Один из самых популярных световых эффектов, реализуемых в различных конструкциях устройств, которые применяются для украшения новогодней елки, – эффект так называемых бегущих огней. Визуально он выражается в том, что в цепочке каких-либо источников света, например электрических лампочек, в самом простом варианте поочередно загорается один или группа источников, расположенных один возле другого. При этом, благодаря инерции нашего зрения, создается видимость того, что источник света перемещается, «бежит» по цепочке с определенной скоростью. В качестве источников света в таких конструкциях могут использоваться не только электрические лампочки, но и, например, светодиоды.
Простое и в то же время надежное устройство, реализующее световой эффект бегущих огней, можно собрать с использованием обыкновенных светодиодов. Предлагаемая конструкция представляет собой обычный переключатель, в котором напряжение питания поочередно подается на один из десяти светодиодов. Принципиальная схема модуля бегущих огней приведена на рисунке.
Данное устройство, основу которого составляют две микросхемы и десять транзисторов, условно можно разделить на три функциональных блока: задающий генератор, блок управления и схему индикации. Как и большинство подобных конструкций, предлагаемый модуль изготовлен с использованием счетчиков импульсов. Задающий генератор, формирующий импульсы управления, выполнен на микросхеме IC2, которая включена по схеме нестабильного мультивибратора. При этом рабочая частота задающего генератора определяется величиной сопротивления резистора R1 и значением емкости конденсатора С1. При использовании данных элементов с указанными на принципиальной схеме параметрами частота следования управляющих импульсов будет около 15 Гц. С выхода задающего генератора (вывод IC2/3) управляющие импульсы подаются на блок управления, основу которого составляет микросхема IC1, являющаяся счетчиком импульсов. На десяти выходах этой микросхемы обеспечивается последовательное формирование напряжения логической единицы. Первоначально на всех выходах счетчика импульсов присутствуют напряжения логического нуля. Другими словами, уровень напряжения на каждом из выходов микросхемы IC1 (выводы IC1/1-7.9-11) будет низким и недостаточным для того, чтобы открылся транзистор, база которого подключена к соответствующему выходу.При поступлении от задающего генератора первого управляющего импульса на вход счетчика CLK (вывод IC1/14) на выходе D00 (вывод IC1/3) сформируется напряжение логической единицы, то есть на этот выход будет подано напряжение более высокого уровня. Таким образом, на одном из выходов блока управления появится управляющее напряжение, которое подается на соответствующий вход блока индикации. В рассматриваемой схеме блок индикации выполнен на транзисторах Т1-Т10 и светодиодах D1-D10.
С выхода D00 (вывод IC1/3) напряжение высокого логического уровня поступает на базу транзистора Т10 и обеспечивает его отпирание. В результате через открытый переход «коллектор-эмиттер» транзистора Т10 анод светодиода LD10 оказывается подключенным к плюсу источника питания, что приводит к свечению этого диода. Поступление на вход микросхемы IC1 следующего управляющего импульса от задающего генератора обеспечит формирование напряжения логической единицы на выходе D01 (вывод 1С 1/2). При этом на выходе D00 вновь появится напряжение низкого логического уровня, транзистор Т10 закроется, а светодиод LD10 погаснет. В то же время транзистор Т9 откроется, а диод LD9 начнет светиться.
При подаче на вход счетчика IC1 непрерывной последовательности из десяти управляющих импульсов напряжение высокого логического уровня будет поочередно формироваться на выходах D00-D09, чем будут обеспечены последовательные вспышки светодиодов от LD10 до LD1. Если эти светодиоды расположить один возле другого, то, как уже отмечалось, благодаря инерции нашего зрения, создастся видимость того.
что светящийся диод «бежит» по цепочке. После того как на вход счетчика будет подана следующая последовательность из десяти управляющих импульсов, произойдет повторный цикл поочередных вспышек светодиодов. И так будет продолжаться до отключения питания.
Остается добавить, что использование в данной схеме транзисторов Т1-Т10 в качестве управляющих работой светодиодов ключей обусловлено тем, что токовая нагрузка микросхемы IC1 весьма незначительна. Поэтому непосредственное подключение отдельных светодиодов к ее выходам может привести к неисправности микросхемы. В то же время с учетом того, что в определенный момент времени в предлагаемой конструкции всегда светится только один светодиод, ток через все диоды ограничен одним общим резистором R2.
Все детали модуля бегущих огней размещены на небольшой двусторонней печатной плате размером 55×35 мм. Изображение печатной платы приведено на рисунке.
Питание модуля осуществляется от источника постоянного напряжения 5 В. Это могут быть обыкновенная плоская батарейка типа 3336Л или четыре пальчиковых элемента по 1,5 В, так как надежная работа данного модуля обеспечивается
и при изменении питающего напряжения в пределах от 4,5 до 6,0 В. В качестве источника питания можно использовать обычный сетевой выпрямитель на напряжение 6 В при токе 200-300 мА. Если в данной конструкции применить светодиоды с низким рабочим током (2 мА), а сопротивление резистора R2 увеличить до 1 кОм, общая потребляемая мощность устройства будет значительно снижена. В этом случае при питании от одной плоской батарейки модуль сможет непрерывно работать несколько десятков часов.
Импортные транзисторы ВС548В можно заменить, например, отечественными транзисторами n-p-n-типа КТ3102ВМ. Светодиоды можно заменить маленькими электрическими лампочками, рассчитанными, например, на напряжение 4,5 В. В этом случае резистор R2 заменяется перемычкой.
В предлагаемом варианте исполнения модуля бегущих огней все светодиоды размещены вдоль одной из сторон печатной платы. Однако в каждом конкретном случае расположение светодиодов зависит лишь от фантазии исполнителя. Светодиоды можно расположить, например, в виде небольшой гирлянды. Это может быть и какая-либо буква или инициалы. При этом светодиоды соединяются с платой с помощью тонкого многожильного кабеля.
Собранный без ошибок в монтаже и из исправных деталей, модуль бегущих огней почти не нуждается в налаживании, за исключением подбора рабочей частоты задающего генератора, которая определяется величиной сопротивления резистора R1 и значением емкости конденсатора С1. При желании скорость перемещения бегущих огней можно изменять подбором значения сопротивления резистора R1. Для увеличения скорости сопротивление резистора R1 следует уменьшить, а для уменьшения скорости перемещения бегущих огней сопротивление резистора R1 необходимо увеличить.
