«Водоплавающую» игрушку можно сделать более интересной, если при опускании её в воду она будет изнутри подсвечиваться разноцветными вспышками света. Для этого ее надо снабдить мигалкой, описание которой приводится в этой статье. Сделать мигалку с малыми затратами можно, если в качестве её основы применить светодиодный газонный светильник. Типичный состав такого светильника: солнечная батарея, аккумулятор и повышающий преобразователь напряжения для питания светодиода. Очень часто преобразователь построен на основе микросхемы YХ8018.
Наиболее подходящим оказался малогабаритный светильник в корпусе в виде шестигранной призмы (рис. 1). Его особенность — применение малогабаритного Ni-MH дискового аккумулятора ёмкостью 40 мА·ч. Размеры платы (рис. 2), на которой размещены все элементы, кроме солнечной батареи, — 15×30 мм, что позволяет встроить её в корпус небольшого размера.
Схема доработанного преобразователя напряжения показана на рис. 3. Проволочные выводы солнечной батареи отпаивают, затем выпаивают движковый выключатель питания. При необходимости плату укорачивают, обрезав ее по красной линии (см. рис. 2). Плюсовой контакт держателя аккумулятора соединяют с выводом 4 микросхемы. Штатный светодиод удаляют, а для увеличения выходной мощности преобразователя штатный дроссель заменяют самодельным. Он намотан проводом ПЭВ-2 0,4 (10 витков) на кольцевом ферритовом магнитопроводе диаметром 6…9 мм от трансформатора электронного балласта компактной люминесцентной лампы. Выходные импульсы преобразователя выпрямляет диод VD2, а пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С1. Напряжение на конденсаторе С1 питает мигающий двухцветный светодиод НL1.
В устройстве применена одна из особенностей микросхемы YХ8018 — наличие входа управления СЕ (вывод 3), с помощью которого можно включать и выключать преобразователь. Эксперимент показал, что если этот вход никуда не подключён, на нём присутствует напряжение, близкое к напряжению питания, которое поступает через какой-то встроенный элемент. В таком состоянии преобразователь включён. Но если между этим выводом и минусовой линией питания установить резистор сопротивлением 150…200 к0м и менее, напряжение на входе СЕ станет меньше порогового и преобразователь выключится, а значит, светодиод перестанет мигать. Для плавной установки чувствительности установлен построечный резистор R1.
Чувствительным элементом, который реагирует на водную среду, является сенсорный элемент Е1. В «сухом» состоянии сопротивление между его контактами велико и напряжения на резисторе R1 недостаточно для включения преобразователя. После попадания в воду это сопротивление уменьшается и преобразователь включается — светодиод НL1 мигает.
Устройство потребует герметизации, и после неё доступ к аккумулятору будет невозможен, но его необходимо периодически заряжать. Сделать это можно через контакты датчика Е1, подобно тому как заряжается аккумулятор от солнечной батареи светильника. Минусовый вывод зарядного устройства (ЗУ) подключают к контакту 2 датчика Е1, плюсовой — к контакту 1. В этом случае ток зарядки протекает через встроенный в микросхему между входом СЕ и минусовым выводом питания диод (катодом — ко входу СЕ). Диод VD1 защищает микросхему от неправильной полярности при подключении зарядного устройства.
Рекомендуемый режим зарядки применённого аккумулятора указан на его корпусе: ток — 4 мА, время — 14 ч. Поэтому самый простой вариант зарядки — применение стабилизированного источника питания (Un), например, ЗУ сотового телефона с выходным напряжением 5 В, которое подключают к контактам датчика Е1 через токоограничивающий резистор и светодиод (рис. 4). Поскольку на заряженном аккумуляторе (1,4…1,42 В) и последовательно включенном встроенном диоде (0,6…0,7 В) будет суммарное напряжение Uc = 2…2,1 В, сопротивление этого резистора определяют по формуле R1=(Un-Uc-UHL1 )/4, где Un, Uc и UHL1 (напряжение на светодиоде) — в вольтах, R1 — в килоомах. Светодиод должен быть красного цвета свечения, и он индицирует протекание зарядного тока, но не степень зарядки аккумулятора, поэтому её надо проводить по времени.
Поскольку это время может быть разным в зависимости от степени разрядки аккумулятора, ЗУ можно усложнить, дополнив его индикатором окончания зарядки (рис. 5) на микросхеме DА1 и светодиоде НL2. В процессе зарядки будет постоянно включён светодиод НL1, а по её окончании дополнительно включится светодиод НL2.
Схему ЗУ можно упростить, исключив резистор R2, светодиод НL2 и соединив вывод 3 микросхемы с катодом светодиода HL1. В этом случае после достижения номинального напряжения на аккумуляторе ток через микросхему увеличится, а зарядный ток уменьшится. При этом уменьшится яркость светодиода HL1. В этом варианте труднее определить момент окончания зарядки, но перезарядка исключена.
Был изготовлен макет устройства в прозрачном корпусе-контейнере (рис. 6). Чтобы поверхность была матовой, корпус изнутри можно зачистить наждачной бумагой с мелким зерном или покрасить тонким слоем полупрозрачной белой краски из баллончика. Матовая поверхность лучше рассеивает свет. Датчик размещён на пластмассовой непрозрачной крышке корпуса. Конструкцию датчика дополнительно поясняет рис. 7. Контакты 2 изготовлены из металлических никелированных канцелярских скрепок, чтобы е воде не окислялись. Они вставлены через отверстия в крышке 1. Предварительно к ним аккуратно и с теплоотводом, чтобы не расплавилась крышка, припаивают гибкие монтажные провода. Затем приклеивают ферритовый прямоугольный магнит 3, выводы контактов 2 слегка загибают, чтобы они не соприкасались с магнитом (он может иметь некоторую проводимость). Магнит нужен для того, чтобы мигалка надёжно фиксировалась на специальной площадке ЗУ, кроме того, он используется как балласт. Габаритные размеры магнита — 2x5x15 мм, он извлечён из линейного двигателя запоминающего устройства ZIP. Магнит легко ломается, поэтому нетрудно сделать отрезок подходящего размера. Затем магнит и контакты покрывают слоем силиконового герметика. Надо подождать день-другой, чтобы герметик полностью высох. В жидком состоянии он может проводить ток, поэтому мигалка может включиться.
Основа контактной площадки ЗУ — плата (рис. 8) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Конструкцию площадки поясняет рис. 9. Корпус светильника тоже пригодился — из него сделан корпус ЗУ Для этого солнечную батарею удаляют, надеюсь, что радиолюбители найдут применение и для неё. Взамен неё устанавливают плату 4, к её металлизированным и облуженным контактным площадкам 1 через отверстия 2 припаяны гибкие монтажные провода 6. Для надёжной фиксации мигалки на ЗУ с нижней стороны платы приклеен магнит 5, он должен быть расположен так, чтобы притягивался к магниту, установленному в мигалке.
Чтобы не перепутать полярность зарядного тока, между контактами площадки зарядного устройства и между контактами сенсорного датчика (с помощью водостойкого клея) приклеены отрезки текстолита размерами примерно 0,5x4x7 мм (позиция 3 на рис. 9 и позиция 4 на рис. 7). Мигалку размещают на контактной площадке ЗУ так, чтобы отрезки текстолита были на одном уровне. Внешний вид ЗУ показан на рис. 10, а расположение на нём мигалки — на рис. 11.
В мигалке применён малогабаритный оксидный конденсатор, диоды могут быть любые маломощные импульсные. Мигающие светодиоды — любые двухцветные или трёхцветные (например, LЕD2-501313RGВС-В) с номинальным напряжением питания 3…5 В. При разрядке аккумулятора сначала перестанет вспыхивать светодиод синего цвета.
Все элементы установлены на плате с помощью навесного монтажа. После проверки и налаживания устройства всю плату (вместе с аккумулятором и светодиодом) с целью герметизации покрывают тонким слоем прозрачного силиконового герметика. Все узлы мигалки соединяют, и после проверки её собирают, смазывая герметиком стык между корпусом и крышкой.
Ток, потребляемый устройством от аккумулятора в дежурном режиме, не превышает нескольких десятков микроампер. При включении преобразователя он увеличивается до нескольких десятков миллиампер. При использовании ЗУ, схема которого показана на рис. 5, на её корпусе и на мигалке нет необходимости устанавливать отрезки текстолита. При подключении ЗУ к источнику питания будет включён светодиод HL2, а НL1 будет светиться очень слабо. Если мигалку установить на ЗУ при разряженном аккумуляторе, светодиод HL2 погаснет, а НL станет светить с максимальной яркостью. При неправильной установке на ЗУ светодиод в мигалке станет вспыхивать.
В ЗУ применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, подстроечный — СПЗ-19, светодиод НL1 — любой маломощный красного цвета свечения, НL2 — зелёного цвета. Для светодиодов в корпусе делают отверстия. Монтаж ведут навесным методом, используя выводы светодиодов как опорные точки. Налаживание ЗУ проводят до герметизации устройства. Полностью заряженный аккумулятор устанавливают в держатель и подключают ЗУ. Движок подстроечного резистора сначала устанавливают в крайнее правое по схеме положение и затем, плавно его вращая, добиваются включения светодиода НL2.
Автор: И. Нечаев, г. Москва
Источник: Радио №8/2016