РадіоКот :: Світлодіодний УФ ліхтарик

Наши партнеры ArtmMisto

>>>>

Світлодіодний УФ ліхтарик

Всім читає добрий день і моя категорична «мяу»!

Захотілося мені зробити ультрафіолетовий ліхтарик. Взагалі кажучи, мати подібну річ хотілося б давним-давно, ще в дитинстві. Адже це ж особливе невидиме випромінювання, яке робить чудеса! З металів вириваються електрони, різні речовини починають світитися, детонує киснево-воднева суміш ... Можна ходити з такою штукою і відчувати себе дослідником ...

Минув час. Світ змінився, з'явилися нові гаджети, нові моди, захоплення. Стали доступні багато речей, про які колись можна було лише мріяти. Звичайно, у мене вже є ультрафіолетова лампа чорного кольору, та й наука стала буденним життям. Але ось одного разу побачив у продажу ультрафіолетові світлодіоди, і вирішив взяти і зробити маленький незвичайний кишеньковий ліхтарик.

Відразу скажу, багато світлодіоди з тих, що продаються на радіоринках і іменуються ультрафіолетовими, ні на що особливе не здатні. 390 нм - лише світиться папір та маркери, 380 нм - здається, вже можна виявити деякі мітки на купюрах, але більшість знаків все ж залишаються невидимими. Беріть світлодіоди на 365 нм. Випромінювання з такою довжиною хвилі присутній в спектрі ртуті, а скло ламп «чорного світла» якраз і пропускає назовні цей діапазон.

Вимоги до схеми у мене були наступними: по-перше, вона повинна харчуватися від однієї батарейки, а по-друге, забезпечувати якомога більш плавний і щадний режим роботи світлодіода (відсутність кидків струму, перевантажень, мерехтіння). Що стосується мерехтіння, в звичайних ліхтариках воно погано ще тим, що створює навантаження для очей. Оці доводиться підлаштовуватися під імпульси світлового потоку, усредняя їх, в результаті втомлюються м'язи кришталика і знижується комфорт сприйняття. Нехай краще цю роботу роблять конденсатори.

Мій ультрафіолетовий світлодіод виглядає так само, як і звичайний. Номінальний струм у нього 20 мА, пряме падіння напруги 3,3 В.

В інтернеті повнісінько схем підвищують перетворювачів для живлення світлодіода від однієї батарейки. Наприклад, такі (клацайте для збільшення):

У першій схемі мені сподобалася ідея реалізації пристрою, чогось такого як раз я і хотів. Порівнюючи різні варіанти, помічаємо, що всі вони побудовані на основі блокинг-генератора (особливо це впадає в очі в третій, мінімалістичною схемою).

До переваг подібних схем зазвичай відносять їх працездатність при розряді батареї до напруги порядку 0,8 В. Але мені не сподобалося, що яскравість світлодіода при цьому теж знижується. Раз вже схема підвищує напругу, нехай і світить нормально в усьому робочому діапазоні. Крім того, у мене чомусь ніяк не виходило добитися необхідного вихідного струму. Мотав-перемотував тороид, пробував різні кількості витків, міняв номінали деталей, а на виході близько 10 мА. Додатково до всього, перетворювач працював на частоті близько 20 кГц і дратівливо пищав.

Нарешті, попалися дві схеми, які і послужили прообразами моєї конструкції:

Гідність першої - стабілізація струму світлодіода. Особливість другої - проста котушка замість трансформатора. В результаті злиття цих ідей і адаптації під мої потреби вийшла наступна схема (клацайте, буде краще видно):

Було проведено моделювання її роботи в аналоговому spice-симуляторі LTSpiceIV, за результатами якого підбиралися оптимальні номінали деталей. Почнемо по порядку.

На транзисторах VT1, VT2, дроселі L1, резисторах R1, R2 і конденсаторі C1 зібраний генератор. Транзистори треба вибирати з малим напругою насичення, тоді схема буде працювати, поки добре не розрядить батарейку. Рекомендують використовувати С3279, С2458, ZTX450. Я ж орієнтувався на те, що можна піти і купити і поставив широко поширені MMBT2222 і MMBT2907. Вони витримують струм колектора 600 мА в постійному режимі і 800 мА імпульсно. Напруга насичення колектор-емітер у них 300 мВ, а база-емітер - 1,2 В при 150 мА колекторного струму. Моделювання показує, що схема працездатна при напрузі живлення від 0,9 В. Це видно з наступного малюнка, на якому показано наростання струму через світлодіод після включення схеми при напрузі живлення від 1,6 В до 0,8 В з кроком 0,1 В .

Індуктивність дроселя L1 впливає на частоту генерації, при 47 мкГн вона становить 150 кГц. Можна брати десятки-сотні мкГн. Струм через дросель (малюнок нижче) при свіжих батарейках під час запуску становить близько 1 А, потім він знижується до значень порядку 130 мА. Значить, нам потрібен дросель на максимальний робочий струм 1 А (або трохи вище). Я взяв готовий магазинний.

Резистор R3 служить датчиком струму. При протіканні через світлодіод струму величиною в 20 мА на R3 падає напруга 0,78 В, транзистор VT3 відкривається і маленько утихомирює генерацію. Таким чином, маємо стабілізацію струму.

Діод Шотткі VD1 випрямляє імпульси напруги з дроселя, а конденсатори C2 і C3 згладжують їх для харчування HL1. C3 я взяв танталовий, SMD типу C.

На цьому можна було і зупинитися, але, оскільки я захотів крім ультрафіолетового, поставити також і звичайний білий світлодіод, довелося ускладнити схему.

Перш за все, режими роботи ліхтарика «УФ», «Білий» потрібно перемикати. У момент перемикання схема короткочасно виявляється ненагруженной і дуже швидко (див. Малюнок з перехідними процесами) накачує вихідна напруга. Коли перемикач замкнеться, ризикуємо пошкодити світлодіод імпульсом струму. Після перебору можливих варіантів вирішення цієї проблемми я прийшов до висновку, що для другого світлодіода потрібно ставити свій тантал, тоді все буде добре. Підвищена напруга буде накопичуватися лише на C2, а за рахунок різниці ємностей C2 і C3 на три порядки великого стрибка напруги не трапиться.

Однак, моделювання показало, що на холостому ходу перетворювача напруга на C2 може вирости до 100 В! Так і конденсатор накриється. Тому я додав в схему ще стабілітрон VD2 для захисту від подібних випадків. При навантаженому перетворювачі він закритий і на роботу схеми не впливає. Стабілітрон потрібен потужний, щоб витримував кидки струму. За результатами моделювання ці кидки становлять близько 800 мА, а в моєму реальному схемою виявилося близько 500 мА. Тому я взяв 1N4734A на 5,6 В, який витримує 810 мА в піку, вам же може знадобитися що-небудь потужніший, типу 1N5339.

Нарешті, за результатами моделювання такий ліхтарик споживає в середньому 70 мА, що дозволило оцінити його ефективність. Виходить ККД близько 57%.

В якості корпусу був обраний закритий відсік під три батарейки AAA, ось такий:

Називається SBH-431A. Хороша річ, однако. У такому корпусі можна також зробити прозвонку, який-небудь пульт. Верхня і нижня стінки майже 2 мм завтовшки, а бічні і того більше. Зручно замикається, ось тільки недолік - головка фіксуючого самореза маленька і при закручуванні оного тріснув бортик навколо отвору в кришці. Надалі треба спочатку закрутити саморіз один раз без кришки, щоб він собі різьблення нарізав, а потім вже, підклавши шайбочку, з кришкою.

Плати я розвів традиційно в Sprint-Layout, а виготовив за допомогою фоторезиста, але трохи модифікованим методом. Отже, беремо і роздруковуємо дзеркальні негативні малюнки плат на аркуші тетрадной паперу. Занадто щільний і білу брати небажано - буде поглинати багато світла. Найпростіші зошити з сіруватою папером теж не підходять, тому що малюнок погано друкують, фарба розтікається по волокнам (втім, для лазерних принтерів, може, і зійде).

Далі беремо господарську свічку і розтоплюємо її в якій-небудь ємності на водяній бані. У розплавлений парафін маку нашу папір, витягуємо, даємо стекти парафіну. Важливо залишати запас по краях - там утворюються потовщення. Коли все охолоне, вирізаємо наші малюнки і отримуємо досить непоганий фотошаблон. Без будь-якої плівки.

Як це працює? Да просто. Зі звичайного паперу фотошаблона не вийде, тому що вона неоднорідна. Деревні волокна розсіюють світло, так що він істотно поглинається в товщі паперу. Крім того, зараз в папір вводять всякі речовини - оптичні відбілювачі, які поглинають світло в невидимій ультрафіолетової області спектра, а випромінюють у видимій. Тому вона і виглядає такою білою. А між тим, існує ж спрей Transparent, який пшікнешь на папір і будь ласка, засвічує плату! Значить, все-таки можна папір зробити прозорішою, треба лише чимось її просочити, промаслити. Парафін у мене як раз і виконує цю функцію, замість дорогого спрея.

Корпус потрібно трохи доопрацювати: просвердлити отвори під світлодіоди, випиляти отвори під перемикачі, вклеїти стійки для центральної плати. Як стійок я випиляв шматочки 5 мм текстоліту, просвердлив отвори і нарізав різьблення. Цианоакрилат вклеюється намертво. Перемикачі движкові, 11,5 х 5,7 х 5,0 мм. Під один з них довелося зробити прорізи в розділових перегородках. В результаті вийшла ось така компоновка:

Верхня плата - основна, з ультрафіолетовим світлодіодом. Спершу хотів впаяти в неї дротяну скобу, щоб впиралася в кришку, але довжина плати (46,5 мм) виявилася настільки вдалою, що вона туго входить на своє місце і тримається там на терті. На нижній платі розміщені перемикачі та білий світлодіод зі своїм танталом.

Осцилограма напруги після дроселя L1:

Частота коливань становить 110 кГц.

На резисторі R3 відбувається наступне:

Це відповідає 0,4 мА пульсацій, тобто 2,3% від 17,4 мА струму через світлодіод.

В кінцевому зборі ліхтарик виглядає так:

Тепер починається найцікавіше. Людське око не бачить випромінювання з довжиною хвилі 365 нм, і, тим не менш, включений світлодіод прекрасно видно, він виглядає світло-бузковим. Так виходить, тому що склоподібне тіло в оці поглинає ультрафіолетове випромінювання і світиться, це світіння ми і бачимо. Не варто дивитися на включений світлодіод, так само як і на включену лампу «чорного світла». Хоч такі лампи і позиціонуються як інтер'єрна підсвічування, але безпосередньо для очей вони можуть бути шкідливі. Камера світлодіод теж бачить.

Звичайна вода люминесцирует блакитно-зеленим світлом під дією ультрафіолетового випромінювання:

Офісний папір інтенсивно світиться синім, а старі книги - немає. У темряві світяться зуби. Якщо піти на кухню, можна відшукати непомітні при звичайному освітленні осадження жиру - вони виглядають блідо-зеленими. У ванній світиться мило, м'яке бузкове сяйво випромінює зубна паста.

Добре світяться офісні маркери і багато пластмасові вироби, салатовим світиться стеклотекстолит і каніфоль. Можна перевіряти гроші. На фото погано видно, але там на купюрі ще є багато таких маленьких, хаотично розкиданих смужок, у кожної одна половина салатова, інша червона.

Ось, мабуть, і все. Дана стаття буде корисна не тільки тим, хто захоче повторити ліхтарик з ультрафіолетовим світлодіодом. Це може бути самий звичайний білий ліхтарик-брелок. Якщо світлодіод на 20 мА, нічого перераховувати не треба. На основній платі потрібно лише замкнути пару сусідніх полігонів (C2 і C3), а VD2 взагалі не ставити. Можна взяти відсік на дві батарейки і використовувати штатний вимикач - вийде ще менша конструкція. Можна застосувати батарейку AA, тоді час роботи ліхтарика складе від 15 годин (для AAA воно від 4 годин і більше, в залежності від дешевизни батарейки).

Прикріплюю схему, файли проектів Sprint-Layout і LTSpiceIV. Потім того - мяу!

файли:
Версія на КТ315 (на прохання читачів)
Архів з файлами
зображення

Всі питання в Форум .

Ці статті вам теж можуть стати в нагоді: