Blikající vánoční stromeček
Blinking Christmas-tree

Různá pestrobarevná blikající světélka patří poslední dobou ke koloritu vánoc. Nápad na uvedenou konstrukci stromečku s nepravidelně blikajícími LED jsem našel v americkém časopise Popular Electronics [1]. Tam popsané zapojení využívalo obvod LM3909, který je však poměrně drahý. Proto jsem raději použil podstatně levnější známý časovač 555.

Obr. 1. Takhle to vypadá

Popis zapojení

Zapojení stromečku je velmi jednoduché, schéma je na obr. 2. Jeho základem je několik multivibratorů použitých jako blikač s oblíbeným časovačem 555 v nejjednodušším možném zapojení. Každý blikač řídí šest svítivých diod, z nichž pouze D3 a D6 jsou na stejné desce s plošnými spoji. Signál z výstupu IO (vývod 3) je přiveden přes rezistor R1 na kondenzátor C1. Po připojení napájecího napětí se na výstupu IO objeví napětí, které se blíží kladnému napájecímu napětí. V této době LED nesvítí. Kondenzátor C1 se přes rezistor pomalu nabíjí tak dlouho, dokud napětí na něm nedosáhne 2/3 napájecího napětí. Pak se překlopí vnitřní komparátor a klopný obvod R-S. Napětí na výstupu IO se zmenší k nule a LED se rozsvítí. Kondenzátor C1 se teď vybíjí přes rezistor R1 do výstupu IO. Když se napětí na kondenzátoru C1 zmenší na 1/3 napájecího napětí, překlopí se druhý vnitřní komparátor a klopný obvod R-S se uvede do původního stavu. Napětí na výstupu IO se zvětší, LED zhasnou a kondenzátor se začne opět nabíjet. Celý cyklus se periodicky opakuje, napětí na C1 se pohybuje v rozmezí od 1/3 do 2/3 napájecího napětí. Napěťové úrovně 1/3 a 2/3 napájecího napětí pro komparátory jsou nastaveny rezistory uvnitř IO. V blikači nebylo použito obvyklé složitější zapojení časovače s vybíjecím tranzistorem. To má sice mnohem lepší stabilitu kmitočtu, je však o jeden rezistor složitější. Stabilita kmitočtu není u této konstrukce důležitá. Vzhledem k většímu proudovému odběru LED není vhodný časovač 555 v provedení CMOS.

Obr. 2. Schéma zapojení jedné desky blikajícího stromečku
Figure 2. Circuit diagram of one board Xmas-tree

Kapacita kondenzátoru C1 a odpor rezistoru R1 ovlivňují kmitočet blikání. Aby stromeček blikal pokud možno nepravidelně, zvolíme pro každou „větev“ jiný odpor rezistoru R1. U sestaveného vzorku jsem R1 zvolil 82, 100, 120, 150, 180 a 220 kOhmů. K výstupu IO jsou připojeny svítivé diody přes rezistory R2 a R3. Tyto rezistory omezují proud, procházející svítivými diodami. Při napájecím napětí 9 V prochází diodami proud asi 10 mA. Tento proud vyhoví pro většinu běžných LED. Použijete-li LED s menší svítivostí lze odpor rezistorů R2 a R3 zmenšit na 150 Ohmů. Proud diodami se zvětší asi na 20 mA. Jinou možností, jak zvětšit jas LED, je zvětšit napájecí napětí na 12 V. Naopak, použijeme-li LED určené pro proud 2 mA, zvětšíme odpor rezistorů R2 a R3 na 1 až 1,5 kOhm. Svítivé diody D3 a D6 jsou umístěny na stejné desce s plošnými spoji jako řídicí časovač. Diody D2 a D5 jsou umístěny na následující desce, diody D1 a D4 pak na další. Diody jsou správně propojeny spájením jednotlivých desek s plošnými spoji. Jeden časovač pak řídí blikání LED na třech deskách.

Pro zjednodušení lze vyputit kondenzátor C2 zapojený mezi vývod 5 IO a zem (vývod 1), tak jak tomu bylo na původní desce s plošnými spoji. Po zkušenostech z provozu jsem jej do zapojení vrátil. Multivibrátory pracující na blízkých kmitočtech se bez tohoto kondenzátoru navzájem strhávají a překlápějí synchronně. Mimo desky s plošnými spoji je ještě zapojen elektrolytický kondenzátor paralelně ke zdroji napájecího napětí. Tento kondenzátor dále omezuje vzájemnou synchronizaci časovačů. Jeho kapacitu volíme co největší. Použijeme-li k napájení stabilizovaný zdroj, není potřeba.

Dioda na vrcholu stromečku svítí trvale a je napájena přes rezistor R4. Tato dioda a rezistor jsou osazeny pouze na jedné desce.

Mechanická konstrukce

Obr. 3. Deska s plošnými spoji a rozmístění součástek
Figure 3. PCB layout (click to get 600 dpi resolution image) and locations of components on the board

Jak se ukázalo, časově nejnáročnější je opilování desek s plošnými spoji do žádaného tvaru. Při úpravě desky s plošnými spoji je třeba přerušit obrysový rámeček desky mezi pájecími ploškami, případně desku opilovat i s rámečkem. Pájecí plošky jsou totiž na okrajích a obrysový rámeček by způsobil vzájemné zkraty. Na vnitřní straně desky, v místech, kde budou desky spájeny k sobě, srazíme hrany desky tak, aby měla tvar . Součástky jsou osazeny ze strany označené „strana součástek“. Mimo R4 jsou všechny ostatní rezistory, integrovaný obvod a kondenzátor pájeny ze „strany spojů“. Pro osazení jsem použil miniaturní elektrolytické kondenzátory.

Nezapomeňte zapojit drátové propojky. Propojku J2 je třeba zapájet nad desku, nebo na propojku navléknout kousek silikonové bužírky, aby spoje pod propojkou nebyly zkratovány. Propojka J3 je nutná jen u desky, na které je osazena D7. Je také třeba propojit pájecí plošky pro připojení napájecího napětí (+9 V a GND). Dírou v plošce prostrčíme kousek drátu, na obou stranách jej ohneme a připájíme.

Vývody LED předem zkrátíme asi na 8 mm. Svítivé diody jsou zapájeny „obkročmo“ na kraji desky tak, že anoda diody je připájena ze strany součástek a katoda ze strany spojů. Katoda je u většiny diod vyznačena seříznutým okrajem. Barvy diod vybíráme náhodně, snaha o pravidelné uspořádání je spíše na škodu.

Máme-li osazeny všechny desky, spájíme je k sobě. Propojením sousedních plošek kapkou cínu zajistíme mechanické i elektrické spojení. Na konec připojíme kousek kablíku k ploškám pro připojení napájecího napětí (+9 V a GND).

Protože jeden časovač řídí LED na třech deskách, je minimální „rozumný“ stromek se třemi osazenými deskami. Vzorek na fotografiích je sestaven na šesti deskách s plošnými spoji. Při větším počtu desek se již dostanete hrotem páječky ke středu jen s obtížemi. Maximální počet desek lze odhadnout na 8 až 10. Nakonec lze vložit mezi jednotlivé desky papírové trojúhelníkové krytky, aby se poněkud zakryl „surový“ vzhled výrobku.

Napájení

K napájení je vhodné použít zdroj napětí s malým vnitřním odporem, nejlépe stabilizovaný zdroj. Praktičtější je použít síťový adaptér. Tyto adaptéry obsahují jen síťový transformátor, usměrňovač a filtrační kondenzátor s nevelkou kapacitou, případně jen síťový transformátor. Takový adaptér je vhodné doplnit jednoduchým stabilizátorem napětí, např. s obvodem 7809 a filtračním kondenzátorem s větší kapacitou (alespoň 1000 µF) zapojeným před stabilizátor. Adaptér by měl mít na výstupu napětí 11 až 18 V při zatížení proudem asi 150 mA.

Obr. 4. Napájecí zdroj
Figure 4. Power supply

Závěr

Zhotovení stromečku nezabere více než jedno podzimní odpoledne a věřím, že tato jednouchá konstrukce potěší nejen mnoho bastlířů, ale především jejich děti. Stavbu jistě zvládne i začátečník. Jedinou záludností mohou být snad jen opačně připájené svítivé diody.

Jako námět pro šikovné ruce uvádím další možné zjednodušení. Jako oscilátor lze totiž použít samoblikající LED [3]. Zapojíme-li do série samoblikající a jednu nebo několik obyčejných LED, budou blikat všechny diody. Pak se zapojení zredukuje na pouhé propojení LED. Schéma nemůže být jednodušší, viz obr. 5.

Obr. 5. Použití samoblikající LED
Figure 5. Use self-blinking LED

Aby svítivými diodami tekl dostatečný proud, je třeba poněkud větší napájecí napětí. Pro zapojení z obrázku, kdy jsou v sérii se samoblikající LED zapojeny tři obyčejné, je vhodné napájecí napětí 12 až 15 V.

Seznam součástek

Jaroslav Belza

Článek vyšel v Praktické elektronice 12/1997 na s. 14

Literatura

[1] Panosh, R.: Build The „LED-Tric“ Christmas Tree. Popular Electronics December 1994, s. 33.
[2] 555 - univerzální IO. Amatérské radio řada B 5/94.
[3] Okurek, B.: Koncové světlo ke kolu 2. Amatérské Radio A7/94, s. 22.

19. 11. 2000