Используем резонанс для зажигания светодиода Дата: 16.12.2011 Раздел: Прочее (экзотика)
А не вспомнить ли нам курс школьной физики, в частности, явление резонанса? И попробуем поднять напряжение на светодиоде с 0.6В до зажигания без использования каких бы то ни было активных элементов.
Как известно из электротехники, резонансный контур может быть как параллельным, так и последовательным.
В параллельном контуре при подаче переменного напряжения при резонансе образуются токи, многократно превышающие ток, идущий из генератора. При этом сопротивление такого контура прохождению сигнала из генератора резко возрастает при резонансе.
При последовательном контуре (как на рис.1) процессы обратные: сопротивление контура стремится к нулю (вернее, активной составляющей, которая очень мала), а вот напряжения на дросселе и емкости многократно возрастают.
Используя внутреннюю ёмкость светодиода можно построить резонансный контур, повышающий небольшое переменное напряжение до уровня, позволяющего этот светодиод зажечь. Для включения светодиода, в зависимости от его цвета, требуется напряжение большее 1.6 В. Порог включения увеличивается с уменьшением длины излучаемой светодиодом волны. P-n-переходы любых диодов, и светодиодов, в частности, обладают емкостью, обусловленной наличием объемного заряда.
Вы можете зажечь светодиод, используя его собственную ёмкость в последовательном LRC резонансном контуре. В такой схеме степень увеличения напряжения генератора на LC определяется добротностью контура Q. Если сделать схему с достаточно высокой добротностью Q, напряжение генератора увеличится до величины, достаточной для зажигания светодиода. Добротность Q резонансного контура является функцией сопротивления, индуктивности и ёмкости:
Можно проверить вычисления, собрав простую схему из синего светодиода и дросселя (Рисунок 1). Напряжение включения светодиода равно 2.45 В, а внутреннее сопротивление генератора – 50 Ом. При индуктивности дросселя 100 мкГн и типичном значении емкости светодиода 50 пФ добротность Q получается равной 28.
Амплитуда синусоидального сигнала генератора устанавливается равной 650 мВ п-п. Затем начинайте изменять частоту генератора до обнаружения резонанса. Напряжение на светодиоде начнет возрастать, причем, резонанс обнаружит себя небольшим скачком напряжения, хорошо различимым на фоне предшествующего плавного роста. Это обусловлено возникновением положительной обратной связи вблизи резонанса, объясняемой нелинейной зависимостью емкости p-n-перехода от напряжения (Рисунок 2). При приближении частоты к резонансной напряжение на светодиоде возрастает, вследствие чего увеличивается его емкость, а резонансная частота снижается.
Рисунок 1. Резистором в этой LRC схеме представлено внутреннее сопротивление генератора. Конденсатором является емкость p-n-перехода.
Рисунок 2. При изменении смещения от обратного напряжения –5 В до прямого +2 В емкость перехода светодиода увеличивается.
В схеме с синим светодиодом резонанс обнаруживается вблизи частоты 1.55 МГц, но установившееся значение резонансной частоты будет равно 1.69 МГц (Рисунок 3). Светодиод, смещаемый в прямом направлении во время положительных полупериодов сигнала, начнет, таким образом, светиться. Используя тот же генератор с выходным напряжением 650 мВ п-п, можно зажечь светодиоды и других цветов, однако резонансные частоты будут уже другими. С таким же успехом можно использовать генератор прямоугольных импульсов, в котором роль резонансной частоты будет выполнять основная гармоника сигнала.
Рисунок 3. Эффект скачка напряжения вблизи резонанса обусловлен зависимостью ёмкости p-n-перехода от напряжения смещения.
