Dioda LED jako czujnik światła

Kolejny układzik w sam raz dla rozpoczynających przygodę z elektroniką (nie tylko dla dzieci i młodzieży)...

Tak się składa, że z "braku laku" sięgamy po ... inne elementy - pierwotnie do czegoś nie przeznaczone.W elektronice takich sprytnych sposobów jest mnóstwo: kto nie ma kondensatora zwykłego/strojeniowego, może go wykonać samodzielnie ze skręconych kabelków lub z folii aluminiowej naklejonej na szeroką taśmę klejącą do pakowania paczek. Brak diody detekcyjnej można zastąpić ołówkiem i żyletką (lub kawałkiem odpowiedniego minerału), brak termistora diodą lub szeregiem diodek, brak lampy do czujnika Geigera-Müllera odpowiednią fotodiodą, brak ogniwa solarnego również tranzystorem - tyle że bardzo dużym i z rozprutą (metalową) obudową, brak diody Zenera uładem zastępczym na tranzystorach lub inną "niewłaściwą" diodą Zenera "podbitą" zwykłymi diodami w celu uzyskania żądanej stabilizacji, brak gotowego tranzystora Darlingtona połączeniem dwóch "zwykłych", brak odpowiedniego rezystora/kondensatora połączeniem kilku innych, a brak fotorezystora czy fotodiody np. diodą LED (zwaną potocznie diodą świecącą).

Od razu zaznaczam, że dioda LED jako namiastka fotorezystora działa zaledwie dostatecznie, ale jeśli ktoś po prostu lubi takie eksperymenty lub faktycznie buduje układ wrażliwy na (silniejsze) światło (np. tracker solarny lub szukacz słońca do układu nawigacyjnego swego sklecanego właśnie w garażu satelity okołoziemskiego), może z czystym sumieniem po to rozwiązanie sięgać. 

Oto schemat ideowy wspomnianego i łatwego w budowie czujnika (mocniejszej) światłości:

zapasowy/alternatywny link

A tutaj schemat montażowy:

zapasowy/alternatywny link

Zasada działania:

Dioda LED podłączona w kierunku zaporowym, czyli odwrotnym niż w przypadku jej świecenia, zachowuje się jak maleńki kondensator o wartości kilku pikofaradów. Kondensatorek taki "trzyma" więc napięcie (= ładunek elektryczny), które w sobie zgromadził, przez czas bardzo, bardzo długi, no chyba że poprzez przezroczystą obudowę do wnętrza diody LED padnie jakieś odpowiednio intensywne światło, bo w takiej sytuacji następuje rozładowanie tegoż osobliwego kondensatora (pojawi się jak mówią Niemcy "Leckstrom", czyli niewielki przeciek na zaporze). Jeżeli teraz diodkę wepniemy w odpowiedni prościutki układ umiejący reagować na te subtelne zmiany pojemności (a przy okazji i niewielkie wahania oporności i fluktuacje "zaporowości" diody), to uzyskamy układ wykrywający mocniejszą światłość (słońce, światło żarówki, łuk elektryczny w czasie spawania itd. itp.). Powyższy układ wykorzystuje dwa tranzystory NPN spięte "w parę", czyli tworzące tzw. układ Darlingtona (kto ma już jakieś doświadczenie w elektronice, może sięgnąć po pojedynczy "gotowy" tranzystor Darlingtona).

Lista potrzebnych elementów:

- 2 tranzystory małej lub średniej mocy o polaryzacji NPN (np. BC 548, BC547 lub dowolny inny)

- 3 rezystory (oporniczki) o wartości 470 Ω (zółty - fioletowy – brązowy)

- 1 zwykła dioda LED dowolnego koloru (z przeznaczeniem na wskaźnik/indykator; na schemacie ideowym jest oznaczona jako LED2, a na montażowym to ta czerwona)

- 1 tania, zwykła (= żadna wypasiona) dioda o wysokiej jasności, tzw. "high bright", emitująca światło czerwone (zazwyczaj takie diody są w niebarwionych przezroczystych obudowach i są bardzo podobne do diodek na podczerwień, których używa się w pilotach do telewizorów), a w przypadku jej braku w ostateczności dowolna zwykła dioda zielona (koniecznie zielona!!!); ja swoją diodę "high bright" (przezroczysta "bańka", ale świeci ultrajasno na czerwono) wydłubałem z taniej chińskiej zapalniczki z minilatareczką (takie diody montuje się też w breloczkach-latarkach)

- bateryjka 9V (lub zasilacz, koniecznie stabilizowany!!!)

- opcjonalnie klips do baterii (tzw. kijanka) oraz przełącznik

Możliwości wykorzystania układu:

- czujnik słońca (pięknej pogody), informujący nas, że czas wyjść na dwór lub podnoszący żaluzje/rolety czy też rozsuwający firanki (wszystko zależy od naszej pomysłowości, bo można przecież sterować przekaźnikiem)

- sygnalizator zapalonego/zostawionego światła (np. w łazience, kibelku, w piwnicy, w kanale w garażu, na strychu)

- tracker solarny do sterowania obrotnicą/siłownikami poruszającymi panelami fotowoltaicznymi, czyli tzw. solaretką (potrzebne będzie kilka takich czujników; od znajomego technika solarnego wiem, że takie układy sensoryczne na "zwykłych ledach" bywają nawet czasami stosowane w profesjonalnych układach "za kupę smalcu")

- układ reagujący na cień (zasłonięcie słońca lub żarówki)

- sterownik automatycznej przysłony słonecznej/optycznej (o ile stać nas akurat np. na szybę okienną/w drzwiach tarasowych, którą ściemnia lub "zamlecznia" się elektrycznie na poziomie "molekularnym")

itd. / itp.

Uwagi końcowe:

Swój układ zbudowałem na dwóch wyciągniętych ze starocia tranzystorach NPN (C1417 z mniej popularnym układem wyprowadzeń wyłażących z obudowy TO-92, a mianowicie ECB). Oporniczków 470 Ω już nie miałem, więc wziąłem ciut większe o wartości 510 Ω (dzięki temu mogłem sobie podnieść napięcie nawet do 14 V, bo moja sporawa dioda indykacyjna świeciła trochę słabawo przy 9V - warto ją umieścić trochę dalej od układu sensorycznego, aby widzieć, że świeci, bo w słońcu czy w pobliżu żarówki to dość słabo widać). Jeśli uznasz więc, że Twoja diodka indykacyjna (LED2) świeci za słabo mimo faktu, że sensor jest w pełnym słońcu lub trzymasz go zaledwie kilka centymetrów od żarówki, to możesz ostrożnie podnieść napięcie zasilania do maksymalnie 12 V (lub zmniejszyć wartość oporniczków zabezpieczających diodę LED2 - na schemacie ideowym to te wyłażące z emitera prawego tranzystora). Układ jest w stanie także działać na niższym napięciu niż 9V, jednak musiałbyś odpowiednio pozmieniać wartości wszystkich rezystorów.

Swoją konstrukcję wykorzystuję od kilku lat w kanale garażu, bo się już zdarzało, że zapominałem gasić/przypadkowo włączyłem w nim światło (normalnie u mnie to nie za bardzo widać - nawet w nocy,
bo mam na deski zakrywające kanał rzucone pasy z papy jako bariera dla pary na wypadek parowania wody w momencie lekkiego podtopienia kanału w czasie i po bardzo, bardzo silnych ulewach). Mogłem to zrobić także na neonówce sygnalizacyjnej, ale nie sprawiłoby mi to tyle radochy i satysfakcji.

Uwaga: Czułość ledów typu "high bright" na światło wpadające do ich banieczki jest wielokrotnie większa w porównaniu nawet z tymi "zielonymi zwykłymi". Warto więc trochę poszukać w rupieciach, popytać wśród znajomych palaczy o starą zapalniczkę lub w ostateczności kupić takąż diodkę. Mój układzik zaczyna żarzyć diodą indykacyjną w odległości około 20 cm od żarówki zwierciadlanej (reflektorowej, z małym gwintem) o mocy 40 W, a przy około 8-10 cm dioda świeci "na maksa". Można oczywiście poeksperymentować z różnymi diodami (lub spróbować zbudować czujnik na dwóch czy trzech, tworzących jeden sensor).

(Marcin Perliński)


niniejszy artykuł jako plik PDF

wersja niemiecka jako plik PDF