Сетевой индикатор на светодиоде. Указатель напряжения, разновидности, функции, инструкции по использованию Светодиод как индикатор сетевого напряжения

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

1. Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
2. Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

R = (U вх - U LED) / I

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U вх - U LED) 2 / R

где U вх = 220 В,
U LED - прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U вх /I,
I - ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В) 2 /11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт - 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы - ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на "землю" (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй - во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале - попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное - это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц - 8% (гарантированно безопасный уровень - 3%). Для частоты 50 Гц - это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с ГОСТ 33393-2015 "Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности" для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель - коэффициент пульсаций (К п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

К п = (Е max - E min) / (E max + E min) ⋅ 100%,

где Е мах - максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е мин - минимальное.

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

К п = (U max - U min) / (U max + U min) ⋅ 100%

Подставляем исходные данные и вычисляем U min:

2.5% = (2В - U min) / (2В + U min) ⋅ 100% => U min = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

t зар = arccos(U min /U max) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2⋅ 3.1415⋅ 50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

t разр = Т - t зар = 0.02/2 - 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I LED ⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

R c = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f - тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из , а можно рассчитать самостоятельно.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U 2 вх - U 2 LED)) [Ф],

где I - ток через светодиод, f - частота тока (50 Гц), U вх - действующее значение напряжения сети (220В), U LED - напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U 2 вх - U 2 LED) приблизительно равно U вх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ I LED / U вх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под U вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

• X1 - используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
• X2 - самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
• Y1 - работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
• Y2 - довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше - на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские "шоколадки" (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов - для них лучше использовать , которые называются драйверами.

ЕЛ Яковлев. г.Ужгород
Существует ряд устройств как бытового, так и промышленного применения, не имеющих индикаторов наличия сети на входе источников питания. Хорошо, если удается косвенно судить об этом по наличию индикации во вторичных источниках питания, а если их нет? Например, некоторые блоки авиационного наземного радиолокатора расположены в колонне привода антенны на высоте более пяти метров над землей. Индикация большинство напряжений имеется, кроме высоковольтного 2кВ. Для получения этого напряжения используется отдельный трансформатор 220 В / 2 кВ со своим предохранителем по первичной цепи, поэтому без индикации отказ предохранителя или выход из строя трансформатора определить практически очень сложно.
Наиболее целесообразно ислользовать для индикации наличия сети светодиод. Его размеры невелики, не сложно монтировать в любую аппаратуру, в том числе и бытовую.
Схема рис. 1 предельно проста . Резистивный делитель напряжения R1 /R2 ограничивает напряжение на светодиоде VD1, который светит во время положительных полуволн сетевого напряжения. Экслериментально схема, как и другие в этой статье, проверялась и была работоспособной. Однако во время отрицательных полуволн сети, когда светодиод VD1 находится в запертом состоянии, к нему прикладывается напряжение, превышающее допустимое по TУ. Это нецелесообразно. Появляется и другая дилемма. Так, если использовать R1 указанного в первоисточнике номинала (для ограничения рассеиваемой резистором мощности и его нагрева), то требуется подбор типа свето-диода по максимальной яркости свечения на небольших, порядка 1 ...3 мА токах. А это уже затруднительно: чем больше ток светодиода, тем большая мощность будет рассеиваться на резисторе.






В схеме рис.2 один из отмеченных недостатков схемы рис. 1 устранен - во время отрицательных полуволн сетевого напряжения светодиод VD1 шунтируется сопротивлением открытого диода VD2. Падение напряжения на нем не превышает 0,8 В.
Коэффициент полезного действия большинства устройств, к сожалению, невелик. С этим мы привыкли мириться, хотя путей его повышения может быть много. Так, если вместо диода VD2 (рис.2) применить светодиод (рис.3), то потребление энергии схемой останется прежним, надежность работы не изменится, а сила света индикатора увеличится вдвое, т.к. во время отрицательных полуволн сетевого напряжения светодиод VD2 (рис.3) будет не только защищать светодиод VD1, но и излучать сеет.
Установив диод VD2 (рис.4) можно уменьшить рассеиваемую резистором R1 мощность вдвое по сравнению со схемой, показанной на рис.1.
Для повышения надежности работы светодиода целесообразно эашунтировать его обратносмещенньм диодом VD3 (рис.5).
Нагрев сопротивления входного делителя напряжения устраняется при использовании реактивного сопротивления конденсатора С1 (рис.6) . Если используется светодиод VD1 с высокой светоотдачей при малом токе через него (2...3 мА), то емкость конденсатора С1 может быть около 33 нФ. Если же такой светодиод приобрести проблематично, то достаточно увеличить емкость конденсатора. Ориентировочно можно считать, что конденсатор емкостью 0,1 мкФ имеет реактивное сопротивление на частоте 50 Гц около 32 кОм. При этом он может обеспечить ток светодиода величиной окало 7 мА при напряжении сети 220 В.
Резистор R1 ограничивает бросок тока через светодиод при подаче сетевого напряжения на схему.
Резистор R2 - защитный. При отключении устройства от се-
ти он участвует в разрядке конденсатора. Наличие диодов VD1, VD2 обязательно для работы конденсатора С1 на переменном токе.
При использовании двух светодиодов (рис.7) принцип роботы схемы сохраняется, но суммарная яркость свечения индикатора возрастает вдвое без увеличения потребляемой мощности. Если все же ограничиться одним светодиодом, то его можно включить в диагональ диодного место VD1...VD4 (рис.8) . Избыточность схемы компенсируется использованием маломощных низковольтных диодов с небольшим допустимым напряжением, например, КД522.
Для повышения информативности работы схемы контроля напряжения можно использовать мигающие светодиоды (цена их около 3 грн.).
В схеме рис.9 для обеспечения возможности роботы стандартного светодиода, например АЛ307Б, в импульсном режиме применен симметричный динистор VD1 типа DB3. Сейчас эти полупроводниковые изделия имеются набольшинстве радиорынков по цене 25 коп., но спросом не пользуются - еще не оценили всех возможностей этих очень маленьких (размером с диод КД522, например) симметричных динисторов.
Конденсатор С1 заряжается через резистор R1 и диод VD3. При достижении напряжения пробоя динистора VD1 он подключает к конденсатору С1 светодиод VD2 (через резистор R2). Разряжая конденсатор, светодиод VD2 ярко вспыхивает. Частоту вспышек можно изменять, варьируя емкость конденсатора С1 Так, при изменении емкости от 10 до 30 мкФ частота вспышек изменялась ориентировочно от 2 до 0,7 Гц. Схема легко размещается на печатной плате (рис.11), можно использовать и навесной монтаж.
Если имеется двухцветный светодиод, например R/G, то целесообразно использовать схему, показанную на рис.10 . Она обладает большими функциональными возможностями. При разомкнутом положении выключателя SA1 (показан на чертеже) будет светиться светодиод VD1 (красный). Это будет происходить в положительные полуволны сетевого напряжения. Ввиду того, что емкостное сопротивление конденсатора С1 во много раз больше сопротивления нагрузки RH, светодиод VD2 (зеленый) светиться не будет.
Если же в цепи нагрузки RH будет обрыв, то светодиоды VD 1 (R) и VD2 (G) будут включены последовательно. Цвет свечения индикатора сигнализирует об этом.
При включении нагрузки RH выключателем SA1 цепь светодиода VD1 (R) шунтируется, и этот светодиод не зажигается. Происходит свечение светодиода VD2 (зеленого) в отрицательные полуволны сетевого напряжения. Назначение элементов С2 R2 аналогично назначению элементов С1, R1 соответственно.
Резистор R3 используется для разряда конденсаторов после отключения сетевого напряжения от устройства.
Диоды VD3, VD4 могут быть слаботочными и низковольтными, например, типа КД522.
В заключение хотелось бы обратить внимание на ориентировочный характер указанных на чертежах элементов схем. Их конкретные значения зависят от параметров используемых светодиодов, в частности, от величины тока светодиода, необходимого для обеспечения приемлемой яркости свечения. Необходимые значения величин элементов схем уточняются при макетировании.
Радиосхема №3, 2006г.

Такой индикатор очень долго лежал у меня на полке. Распаивать его не хотелось, поскольку я надеялся сделать из него что-нибудь оригинальное, а не просто получить трёхразрядный индикатор и два десятка ненужных перемычек...

И вот недавно, когда я делал сетевой удлинитель с индикатором наличия напряжения на синем светодиоде, мне на глаза попался этот индикатор. Синий светодиод был без сожаления убран, а в удлинитель вставлен индикатор, на котором светится число 230 зелёного цвета, означающее номинальное напряжение в сети. Я запитал индикатор от простейшего блока питания с гасящим конденсатором по схеме, изображённой на рис. 1.

Рис. 1. Схема питания индикатора

Примечание. Чтобы случайно не прикоснуться к деталям платы индикатора, находящимся под напряжением сети, щели между отверстием в корпусе удлинителя и индикатором необходимо закрыть накладкой из изоляционного материала. Для ограничения броска тока при включении последовательно с плавкой вставкой следует установить резистор сопротивлением 20...30 Ом и мощностью 0,25...0,5 Вт.

Но сначала индикатор нужно было подключить к источнику постоянного напряжения 5 В, предварительно установив перемычки так, чтобы зажглось число 230, и измерить мультиметром потребляемый ток. Его необходимо знать, чтобы правильно выбрать ёмкость гасящего конденсатора C1. Формулы для её расчёта можно найти, например, в статье C. Бирюкова "Расчёт сетевого источника питания с гасящим конденсатором" ("Радио", 1997, №5, с. 48-50). С достаточной точностью можно считать, что если ёмкость этого конденсатора равна 1 мкФ, а выпрямитель двухполупериодный (как в рассматриваемом случае), то этот ток будет около 60 мА. Из них 50 мА потечёт через индикатор HG1, а остаток возьмёт на себя стабилитрон VD2. При случайном отключении индикатора стабилитрон защитит от пробоя сглаживающий конденсатор C2, напряжение на котором не превысит 6 В. Если использовать индикатор с другим током, то ёмкость конденсатора C1 нужно изменить пропорционально току.

Плавкая вставка FU1 нужна на случай пробоя конденсатора C1. Перегорев, она предотвратит грозящее большими неприятностями повреждение подводящих сетевое напряжение проводов и элементов защищаемого устройства. Было решено испытать плавкие вставки на 0,16 А и 0,25 А. Для того чтобы точно определить, не перегорит ли вставка на 0,16 А от броска зарядного тока конденсатора С1 при первоначальном включении, было произведено около десятка медленных включений сетевой вилки в розетку и её выключений. Многие из них сопровождались искрением. Но вставка на 0,16 А выдержала это испытание. Понятно, что вставка на 0,25 А выдержит его тем более.

Резистор R1 предназначен для быстрой разрядки конденсатора C1 после отключения устройства от сети. Иначе можно получить электроудар, случайно прикоснувшись к контактам отключённой от розетки сетевой вилки.

Поскольку индикатор должен работать круглосуточно, чтобы обеспечить нужную надёжность, следует применить в качестве C1 импортный аналог плёночного конденсатора К73-17 с допустимым постоянным напряжением не менее 630 В (или переменным не менее ~275 В). К сожалению, отечественная промышленность не выпускает конденсаторы К73-17 на 630 В ёмкостью более 0,47 мкФ, поэтому, если подходящего импортного конденсатора нет, придётся соединить два таких конденсатора параллельно.

Можно пойти и по другому пути - использовать сетевое зарядное устройство для сотового телефона. Главное, чтобы его плата поместилась в корпус удлинителя. Это значительно повысит безопасность эксплуатации удлинителя. Но следует убедиться, что выходное напряжение зарядного устройства равно 5 В (все современные зарядные устройства с разъёмом micro USB этому требованию удовлетворяют).

Если же зарядное устройство предназначалось для телефона старой модели и его выходное напряжение более 5 В, последовательно с индикатором необходимо включить ограничительный резистор, подобрав его так, чтобы ток индикатора не превышал ранее измеренного значения.

Рис. 2. Схема включения индикатора с общими анодами

Рис. 3. Схема включения индикатора с общими катодами

Вместо платы с индикатором тактовой частоты от старого компьютера, если её найти не удалось, можно использовать любой светодиодный трёхразрядный семиэлементный индикатор, разряды которого имеют раздельные выводы элементов (общее число выводов таких индикаторов - 28). Индикатор с общими анодами разрядов включают по схеме, изображённой на рис. 2, а с общими катодами - на рис. 3. Конечно, можно применить и три одноразрядных индикатора или четырёхразрядный, не использовав в нём один разряд. Подбирая резисторы R2-R4, устанавливают желаемую яркость свечения цифр.

При выборе светового индикатора сетевого напряжения разработчик электронной аппаратуры может воспользоваться одним из трех основных вариантов, т.е. может применить неоновую лампу, лампу накаливания или светодиод. Преимущества неоновой лампы - возможность непосредственного подключения к электросети переменного тока и малое потребление мощности. Для установки лампы накаливания необходим понижающий трансформатор, т.е. обеспечивается только косвенный признак наличия сетевого напряжения, и, как правило мощность рассеивания больше, чем у неоновой лампы.

Использование светодиода - идеальная альтернатива обоим вышеупомянутым подходам, так как он имеет значительно больший срок службы чем неоновая пампа или лампа накаливания. Мощность рассеивания светодиода не больше 20...30мВт.

Так как светодиод - маломощный элемент, его необходимо защитить от больших токов. Один из вариантов защиты заключается в использовании последовательного резистора при напряжении сети, например, 240В, при этом его мощность рассеивания будет около 3,5Вт. Другой вариант показан на рисунке. Ток через светодиод ограничивается не сопротивлением гасящего резистора, а реактивным сопротивлением конденсатора. Преимущество этого метода состоит в том, что на конденсаторе не рассеивается мощность, так как ток, проходящий через него, на 90° не совпадает по фазе с приложенным к нему напряжением.

Формула для вычисления мощности рассеивания для напряжения переменного тока:

Pc=i*Uc*Cosф

Сдвиг фазы на 90°, который имеет место на конденсаторе, приводит к нулевому рассеиванию мощности
(т.к. cos90° = 0) Pc = 0.

Емкость конденсатора С может быть вычислена для любого данного напряжения, частоты и тока при помощи следующего уравнения:

C = i/(6.28*U*f) ,

где С - емкость в фарадах, U - среднеквадратическое значение напряжения, f - частота сети в Гц, i - ток через светодиод в амперах.

При напряжении сети 240В и частоте 50Гц для тока 20мА самый близкий подходящий номинал конденсатора - 330нФ. Рабочее напряжение конденсатора должно быть по крайней мере в два раза больше напряжения сети.

Светодиоды широко применяются во многих электронно-технических устройствах, благодаря незначительному энергопотреблению. Они отличаются компактными размерами, высокой надежностью и качественным светом. Эти свойства дали возможность сделать намного удобнее отображение всех функций оборудования, приборов и устройств. Среди них следует отметить индикатор напряжения на светодиодах, используемый при работе с электрическим током. Устройство индикатора совсем несложное, поэтому его легко изготовить собственными силами.

Общее устройство и принцип работы

Светодиоды являются одной из основных деталей индикаторов напряжения в сети. В ходе тестирования они наглядно демонстрируют наличие или отсутствие электрического тока на проверяемом участке.

Схемы простейших индикаторов состоят из минимального количества деталей и легко собираются даже начинающими радиолюбителями. На представленном рисунке отображается конструкция прибора, предназначенного для определения фазного проводника или контакта.

Данная схема широко используется в индикаторных отвертках. Им не требуется собственного источника питания, так как величины потенциала, образующегося между фазой и голой рукой, вполне хватает, чтобы началось свечение диода. Светодиодный индикатор напряжения, предназначенный для работы в сети 220 В, дополняется емкостным сопротивлением, ограничивающим ток, поступающий к лампочке. От обратной полуволны защита обеспечивается диодом.

При проверке низковольтных цепей до 12 вольт ограничителем тока нередко выступает лампа накаливания малой мощности или резистор, с сопротивлением от 50 до 100 Ом. При работе с более высоким напряжением мощность резистора должна быть увеличена.

Радиолюбители для проверки микросхем часто используют простейшее устройство, в котором имеются три стабильные позиции. Если цепь оборвана и сигнал отсутствует, диоды не будут светиться. В других случаях при разных токах загораются определенные светодиодные лампочки. Подобное разделение осуществляется с помощью транзисторов с различным напряжением открытия. Например, когда ток составляет 0,5 В, открывается первый транзистор, а при 2,4 В открывается второй. Если возникает необходимость работы с другими токами, необходимо использовать транзисторы с соответствующими характеристиками.

Таким образом, довольно легко изготовить указатель напряжения на светодиодах своими руками. Эта и другие схемы используются достаточно часто, поэтому их стоит рассмотреть более подробно.

Простая схема индикатора

Схема с применением транзисторных элементов и сопротивлений используется в указателях, работающих с постоянным и переменным напряжением до 600 вольт. Подобная конструкция несколько сложнее, сравнительно с индикаторной отверткой, однако добавление деталей делает указатель напряжения на светодиодах универсальным инструментом. Его можно совершенно безопасно использовать для проверки напряжения в диапазоне от 5 до 600 вольт.

На представленной схеме хорошо просматривается полевой транзистор VT2, который служит основой всей конструкции индикатора. Срабатывание устройства зависит от порогового значения напряжения, зафиксированного разностью потенциалов в положении затвор-исток.

Величина максимально возможных сетевых напряжений находится в зависимости от падения потенциала в позиции сток-исток. По своей сути этот транзистор является своеобразным . Транзистор VT1 является биполярным, используемым для обратной связи и поддержки заданных параметров.

Самодельный индикатор функционирует следующим образом. Когда на вход подается напряжение, в контуре появляется электрический ток. Его величина зависит от сопротивления R2 и напряжения биполярного транзистора VT1 в переходе база-эмиттер. Свечение маломощного светодиода вполне возможно при стабилизирующем токе в 100 мкА. При напряжении в база-эмиттер около 0,5 вольт, сопротивление R2 должно находиться в пределах от 500 до 600 Ом. От возможных скачков тока светодиод защищен неполярным конденсатором С, емкость которого составляет 0,1 мкФ.

Мощность резистора R1 составляет 1 Мом, что вполне достаточно для использования его в качестве нагрузки транзистора VT1. При работе с постоянным напряжением диод VD выполняет защитную функцию и проверку полюсов. Когда проверяется переменное напряжение, этот диод становится выпрямителем и служит для срезания отрицательной полуволны. Величина его обратного напряжения составляет не менее 600 вольт. Сам светодиод HL следует выбирать с наибольшей яркостью, чтобы сигнал был заметен даже при минимальном токе.

Указатель напряжения для аккумуляторных батарей

Срок службы автомобильного аккумулятора значительно продлевается, если на его клеммах проводится регулярный контроль напряжения. В случае каких-либо отклонений можно принять своевременные меры и избежать негативных последствий.

Предлагаемая схема функционирует на светодиоде RGB, отличающемся от обычных источников света тремя кристаллами разных цветов, расположенными внутри корпуса. В процессе работы каждый цвет будет соответствовать определенному значению напряжения.

Для создания индикатора понадобится 9 резисторов, три стабилитрона, 3 биполярных транзистора и 1 разноцветный светодиод. После правильной сборки сигнал будет зеленого цвета при напряжении 12-14 вольт, красного цвета - более 14,4 В, синего цвета - менее 11,5 В. Чтобы выставить минимальный предел напряжения используется потенциометр R4 и стабилитрон VD2.

В случае снижения ниже установленного значения, происходит закрытие транзистора VT2, а транзистор VT3, наоборот, будет открываться, индуцируя кристалл диода синего цвета. Если напряжение в норме и находится в заданных пределах, ток будет проходить через резисторы R5, R9 и через стабилитрон VD3. В это время светодиод будет светиться зеленой индикацией. Транзистор VT3 будет закрыт, а VT2 - открыт. Резистор R2 является переменным и позволяет настроить напряжение, в том числе и в сторону увеличения более 14,4 В. В этом случае сражу же загорается красный свет.