Краткий обзор основных схем новогодних гирлянд

В этой статье мы рассмотрим основные типы новогодних гирлянд с точки зрения способов компоновки светящих элементов и схем их соединения.

1. Гирлянды с последовательным включением ламп

Как мы уже знаем из наших исторических обзоров, самые первые электрогирлянды собирались из ламп накаливания разной мощности, рассчитанных на различные рабочие напряжения. Собственно, это и определило основную, или «классическую» схему включения таких гирлянд – последовательную. В этом случае ток от источника питания (в роли которого чаще всего выступает обычная электросеть) последовательно протекает через каждую из лампочек гирлянды. Наверно не будет преувеличением сказать, что по этой схеме и её разновидностям построено подавляющее большинство когда-либо выпускавшихся новогодних электрогирлянд. Рассмотрим их чуть подробнее.

1.1. Гирлянда типа «нитка»

В гирляндах этого типа провод, соединяющий источник питания и последнюю лампу в нитке, проложен цельным куском вдоль всей гирлянды. Сама гирлянда представляет собой как бы нить, начинающуюся у сетевой вилки и заканчивающуюся последней лампочкой в цепи. Иногда такие гирлянды ошибочно принимают за модели с параллельным включением ламп, так как обратный провод может находиться в одной оболочке с проводами, соединяющими отдельные лампочки. Нужно помнить, что главным отличием гирлянд с последовательным включением от гирлянд с параллельным включением является зависимость тока в цепи от каждой отдельной лампы. То есть при перегорании или удалении любой из лампочек вся гирлянда погаснет.

1.2. Гирлянда типа «кольцо»

В этом случае длина проводов, соединяющих источник питания и обе крайние лампы гирлянды, примерно одинакова. Нетрудно заметить, что при одинаковом количестве ламп и расстоянии между ними «полезная длина» у этого варианта будет почти вдвое меньше, чем у предыдущего. Тем не менее, подавляющее большинство советских новогодних гирлянд строилось именно по этому варианту схемы. Объясняется это, вероятно, банальной экономией провода на производстве (помните? «Экономика должна быть экономной»! ), хотя у этого правила были и исключения, например гирлянды «Уют» (см. рис. 2), «Фонарик» и некоторые другие.

Ключевой особенностью всех гирлянд последовательного типа заключается в том, что количество ламп в них жёстко зависит от рабочего напряжения входящих в них ламп и напряжения сети. Например, советские гирлянды могли содержать от 5 до 40 ламп на контур (рис. 3), включаемый напрямую в сеть 220 В.

Таким образом, «классическая» последовательная схема включения ламп накладывает ощутимое ограничение на максимальное количество ламп. Теоретически его можно было бы увеличивать, применяя лампы со всё меньшим рабочим напряжением, однако здесь мы сталкиваемся со вторым очень существенным ограничением последовательной схемы: перегорание одной лампочки приводит к погасанию всей гирлянды. Даже в «кольце», содержащем всего лишь 18 фонариков, поиск перегоревшей лампочки может оказаться довольно муторным делом, чего уж говорить про гирлянды с 40 и более лампами!

2. Гирлянды с параллельным включением ламп

Избежать жёсткого ограничения на количество ламп в одном контуре возможно, перейдя от последовательного включения ламп к параллельному. В этом случае каждая лампа независимо питается от общего источника питания, и соответственно её перегорание не повлияет на работоспособность остальной гирлянды (рис. 5):

Особенно данная схема подходит для гирлянд с лампочками, рассчитанными на работу от сетевого напряжения, например неоновыми (в этом случае каждая из ламп подключается параллельно к общей цепи через небольшой балластный резистор). Примером такой гирлянды могут служить, например, «Неоновый новогодний огонёк» или львовский «Сюрприз» (рис. 6).

Однако чтобы включить по такому принципу миниатюрные лампы накаливания (максимальное рабочее напряжение которых не превышает 36В), их необходимо запитывать от трансформатора или блока питания, обеспечивающих нужное напряжение. Примером такой гирлянды является «Гирлянда ёлочная мигающая» ленинградского производства (рис. 7):

В этой гирлянде применены мигающие лампы МНМ6,3-0,3 со встроенным биметаллическим контактом, за счёт чего обеспечивается независимое мигание каждой лампы в отдельности, что в совокупности создаёт довольно необычный эффект.

Главным недостатком гирлянд параллельного типа с лампами накаливания является довольно высокий рабочий ток, равный N × (ток одной лампы), в отличие от гирлянд последовательного типа, у которых ток всегда будет равен току одной лампы. Это означает, что при прочих равных гирлянда с параллельной схемой должна иметь более мощный источник питания и более толстые провода. К тому же, гирлянды этого типа очень чувствительны к короткому замыканию в патронах или цоколях ламп, которое может не просто привести к погасанию всей гирлянды, но и к выходу из строя источника питания или срабатыванию защитного автомата электросети.

Как мы видим, параллельное включение теоретически вроде бы позволяет создавать гирлянды с любым количеством ламп, однако на практике оно всё же ограничивается приемлемой мощностью (и соответственно размерами) источника питания, а также толщиной использованных проводов. Это обстоятельство привело к созданию следующего вида гирлянд.

3. Гирлянды со смешанным (последовательно-параллельным) включением ламп

3.1. Гирлянда типа «многоконтурное кольцо»

Как видим, дополнительные контуры позволяют практически неограниченно наращивать количество ламп в одной гирлянде. Кроме этого, если установить в каждый из контуров лампу с прерывателем («мигающую»), можно получить очень красивый декоративный эффект их хаотического перемигивания. Именно по этому принципу была построена советская двухконтурная новогодняя электрогирлянда «Салют» (рис. 9):

Зарубежные модели, использующие аналогичный принцип, могут содержать до 5 контуров и до 200 или более ламп в одной гирлянде. Не будет преувеличением сказать, что по этой схеме построено подавляющее большинство современных гирлянд с прямым питанием от сетевого напряжения и контроллером световых эффектов (в этом случае каждый из контуров питается от своего канала контроллера). Такие гирлянды могут иметь несколько типичных конфигураций, которые мы рассмотрим подробнее.

3.2. Гирлянда типа «многоконтурная нитка»

Последовательно-параллельная схема включения ламп является базовой для построения практически всех многоконтурных гирлянд с контроллером световых эффектов. Однако проще всего понять принцип её работы можно именно на гирляндах типа «многоконтурная нитка», где количество посторонних ответвлений и прочих сбивающих с толку «отвлекающих манёвров» минимально (рис. 10):

Наиболее часто встречаются варианты с 4 и 2 контурами (в первом случае каждый из имеющихся в гирлянде цветов управляется раздельно, а во втором цвета группируются по парам, чаще всего «красный-жёлтый» и «синий-зелёный»). Для управления ими используются соответственно 4- и 2-канальные контроллеры (они НЕ взаимозаменяемы!)

3.3. Гирлянда типа «сетка»

С появлением смешанной схемы количество гирлянд, построенных на её основе, стало расти как на дрожжах. Второй очень популярный вариант известен в обиходе как «сетка», так как имеет соответствующую конфигурацию (рис. 12):

На самом деле это всё та же «многоканальная нитка», уложенная определённым образом (рис. 13):

Обратите внимание, что в «сетке» обязательно присутствуют «лишние» провода, выполняющие исключительно несущую функцию (на рисунке они показаны серым пунктиром).

3.4. Гирлянда типа «занавес»

Это ещё один популярный форм-фактор новогодних гирлянд, в первую очередь предназначенный для украшения больших вертикальных поверхностей – окон, витрин, стен и т.д. На самом деле, он представляет собой всё ту же «многоканальную нитку», но разделённую на части, объединённые общим горизонтальным проводом (рис. 14):

На рисунке 14 серым пунктиром показаны границы между «нитками» занавеса (все провода в пределах одной нитки увязываются в один жгут).

3.5. Гирлянда типа «сосульки»

По сути, это несколько видоизменённый (и чуточку упрощённый) вариант предыдущей гирлянды типа «занавес». Отличается он тем, что в разных нитках присутствует разное количество ламп, а также отсутствием упорядоченности в управляемых цветах. Чаще всего гирлянды этого вида бывают вообще одноцветными, причём могут вовсе не содержать контроллера (рис. 15):

4. Гирлянды со светодиодами

Все показанные выше схемы были построены с использованием миниатюрных лампочек накаливания низкого напряжения (3-24В). Они в полной мере подходят для ретро-гирлянд, выпущенных вплоть до 90-х годов прошлого века. Однако на сегодняшний день основная масса электрогирлянд строится на основе светодиодов. Действительно, светодиоды потребляют меньшую мощность, и при этом дают больше света и обеспечивают более яркие и чистые цвета. Что при этом меняется в схемах?

На самом деле, ничего существенного. Кроме одного нюанса: так как в отличие от лампы накаливания светодиод должен запитываться не стабильным напряжением, а стабильным током, любые цепи со светодиодами должны иметь стабилизатор тока или токоограничивающий элемент (в простейшем случае – резистор).

4.1. Гирлянды с последовательным включением светодиодов

Когда несколько светодиодов подключены последовательно к источнику постоянного напряжения, должно выполняться два главных условия:

N × U_LED < U_c
и
I = U_с / [N × (U_LED/I_LED) + R] < I_LED,

где N – количество светодиодов в цепочке, U_LED – номинальное падение напряжения на светодиоде, U_c – напряжение сети (230В), I_LED – номинальный ток одного светодиода, I – общий ток в цепи гирлянды, R – сопротивление балластного резистора. Схема в этом случае будет выглядеть, как показано на рис. 16:

Мощность резистора должна быть подобрана таким образом, чтобы при работе гирлянды он не перегревался. Неправильный подбор резистора (что, к сожалению, иногда встречается у гирлянд китайского кустарного производства) может привести даже к воспламенению гирлянды!

4.2. Гирлянды с параллельным включением светодиодов

Параллельное включение светодиодов встречается, в основном, в гирляндах с питанием от батареек и от розеточных адаптеров постоянного тока. Схема включения в этом случае полностью аналогична параллельному включению обычных ламп, однако каждый диод должен содержать индивидуальный балластный резистор (рис. 17):

По схеме можно видеть, что чем больше будет разница между напряжением батареи и рабочим напряжением светодиодов, тем больше будут суммарные потери на балластных резисторах. По этой причине производители гирлянд стараются сделать напряжение батареи максимально близким к номинальному напряжению используемых светодиодов (обычно 3–3,6В). Иногда в гирляндах с батарейным питанием пренебрегают установкой резисторов, в этом случае ограничение тока обеспечивается внутренним сопротивлением батареи, чего делать не следует. Это приводит к повышенной скорости расхода заряда батареи, а также к перегрузке и выходу из строя отдельных светодиодов.

Итак, мы рассмотрели основные схемы, по которым строятся новогодние гирлянды, а также основные конфигурации («нитка», «кольцо», «многоканальная нитка», «сетка», «занавес», «сосульки»), соответствующие этим схемам. Понимание принципа, по которому построена та или иная гирлянда, существенно облегчает её ремонт. Впрочем, ремонту у нас посвящены специальные статьи прошлых лет:

Советы по восстановлению работоспособности новогодних гирлянд

Ремонтируем светодиодную гирлянду

Приглашаем ознакомиться!