Да будет свет! Часть первая

Часть первая. Элементная база.

 Условно все необходимое для светооборудования на модели можно разделить на несколько категорий: источники света (лампы накаливания, светодиоды, люминесцентные составы), проводники света (всевозможные световоды и оптоволокно, светофильтры.), источники питания (батареи, блоки питания и т.д.), коммутация (переключатели, разъемы) и дополнительные элементы (резисторы, диоды микросхемы и т.д.

1. Источники света

Фосфоресцирующие и люминесцентные составы

Начнем с самого простого фосфоресцирующих и люминесцентных составов. Применяются крайне редко в основном на моделях где в силу, каких ни будь обстоятельств невозможно применение электрооборудования. Делятся на 2 категории люминесцентные и фосфоресцирующие. Для того чтобы вы понимали примерно разницу между ними объясню на пальцах. Фосфоресценция это как на стрелках командирских часов – подержал на свету – засунул в темноту и наблюдаешь свечение. Люминесценция это способность это способность купюры светится в ультрафиолете. Т.е для люминесценции необходим как внешний источник света с постоянной длинной волны (как правило, ультрафиолетовый). Именно это и является недостатком при данном методе реализации подсветки. Помимо этого при УФ облучении начинают, светится некоторые краски и лаки, что искажает общее восприятие модели. Так что у люминесцирующих составов весьма узкая и специфичная область применения. Хотя сами люминесцирующие краски, как правило, весьма широко распространены. Распространен также и люминесцирующий пластик из которого можно изготавливать готовые детали. С фосфоресцирующими составами все проще. Достаточно подержать на освещенном месте, затенить и наблюдать послесвечение. Недостатков у них 3. Первое это то, что необходима темнота и яркость послесвечения оставляет желать лучшего. Второе – все фосфоресцирующие составы как правила делаются на основе фосфора и трития и являются по себе слаборадиоактивными материалами. Они конечно не фонят как 4й энергоблок ЧАЭС, но дозиметр от них верещит. Третье это их редкость и нераспостраненность и цена (достать такие штуки просто нереально).

Лампы накаливания

Ну что может быть проще лампочки из фонарика. Она знакома всем, поэтому останавливаться на них нет особого смысла. Достоинство лампы накаливание это ее спектр, который совпадает с естественным спектром большинства осветительных приборов. Также отсутствие необходимости соблюдать полярность при подключении к элементам питания. Лампы делятся на цокольные для установки в патрон и без цокольные. Использование цокольных ламп в нашем деле представляется сомнительным, поскольку редко возникает необходимость и возможность заменить цокольную лампу в модели. А вот на бесцокольных следует, остановится по подробнее. Самый маленький габарит лампы накаливания, которую я видел — это 0,8 мм на 2,2 мм. Так что по габаритам лампа накаливания может вполне соперничать с корпусными светодиодами. Еще одно достоинство лампы накаливания это широкий выбор их по напряжению. Можно найти практически любой типоразмер лампы на любое напряжение. Это бесспорно развязывает руки в выборе источника питания и не требует установки дополнительных элементов (гасящих резисторов). Не критична лампа накаливания и к типу тока (переменный или постоянный) что опять-таки не требует установки выпрямительных диодов при работе с переменным током. Огромный недостаток ламп накаливания это их большой ток потребления (что особо критично при работе с элементами питания малой емкости), и их непродолжительный (по сравнению со светодиодами срок службы). Ток потребления ламп накаливания колеблется от 0,2 до 1А.Т. е. Лампа в 0,2 А 1,5В сожрет алкалиновую батарейку Duracell емкость, которой около 2,5 А/ч примерно за 10 часов. И поверьте, примерно после 3–4х часов свечение лампы будет настолько тусклым, что им можно будет пренебречь. Еще одним недостатком ламп накаливания является то, что для имитации определенного цвета свечения (предположим зеленых и красных АНО) необходимо применять светофильтр. А это в свою очередь ведет к уменьшению яркости свечения. Но, тем не менее, есть места, где лампы накаливания прочно держат свою нишу. Это имитации уличного освещения и фары жд техники. Например, польская RB model представляет целую линейку аксессуаров на лампах накаливания.

Светодиоды

Вот тут стоит остановиться по подробнее. Диодов существует море. Делятся они по куче признаков. Наиболее важные в нашем деле.
Способ монтажа. Выводные (DIP) и поверхностные (SMD).
Цвет линзы матовый (diffused), прозрачный (clear water), цветной полупрозрачный (transparent)
Естественно ток и напряжение, а также цвет свечения.
DIP светодиоды проще при монтаже и пайке. Зато обладают большими габаритами по отношению к SMD светодиодам. Форм и цветов свечения миллион выбирай на вкус. В основном нас интересуют круглые светодиоды от 0,8 до 5 мм в диаметре. Типовые размеры 0,8 1,2 1,6 1,8 2,00 2,4 2,8 3,0 5,0 мм. Ну, а остальное как подскажет фантазия моделиста. Можно пилить шлифовать полировать выпиливать линзы нужной формы. С SMD светодиодами все немного сложнее. Во первых все размеры светодиодов стандартизированы и носят свои обозначения. Например, 0402 или 1206. О чем говорят эти цифры? Все очень просто длина на ширину светодиода в дюймах. Те размер 0805 обозначает длину в 0,08 дюйма (2 мм) на 0,05 дюйма (1,2 мм). Ряд основных типовых значений светодиодов, которые нас интересуют 0201,0402,0603,0805,1206,1210.



Все что крупнее 1210 не имеет смысла применять т.к. 3 мм DIP светодиод вполне приемлемо садится по посадочному месту светодиода 1210 и паяется не в пример удобнее. Все что меньше 0603 навряд ли применимо в нашем деле. Дело в том, что практически все SMD компоненты предназначены для монтажа автоматикой. Как показывает практика запаять светодиод менее 0603 в домашних условиях без спецоборудования практически не реально.
А с чем связано разделение светодиодов по цвету линз? Тут тоже все очень просто. Матовая линза предназначена для светодиодов рассеянного свечения. Такие светодиоды обладают, как правило, не очень большой яркостью свечения и максимальным углом рассеивания (около 60 град) и, как правило, подходят там, где именно нужна подсветка (например, палуба пассажирского лайнера), а не точечный источник света. Естественно светодиоды с линзой transparent предназначены для точечного источника средней мощности, а с прозрачной линзой вполне годятся для осветительных приборов типа прожекторов и фар. Угол рассеивания у таких светодиодов порядка 30 градусов, а сила света превышает матовые в разы.
Ну и разделение по цвету свечения. А вот здесь зарыта маленькая болонка. Дело в том, что светодиоды с «теплыми» цветами свечения (красный, желтый, желто-зеленый, оранжевый) и светодиоды «холодного» свечения (белый, синий, изумрудно-зеленый) работают от разных напряжений. Рабочее напряжение всех светодиодов колеблется от 1,8 до 3,5 В. Если «теплые» светодиоды работают в диапазоне от 1,8 до 2,8 В то «холодные» от 2,8 до 3,5В. Это первая хитрость, которую надо запомнить при работе со светодиодной подсветкой. Вторая это чем больше ток, тем ярче свечения светодиода. Не напряжение влияет на яркость светодиода, а именно его ток. И током не следует злоупотреблять. Для большинства светодиодов наиболее оптимальным токовым режимом работы является диапазон от 10 до 20 mA. Запомните эту хитрость, это пригодится Вам при подборе гасящего резистора, о чем я напишу немного ниже. Еще одна болонка закопана в том, что при подключении светодиода требуется соблюдение полярности. Дабы не спалить светодиод при подключении, требуется знать еще пару хитростей. На DIP светодиодах длинный вывод это плюс, а на SMD плюс это скошенный угол на корпусе или электрод на который смотрит вершина треугольника.

2. Проводники света.

Применяются тогда когда есть необходимость разнести свет от одного источника в несколько точек или рассеять свет по некоторой площади. Касательно наших баранов следует рассмотреть 2 вида проводников света с2х типов это изготовленные из прозрачных полимеров и оптоволокно.

Оптоволокно

При работе с оптоволокном требуется соблюдать несколько хитростей. Во первых желательно знать, для какого типа излучения предназначено данное оптоволокно. Нас интересует оптоволокно, предназначенное для передачи видимого спектра. Например, часто использующееся в сетях оптоволокно не предназначено для наших целей, так как без затухания передает свет инфра красном диапазоне и почти не передает в видимом. Более того необходимо помнить о способе введения света в оптоволокно. Чем ровнее поверхность среза оптоволокна около излучателя, тем меньше потери света в оптоволокне. Это как окислившийся контакт в медном кабеле. Естественно чем ровнее и чище срез в конечной точке волокна, тем большее количество света вы передадите. Естественно если вы просто тупо куснете кусачками оптокабель, то на выходе вместо четкого светового пятна вы получите невнятную размазанную фигню. Большое значение имеет расстояние от излучателя до входного среза волокна. Естественно чем ближе к фокусу излучателя, тем лучше. Желательно вводить свет в оптоволокно параллельно оси сердечника оптокабеля. Таким образом, вы минимизируете потери света в оптоволокне. И если вы при вводе излучения в оптоволокно решили применить клей с прозрачными оптическими свойствами, то следите чтобы в нем не было пузырей по плоскости ввода. При использовании светофильтров необходимо ставить светофильтр на вводном срезе волокна, а не на выводном. Что это значит. Предположим у вас есть белый светодиод, а на выходе оптики вы хотите получить красный свет. Если вы прикроете светофильтром выводной срез оптоволокна, то ваш белый свет все равно пробьет через светофильтр. Если вы поставите на вводном срезе то за счет многократного отражения от стенок оптоволокна этот эффект минимизируется. Также стоит помнить, что оптоволокно весьма критично к изгибам. Не стоит гнуть оптоволокно так, чтобы радиус изгиба был менее 3–5 диаметров самого оптоволокна. В противном случае вы получите залом, который весьма серьезно повлияет на светопередачу оптоволокна.

Фигурные светопроводники из прозрачных полимеров

Для них действуют примерно те же принципы что и для работы с оптоволокном. За исключением того что больше внимания требует уделять полировке вводных и выводных оптических поверхностей. Также иногда имеет смысл вводить дополнительную светоотражающую экранировку тля улучшения проводимости света. Попробую объяснить на пальцах, предположим у вас есть подсветка приборов, изготовленная из тонкого оргстекла. Если вы с обеих сторон заклеите неизлучающую поверхность фольгой, то это как минимум в 2 раза уменьшит потери света в вашей светопроводящей пластине.

3. Источники питания

Чем питать свою подсветку выбор за моделистом. Если есть возможность. То лучше использовать блок питания. Блоки питания это разговор долгий нудный и отдельный. К тому же при наличии сейчас блоков питания на рынке я не вижу необходимости рассматривать вариант с самодельным изготовлением блока питания. А вот на батареях и аккумуляторах остановиться стоит отдельно. Основные параметры батарей и аккумуляторов это электрическая емкость и напряжение. Чем больше емкость, тем дольше без дополнительной подзарядки или замены элементов питания будет работать ваша подсветка. И если с цилиндрическими батарейками и аккумуляторами все ясно, то с дисковыми еще следует разобраться.

Аккумуляторы

На данный момент на рынке присутствуют никель кадмиевые, никель металгидридные и свинцовые аккумуляторы. Свинцовые аккумуляторы нас не интересуют сразу ввиду своих габаритов. Остаются никель кадмиевые и никель метал-гидридные. Принципиальной разницы кроме емкости и цены между ними нет. Однако NiMh аккумуляторы представлены большим количеством типоразмеров. Основной недостаток аккумуляторов по сравнению с батарейками это более низкое напряжение на выходе (1,2 В против 1,5 В) чем у батареек. Большинство аккумуляторов на рынке представлены в 2х типоразмерах АА (пальчиковая батарейка) ААА (мизинчиковая). Это конечно хорошо когда есть куда их впихнуть. Однако есть особый типоразмер, на который следует обратить внимание. Это типоразмер аналогичный аккумуляторам серии GP80.



При относительно небольших габаритах их емкость составляет 80 mА/ч. Что в принципе для наших целей не мало. Те 2 светодиода на полной мощности будут работать от него примерно около 3х часов, после чего потребуется перезарядка. Напряжение на выходе 3,6 В что не требует набирать батарею из кучи элементов.

Батарейки

Итак, есть еще более миниатюрные элементы питания – это дисковые часовые батарейки. Распространены 3х видов. Их преимущество перед аккумуляторами – более высокое напряжение.
А) Alkaline (щелочные)
Марганцо-цинковые элементы Срок хранения, до 3 лет. Применяют для часов, калькуляторов. Ниже приведена таблица с основными габаритами и эл. характеристиками батареек 

Б) Дисковые серебряно-цинковые батарейки.
Обладают более высоким напряжением по сравнению с алкалиновыми элементами. Постоянное разрядное напряжение до конца разряда. Срок хранение до 4 лет. Таблица с основными габаритами и эл характеристиками батареек ниже



В) Дисковые литиевые батарейки.
Более высокое напряжение, чем у источников тока других электрохимических систем Низкий уровень саморазряда (не более 2% в год). Длительный срок хранения до 10 лет. Таблица с основными габаритами и эл. характеристиками батареек ниже

4) Переключатели и коммутация

Ну, тут все совершенно ясно и опять-таки выбор разъемов и переключателей зависит только от фантазии моделиста. И от условий предоставляемой моделью. Однако хочу обратить внимание на одну категорию коммутационных изделий. Бесконтактные переключатели. Интересны они тем, что не требуют механического воздействия на них и как следствие выведение наружу кнопок, ползунков и т.д. что, безусловно, не портит внешний вид модели. Самый простой из них – магнитоуправляемый геркон. Чуть по сложнее – индуктивные датчики. Они реагируют на появление в зоне их действия металла. Емкостные переключатели вообще на любое тело.
Кажется на этом все касательно элементной базы и ее особенностей. Далее следует рассмотреть хитрости монтажа типовых решений и дополнительных устройств при изготовлении подсветки. На этом, пожалуй, закончу с первой частью. Если что ни будь не понятно или интересно задавайте вопросы, я постараюсь на них ответить.

Не претендуя на истину в последней инстанции, Леонид Сафонов aka GFO.