резистора всё же не даёт вам покоя, можно его добавить: по одному на каждый светодиод или общий последовательно с источником питания.
На экзамене за такую схему без резисторов можно получить плохую оценку. Многие преподаватели не любят, когда студенты умничают, потому проще заранее нарисовать один резистор, а лучше два.
Как же работает мультивибратор? Он представляет собой два каскада с общим эмиттером, выход каждого из которых соединён со входом другого через конденсатор.
Такие каскады ещё называют транзисторными инверторами, потому что высокий логический уровень на входе даёт низкий на выходе, и наоборот. Это изменение не полярности, а уровня напряжения относительно общего провода схемы.
Ток с плюса питания через резистор в цепи базы открывает NPN транзистор. Считаем, что прямое смещение эмиттерного перехода составляет 700 милливольт. Тогда на сопротивлении 68 кОм напряжение составит 2.3 вольта, а ток по закону Ома 34 микроампера.
Транзисторы в наборе с буквенным индексом С, что означает коэффициент усиления по току от 200 до 600. При максимальном Hfe ток коллектора составит 34 * 600 / 1000 = 20 миллиампер. Это как раз максимальный допустимый ток большинства обычных 5-миллиметровых светодиодов.
Итак, мы «оправдали» схему. Транзисторы в данном мультивибраторе работают не в режиме насыщения, а в режиме усиления по току. Ток светодиода задаётся коэффициентом усиления транзистора, напряжением питания и сопротивлением резистора в цепи базы.
Резисторы последовательно светодиодам тут действительно не нужны. Но не следует питать схему напряжением выше 3 вольт, например, от USB. Если всё-таки есть такое желание или необходимость, придётся взять транзисторы с более низким Hfe, либо повысить сопротивление резисторов.
При 5 вольтах питания, чтобы получить ток базы 34 микроампера при 5 – 0.7 = 4.3 вольтах, понадобятся резисторы сопротивлением 130 килоом.
Напряжение на коллекторе открытого транзистора будет составлять 5 – 1.7 = 3.3 вольта. При токе 20 мА на транзисторе будет выделяться 3.3 * 20 / 2 = 33 милливатта тепла. Корпус SOT23 рассеивает до 200 милливатт, так что наши 33 не превышают пределов нормы.
Почему 33, а не 66? Потому что скважность импульсов меандра, выдаваемого симметричным мультивибратором, равна 2. Половину времени открыт один транзистор и светит его диод, половину — второй.
Вместо каждого из светодиодов можно спаять светодиодную ёлочку. Те, что спаяла я, тоже «неправильные», потому что в них напрямую параллельно соединены светодиоды разных цветов.
Мне просто повезло, что в распоряжении оказались зелёные и жёлтые светодиоды с почти одинаковым рабочим напряжением. Измерить это напряжение можно мультиметром в режиме проверки P-N переходов.
▍ Бегущие огни
Транзисторный мультивибратор может иметь не только два, но и три или больше каскадов. Получается эффект бегущих огней, одним из примеров которого является популярный радиоконструктор «светодиодное сердце».
Здесь мультивибратор уже нормальный. Транзисторы работают в режиме насыщения, а ток через группы параллельных светодиодов задаётся последовательными резисторами.
▍ Электронный жучок
Этот шестиступенчатый мультивибратор тоже собран на транзисторных инверторах, только на этот раз в виде не дискретных транзисторов, а микросхемы 74HC04, она же К561ЛН2.
Эта КМОП-микросхема имеет высокое входное сопротивление, что позволяет собрать времязадающие цепочки с резисторами большого сопротивления — полтора мегаома. Благодаря чему можно воспользоваться компактными и дешёвыми керамическими дисковыми конденсаторами 0.1 мкФ вместо дорогих и относительно крупногабаритных электролитических либо многослойных керамических.
Последовательность, в которой загораются и гаснут светодиоды, имитирует движение лапок жука. Эту электронную игрушку все почему-то упорно называют паучком, но у реального паука восемь ног, а у жука шесть.
Наверное, такое название придумали, чтобы не путать световой эффект с устройством тайного прослушивания переговоров, потому что «жучком» давно принято называть компактный замаскированный микрофон с радиопередатчиком и автономным источником питания.
Либо без источника питания и не очень компактный, но замаскированный, как эндовибратор «Златоуст», что когда-то разработал Лев Сергеевич Термен.
Все инверторные мультивибраторы работают по одному принципу. В момент открытия транзистора или вакуумного триода, потенциал его коллектора или анода становится ближе к общему проводу («земле» схемы).
Возникает отрицательный (в случае радиолампы, N-P-N биполярного или N-канального полевого транзистора) импульс, который передаётся конденсатором на вход следующего инвертора и вызывает закрытие транзистора или триода.
Далее конденсатор заряжается через времязадающий резистор, и ключ инвертора снова открывается, посылая закрывающий импульс на следующий каскад.
Термин «мультивибратор» был предложен голландским физиком Ван дер Полем, потому что в спектре колебаний этого генератора много гармоник, в отличие от «моновибратора», производящего синусоидальные колебания.
Слева на фото ламповый мультивибратор, созданный Генри Абрахамом и Евгеном Блохом в 1919 году. Его гармоники использовались для калибровки волномера (на снимке он в центре)
Также инвертор, а, соответственно, мультивибратор, можно собрать на операционном усилителе. На схеме ОУ работает в режиме компаратора. Неинвертирующий вход подключён к делителю R1R2 с выхода ОУ.
При высоком логическом уровне на выходе компаратора — точке с — будет напряжение, близкое к плюсу питания, при низком — близкое к минусу питания. Точные значения зависят от параметров выходного каскада микросхемы. Напряжение в точке а, то есть на неинвертирующем входе, равняется части выходного, определяемой соотношением сопротивлений плеч делителя.
Когда напряжение на инвертирующем входе (точка б) ниже напряжения на неинвертирующем, на выходе высокий логический уровень, и конденсатор С заряжается с выхода ОУ через резистор R.
Как только напряжение в точке б превысит половину выходного (точка а), компаратор переключится в низкий уровень на выходе, и конденсатор начнёт разряжаться через резистор R, до тех пор, пока напряжение в точке б не станет ниже напряжения точки а.
Чего никогда не произойдёт, если питание операционного усилителя однополярное, и символ земли означает минус питания. Доля выходного напряжения будет ниже его полного значения, ниже которого не сможет разрядиться конденсатор.
Потому очевидно, что символ земли здесь означает искусственную среднюю точку, равную половине напряжения однополярного питания, либо настоящую среднюю точку двухполярного питания операционного усилителя.
Изучать схемы следует внимательно. На схеме транзисторного мультивибратора не подписан буквенный индекс транзистора, потому непонятно, чему будет равняться ток светодиода. Схема на компараторе не уточняет особенности питания ОУ, о которых следует догадаться самим. Иначе при попытке воплощения конструкции первый мультивибратор сгорит, а второй не будет работать.
Когда конденсатор разрядится до напряжения ниже, чем в средней точке делителя R1R2, компаратор переключится в состояние высокого уровня на выходе, и процесс повторится.
▍ Колесо фортуны
Следующая схема бегущих огней использует как раз такой мультивибратор на компараторе, реализованный с помощью таймера NE555. Резистор между катодами светодиодов и землёй авторы схемы снова забыли. На этот раз зря, однако схема работает.
Разрядка времязадающего конденсатора С1 происходит через вывод 7 микросхемы таймера, а заряжается он посредством ИТУН — источника тока, управляемого напряжением, реализованного на транзисторе Q1.
Q1 включён по схеме с общим коллектором, она же эмиттерный повторитель. Напряжение на делителе R2R3 равняется напряжению базы минус прямое падение на эмиттерном переходе транзистора.
Если нажать кнопку, конденсатор С2 практически мгновенно зарядится до напряжения питания. При отпущенной кнопке он медленно разряжается через резистор R1. То есть ток заряда конденсатора С1, являющегося времязадающим для мультивибратора на NE555, будет сначала высоким, затем снижаться.
Соответственно, частота колебаний мультивибратора будет сначала выше, затем снижаться вплоть до полной остановки, когда конденсатор С2 разрядится.
Импульсы с выхода мультивибратора поступают на счётчик-дешифратор CD4017 (К561ИЕ8), к каждому из десяти выходов которого подключены светодиоды.
В результате при нажатии кнопки светодиоды поочерёдно загораются и гаснут по кругу. Скорость движения бегущего огонька постепенно снижается, и наконец он останавливается в одном из положений.
Такой эффект имитирует движение колеса фортуны или шарика в рулетке, и может быть использован в качестве генератора случайных чисел для новогодних азартных игр.
▍ Что дальше?
Также на базе счётчика-дешифратора можно сделать интересную ёлочную гирлянду. Если взять двухцветные или RGB-светодиоды с общим катодом, получится ещё интереснее.
Можно собрать музыкальную шкатулку, если к выходам счётчика-дешифратора подключить через обычные импульсные диоды или светодиоды времязадающие резисторы мультивибратора.
Если десяти ступеней секвенсора (так в электронной музыке называется прибор, генерирующий последовательность напряжений, задающих высоту тона) недостаточно, микросхемы CD4017 можно соединять последовательно.
Когда текущий счётчик досчитает до десяти, он перестаёт считать, потому что с десятого выхода получает запрещающий сигнал CP1. Это продолжится до тех пор, пока он не получит сигнал сброса MR.
Следующий счётчик получит тактирующий сигнал СP0 только в случае, если предшествующий досчитал до десяти и находится в режиме запрета тактирования. За это отвечает логический элемент И.
Немного жаль, что разработчики микросхемы не встроили в неё этот очень полезный во многих случаях элемент. Потребовалось бы добавить два вывода, и у микросхемы было бы 18 ножек. Один из входов элемента И можно соединить с входом запрета тактирования внутри микросхемы.
Спасибо за внимание! Напишите в комментариях, какие световые и звуковые эффекты, в том числе с применением микроконтроллеров и Ардуино, вы собирали и хотели бы собрать.
Подборка простых и эффективных схем.
Первая схема — простейший мультивибратор. Не смотря не его простоту, область применения его очень широка. Ни одно электронное устройство не обходится без него.
На первом рисунке изображена его принципиальная схема.
В качестве нагрузки используются светодиоды. Когда мультивибратор работает — светодиоды переключаются.
Для сборки потребуется минимум деталей:
1. Резисторы 500 Ом — 2 штуки
2. Резисторы 10 кОм — 2 штуки
3. Конденсатор электролитический 47 мкФ на 16 вольт — 2 штуки
4. Транзистор КТ972А — 2 штуки
5. Светодиод — 2 штуки
Транзисторы КТ972А являются составными транзисторами, то есть в их корпусе имеется два транзистора, и он обладает высокой чувствительностью и выдерживает значительный ток без теплоотвода.
Когда вы приобретёте все детали, вооружайтесь паяльником и принимайтесь за сборку. Для проведения опытов не стоит делать печатную плату, можно собрать всё навесным монтажом. Спаивайте так, как показано на рисунках.
Рисунки специально сделаны в разных ракурсах и можно подробно рассмотреть все детали монтажа.
А уж как применить собранное устройство, пусть подскажет ваша фантазия! Например, вместо светодиодов можно поставить реле, а этим реле коммутировать более мощную нагрузку. Если изменить номиналы резисторов или конденсаторов – изменится частота переключения. Изменением частоты можно добиться очень интересных эффектов, от писка в динамике, до паузы на много секунд..
Фотореле.
А это схема простого фотореле. Это устройство с успехом можно применить где Вам угодно, для автоматической подсветки лотка DVD, для включения света или для сигнализации от проникновения в тёмный шкаф. Предоставлены два варианта схемы. В одном варианте схема активируется светом, а другом его отсутствием.
Работает это так: когда свет от светодиода попадает на фотодиод, транзистор откроется и начнёт светиться светодиод-2. Подстроечным резистором регулируется чувствительность устройства. В качестве фотодиода можно применить фотодиод от старой шариковой мышки. Светодиод — любой инфракрасный светодиод. Применение инфракрасного фотодиода и светодиода позволит избежать помех от видимого света. В качестве светодиода-2 подойдёт любой светодиод или цепочка из нескольких светодиодов. Можно применить и лампу накаливания. А если вместо светодиода поставить электромагнитное реле, то можно будет управлять мощными лампами накаливания, или какими-то механизмами.
На рисунках предоставлены обе схемы, цоколёвка(расположение ножек) транзистора и светодиода, а так же монтажная схема.
При отсутствии фотодиода, можно взять старый транзистор МП39 или МП42 и спилить у него корпус напротив коллектора, вот так:
Вместо фотодиода в схему надо будет включить p-n переход транзистора. Какой именно будет работать лучше – Вам предстоит определить экспериментально.
Усилитель мощности на микросхеме TDA1558Q.
Этот усилитель имеет выходную мощность 2 Х 22 ватта и достаточно прост для повторения начинающими радиолюбителями. Такая схема пригодится Вам для самодельных колонок, или для самодельного музыкального центра, который можно сделать из старого MP3 плеера.
Для его сборки понадобится всего пять деталей:
1. Микросхема — TDA1558Q
2. Конденсатор 0.22 мкФ
3. Конденсатор 0.33 мкФ – 2 штуки
4. Электролитический конденсатор 6800 мкФ на 16 вольт
Микросхема имеет довольно высокую выходную мощность и для её охлаждения понадобится радиатор. Можно применить радиатор от процессора.
Всю сборку можно произвести навесным монтажом без применения печатной платы. Сначала у микросхемы надо удалить выводы 4, 9 и 15. Они не используются. Отсчёт выводов идёт слева направо, если держать её выводами к себе и маркировкой вверх. Потом аккуратно распрямите выводы. Далее отогните выводы 5, 13 и 14 вверх, все эти выводы подключаются к плюсу питания. Следующим шагом отогните выводы 3, 7 и 11 вниз – это минус питания, или «земля». После этих манипуляций прикрутите микросхему к теплоотводу, используя теплопроводную пасту. На рисунках виден монтаж с разных ракурсов, но я всё же поясню. Выводы 1 и 2 спаиваются вместе – это вход правого канала, к ним надо припаять конденсатор 0.33 мкФ. Точно так же надо поступить с выводами 16 и 17. Общий провод для входа это минус питания или «земля».
К выводам 5, 13 и 14 припаяйте провод плюса питания. Этот же провод припаивается к плюсу конденсатора 6800 мкФ. Отогнутые вниз выводы 3, 7 и 11 так же спаиваются вместе проводом, и этот провод припаивается к минусу конденсатора 6800 мкФ. Далее от конденсатора провода идут к источнику питания.
Выводы 6 и 8 – это выход правого канала, 6 вывод припаивается к плюсу динамика, а вывод 8 к минусу.
Выводы 10 и 12 – это выход левого канала, вывод 10 припаивается к плюсу динамика, а вывод 12 к минусу.
Конденсатор 0.22 мкФ надо припаять параллельно выводам конденсатора 6800 мкФ.
Прежде чем подавать питание, внимательно проверьте правильность монтажа. На входе усилителя надо поставить сдвоенный переменный резистор 100 кОМ для регулировки громкости.