Недавно на каком-то сайте (может даже на этом) я прочитал удивительную вещь: оказывается, светодиод можно использовать как фотодиод, если включить его в обратной полярности! Проверить было очень легко — мультиметр показывал, что сопротивление действительно падает, если на светодиод посветить. Что ж, прекрасно. С фотодиодами или фоторезисторами пока работать не доводилось — честно говоря, понятия не имею, какие покупать, но руки-то чешутся! Возникало море идей, от попытки «поймать» частоту мерцания ламп накаливания и проверить, заметно ли меньше мерцают галогенки, до передачи аудиосигнала, а то и цифровых данных, по лазерному каналу. Первое, кстати, я в тот же вечер реализовал на Ардуино, заодно попрактиковавшись строить графики сигналов в EasyPlot, а до последнего руки так и не дошли (пока). Зато есть нечто промежуточное: давно хотел попрактиковаться с операционными усилителями, и вообще с аналоговыми сигналами, и новый осциллограф потестить. Значит, будем «ловить» мерцание лампочек, и усиливать его.
После вечера-другого мучений, на свет родилась следующая схема:
Печатной платы, кстати, не будет — схема имеет исключительно образовательную ценность, до смешного проста, и так и просит о какой-нибудь доработке, полосовом фильтре, например. Потому собирать её рекомендую на макетной плате (которая по-английски называется breadboard). Экономит кучу времени, помимо прочего.
Выглядит это всё вот так:
Теперь о работе схемы. Напряжение с делителя 10МОм/светодиод (примерно 2В из 9) подаётся на операционный усилитель, включенный в качестве повторителя. При этом напряжение на выходе в точности равно напряжению на входе, но выходное сопротивление уже не десяток мегаом, а равно таковому у операционного усилителя (десятки — сотни Ом). Без этого номиналы всех остальных резисторов пришлось бы подбирать так, чтобы они не нарушали работу схемы, а теперь об этом можно не думать. Можно было бы и по-другому сделать, конечно, но речь не об этом.
Следующая стадия — уже усилитель, коэффициент усиления которого определяется величиной отрицательной обратной связи. R5 и R7 эту обратную связь и образуют. Только в отличие от классической схемы, рисуемой в учебниках,
Здесь R7 идёт не на землю, а на делитель напряжения на 2-х резисторах, выдающих примерно 4,5В. Таким образом выходной сигнал будет колебаться не около нуля (что приведёт к «обрезанию» всего, что ниже нуля. то есть примерно нижней половины колебаний — из-за того, что ОУ при однополярном включении не может выдавать отрицательного напряжения), а около половины напряжения питания. Такое же напряжение (постоянное) будет поддерживаться резистором R4 на неинвертирующем («плюсовом») входе. В итоге постоянное напряжение на обоих входах ОУ равно — это важно! Но на неинвертирующий вход подаётся сигнал, который и будет усиливаться, при номиналах указанных на рисунке — примерно в 60 раз. Теперь это уже можно посмотреть на любом осциллографе, или померять мультиметром амплитуду переменного напряжения… Но гораздо интереснее подключить сюда наушники или колонки. Через разделяющий конденсатор, конечно.
У схемы есть одно приятное свойство — номиналы здесь совершенно несущественны! Можно брать практически любые, какие есть, но поддерживая хотя бы примерно их соотношение между собой. Кстати, самое сложное (если это слово вообще здесь уместно) — подобрать подходящий светодиод. Они, как оказалось, отличаются по параметрам: красный сильно шумел, а ультрафиолетовый вообще отказывался реагировать на свет. Можно поэспериментировать, и с номиналами тоже.
Как должно быть видно на видео, в итоге можно услышать свет настольной лампы — это гул частотой 100Гц. ЭСЛ-ка «шумит» сильнее, чем галогенка из-за встроенного генератора высокой частоты. Но сильнее всего шумел китайский светодиодный фонарик, включенный в половинную мощность (есть у него такой режим). Эта самая половинная мощность реализуется с помощью ШИМ, простыми словами — за счёт мерцания с частотой порядка килогерца. Вот так, после того, как узнаешь — совершенно очевидно, а до этого сам бы не догадался, как это реализовано…
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
IC1, IC2
Операционный усилительLM3581
R1
Резистор10 МОм1
R2, R3
Резистор10 кОм2
R4, R5
Резистор150 кОм2
R7
Резистор2.7 кОм1
LED
Светодиод1
Несколько штук разныхДобавить все