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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação LED de baixa tensão. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / iluminação Fontes de LED de radiação óptica na faixa visível, devido às características de design, não podem brilhar em tensões abaixo de 1,6 ... 1,8 V. Esta circunstância limita drasticamente a possibilidade de usar LEDs em dispositivos com fonte de alimentação de baixa tensão (de uma célula galvânica) . Os emissores de LED propostos com alimentação de baixa tensão (0,1 ... 1,6 V) podem ser usados para indicação de tensão, transmissão de dados através de canais de comunicação óptica, etc. Para alimentá-los, você também pode usar células eletroquímicas de ultra baixa voltagem, nas quais o solo umedecido ou o meio biologicamente ativo servem como eletrólito. A variedade de circuitos de alimentação de LED de baixa tensão pode ser reduzida a dois tipos principais de conversão de baixa tensão para alta tensão. São circuitos com dispositivos de armazenamento de energia capacitivos e indutivos. A Figura 1 mostra o circuito de alimentação do LED usando o princípio da duplicação da tensão de alimentação. O gerador de pulsos de baixa frequência, cuja taxa de repetição é determinada pela cadeia R1-C1 e a duração - R2-C1, é feita nas estruturas dos transistores pn-p e npn. Da saída do gerador, pulsos curtos através do resistor R4 são alimentados à base do transistor VT3, no circuito coletor do qual o LED vermelho HL1 e o diodo de germânio VD1 estão conectados. Um capacitor eletrolítico de alta capacidade C2 é conectado entre a saída do gerador de pulsos e o ponto de conexão do LED e o diodo de germânio.
Durante uma longa pausa entre pulsos (transistor VT2 está fechado e não conduz corrente), este capacitor é carregado através de VD1 e R3 para a tensão de alimentação. Quando um pulso curto é gerado, o transistor VT2 abre. A placa carregada negativamente do capacitor C2 é conectada ao trilho de alimentação positivo. O diodo VD1 está bloqueado. O capacitor carregado C2 é conectado em série com a fonte de alimentação e carregado na cadeia: o LED é a junção emissor-coletor do transistor VT3. Como o transistor VT3 é desbloqueado pelo mesmo pulso, sua resistência emissor-coletor diminui. Assim, quase o dobro da tensão de alimentação (excluindo pequenas perdas) é aplicada ao LED por um curto período de tempo - seu flash brilhante segue. Depois disso, o processo de carga-descarga do capacitor C2 é repetido periodicamente. Ao usar LEDs do tipo AL307KM com uma tensão de incandescência de 1,35 ... 1,4 V, a tensão de operação do gerador é de 0,8 ... 1,6 V. Os limites de alcance são definidos da seguinte forma: o menor indica a tensão na qual o LED acende , o superior indica em que a corrente consumida pelo dispositivo é de 20 mA. Como o gerador está no modo de pulso, são gerados flashes brilhantes de luz que atraem a atenção. No circuito, é necessário usar um capacitor eletrolítico C2 de baixa tensão, mas bastante volumoso e de alta capacidade. As fontes de alimentação de LED de baixa tensão baseadas em multivibradores são mostradas na Fig. 2, 3. A primeira delas é baseada em um multivibrador assimétrico que gera pulsos curtos com uma grande pausa interpulso. O acumulador de energia - capacitor C3 - é periodicamente carregado da fonte de alimentação e descarregado no LED, somando sua tensão com a tensão de alimentação.
O gerador (Fig. 3) fornece, ao contrário do circuito anterior, a natureza contínua do brilho do LED. O dispositivo é baseado em um multivibrador simétrico e opera em frequências mais altas. A este respeito, as capacitâncias dos capacitores neste circuito são bastante pequenas. Obviamente, o brilho do brilho é visivelmente reduzido, mas a corrente média consumida pelo gerador a uma tensão de alimentação de 1,5 V não excede 3 mA.
Conversores de tensão do tipo capacitor (com duplicação de tensão) para alimentar emissores de LED podem teoricamente reduzir a tensão de alimentação operacional em apenas até 60%. O uso de multiplicadores de tensão multiestágio para este fim não é promissor devido ao aumento progressivo das perdas e à diminuição da eficiência do conversor. Mais promissores em termos de redução da tensão de alimentação são os conversores com armazenamento de energia indutivo. Tornou-se possível diminuir sensivelmente o limite inferior da tensão de alimentação devido à transição para versões LC dos circuitos geradores usando dispositivos de armazenamento de energia indutiva. Uma cápsula de telefone é usada como armazenamento de energia indutiva no primeiro dos esquemas (Fig. 4). Simultaneamente com a radiação luminosa, o gerador gera sinais acústicos. Quando a capacitância do capacitor aumenta para 200 microfarads, o gerador muda para um modo de operação pulsado, gerando luz intermitente e sinais sonoros. Uma estrutura um tanto incomum é usada como elemento ativo - uma conexão em série de transistores de vários tipos de condutividade cobertos por feedback positivo.
Os conversores de tensão para alimentar o LED nas Figuras 5 e 6 são feitos em análogos de transistores de efeito de campo de injeção. O primeiro dos conversores (Fig. 5) usa um circuito combinado indutivo-capacitivo para aumentar a tensão de saída, combinando o princípio de duplicação de tensão capacitiva com a obtenção de um aumento de tensão em uma indutância chaveada.
O gerador mais simples é baseado em um análogo de transistor de efeito de campo de injeção (Fig. 6), onde o LED desempenha simultaneamente o papel de capacitor e é a carga do gerador. O dispositivo opera em uma faixa estreita de tensões de alimentação, porém, o brilho do LED é bastante alto, pois o conversor é puramente indutivo e possui alta eficiência.
A Figura 7 mostra um gerador tipo transformador para alimentação de LEDs com baixa tensão. O gerador contém três elementos, um dos quais é um diodo emissor de luz. Sem um LED, o dispositivo é o gerador de bloqueio mais simples e uma tensão bastante alta pode ser formada na saída do transformador. Se um LED for usado como carga do gerador, ele começará a brilhar intensamente. No circuito, um anel de ferrite F1000 K10x6x2,5 é usado como transformador. Os enrolamentos do transformador possuem 15 ... .20 espiras de fio PEV com diâmetro de 0,23 mm. Na ausência de geração, as extremidades de um dos enrolamentos do transformador são trocadas.
Ao alternar para transistores de germânio de alta frequência, como 1T311, 1T313 e usar transformadores de pulso unificados, como MIT-9, TOT-45, etc., o limite inferior das tensões operacionais pode ser reduzido para 0,125 V. A tensão de alimentação de todos os circuitos considerados, para evitar danos aos LEDs, não deve ultrapassar 1,6 ... 1,7 V. Autor: M. Shustov, Tomsk; Publicação: radioradar.net
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