Uniwersalny, prosty migacz LED

Dziś w dziale Zrób to sam – DIY opiszę bardzo prosty układ elektroniczny, łatwy do samodzielnego zbudowania przez dla początkujących. Prezentowany niżej migacz LED powstał 14 lat temu, jako symulator alarmu mający odstraszyć złodziei okradających piwnice i mruga nieprzerwanie do dzisiaj. Układ może być zasilany napięciem od 24V do 230V AC (prąd zmienny), ale po niewielkich modyfikacjach całość będzie poprawnie pracować przy niższych napięciach, zmiennych jak i stałych. Układ można zamontować również na zewnątrz budynku, trzeba tylko zastosować szczelną obudowę i zabezpieczyć płytkę drukowaną przed wilgocią. Ten prosty układ elektroniczny to tzw. multiwibrator astabilny dwustanowy, zbudowany na dwóch tranzystorach i  kilku innych elementach pasywnych.

Z czego zbudować migacz LED

Mój układ zbudowałem praktycznie na kolanie, wykorzystując to, co miałem pod ręką, kupiłem tylko puszkę elektrotechniczną i laminat. Wszystkie inne części pochodzą z odzysku. Patrząc na poniższy schemat, można wyróżnić dwa moduły – zasilania i multiwibratora astabilnego. Zasilacz zbudowany jest z kondensatora C1, rezystorów R1 i R2, mostka prostowniczego zbudowanego z 4 diod i kondensatora filtrującego C2. Jest to tak zwany zasilacz beztransformatorowy. Jego zaletą są niewielkie wymiary, wadą brak izolacji galwanicznej. Multiwibrator to typowy układ, jakich wiele można znaleźć w internecie – dwa tranzystory, 4 rezystory, 2 kondensatory i 2 diody LED. Schemat mojego migacza wygląda tak:

W doborze elementów istnieje dosyć duża swoboda, ja zastosowałem:

R1 – 1MΩ/1W
R2 – 330Ω/1W
R3, R6 – 1kΩ
R4, R5 – 68kΩ

C1 – 330nF/250VAC X2
C2 – 100µF/35V
C3, C4 – 10µF/25V

D1-D4 – 1N4007
D5, D6 – Diody LED
T1, T2 – BC108

Rezystory R1 i R2 powinny mieć moc 0,5-1W ze względu na wytrzymałość napięciową. Rezystancja R2 może wynosić od 330 do 470Ω, a pojemność C1 330-470nF, ale ważniejsze jest napięcie pracy tego kondensatora – idealny jest taki na 250V AC oznaczony X2, ostatecznie może być na prąd stały o dopuszczalnym napięciu 630V. Przy podanych na schemacie i wykazie wartościach elementów, napięcie stałe za mostkiem prostowniczym wynosiło 22V przy zasilaniu z sieci 230V. Przy zasilaniu 24V AC, napięcie to wynosiło 3,7V i układ nadal poprawnie pracował. Diody LED świeciły oczywiście z nieco mniejszą jasnością, ale w przypadku piwnicy, gdzie panuje półmrok jest to bez znaczenia. Ważne jest napięcie kondensatora filtrującego C2 – absolutne minimum to 25V. Jako diody prostownicze można zastosować powszechnie stosowane 1N4001…7 lub nawet 1N4148.

Jeśli chodzi o elementy migacza (multiwibratora), to tutaj również jest możliwa pewna dowolność. Rezystory R3, R6 ograniczają prąd diod LED. Jeśli zamierzamy zasilać nasz układ tylko z sieci 230V, to można je zwiększyć nawet do 2,2kΩ czy 3,3kΩ. Wartość C3 i C4 można zwiększyć do 22µF, a R4 i R5 zmiejszyć do np. 47kΩ – te elementy mają wpływ na częstotliwość migania. Tranzystory jakie zastosowałem są bardzo stare i mogą być ciężko osiągalne, zamiast nich sprawdzą się dowolne npn małej mocy o dopuszczalnym napięciu emiter-kolektor 25V, np. BC327, BC328, BC546…550. W moim układzie pracują dwie czerwone diody LED o średnicy 5mm, ale nic nie stoi na przeszkodzie, żeby zastosować np. białą i niebieską.

Układ można nieco uprościć – połączyć anody (dodatnie bieguny) diod LED ze sobą i zastosować tylko jeden rezystor ograniczający R3, pomijając R6. Jeśli migacz ma być zasilany napięciem stałym z zakresu 4-25V, to można pominąć elementy R1, R2, C1, D1-D4. Należy wtedy uważać na polaryzację, pomyłka plusa z minusem w podłączeniu spowoduje wybuch kondensatora C2.

Jak zbudować migacz LED

Płytkę drukowaną układu zaprojektowałem na kartce i ona też posłużyła jako szablon do wiercenia otworów w laminacie. Migacz z założenia miał być prosty i tani, stąd np. rezystory R3-R6 o mocy 2W – takie akurat miałem pod ręką. Dodatkowo tylko jedna nóżka R3 i R6 jest przylutowana do PCB, druga łączy się bezpośrednio z kabelkiem zasilającym diody.

Przy projektowaniu płytki należy poświęcić uwagę obwodowi zasilacza beztransformatorowego. Z uwagi na wysokie napięcie należy zachować odpowiednio dużą odległość między ścieżkami.

Ścieżki namalowałem pisakiem zbudowanym z igły spiłowanej na płasko i strzykawki zalanej farbą olejną rozrzedzoną rozpuszczalnikiem – metoda popularna w latach ’90 :). Nie wygląda to powalająco, ale całość działa i zapewnia połączenia elektryczne;):

Migacz docelowo umieściłem w puszce elektrotechnicznej o szczelności IP41. stąd wycięcia na rogach płytki. Przepusty kablowe można wsadzić odwrotnie – czyli do środka. Dzięki temu stabilizują one PCB. Jeśli układ miałby pracować na zewnątrz, laminat należy obowiązkowo zabezpieczyć przed wilgocią za pomocą specjalnego lakieru w spray’u.

Jeśli uruchamiany układ ma być zasilany z sieci 230V, należy bezwzględnie przestrzegać zasad bezpieczeństwa i pierwsze podłączenie przeprowadzić w obecności innej osoby!!! Pomyłka lub chwila nieuwagi może zakończyć się porażeniem powodującym kalectwo lub nawet śmierć!

Mój, ostatecznie zmontowany układ wygląda tak:

Migacz zbudowałem 25 lipca 1999 roku. Wtedy też został podłączony w piwnicy, najpierw do sieci 230V, później instalacja została zmieniona na 24V i okazało się, że układ nadal działa, migając naprzemiennie diodami po dziś dzień.

Dlaczego to miga

Ta część opisu jest przeznaczona dla dociekliwych. Układ zaczyna migać diodami po podłączeniu zasilania, ponieważ tranzystory nie są idealnie takie same, nawet jeśli zostały wyprodukowane w tej samej partii, jeden za drugim. Zakładamy, że T1 przewodzi a T2 jest zatkany. Czyli świeci się D5, a kondensator C4 jest rozładowywany przez R5 i kolektor T1 na którym jest stan niski. Natomiast C3 jest ładowany przez przewodzące złącze baza-emiter T1 i R6, D6. Gdy C4 zostanie rozładowany do wartości 0,6-0,7V nastąpi przewodzenie T2 i zatkanie T1, ponieważ na kolektorze T2 nastąpi obniżenie napięcia, przekazane na bazę T1 za pośrednictwem C3. Czyli zgaśnie LED D5,  a zapali się dioda D6 i cały proces się powtarza. Więcej informacji można znaleźć na wikipedii – Multiwibrator dwustanowy astabilny.