1.ВИДЕОФРАГМЕНТЫ РОБОТОВ-АНИМАТРОНИКОВ.
 

 2.ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РОБОТОВ-АНИМАТРОНИКОВ.

Дизайн корпуса, внешний вид и качество сборки роботов-аниматроников в первой части обсуждаться не будет. Разберём электрическую составляющую конструирования, схемы включений для основных радиокомпонентов используемых при создании разнообразных эффектов. В качестве основных радиокомпонентов наиболее подходят светодиоды и моторы. Далее будут рассмотрены схемы включений светодиодов и моторов, которые вы сможете самостоятельно применить для разработки своих аниматроников.


ЧТО ТАКОЕ СВЕТОДИОД?

С точки зрения физики происходящих процессов формулировка будет такой: Светодиод-это полупроводниковый прибор, в котором электрический ток преобразуется в световое излучение. Существует и более точная формулировка понятия светодиод: Светодиод-это полупроводниковый прибор с электронно-дырочной проводимостью, создающий излучение методом рекомбинации в электромагнитном (оптическом) диапазоне при прохождении электрического тока через переход в прямом направлении. Выбирайте ту формулировку, которая наиболее вам понятна.

Из всего сказанного сделаем важный вывод: светодиод относится к полупроводниковым приборам и обладает односторонней проводимостью. Поэтому светодиод "зажжётся" только при подключении к его выводу анода(+) положительного потенциала от источника питания, а к его выводу катода(-) необходимо подключить отрицательный потенциал источника питания.

Конструктивно светодиод состоит из: защитного полимерного корпуса, в котором размещены полупроводниковый кристалл с подложкой, отражателем и подводящими контактами. Полимерный корпус светодиода преломляет излучаемый свет и защищает полупроводниковый кристалл от механических, химических воздействий окружающей среды. Генерация света( процесс рекомбинации) происходит в полупроводниковом кристалле в специально сформированной области (гетероструктуры). Подложка является основанием для крепления кристалла светодиода и способна отводить тепло работающего кристалла. Отражатель имеет высокий коэффициент отражения и направлен в одну сторону, его задача отражение разнонаправленного излучения кристалла. Подводящие контакты соединяют выводы светодиода и полупроводниковый кристалл, обеспечивают подводку тока.

Светодиоды могут быть выполнены в корпусах для навесного и поверхностного монтажа. В этой статье рассматривается применение светодиодов для навесного монтажа в корпусах 3мм и 5мм. Цвет свечения светодиода определяется типом используемого полупроводникового материала. Анодом называется вывод светодиода для подключения положительного потенциала от источника питания. Катодом называется вывод светодиода для подключения отрицательного потенциала от источника питания.


КАК ПОДКЛЮЧИТЬ СВЕТОДИОД?

Прежде чем подключать светодиод рассмотрим его основные характеристики: прямое напряжение падения и ток светодиода. Необходимо сразу отметить, что понятия "напряжение питания" для светодиода не существует. Почему? Потому, что светодиод можно питать от разных источников с напряжением 3 вольт, 5 вольт, 6 вольт, 9 вольт, 12 вольт и так далее! Но при этом обязательно подключите последовательно светодиоду токоограничительный резистор! Сопротивление резистора рассчитывается в зависимости от напряжения источника питания. Иначе говоря важнейшей характеристикой для светодиода будет предельный ток проходящий через кристалл светодиода. Значение этого тока указано в технической документации (даташит, техпаспорт) для конкретного типа светодиода, измеряется в миллиамперах(мА). Если у вас нет таких данных, то через поисковую систему по типу светодиода можно найти его техпаспорт. Поэтому при подключении одного или нескольких светодиодов ваша задача состоит в том, чтобы ток через светодиод (светодиоды) не превысил допустимый уровень. Если произойдёт превышение допустимого тока излучающий полупроводниковый кристалл светодиода будет мгновенно испорчен. Поэтому важно правильно подобрать токоограничительный резистор для светодиода. Токоограничительный резистор можно рассчитать с помощью калькулятора, а подключать светодиод необходимо с учётом полярности его выводов.

Одну характеристику мы рассмотрели. А что же такое "прямое падение напряжения" на светодиоде? Падение напряжения светодиода-это разность потенциалов до и после светодиода, измеряется в вольтах(В). Иначе говоря на светодиоде напряжение будет опускаться(падать) на некоторую величину. В среднем падение напряжения может составлять около от 1,8 до 3,6 вольт. Если входное напряжение будет ниже падения напряжения светодиода, то светодиод не "зажжётся". Почему на светодиоде "падает" напряжение? Потому, что светодиод -это потребитель и преобразует электрический ток в свет. Падение напряжения для конкретной марки светодиода приводится в техпаспорте (даташит) светодиода.

Ещё две значимых характеристики светодиода, которые следует знать: интенсивность излучения, которая измеряется в милликанделлах (мКд) и длина волны излучения, которая измеряется в нанометрах (нМ), и характеризует цвет свечения светодиода.

Из всего выше сказанного делаем следующие выводы: важная характеристика светодиода предельный ток, к светодиоду необходимо подключать токоограничительный резистор, напряжение источника питания должно быть не меньше падения напряжения используемого светодиода, при покупке светодиода не поленитесь узнать тип светодиода.


КАКИЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ?

Не смотря на то, что источник питания может быть практически любым, остановимся на наиболее простых вариантах. На фото.1 показаны: литиевая батарейка напряжением 3В типоразмера CR2032 и батарея напряжением 9В типоразмера 6F22. Как видно на фото.1 литиевая батарейка похожа на диск. На одной её поверхности крупными буквами проставлен + , это положительный потенциал батарейки, то есть плюсовой электрод. В типоразмере литиевой батарейки закодированы геометрические размеры и ёмкость выраженная mAh (миллиампер в час). Расшифруем например типоразмер CR2032. Первые две цифры показывают диаметр батарейки, который составляет 20мм. Вторые две цифры показывают высоту корпуса батарейки 3,2мм. Кроме указанного типа можно приобрести аналогичные батарейки с тем же напряжением, но другого типоразмера, например CR2016, CR2025.

Как было сказано выше литиевые элементы обладают ёмкостью, которая составляет: CR2016-90mAh, CR2025-160mAh, CR2032-225mAh. Что показывает ёмкость этих элементов? Она показывает сколько времени батарейка способна отдавать указанный ток. Например возьмём самую "ёмкую" батарейку CR2032 для неё ёмкость соответствует 225mAh(миллиампер в час). Это означает что в течении часа батарейка способна отдать 225mA. Но если ток потребления будет составлять 22mA, то батарейка до полного разряда проработает 10 часов! А если ток потребления будет только 2mA, то батарейка проработает не менее 120 часов! Используя это знание вы должны понимать, что чем больше будет подключено к батарейке светодиодов, тем будет больше ток потребления и тем быстрее батарейка истощит свои запасы энергии.

На фото.1 также показана батарея напряжением 9В. Обратите внимание на то, что правильное её название именно батарея, так как конструктивно внутри расположено шесть последовательно соединённых гальванических элементов с Э.Д.С (электродвижущая сила) составляющая 1,5 вольта. Суммарное напряжение всех элементов как раз составляет 9 вольт. Такие батареи могут быть солевыми или щелочными. Если это солевая батарея, то на корпусе будет указан типоразмер 6F22. Если это щелочная батарея, то на корпусе будет указан типоразмер 6LR61 или 6LF22 или MN1604. Рекомендуемый ток разрядки не более 20мА. Это означает что подключать большое кол-во светодиодов не рекомендуется, так как ток потребления одного светодиода в среднем составляет около 10мА. Преодолеть количественный барьер просто. Для этого нужно установить с помощью резистора такой ток светодиода, который был близко к минимальному, но яркость свечения была достаточной. Для наиболее распространённых светодиодов импортного производства этот ток составляет приблизительно 5-7мА.


КАК ПРОВЕРИТЬ СВЕТОДИОД?

На фото.2 показан светодиод красного цвета свечения в корпусе диаметром 5мм. На фотографии помечены длинный вывод светодиода -это анод(+), короткий вывод светодиода-это катод(-).

На фото.3 светодиод красного цвета свечения с батарейкой напряжением 3 вольта, рядом с ними показаны их условные-графические обозначения. Для проверки работоспособности светодиода или определения полярности его выводов в корпусе 3 или 5мм кратковременно (несколько секунд) можно подключить напрямую литиевую батарейку 3В (фото.4). Если эта батарейка будет немного "севшая", бывшая в употреблении, то это ещё лучше. В принципе подключение без токоограничительного резистора не рекомендуется, по причине большого тока проходящего через светодиод. Но если под рукой нет тестера или иного способа проверить светодиод, определить полярность его выводов, то такой вариант допустим.
    На фото.5 показано подключение светодиода по всем правилам через рассчитанный токоограничительный резистор к батареи напряжением 9 вольт. Такое подключение называется последовательным. Светодиод красного цвета свечения в корпусе 3мм или 5мм. Рядом с фото показана электрическая схема соответствующая подключению. Для сборки возьмите светодиод красного цвета свечения(любого цвета) в корпусе 3 или 5мм и резистор сопротивлением 1кОм (резистор можно заменить на любой сопротивлением в диапазоне от 680 Ом до 1,5кОм).

На фото.6 показано последовательное соединение из четырёх светодиодов зелёного цвета свечения с питанием от 9 вольт. Подключение выполнено без токоограничительного резистора. Такое подключение рекомендуется только для светодиодов с большим током потребления, например зелёных, синих. Для сборки использованы светодиоды зелёного цвета свечения в корпусе диаметром 3мм. Соединение светодиодов и батарейки выполнено с помощью клип-разъёма для 9-вольтовой батарейки.

На фото.7 показано параллельное подключение двух светодиодов красного цвета свечения. При соединении как на фото.7 светодиоды должны быть однотипными иначе один будет светить ярче, чем другой. Возможно из-за разности токов, один светодиод будет светит, а второй нет. Кроме того, подобные схемы включения не рекомендуется использовать в любых разработках с печатным монтажом из-за разности проходящих токов через светодиоды. Но в простых конструкциях как на фото.7 такое подключение допустимо. В этом случае лучше припаивать светодиоды на полную длину выводов, не укорачивая их, выводы светодиодов сыграют роль токогасящих резисторов . Для сборки использовались два светодиода красного цвета свечения в корпусе 3мм и резистор сопротивлением 1кОм (резистор можно заменить на любой сопротивлением в диапазоне от 680 Ом до 1,5кОм).

На фото.8 показано параллельное подключение двух светодиодов через отдельные резисторы. Это общепринятая правильная схема включения, в этом случае токи протекающие через светодиоды не влияют друг на друга и "выравнены" последовательно включенными резисторами. Для сборки использовались два светодиода красного цвета свечения в корпусе 3мм и два резистора сопротивлением 1кОм (резисторы можно заменить на любые сопротивлением в диапазоне от 680 Ом до 1,5кОм).

 

фото.5 фото.7

фото.6 фото.8

 3.РОБОТЫ ДЛЯ СБОРКИ

Далее предлагается описание нескольких вариантов исполнения роботов-аниматроников. При сборке вы можете использовать любые подходящие части имеющиеся у вас в наличии. Принцип и способ питания схемы, количество светодиодов и их расположение, тоже можно произвольно менять с учётом напряжения источника питания.


 РОБОТ-1

---

ПРИНЦИП РАБОТЫ. Световые эффекты создаются разноцветными светодиодами смонтированными на корпусе робота. Светодиоды соединены между собой последовательно-параллельно и светят непрерывно.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Источник питания размещён вне робота, питание подводиться через провод. Напряжение внешнего источника питания 5 вольт! По способу подключения источника питания робот не автономный.
   РОБОТ-2

---

ПРИНЦИП РАБОТЫ. Эффект мерцания глаз-светодиодов, свечение лампы накаливания и светодиода-носа.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Источник питания размещён вне робота, питание подводиться через провод. Напряжение внешнего источника питания 5 вольт! По способу подключения источника питания робот не автономный.

                                    нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.11 фото.12

КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РОБОТА 1.Светодиоды в корпусе 3мм красного цвета свечения. 2.Монтажный соединительный провод. 3.Мощный диод отечественного производства Д242 (Д248) или тринистор (КУ202). 4.Полярный конденсатор старого типа "ЭТО". 5.Стабилитроны в металлическом корпусе Д815. 6.Контакты держателя предохранителя. 7.Миниатюрная низковольтная лампа накаливания. 8.Светодиод в корпусе 5мм зелёного цвета свечения. 9.Металлические защитные колпачки.

 РОБОТ-3

---

ПРИНЦИП РАБОТЫ. Непрерывное свечение семисегментного индикатора, вспышки светодиодов красного цвета свечения с синхронным(одновременным) вращением вала мотора.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Источник питания размещён вне робота, питание подводиться через провод. Напряжение внешнего источника питания 5 вольт! По способу подключения источника питания робот не автономный.

                                    нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.13 фото.14

КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РОБОТА 1.Металлический лепесток. 2.Микромотор. 3.Монтажный соединительный провод. 4.Резистор мощностью 2Вт. 5.Ножки из толстого медного прутка. 6.Транзисторы в металлическом корпусе. 7.Светодиод в корпусе 3мм красного цвета свечения. 8.Силовая рама из толстого медного прутка. 9.Семисегментный цифровой индикатор отечественного производства типа АЛС.

РОБОТ-4

---

ПРИНЦИП РАБОТЫ. Комбинации вспыхивающих светодиодов различного цвета свечения с вращением вала мотора.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Источник питания размещён вне робота, питание подводиться через провод. Напряжение внешнего источника питания 5 вольт! По способу подключения источника питания робот не автономный.

                                    нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.15 фото.16

КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РОБОТА 1.Пропеллер из проволоки. 2.Металлический стержень в кембрике. 3.Микромотор. 4.Опорная декоративная рама из толстого медного прутка. 5.Светодиоды зелёного цвета свечения в корпусе 3мм. 6.Пластиковые кембрики квадратной формы . 7.Клешни из толстых скрепок с изоляцией. 8.Светодиоды в корпусе диаметром 5мм любого цвета свечения. 9.Светодиоды зелёного цвета свечения в корпусе диаметром 5мм.

РОБОТ-5

---

ПРИНЦИП РАБОТЫ. Комбинации вспыхивающих светодиодов различного цвета свечения.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Источник питания размещён вне робота, питание подводиться через провод. Напряжение внешнего источника питания 5 вольт! По способу подключения источника питания робот не автономный.

                                    нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.17 фото.18

КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РОБОТА 1.Стеклянная колба лампочки с расположенными внутри двумя светодиодами белого цвета свечения. 2.Монтажный соединительный провод. 3.Светодиод красного цвета свечения в корпусе 5мм. 4.Шасси выполнены из металлических заклёпок и шурупов. 5.Радиолампа с установленным в основании светодиодом. 6.Два предохранителя с расположенными внутри светодиодами . 7.Трубки из фольги.

РОБОТ-6

---

ПРИНЦИП РАБОТЫ. Комбинации вспыхивающих светодиодов различного цвета свечения.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Источник питания размещён вне робота, питание подводиться через провод. Напряжение внешнего источника питания 5 вольт! По способу подключения источника питания робот не автономный.

                                    нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.19 фото.20

КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РОБОТА 1.Светодиоды красного цвета свечения. 2.Металлический шуруп. 3.Предохранитель с установленным внутр светодиодом зелёного цвета свечения. 4.Диоды в металлическом корпусе Д226 или аналогичные. 5.Мощный диод отечественного производства Д242. 6.Клешни из толстого медного прутка. 7.Диск из резины. 8.Диоды Д226.

РОБОТ-7

---

ПРИНЦИП РАБОТЫ. Комбинации вспыхивающих светодиодов различного цвета свечения.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Источник питания размещён вне робота, питание подводиться через провод. Напряжение внешнего источника питания 5 вольт! По способу подключения источника питания робот не автономный.

                                    нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.21 фото.22

КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РОБОТА 1.Светодиоды красного цвета свечения. 2.Низковольтные лампы накаливания. 3.Транзистор П217. 4.Микросхема К140УД6 в металлическом корпусе или аналогичная. 5.Светодиоды синего цвета свечения. 6.Лампа накаливания низковольтная. 7.Конденсаторы электролитические типа К50-16. 8.Лампа накаливания от китайской гирлянды. 9.Микросхемы любого типа. 10.Резистор мощностью 2Вт типа МЛТ. 11.Светодиоды в белом корпусе диаметром 5мм. 12.Провод монтажный соединительный.

РОБОТ-8

---

ПРИНЦИП РАБОТЫ. Комбинации вспыхивающих светодиодов различного цвета свечения.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Источник питания размещён вне робота, питание подводиться через провод. Напряжение внешнего источника питания 5 вольт! По способу подключения источника питания робот не автономный.

                                    нажимайте фото для просмотра в полном размере

фото.23 фото.24

КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РОБОТА 1.Стеклянная колба лампы. 2.Два светодиода красного цвета свечения диаметром 3мм.. 3.Металлический цоколь лампы. 4.Рука выполненная из толстого медного прутка. 5.Пружина со стержнем. 6.Стабилитрон Д814. 7.Гайка-фиксатор. 8.Резиновое кольцо от камеры велосипеда. 9.Провод монтажный соединительный. 10.Три опоры из металла. 11.Гайка. 12.Медный провод толщиной не менее 1.5мм. 13.Лампа накаливания низковольтная. 14.Светодиод синего цвета свечения.

Если у вас появились вопросы по сборке аниматроников, вы можете задать их здесь или непосредственно автору по следующим ссылкам:
На форуме: (ссылка);
Facebook:   (ссылка);
Вконтакте:  (ссылка).