светодиодный индикатор напряжения

Формула изобретения

СВЕТОДИОДНЫЙ ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый полевой транзистор и светодиод, анод которого соединен с истоком первого полевого транзистора, сток которого соединен с входной клеммой индикатора, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования за счет расширения диапазона контролируемых напряжений и повышения надежности путем снижения токопотребления, в него введен второй полевой транзистор, сток и затвор которого соединены соответственно с катодом и анодом светодиода, катод которого соединен с затвором первого полевого транзистора, а исток второго полевого транзистора соединен с общей шиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теоретической физике, преимущественно к электрическим измерениям, и может быть использовано в различных устройствах радиоэлектроники для контроля напряжения и расширения области применения светодиодов.

Известен экономичный светодиодный индикатор, содержащий импульсный генератор на однопереходном транзисторе и ключ на транзисторе, в цепь коллектора которого включен светодиод. Максимальное значение потребляемого импульсного тока 20 мА при напряжении питания +4,5 В, а средний выпрямленный ток 1 мА. Импульсное свечение светодиода зависит от RC-цепи импульсного генератора.

Известен импульсный индикатор, состоящий из несимметричного мультивибратора на транзисторах, нагрузкой которого является светодиод, длительность и частота свечения которого определяются параметрами RC-цепей мультивибратора. При напряжении питания +3,0 В потребляемый ток около 2...3 мА.

Недостатками этих устройств являются зависимость свечения светодиода от параметров RC-цепей и напряжения питания, контроль только заданного значения напряжения, возможность повреждения при неправильном включении напряжения питания, изменение в схеме номиналов элементов для контроля другого напряжения.

Известен пробник, содержащий два стабилизатора тока на полевом транзисторе, включенных встречно-параллельно к контролируемому напряжению с общим резистором для автоматического смещения и нагруженных на включенные встречно-параллельно светодиоды. Он позволяет определить постоянное и переменное напряжения в пределах +3...30В и 2,1...21 В соответственно при токе потребления 6 мА. Недостатками пробника являются сложность схемного решения, ограниченный диапазон напряжения контроля, невозможность использования в качестве постоянного индикатора, температурная зависимость стабилизаторов.

Общими недостатками устройств являются сложность, ограниченный диапазон контролируемого напряжения, зависимость свечения светодиодов от параметров элементов схемы.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является светодиод на любое напряжение. Устройство-прототип содержит полевой транзистор и светодиод, соединенные последовательно так, что исток и затвор полевого транзистора соединены с анодом светодиода, а сток с контролируемым напряжением +5...+30 В и катод светодиода с общим проводом (фиг.1), а при включении с указанными элементами диода позволяет контролировать напряжение переменного тока в интервале 5...20 В. Ток потребления устройства 11...15 мА.

Недостатками устройства - прототипа являются ограниченный диапазон измерения контролируемого напряжения, большое значение потребляемого тока, ухудшение теплового режима полевого транзистора при падении напряжения контроля на нем более 9...12 В, возможность повреждения устройства при неправильном включении полярности напряжения контроля.

Цель изобретения - расширение области применения светодиода за счет расширения диапазона измерения контролируемого напряжения, соответствующего уменьшения потребляемого тока независимо от напряжения контроля, повышение надежности работы устройства в различных режимах.

Это достигается тем, что в устройство - прототип дополнительно введен второй полевой транзистор, сток и затвор которого соединены соответственно с катодом и анодом светодиода, с катодом которого соединен затвор первого полевого транзистора, а исток второго полевого транзистора является общим выходом устройства.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что оно отличается введением второго полевого транзистора, его взаимосвязями и изменением взаимосвязей первого полевого транзистора, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". Сравнение предлагаемого устройства с другими техническими решениями показывает, что новый элемент и его взаимосвязи создают новые свойства, обеспечивающие получение нового, более высокого в сравнении с известными устройствами положительного эффекта - расширение функциональных возможностей и применение за счет расширения диапазона контролируемых напряжений постоянного и переменного токов, снижение значения потребляемого тока и исключение его зависимости от напряжения контроля, исключение возможности повреждения при неправильном включении напряжении питания и увеличение надежности работы устройства в различных режимах.

Введение второго полевого транзистора и изменение включения первого полевого транзистора дают сверхсуммарный эффект по отношению к устройству-прототипу, который заключается в следующем: увеличивается область измерения контролируемых напряжений постоянного и переменного тока +3...+55 В и 2. . .40 В соответственно; снижается потребляемый ток до 1,6...3,5 мА и исключается его зависимость от напряжения контроля; исключается возможность повреждения устройства при неправильном включении напряжения контроля; улучшается тепловой режим работы полевых транзисторов; обеспечивается надежность работы всего устройства.

Указанные обстоятельства позволяют утверждать о соответствии изобретения критерию "существенные отличия".

На фиг. 2 показана электрическая схема светодиодного индикатора напряжения. Устройство содержит первый и второй полевой транзисторы VT1, VT2, образующие стабилизатор тока, нагруженный на светодиод VD1. При этом исток первого полевого транзистора, затвор первого полевого транзистора и сток второго полевого транзистора соединены с катодом светодиода, сток первого полевого транзистора является выходом устройства для контроля напряжения, а исток второго полевого транзистора - общим выходом устройства.

При отсутствии светодиода VD1 затвор и сток полевого транзистора V T1 будут соединены вместе (см.фиг.1), т.е. при условии U_зи = 0 в интервале 3.. .12 В полевой транзистор VT1 стабилизировал бы проходящий через него ток на уровне 11...16 мА. Для стабилизации тока меньшей величины, чем определяющийся условием замыкания затвора на исток (U_зи = 0), в цепь истока необходимо включить резистор обратной связи, роль которого в нашем случае выполняет прямое дифференциальное сопротивление светодиода VD 1.

Практика показала, что светодиоды серии АЛ307 хорошо светятся уже при токе 2,5. . .3 мА, а светодиоды серии АЛ310 - даже при токе 1,5...2 мА. Из семейства выходных характеристик полевых транзисторов КП303 или КП302 (Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под ред. Н.Н.Горюнова, изд. 4, дополн. М.: Энергия, 1976, с.408-412) установлено, что ток стабилизации менее 5...7 мА можно стабилизировать при напряжении на затворе полевого транзистора в пределах 0,6...1,0 В (U_зи 1,0 В), т.е. эта величина определяет падение напряжения на прямом сопротивлении светодиода, что вызывает его свечение. В практических схемах также необходимо учитывать разброс параметров полевых транзисторов и светодиодов, поэтому ток стабилизации, а следовательно, и потребляемый ток устройства составит 1,6-3,5 мА. Минимальное контролируемое напряжение определяется схемным решением устройства и составляет + 3 В и 2 В для постоянного и переменного тока соответственно. Предельное значение напряжения на затворе полевого транзистора должно быть не более 30 В из-за возможности его повреждения, поэтому максимальное значение контролируемых устройством напряжений постоянного и переменного тока должны быть не более +55 В и 40 В соответственно.

Гнездо ХН1 "общ" соединяется с общим проводом контролируемого объекта, а гнездо ХS 1 соединяют с необходимой точкой контроля объекта. Если на гнезде XS1 напряжение контроля +3...+55 В (для переменного напряжения 2... 40 В) и на гнезде ХН1 "минус" напряжения, то загорается светодиод VD1 "+", и наоборот, - на гнезде XS1 "минус" - светодиод VD1 не горит. При этом яркость светодиода остается неизменной благодаря стабилизатору тока на полевых транзисторах VT1, VT2. Если не горит светодиод VD1, то напряжение либо отсутствует (или минусовое), либо оно менее 2 В.

Практическое использование светодиодного индикатора напряжения расширяет функциональные возможности и область применения светодиодов за счет расширения диапазона контролируемых напряжений постоянного и переменного тока, минимального значения тока потребления и не зависящего от напряжения контроля, исключения возможности повреждения устройства при неправильном включении питания, увеличения надежности работы устройства в различных режимах.