Пробники на светодиодах: 3.15. Пробники на светодиодах и не только

Содержание

3.15. Пробники на светодиодах и не только

3.15. Пробники на светодиодах и не только. Электронные фокусы для любознательных детей

ВикиЧтение

Электронные фокусы для любознательных детей
Кашкаров Андрей Петрович

3.15. Пробники на светодиодах и не только

На рис. 3.43 представлен пробник напряжения сети 220 В, реализованный на светодиодах с током 10.. 20 мА.

На рис. 3.44 представлен фонарик на светодиодах, питающийся от портативного аккумулятора с напряжением 3.6…4.2 В. Аккумулятор из сотового телефона Nokia.

На рис. 3.45 представлена электрическая схема звукового пробника-индикатора для закрепления навыков простого радиолюбительского творчества.

Генератор звуковой частоты запускается при наличии на входе устройства переменного напряжения в диапазоне 50…220 В.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

И не только автопром

И не только автопром Если же говорить об автомобильном транспорте страны, где речь идет уже не о производстве, а о готовых машинах и перевозках, то здесь влияние и вклад ленд-лизовских машин видятся еще крупнее, еще весомее. В 1940–50–е годы, когда отечественный автопром

Дом для карлсона и не только…

Дом для карлсона и не только… Как известно, Карлсон из сказки Астрид Линдгрен жил на крыше. А еще он умел летать. «Стало быть, ему нужен дом, который может быть расположен на крыше. И еще он должен уметь летать»… Так рассудили швейцарские архитекторы из студии «Новая

2.

2.2. Автомобильный регистратор для автомобиля, и не только

2.2.2. Автомобильный регистратор для автомобиля, и не только Автомобильный регистратор сегодня очень популярен – служит для аудио– и видеозаписи происходящей на дороге ситуации. Однако, это далеко не все из потенциальные возможности его применения.Учитывая относительно

Глава 6 ТОРМОЗА Их мощь нужна не только для остановки

Глава 6 ТОРМОЗА Их мощь нужна не только для остановки Если вы решили освоить только один прием управления мотоциклом, выберите «торможение». Правильное использование тормозов делает каждую поездку не только более захватывающией, но и более безопасной. И снова в центре

9.1. Отходы — это только хвост проблемы

9.1. Отходы — это только хвост проблемы Каждый раз, когда какая-нибудь проблема выдвигается на передний план в политической повестке дня, возникает желание бросить на нее большие деньги.

Это и произошло с вопросом отходов. Однако простое расходование денег не всегда ведет

Генеральный конструктор Сергей Михеев: «Скорость 500 км/ч доступна не только конвертоплану»

Генеральный конструктор Сергей Михеев: «Скорость 500 км/ч доступна не только конвертоплану» Прокомментировать недавнюю демонстрацию в Фарнборо конвертоплана «Оспри» редакция нашего журнала попросила признанного эксперта в области вертолетостроения – Генерального

Универсальные пробники-индикаторы — RadioRadar

С помощью пробника можно проверить наличие напряжения в контролируемой цепи, определить его вид (постоянное или переменное), а также проводить «прозвонку» цепей на исправность. Схема устройства показана на рис. 1 Светодиод HL2 индицирует наличие на входе (вилки ХР1 и ХР2) постоянного напряжения определенной полярности. Если на вилку ХР1 поступает плюсовое напряжение, а на ХР2 — минусовое, через токоограничивающий резистор R2, защитный диод VD2, стабилитрон VD3 и светодиод HL2 протекает ток, поэтому светодиод HL2 будет светить. Причем яркость его свечения зависит от входного напряжения. При обратной полярности входного напряжения он светить не будет.

Рис. 1

Светодиод HL1 индицирует наличие на входе устройства переменного напряжения. Он подключен через ограничивающие ток конденсатор С1 и резистор R3, диод VD1 защищает этот светодиод от минусовой полуволны переменного напряжения. Одновременно со светодиодом HL1 будет светить и HL2. Резистор R1 служит для разрядки конденсатора С1. Минимальное индицируемое напряжение — 8 В

В качестве источника постоянного напряжения для режима «прозвонки» соединительных проводов применен ионистор С2 большой емкости. Перед проведением проверки необходимо его зарядить. Для этого устройство подключают к сети 220 В примерно на пятнадцать минут. Ионистор заряжается через элементы R2, VD2, HL2, напряжение на нем ограничено стабилитроном VD3. После этого вход устройства подключают к проверяемой цепи и нажимают на кнопку SB1. Если провод исисправен, через него, контакты этой кнопки, светодиод HL3, резисторы R4, R5 и плавкую вставку FU1 потечет ток и светодиод HL3 станет светить, сигнализируя об этом. Запаса энергии в ионисто-ре достаточно для непрерывного свечения этого светодиода около 20 мин.

Ограничительный диод VD4 (напряжение ограничения не превышает 10,5 В) совместно с плавкой вставкой FU1 защищает ионистор от высокого напряжения в случае, если при контроле входного напряжения или зарядке ионистора будет случайно нажата кнопка SB1. Плавкая вставка перегорит и потребуется ее замена.

В устройстве применены резисторы МЯТ, С2-23, конденсатор С1 — К73-17в, диоды 1 N4007 можно заменить на диоды 1 N4004, 1 N4005, 1N4006, стабилитрон 1 N4733 — на 1N5338B. Все детали смонтированы на макетной монтажной плате с применением проводного монтажа.

Еще один пробник в виде щупа собран на светодиодах и кроме «прозвонки» цепей позволяет определить тип напряжения (постоянное или переменное) и приближенно оценить его значение в интервале от 12 до 380 В. Автор этого устройства — А. ГОНЧАР из г. Рудный Кустанайской обл. Казахстана. Ему по роду своей деятельности часто приходится контролировать работоспособность и ремонтировать различные устройства, где примененяются различные по значению (36, 100, 220 и 380 В) постоянные и переменные напряжения. Для проверки подобных цепей предлагаемый пробник очень удобен, поскольку не требуется проводить переключений при различном контролируемом напряжении. При разработке этого устройства за основу был принят пробник, описание которого опубликовано в «Радио» № 4 за 2003 г на с. 57 (Сорокоумов В. «Универсальный пробник-индикатор»). С целью расширения функциональных возможностей он был доработан.

Рис. 2

Схема модернизированного пробника показана на рис. 2. Он содержит гасящий резистор R1, шкалу из двухцветных светодиодов HL1-HL5, накопительный конденсатор С1 и индикатор фазного провода на неоновой лампе HL7. Устройство может работать в трех режимах: индикатора напряжения, указателя фазного провода и «прозвонки» — индикатора проводимости электрической цепи.

Для индикации напряжения вход устройства — штырь ХР1, вставленный в гнездо XS2, и гнездо XS1 (с помощью гибкого изолированного провода), подключают к контролируемым точкам. В зависимости от разности потенциалов этих точек через резисторы R1-R6 и стабилитрон VD1 протекает различный ток. С увеличением входного напряжения возрастает и ток, что приводит к росту напряжения на резисторах R2- R6. Светодиоды HL1-HL5 поочередно загораются, сигнализируя о значении входного напряжения Номиналы резисторов R2-R6 подобраны так, чтобы при напряжении 12 В и более загорался светодиод HL5, 36 В и более — HL4, 127 В и более — HL3, 220 В и более — HL2 и 380 В и более — HL1.

В зависимости от полярности входного напряжения цвет свечения будет различным. Если на штыре ХР1 плюс относительно гнезда XS1 светодиоды горят красным цветом, если минус — зеленым. При переменном входном напряжении цвет свечения — желтый. Следует отметить, что при переменном или минусовом входном напряжении может гореть и светодиод HL6.

В режиме указателя фазного провода в сети любой из входов (ХР1 или XS2) подключают к контролируемой цепи и прикасаются пальцем к сенсору Е1. Неоновая индикаторная лампа зажжется, если эта цепь соединена с фазным проводом

Для использования устройства для «прозвонки» цепей необходимо предварительно зарядить накопительный конденсатор С1. Для этого вход устройства на 15…20 с подключают к сети 220 В или к источнику постоянного напряжения 12 В и более (плюсом на вилку ХР1) За это время конденсатор С1 успеет зарядиться через диод VD2 до напряжения, немного меньшего 5 В (оно ограничено стабилитроном VD1). При последующем подключении к контролируемой цепи, если она исправна, конденсатор будет разряжаться через нее, резистор R7 и светодиод HL6, который загорится. Если проверку проводить кратковременно, то зарядки конденсатора хватит на несколько проверок, после чего зарядку конденсатора следует повторить.

Применены постоянные резисторы R1 — ПЭВ-10, остальные — МЯТ, С2-23, конденсатор — К50-35 или импортный, диод КД102Б можно заменить на любой диод из серии 1N400x, стабилитрон КС147А — на КС156А, взамен двухцветных светодиодов можно применить по два разного цвета свечения, включив их встречно-параллельно, светодиод HL6 желательно применить с повышенной яркостью свечения. Следует отметить, что светодиоды разного цвета свечения имеют различные значения прямого напряжения, поэтому пороги их включения при разной полярности входного напряжения не будут одинаковыми.

 

Большинство деталей размещены на плате из текстолита или гетинакса, для их выводов сделаны отверстия и применен проводной монтаж. Светодиоды HL1-HL5 установлены в ряд. Поскольку в качестве корпуса пробника был использован корпус от неисправной газовой пьезозажигалки, плата рассчитана на установку в него (рис. 3). Отверстие в корпусе, предназначенное для кнопки пьезозажигалки, закрыто оргстеклом. Все светодиоды и неоновую лампу располагают на плате так, чтобы их было видно через это отверстие. Гнездо XS1 размещают на боковой стенке корпуса, XS2 — в торце. В качестве сенсора можно применить винт, расположенный также на боковой стенке. В гнездо XS1 вставляют вилку с гибким проводом и зажимом «крокодил» на другом конце, а в гнездо XS2 — металлический штырь, заостренный на конце для более удобного подключения к малогабаритным контактам (рис. 4).

Рис. 4

При сборке, проверке и эксплуатации описанного устройства следует помнить о правилах безопасности при работе с высоким напряжением.

Автор: В. Гричко г. Краснодар

Автомобильный пробник-индикатор на светодиодах. Как сделать своими руками, мастер класс с фото

Этот светодиодный автомобильный пробник может контролировать напряжение в пределах 10,5-20 В, а сделать его можно за два вечера.

Как сделать авто пробник-индикатор своими руками

Такой автомобильный пробник-индикатор, помещающийся в корпусе авторучки, состоит из 16 деталей. Для уменьшения его габаритов я решил использовать компоненты SMD, и в результате прибор разместился на плате размерами 64×6 мм.

Как ни странно, удачно перенести тонер с бумаги на такую узкую плату получилось с первого раза — после 10-минутного пребывания в воде бумага отслоилась от платы практически сама.

Пользуясь надфилем или плоским точильным камнем, обрабатываем плату таким образом, чтобы она входила внутрь корпуса ручки с почти незаметным трением.

При монтаже диодов следует иметь в виду, что некоторые из них могут иметь обратную маркировку, поэтому перед пайкой проверяем каждый диод.

Последними припаиваем миниатюрные SMD светодиоды — и плата практически готова.

Т.к. применённые детали достаточно маленькие, для работы нужна лупа — у меня для этих целей используется лупа с 40-кратным увеличением и светодиодной подсветкой.

Просверлив в колпачке ручки отверстие и продев в него провод с зажимом типа «крокодил», припаиваем подготовленный конец этого провода к «массовой» клемме прибора.

Щуп можно изготовить из отрезка толстого медного провода (изоляцию снимаем только в том месте, где в корпусе ручки располагается пишущий узел).

Собираем прибор — пробник готов к работе.

Испытания показали, что при напряжении 10,5-11 В горит красный светодиод, при 11,3-12,0 В загорается жёлтый, при 12,1 — 14,2 В — зелёный, при 14,4-16,2 В — синий, свыше 16,2 В горят все светодиоды.

И в заключение — несколько фото работающего пробника.

Логические пробники — Конструкции простой сложности — Схемы для начинающих

                                                                           ЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБНИКИ

Логический пробник, разработан­ный москвичом С. Бирюковым

Предназначен для индикации импульсов, амплитуда которых имеет «нормальную» величину, т. е. напряже­ния вершин превышают 2.4 В. а осно­вания лежат ниже 0,4 В. Индикация осуществляется в виде знаков «О» и «1», которые указывают соответствую­щие уровни. Точка индицирует наличие импульсов.

Схема пробника приведена на рис. I. На входе включен резистор R1. предо­храняющий пробник от перегрузок. Эмнттерные повторители VI и V2 слу­жат для уменьшения нагрузки на про­веряемый каскад, а также для сдвига порога переключения логических эле­ментов DI.1 и D1.2. Дополнительный сдвиг достигается включением крем­ниевого диода V3 и германиевого V5. В результате при входном напряжении выше 2,4 В элемент Dl.1 включается и зажигается сегмент d семисегментного индикатора HI, индицируется знак «1» (при боковом положении индикатора). При напряжении ниже 2.4 В элемент D1.1 закрывается, сегмент d гаснет. При снижении входного напряжения ниже 0.4 В выключается элемент D1.2, включается DI.3 и зажигаются четыре сегмента (a, b, g, f) индикатора и индицируется знак «0».

При наличии импульсов на входе пробника триггер на элементах D2.I и DI.4 переключается в моменты до­стижения напряжения на входе поро­говых величин (0,4 и 2.

4 В). В момент перехода напряжения на входе пробни­ка из состояния «1» в состояние «0» на входе элемента совпадения D2.2 кратковременно появляются две логи­ческие «1», элемент D2.2 включается и короткий (порядка 70 нc) отрицатель­ный импульс с его выхода запускает ждущий мультивибратор на элементах D2.3 и D2 4. Выходной сигнал мульти­вибратора вызывает свечение точки индикатора.

Если амплитуда входных импульсов ниже нормальной, триггер не переклю­чается и точка индикатора не све­тится.

Диод V6 служит для зашиты микро­схем при включении питания в непра­вильной полярности.

Пробник смонтирован на печатной плате с размерами 7.5×80 мм (рис. 2).

 Выводы большинства элементов, рас­положенных на одной стороне печат­ной платы.загнуты через край платы и подпаяпы к контактным площадкам, находящимся с обратной стороны платы. Игла-щуп впаяна в паз печат­ной платы. Конденсатор С2 состоит из двух соединенных параллельно конден­саторов К53-16 по 10 мкФ.

В пробнике можно применить транзи­сторы КТ361 и КТ373 с любыми бук­венными индексами, возможно приме­нение и других кремниевых вькокочастогных транзисторов соответствующе­го типа проводимости.

Диоды можно заменить на любые маломощные крем­ниевые (V3 V4) и германиевые (V5, Vб). микросхемы — на аналогичные других ТТЛ серий. 

Исследовать логи­ческие устройства в статическом и ди­намическом режимах позволяет проб­ник, предложенный Н. Пастушенко и А. Жижченко (г Киев).

 Принцппиальная схема пробника изображена иа рис. 3.

При отсутствии сигнала на входе элемента DI.1 — низкий логический уровень, на входах элементов D1.2, D1.3 D1.4 — высокий. Сегменты индикатора не светятся. Если на вход пробника поступает уровень, соответствующий логической «1», то на выходе элемента DI.I будет логический «О», на выходе D1.2 — логическая «1», элементы D1. 3 и D1. 4 остаются в первоначальном состоянии. При этом све­тятся сегменты b и с и индицируется цифра «1». Когда на входе пробника будет логический «О», то на выходе элементов DI.2, D1.3 и D1.4 будет вы­сокий логический уровень и будут све­титься сегменты а Ь, с, d, е, f.

При подаче на вход пробника им­пульсов с частотой до 25 Г ц чередова­ние цифр «О» и «1» различимо глазом. При частотах свыше 25 Гц начинает сказываться влияние конденсатора С1. В результате яркость свечения сег­мента d резко уменьшается и индици­руется буква «П», обозначающая по­следовательность импульсов с высокой частотой на входе пробника.

Пробник питается непосредственно от испытуемого устройства. При нали­чии питания +5 В светится сегмент А (точка).

В пробнике использованы резисторы МЛТ-0,125. конденсаторы К50-6. Вместо микросхемы K133ЛA8 можно приме­нить микросхему К155ЛА8.

На рис. 4 изображено расположе­ние деталей на печатной плате из дву­стороннего фольгированного стекло­текстолита, а на рис. 5 — чертежи обеих сторон печатной платы. Внешний вид пробника показан на фотографии (рис. 6)

 

Пробник с достаточно большим вход­ным сопротивлением и высокой четко­стью срабатывания при определенных уровнях входного напряжения предло­жен В. Пиратинским и С. Шахновским из Москвы.

 Зона перехода из состоя­ния, при котором индикаторный светодиод горит с полной яркостью, в состоя­ние, при котором светодиод ие горит, составляет 30 мВ для верхней границы логического уровня «0» (-0,4 В) и 80 мВ для нижней границы логиче­ского уровня «I» (+2,4 В).

Пробник отличается малой потреб­ляемой энергией от источника пита­ния проверяемого устройства, состав­ляющей не более 12 мА.

На рис. 7 приведена принципиальная электрическая схема пробника. Она состоит из двух независимых пороговых схем, одна из которых соответствует уровню «0». а другая — уровню «I».

Когда напряжение на входе пробника имеет величину от 0 до +0,4 В. транзи­сторы V7 и V8 пороговой схемы «1» закрыты и красный светодиод V5 не горит. В пороговой схеме «0» транзи­стор V9 закрыт, а транзистор VI0 открыт и горит зеленый светодиод V6. индицируя наличие логического уров­ня «0».

При потенциале на входе пробника от +0,4 В до +2.3 В транзисторы V7 и V8 по-прежнему закрыты, транзи­стор V9 открыт, а V10 закрыт. При этом оба светодиода не горят. То же самое наблюдается, если на входе пробника нет сигнала.

Отсутствие индикации, таким обра­зом. свидетельствует о том. что потен­циала на входе нет или же он имеет промежуточное значение по отношению к логическим уровням.

При напряжении на входе пробника выше +2,3 В открываются транзисто­ры V7, V8 пороговой схемы «I» (V7, V8 полностью открыты при потенциале выше +2,4 В) и загорается красный светодиод V5, индицируя наличие логического уровня «1». Пороговая схема «0» при этом находится в прежнем со­стоянии. Диоды VI —V4 служат для повышения напряжения, при котором срабатывает пороговая схема «I»

Коэффициент передачи тока h31э транзисторов должен быть не менее 400. Диоды VI—V4 КД103 (К102) бескорпусиые. Все резисторы ОМЛТ 0,125 — 5%.

Налаживают пробник с помощью делителя напряжения, подключенного к источнику +5 В, подавая на вход пробника требуемый уровень напряжения.

Изменением величины сопротивле­ния резистора R7 добиваются погасания зеленого светодиода V6 при уровне входного напряжения 0,4 В, а измене­нием сопротивления резистора R5 — зажигания красного светодиода V5 при уровне входного напряжения +2,4 В. Для удобства регулировки резисторы R5. R7 можно временно заменить пере­менными.

Пробник, разработанный москвичом В. Копыловым,

 также обладает высо­ким входным сопротивлением (Rвх = 200 кОм). но в отличие от пробника В. Пиратииского и С. Шахновского ре­гистрирует и импульсы. Он имеет за­щиту от перенапряжений по входу (до ±250 В) и от неправильного вклю­чения полярности питания.

Принципиальная схема пробника приведена на рис. 8

 Через резистор RI сигнал поступает на затвор полево­го транзистора V3 через ограничитель входного напряжения на диодах VI. V2. С выхода истокового повторителя сиг­нал подается на эмиттерные повтори-ели, выполненные на транзисторах V4 и V5, которые уменьшают влиянне входов микросхем друг на друга и сдви­гают уровни сигналов, поступающих на элементы D1. 1, D1. 2. При указанных на схеме номиналах резисторов R2—R5 , пороговые напряжения срабатывания «1» и «2» равны соответственно 0,4 В и 2,4 В. Для использовании пробника при контроле цепей с другими порого­выми напряжениями необходимо по­добрать эти резисторы. При входном напряжении, превышающем пороговое напряжение логической «I» на выхо­дах элементов D1.1 и D2.2, появляется логический «0» и светится сегмент d светодиодного индикатора Н1 (инди­цируется знак «1»). При напряжении на входе ниже порогового напряжения логического «0» на выходе D1.2 появ­ляется логическая «1». на выходе D2.1 — логический «0» и зажигаются через резистор R10 — сегмент f, через резистор R11 и диод V6 — сегменты а, Ь, g (индицируется знак «0»), Если напряжение на входе находится в про­межутке между пороговыми напряже­ниями логических «0» и «I» (проме­жуточный уровень), то логические «I» на выходах D2.1 и D2.2 вызывают появление «0» на выходе D2.3 и све­тятся сегменты с. Ь, g (индицируется зна1 «П»). Конденсаторы С2. С.3 устра­няют возбуждение при переходных режимах.

Обнаружение импульсов основано на запуске одновибратора по фронту и спаду каждого входного импульса. Отрицательные импульсы для запуска ждущего мультивибратора, выполнен­ного на элементах D1.4, D2.  4, С5 и RI3, формируются на выходе элемента D2.3 каждый раз, когда входной сигнал переходит из «0» в «1» и обратно, при­чем их длительность зависит от дли­тельности фронта и спада входных им­пульсов. К выходу ждущего мульти­вибратора подключен сегмент «точка», который вспыхивает дважды на каж­дый входной импульс при частоте сле­дования последних менее 20 Гц и при достаточной их длительности. При ча­стоте следования входных импульсон более 20 Гц вспышки сливаются в не­прерывное свечение. При входном сиг­нале. близком к меандру, одновремен­но с точкой индицируются знаки «0» и «I». причем их относительная яр­кость зависит от скважности импуль­сов. При большой или маленькой скваж­ности индицируется только один из этих знаков.

Пробник собран на двусторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Расположение проводников со сторо­ны деталей показано на рис. 9, а с про­тивоположной стороны — на рис. 9. б.

В пробнике применены микросхемы серии К155, резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы КМ5а (С2. СЗ), КМ6 (С/, С4) и К53-4 (С5, С6).

Простые логические пробники — Эл. устройства — Каталог статей

Напряжение на входах и выходах логических элементов можно измерять обычным авометром на пределе измерения постоянного напряжения, но лучше использовать специальный пробник.

 

 

Рис. 1. Простейший логический пробник.

 

Простейший пробник состоит из светодиода и резистора (рис. 1). Если при подключении к выходу логического элемента светодиод светится, то на этом выходе напряжение высокого уровня, если же светодиод не светится, то на входе пробника напряжение низкого уровня.

 

На рис. 2 представлена схема логического пробника, который индицирует уровни логического 0 и логической 1 зажиганием одного из двух светодиодов.

 

 

Рис. 2. Логический пробник с индикацией 0 и 1.

 

При отсутствии входного сигнала на выходе логического элемента DD1. 1 действует напряжение низкого уровня, а на выходе логического элемента DD1.2 — высокого уровня. Светодиоды HL1 и HL2 не светятся. При подаче на вход напряжения низкого уровня (0…0,4 В) состояние логического элемента DD1.2 не изменяется, а на выходе DD1.1 появляется напряжение высокого уровня (поскольку на входы DD1.1 через открытый диод VD1 подано напряжение низкого уровня). Загорается светодиод HL1. индицируя уровень логического 0. Если же на вход подано напряжение высокого уровня, то через открывшийся диод VD2 это напряжение подается на входы логического элемента DD1.2; на выходе DDI.2 появляется напряжение низкого уровня и загорается светодиод HL2, показывая уровень логической 1. Состояние же элемента DD1.1 при этом не изменяется, светодиод HL1 не горит.

 

 

Рис. 3. Логический пробник со светодиодным индикатором.

 

На рис. 3 представлена схема другого логического пробника, аналогичного по принципу работы предыдущему. Отличие состоит в том, что информация о логических уровнях напряжения выводится на светодиодный семисегментный цифровой индикатор. Для управления сегментами в пробник добавлены логические элементы DD1.3, DD1.4 и диоды VD3, VD4. Сегменты, имеющие выводы 10, 13, Индицируют логическую 1, а все шесть сегментов — логический 0. Сегмент, имеющий вывод 6, — знак запятой (индикация включения пробника). Логические элементы DD1.3 и DD1.4 включены параллельно для получения суммарного выходного тока, обеспечивающего нормальную работу одновременно шести сегментов.

 

Для предотвращения подачи на пробники напряжения обратной полярности в их плюсовые шины включены диоды (VD3 на рис. 2 и VD5 на рис. 3). Микросхему К155ЛАЗ можно заменить на КІЗЗЛАЗ, К158ЛАЗ, К155ЛА1, К155ЛА4, К555ЛАЗ. Вместо К155ЛА8 можно применить К133ЛА8, К155ЛАЗ, но в последнем случае номинал резисторов R3 — R8 необходимо увеличить до 820 Ом. Светодиодный индикатор АЛС324Б можно заменить на АЛ 133, АЛС312 с любым буквенным индексом, а также на АЛ305А, АЛС321Б, АЛС337Б, АЛС338Б, АЛС324Б. Диоды могут быть любыми из серий Д7, Д9, Д311.

 

Такие пробники пригодны для работы с микросхемами, рассчитанными на питание от источника напряжением +5 В (серии К155, КР531, К555, К133, К134). Для работ с микросхемами КМОП (серии К164, К176, К561) пробник может быть собран по аналогичной схеме на микросхемах КМОП, но для управления сегментами цифрового индикатора придется применить транзисторные ключи.

 

Схема простого логического пробника » Паятель.Ру


Этим пробником можно определять логические уровни, высокоомное состояние и наличие импульсных последовательностей в схемах на ТТЛ и КМОП микросхемах с питанием от 5 до 15V. Индикация на двух светодиодах, — HL1 горит когда высокий логический уровень, HL2 индицирует низкий логический уровень. Если оба светодиода горят или мерцают, — в цепи импульсная последовательность. При высокоомном состоянии оба светодиода не горят.


Питается пробник от источника питания исследуемой схемы, это его автоматически привязывает к логическим уровням исследуемого устройства.

Пробник состоит из двух компараторов на микросхеме LM358, в которой имеются два операционных усилителя. Цепь из резисторов R1-R4 образует делитель напряжения, который создает опорные напряжения на входах компараторов. Резистор R5 подтягивает вход пробника к среднему состоянию, при котором на выходах обоих ОУ логические нули.

Когда на входе логический ноль, напряжение на выводе 6 А1 ниже напряжения на выводе 5, поэтому, на выводе 7 А1 логическая единица и светодиод HL2 горит. В то же время, напряжение на выводе 3 А1 значительно ниже напряжения на выводе 2, — на выводе 1 логический ноль и HL1 не горит.

Если на входе логическая единица напряжение на выв. 6 больше чем на выв. 5, — на выводе 7 логический ноль, HL2 не горит. При этом, напряжение на выводе 2 А1 больше напряжения на выводе 3, — на выводе 1 единица, и HL1 горит.

При высокоомном состоянии на щупе поддерживается за счет резистора R5 напряжение среднего уровня. При этом, напряжение на выв. 3 А1 ниже чем на выв. 2, — на выводе 1 логический ноль, HL1 не горит. На выводе 6 напряжение больше чем на выв. 5, значит на выв. 7 ноль, и HL2 тоже не горит.

Диод VD1 исключает выход щупа из строя от неправильного подключения питания.

Детали щупа собраны в корпусе монтерской отвертки для поиска фаз. В окошко выведены два светодиода. Отвертка заточена до состояния шила (щуп). С торца выведены два провода с крокодилами. Эти провода служат для подключения к шинам питания на плате логической схемы.

Пробник из авторучки своими руками

Пробник из авторучки своими руками

Изготовление самодельного автомобильного пробника с двухцветной лампочкой из шариковой ручки.


Всем привет и с 1 мая! Сегодня хочу рассказать про самодельный пробник. Как всегда из подручных материалов. Так уж случилось, что из магазинных вариантов меня не устроил ни один. И я решил изготовить его самостоятельно.

У меня нашлась такая чернильная ручка.

 

Её я и использовал. Она хорошо лежит в руке и имеет прозрачную часть там, где и нужно. Ручка была разобрана, остатки чернил вымыты, стержень удалён.

 

Для пробника я решил сделать двухцветную светодиодную лампочку. При поиске «+» будет загораться красный свет, а при поиске «-» — зелёный.

Для этого выводы светодиодов нужно спаять крестообразно, т.е. катод одного к аноду другого. Я заметил, что сейчас светодиоды делают, как попало, поэтому светодиоды лучше прозвонить заранее, чтобы узнать, где катод, а где анод. Я взял обычные светодиоды, полностью сточил головки и склеил их. Потом спаял ножки.

 

Далее вместо стержня примерил иголку, примерил всё это к ручке, обрезал ушко и припаял сопротивление так, чтобы оно полностью ушло в корпус стержня. От корпуса стержня я отрезал почти всю внутреннюю часть, на фото видно.

В корпусе стержня рассверлил отверстие для сопротивления.

 


 

Ещё раз всё примерил, припаял к сопротивлению лампочку и вклеил всё это в корпус стержня.

 

 

Осталось припаять к лампочке проводок и собрать всю конструкцию. Корпус стержня в корпусе ручке я зафиксировал капелькой клея.

 

Всё собрано, можно проверять в работе.

 


Игла такого пробника пролезает в любые колодки, ей можно легко проколоть изоляцию провода.

В заключении поясню, что зелёный светодиод оказался ярче красного, поэтому к нему я припаял дополнительное сопротивление. На фото видно.

 Всем спасибо!

Уникальное освещение | Зонд

Корпус Прецизионная механическая обработка из цельного латунного литья. Конструкция корпуса обеспечивает закрытый, водостойкий кабельный канал для защиты проводов.
Прокладка Уплотнительное кольцо из высокотемпературного силикона для водонепроницаемого уплотнения.
Кулачок Зонд оснащен революционным шарнирным шарнирным креплением, обеспечивающим вращение на 360°.
Кожух Прецизионная обработка и заводская герметичная ударопрочная стеклянная линза для предотвращения проникновения воды. Подходит для одной дополнительной линзы/шестигранной ячейки.
Линза Поставляется с полным набором оптических дизайнерских линз, включая рассеивающую линзу, матовую линзу и линзу с шестигранной ячейкой.
Лампа Для использования со светодиодными лампами серии FLEX GOLD ™ мощностью 3 Вт, 4 Вт, 5 Вт, 8 Вт MR16.Светодиодные лампы доступны с цветовой температурой 2700K и 3000K. Также совместим с галогенной лампой MR16 мощностью до 35 Вт. Максимальная мощность светодиода 8 Вт.
Электрические требования Требуется выносной трансформатор на 12 В, который можно заказать отдельно в компании Unique Lighting Systems®. Диапазон напряжения для галогенных ламп на 12 В составляет от 10,8 до 12 В. Диапазон напряжения для светодиодных ламп серии FLEX GOLD ™ 12В составляет 10В-15В.
Подключение лампы Марка спецификации, патрон из бериллиевой меди. База ГУ5.3.
Электропроводка Эксклюзивный провод UF Intelli-Flex с соединениями, предотвращающими миграцию влаги.
Монтажная стойка Стандартная монтажная стойка изготовлена ​​из литого под давлением ПВХ с фитингом с внутренней резьбой ½” NPS.

Конфигурации полупроводниковых измерительных щупов (испытание интегральных схем)

Вертикальные зонды, а также другие иглы с прямой проволокой часто используются так же, как зонды кобры.Ключевое отличие состоит в том, что в конструкции платы зонда используются продуманные направляющие с несколькими перфорированными пластинами для смещения кончика и хвостовой части зонда, таким образом контролируя коробление зонда. Это упрощает изготовление зондов по сравнению с зондами типа «кобры». Как и в случае зондов типа «кобра», типичный начальный диаметр проволоки составляет примерно 0,001–0,004 дюйма (25–100 мкм).

Консольные зонды, чаще используемые для тестирования памяти, изготавливаются из проволоки с начальным диаметром примерно 0,003 дюйма (75 мкм) и длиной 2–5 дюймов (50–125 мм).Как правило, кантилеверные щупы держат под острым углом по отношению к ИУ, а их заостренные концы соприкасаются с тестовыми площадками ИС. Сила, создаваемая этой конструкцией зонда, соответствует силе простой изгибающейся балки, как следует из названия. Большая часть общей длины пробника используется в качестве соединения для маршрутизации сигналов к и от поддерживающей печатной платы и связанной с ней электроники. Гибкость провода является ключевой характеристикой, обеспечивающей надежное крепление каждого датчика к плате.

Светодиодные датчики

Светодиодные пробники, как следует из названия, используются в основном для проверки работы светоизлучающих диодов (СИД).Этот тип зонда имеет большее поперечное сечение, чем другие, описанные выше, обычно 0,014–0,020 дюйма (350–500 мкм). При тестировании светодиодов особое внимание необходимо уделять чистоте поверхности зонда, чтобы измеряемые значения освещенности не отличались от зонда к зонду.

МЭМС-зонды

МЭМС-зонды обычно представляют собой тестовые иглы на уровне пластины и изготавливаются с использованием технологий, аналогичных тем, которые используются при изготовлении ИС, но переосмысленных для создания отдельно стоящих структур.В отрасли это называется «микроэлектромеханическими системами» или технологией «MEMS». Типичный метод изготовления игл МЭМС включает фотолитографическое нанесение формы на напыленный затравочный слой, нанесение покрытия с помощью ЭЗД, возможно, на сердцевину из другого металла, и освобождение игл МЭМС от подложки.

Датчики Pogo Pin

Штифты Pogo, в отличие от других обсуждаемых типов зондов, обычно предназначены для контакта с шариками из сплавов мягкого припоя на уровне кристалла и упаковки во время удара пластины и прикрепления кристалла соответственно. Эти штифты представляют собой микросборки, обычно состоящие из 4 частей: наконечник зонда представляет собой рабочую поверхность, контактирующую с ИУ; пружина, определяющая поведение штифта при нагрузке-смещении; плунжер, сжимающий пружину и передающий сигнал обратно через зондовую плату; и ствол, в котором находятся все эти компоненты. Наконечник зонда будет иметь большой диаметр около 0,010–0,020 дюйма (250–500 мкм), что делает его немного больше, чем у большинства проволочных зондов.

На Рисунке 2 ниже показаны детали зонда с пружинным штифтом, использующего методы СЭМ и оптической микроскопии.

Продолжить чтение… Растущие требования к IC Test Probes  

Конструкция зондов μ-светодиодов. Слева: две пластины используются как временные…

Контекст 1

… дефекты являются наиболее распространенными нарушениями чувствительности у людей. Электрические кохлеарные импланты (КИ), являющиеся наиболее распространенными нейропротезами, позволяют слабослышащим и глухим пациентам акустически общаться с окружающей средой [1]. 30 000 нейронов спирального ганглия (SGN) упорядочены тонотопически, в соответствии с определенными звуковыми частотами. КИ используют электрическое кодирование звука и частотно-специфическое возбуждение вдоль тонотопической оси, что позволяет различать разные частотные каналы. Тем не менее широкое пространственное распространение тока при электростимуляции ограничивает частотное разрешение слуха при КИ [2]. Оптическая стимуляция может давать более высокое пространственное разрешение при возбуждении нервных клеток вдоль тонотопической оси, поскольку свет может быть сфокусирован на пятне возбуждения.Таким образом, кодирование звука с помощью оптического имплантата обещает более высокое разрешение по частоте и интенсивности, а также большее количество независимых каналов стимуляции. Это может способствовать лучшему пониманию речи, особенно в фоновом шуме, и лучшему восприятию музыки. Одной из возможностей является возбуждение SGN инфракрасным светом. Считается, что этот метод основан на оптотермическом воздействии инфракрасного света на нервные клетки [3]. Другой оптический подход основан на оптогенетике. Здесь SGN становятся светочувствительными за счет генетического введения светозависимых ионных каналов.Например, интегрированный в клеточную мембрану каналродопсин-2 (ChR2) делает нейроны чувствительными в синей области спектра с максимальной чувствительностью между 460 и 480 нм [4]. Конкретными преимуществами по сравнению с инфракрасным возбуждением являются более низкое энергопотребление в 7-70 раз [5] и, следовательно, снижение потенциального повреждения тканей, что имеет решающее значение для потенциального будущего использования в клиническом восстановлении слуха. Модели трансгенных мышей подходят для изучения возможности оптогенетических КИ.Эта работа нацелена на первую демонстрацию зондов со встроенными микроразмерными светоизлучающими диодами (μ-светодиодами), которые имплантируются в улитку мыши. Барабанная лестница улитковидной улитки мыши имеет длину около 6 мм. Его ширина в основании около круглого окна около 300–400 мкм, диаметр которого около 250–300 мкм [6]. Зонд вводят в барабанную лестницу через круглое окно. Таким образом, диаметр зондов не должен превышать 300 мкм для возможности введения. (AlGaIn)N оказался предпочтительным материалом для светодиодов высокой яркости в ультрафиолетовом, синем и зеленом спектральном диапазоне [7].Стандартные светодиодные чипы имеют геометрию, напоминающую игральную кость, с длиной края и толщиной подложки 200 мкм или более. Эти устройства слишком велики для имплантации в улитку мыши. Склеивание пластин и последующий лазерный отрыв (LLO), примененный в данной работе, часто используется для удаления сапфировой подложки [8, 9]. В светодиодах высокой яркости основным преимуществом удаления сапфира является возможность придания шероховатости выходной полупроводниковой поверхности светодиода, что максимизирует эффективность светоотдачи.Для приложений CI требуется множество индивидуально адресуемых светодиодов. Массивы μ-светодиодов доступны на сапфировой подложке. Эти матрицы μ-LED уже использовались для возбуждения ChR2 in vitro [10]. Тем не менее сапфировая подложка не позволяет изгибать зонд. Впервые были опубликованы гибкие массивы мю-светодиодов для системы материалов (AlGaIn)P, которая охватывает оранжевый и красный спектральный диапазон [11]. Недавно появились сообщения о светодиодах на основе GaN на гибких подложках, включающих перенос GaN-LED на уровне чипа на гибкую полимерную подложку [12].Конструкция зонда на рис. 1 основана на переносе GaN-μ-светодиодов на уровне пластины с сапфировой подложки для выращивания на гибкую подложку. Эта гетероинтеграция обеспечивает мощный инструмент для миниатюризации светодиодных зондов. Конструкция полностью основана на технологиях, хорошо зарекомендовавших себя в производстве светодиодов высокой яркости, особенно при склеивании пластин и LLO. Для соединения двух пластин выполняется междиффузионное соединение металлической пластины Au–In. Впоследствии сапфировая пластина удаляется с помощью LLO. Наконец, зонды отделяются от несущей пластины после завершения процесса изготовления пластины. При толщине каждого полимерного слоя около 5 мкм мы можем получить полимерные зонды с общей толщиной в диапазоне 15 мкм, что обеспечивает высокую гибкость. Ширина самых узких зондов составляет 230 мкм, состоящих из линейной матрицы светодиодных чипов размером 50 × 50 мкм 2 . Мы стремимся к многоканальной адресации μ-светодиодов. Это достигается за счет использования отдельных уровней для n- и p-контактов светодиодов. Таким образом, мы можем получить одномерные массивы светодиодов с матричной адресацией. В принципе, N n × N p светодиодов можно адресовать, используя мультиплексирование различных светодиодных блоков, где N n и N p — количество контактных линий на n- и p-сторонах соответственно.Токовые пробники имеют два проводящих пути как на p-, так и на n-стороне. Высокоинтегрированный производственный процесс позволяет избежать обработки отдельных светодиодных чипов. Таким образом, существующая схема может быть легко увеличена с точки зрения количества светодиодов на зонд и позволяет изготавливать большое количество зондов параллельно. Далее подробно описывается реализация конструкции зонда. Светодиодные структуры были выращены на 2-дюймовом c-плоскости сапфира методом эпитаксии из паровой фазы металлоорганических соединений (MOVPE). Светодиодная структура толщиной 5 мкм содержит активную область с тремя квантовыми ямами (КЯ) GaInN поверх слоя n-GaN, легированного Si, за которым следуют слой блокировки электронов AlGaN: Mg и слой p-GaN, легированный Mg.Длину волны можно регулировать в диапазоне от 400 до 465 нм, изменяя содержание индия в квантовой яме. Металлизация p-GaN на основе Ni/Au проводилась методом электронно-лучевого испарения с последующим отжигом для формирования низкоомного омического контакта. Была реализована новая схема обработки GaN-светодиодов на сапфире с использованием трех этапов лазерного производства (3L). Лазерное производство дает возможность быстрого прототипирования любых видов светодиодных структур и недавно было продемонстрировано для тонкопленочных солнечных элементов [13].Для обработки светодиодов использовались две лазерные рабочие станции с дополнительными возможностями. Первый инструмент – эксимерлазерная рабочая станция. Он оснащен KrF-лазером, излучающим импульсы длительностью 20 нс на длине волны 248 нм. Лазерный луч гомогенизируется для получения плоского луча размером 2 × 2 мм 2 . Вторая рабочая станция представляет собой пикосекундный лазерный микрообрабатывающий инструмент, состоящий из лазера Nd : YVO 4 с утроенной частотой, излучающего импульсы длительностью 10 пс на длине волны 355 нм. В процессе 3L светодиоды были определены на сапфире.Электрическое определение области p–n-перехода проводилось на эксимерлазерной рабочей станции в лазерном мезапроцессе L1. В лазерной канавке L2 инструмент для лазерной микрообработки использовался для изготовления канавок шириной 10 мкм вокруг каждого светодиода. Процессы L1 и L2 подробно описаны в [14]. Лазерная вспышка L3 использовалась для удаления больших участков избыточного GaN между отдельными светодиодами с использованием проекционной маски. Граница GaN–сапфир освещалась с тыльной стороны через сапфировую подложку, и слой GaN удалялся одним лазерным импульсом. Технологическая схема процесса 3L изображена на рис. 2. Для пассивации боковых стенок мезы и траншеи был нанесен слой нитрида кремния. Затем на металлический контакт p-GaN на основе золота напыляли диффузионный барьер на основе титана и металлический связующий индий. Светодиодная пластина GaN-на-сапфире до приклеивания показана на рис. 3(а). Светодиоды GaN-на-сапфире, изготовленные в лазерном процессе 3L, были перенесены на соответствующую подложку PI (полиимид) на кремнии в трехэтапном процессе, включающем соединение пластин, заполнение и LLO.Пластина PI-on-silicon была изготовлена ​​на уровне 4-дюймовой пластины, содержащей слой PI толщиной 5 мкм, который был покрыт центрифугированием с использованием U-Varnish-S от UBE. В качестве металлической дорожки используется Pt 300 нм. Металлические линии были покрыты вторым слоем полиимида, который был структурирован с помощью сухого травления. Наконец, контактные площадки μ-светодиодов были утолщены с помощью гальванического покрытия золотом (рис. 3(b)). Выровненное склеивание пластин осуществляли с использованием коммерческого оборудования для склеивания пластин. Минимальная температура связи оказалась равной 140 ◦ C, что ниже температуры плавления индия.Таким образом можно избежать растекания жидкой фазы индия. После приклеивания пластин зазор между светодиодной пластиной и несущей пластиной был заполнен эпоксидной смолой (Epo-tek 301-2FL от Epoxy Technology). На следующем этапе термически отверждали маловязкий и не содержащий растворителей материал для заливки. После отверждения недоливки сапфировая пластина была удалена с использованием процесса LLO. Двухэтапный …

NANO X привлекает 5,5 млрд инвестиций… «Массовое производство микросветодиодных инспекционных зондов»

NANO X, компания по производству микро- и мини-светодиодного инспекционного оборудования, привлекает инвестиции и расширяет свою деятельность.

15 числа NANO X объявили о получении инвестиций на сумму 5,5 млрд южнокорейских вон от C&CI Partners и других компаний. Компания сообщила о планах использовать эти инвестиции для создания линии массового производства микро-светодиодных инспекционных датчиков в промышленном комплексе Госэк в Сувоне, Кёнгидо. Их цель — завершить производственную линию в мае, которая будет иметь производственные мощности, позволяющие выпускать 600 пробных карт в месяц.

Пробные карты производства NANO X используются для измерения производительности микросветодиодного чипа.Эти пробные карты могут проверять, нормально ли работает микросветодиод, проверяя изменение напряжения, длину волны и интенсивность света при подаче тока.

Микросветодиоды — это светоизлучающие диоды (СИД) размером 100 микрометров (1 мкм = 1 миллионная доля) или менее. Поскольку они такие маленькие, проверить эти блоки микросхем было сложно. Традиционно эти микросхемы микро-светодиодов собираются и превращаются в модули или панели для проверки на наличие отклонений. Однако этот метод был проблематичным и неэффективным, поскольку при обнаружении бракованного изделия светодиодный чип необходимо было удалить из модуля и заменить на исправный чип, что привело к снижению производительности и увеличению затрат.


Моделирование привода зонда (Источник: NANO X)


Плата зонда (Источник: NANO X)

Зонд NANO X состоит из штифтов размером 5–10 мкм, которые непосредственно соприкасаются с каждым микросветодиодом и проверяют его. Было подчеркнуто, что каждый штифт имеет отдельную пружинную структуру для решения проблем, связанных с бесконтактным контактом, которые могут возникнуть при разной высоте микросветодиодов.

Генеральный директор NANO X Пак Янг-сунг сказал: «Мы проводим оценку производительности с потенциальными отечественными и зарубежными клиентами» и «За счет обеспечения массовых производственных линий мы будем способствовать коммерциализации микро-светодиодных пробных карт.

Штатный репортер Геон-хо Квон ([email protected])

2022 Микро светодиодный самоизлучающий дисплей Тенденции и анализ стратегий поставщиков
Дата выпуска: 31 мая 2022 г. / 30 ноября 2022 г.
Язык: традиционный китайский / английский
Формат: PDF

Если вы хотите узнать более подробную информацию, пожалуйста, свяжитесь с:

 

Отказ от гарантий
1.Веб-сайт не гарантирует следующее:
1.1 Услуги веб-сайта соответствуют вашим требованиям;
1.2 Точность, полнота или своевременность обслуживания;
1.3 Точность, достоверность выводов, сделанных при использовании сервиса;
1.4 Точность, полнота, своевременность или безопасность любой информации, которую вы загружаете с веб-сайта
. 2. Услуги, предоставляемые веб-сайтом, предназначены только для вашего ознакомления.Веб-сайт не несет ответственности за инвестиционные решения, ущерб или другие убытки, возникшие в результате использования веб-сайта или содержащейся на нем информации.

Права собственности
Вы не можете воспроизводить, изменять, создавать производные работы, демонстрировать, исполнять, публиковать, распространять, распространять, транслировать или передавать любой третьей стороне любые материалы, содержащиеся в службах, без предварительного письменного согласия веб-сайта или его законного владельца.

Кардиостимуляция с использованием трансмуральных мульти-светодиодных зондов в сердце мышей, экспрессирующих канальный родопсин. В кардиологических исследованиях экспрессия активируемых светом деполяризующих ионных каналов в кардиомиоцитах позволяет проводить оптическую стимуляцию и дефибрилляцию. Предыдущие исследования в основном основывались на эпикардиальном освещении. Однако проникновение света через миокард проблематично при переходе к более крупным животным и людям.Чтобы преодолеть это ограничение, мы оценили полезность имплантируемого оптического зонда с несколькими светоизлучающими диодами (LED) (IMLOP) для интрамуральной стимуляции сердец мышей, экспрессирующих специфический для сердца канал родопсин-2 (ChR2).

Здесь мы продемонстрировали, что для введения IMLOP требуется усилие примерно 20 мН, что ограничивает возможные повреждения от чрезмерных нагрузок, применяемых во время имплантации. Гистологические срезы подтвердили ограниченный характер повреждения тканей при остром применении. Изменение температуры окружающей ткани во время работы светодиода составляло менее 1 К, что делало зонд безопасным для использования на месте .Это было подтверждено в контрольных экспериментах, где не наблюдалось влияния на проводимость сердечного потенциала действия даже при использовании параметров стимуляции, в двадцать раз превышающих требуемые для кардиостимуляции.

Эксперименты in situ на сердцах мышей, экспрессирующих ChR2, показали, что оптическая стимуляция возможна при такой низкой интенсивности света, как 700 мкВт/мм 2 ; хотя стабильная стимуляция требует более высокой интенсивности. При стимуляции одним светодиодом значения реобазы и хронаксии были равны 13. 3 мВт/мм2 ± 0,9 мВт/мм 2 и 3 мс ± 0,6 мс соответственно. При удвоении стимулированного объема реобаза значительно уменьшалась (6,5 мВт/мм2 ± 0,9 мВт/мм 2 ).

Мы продемонстрировали интрамуральную оптическую стимуляцию сердца на основе IMLOP. Датчики вызывают локально ограниченное повреждение тканей в острой ситуации и требуют низкой интенсивности света для стимуляции. Необходима дальнейшая разработка для оценки последствий хронической имплантации.

Границы | Оптогенетическая активация нейронов неокортекса in vivo с помощью микросветодиодного зонда на основе сапфира

Введение

С начала 2000-х годов (Boyden et al., 2005), оптогенетика стала одним из стандартных экспериментальных методов в нейробиологии (Yizhar et al., 2011; Häusser, 2014). Оптогенетические подходы успешно применялись для модуляции нейронной активности в зависимости от типа клеток (Adamantidis et al., 2007; Huber et al., 2008; Cardin et al., 2009; Packer et al. , 2013), что позволило ученым функционально препарировать различные типы нейронов даже у ведущих себя животных. Однако по-прежнему трудно контролировать нейронную активность определенного типа клеток при высоком пространственном разрешении 90–105 в естественных условиях 90–106 (Rickgauer and Tank, 2009; Rickgauer et al., 2014). Например, цепи неокортекса имеют анатомически выраженные шестислойные структуры, в которых определенные типы клеток распределены по этим слоям коры. Эти нейроны могут иметь специфичные для слоя функции, но их сложно нацелить на стимуляцию in vivo с использованием доступной в настоящее время технологии оптической стимуляции и без пространственно ограниченной экспрессии генов.

Недавно были предложены новые подходы к доставке света в мозг: такие как монолитно интегрированный диэлектрический волновод и записывающие электроды (Wu et al., 2013), коаксиальный оптрод (Wang et al., 2012; Ozden et al., 2013), кремниевый зонд с несколькими диодными волокнами (Stark et al. , 2012), флуоресцентная микроэндоскопия (Hayashi et al., 2012), оптические волокна с многоточечным излучением (Pisanello et al., 2014) и трехмерный многоволноводный зонд (Zorzos et al., 2012). При использовании волноводных и волоконно-оптических подходов увеличение количества мест оптической стимуляции без увеличения размеров зонда до такой степени, при которой во время введения происходит существенное повреждение нервной системы.Было также показано, что двухфотонное возбуждение возбуждает нейроны (Rickgauer and Tank, 2009; Rickgauer et al., 2014). Однако в каждом из этих случаев источники света расположены снаружи нервной ткани и требуют сложных оптических компонентов для масштабирования количества мест освещения. Это приводит к дорогостоящей и технически сложной системе. Альтернативный подход состоит в том, чтобы интегрировать источники света микронного размера в сам зонд, и микросветоизлучающие диоды (μLED) являются многообещающим решением в этом отношении.Недавно мы (McAlinden et al. , 2013) и другие группы (Kim et al., 2013; Moser, 2015) независимо друг от друга предложили технологию µLED для оптогенетических экспериментов in vivo .

Технология µLED основана на использовании светодиодов из нитрида галлия (GaN) с новой микропиксельной конфигурацией, которые могут излучать свет высокой интенсивности с высоким пространственно-временным разрешением (Zhang et al., 2008). Эта технология была успешно применена для оптогенетической стимуляции срезов мозга 90–105 in vitro 90–106 (Grossman et al., 2010). Используя новую технику «выбери и помести», Kim et al. (2013) недавно интегрировали неорганические микросветодиоды на полимерную подложку с помощью многофункционального зонда. Это первая реализация оптоэлектронной технологии клеточного масштаба на животных. Тем не менее, необходимо добиться прогресса в разработке зондов μLED, которые можно контролировать индивидуально, чтобы обеспечить активацию оптогенетических актуаторов с пространственно-временным паттерном с высоким пространственным разрешением.

В предыдущей работе мы разработали специальный датчик µLED на основе GaN и охарактеризовали его электрические, оптические и тепловые свойства (McAlinden et al., 2013). Этот прототип имеет до пяти микросветодиодов на каждом зонде, изготовленном на утонченной сапфировой подложке, которая согласована по напряжению со слоями GaN и позволяет использовать микросветодиоды высокой яркости. Однако сапфир является сложным материалом для обработки, поэтому его минимальная толщина составляет 100 мкм. Каждый микросветодиод излучает с пиковой длиной волны 450 нм с интенсивностью излучения до 2 Вт/мм 2 (на поверхности микросветодиода) и имеет независимую адресацию через электрические контакты, подключенные к источнику тока. Мы приняли широкий диапазон режимов работы в режиме стимуляции, подтвердив, что локальные повышения температуры ткани головного мозга могут быть сведены к минимуму (<0.5°C), работая при интенсивности и длительности импульса, необходимых для in vivo оптогенетических экспериментов. Здесь мы сообщаем о производительности in vivo этого прототипа устройства.

Материалы и методы

Дизайн зонда, производство и характеристика

Зонд µLED был изготовлен, как описано McAlinden et al. (2013) из коммерческой светодиодной пластины GaN (SuperNovaOpto) с сапфировой подложкой, утонченной после роста до 100 мкм. Этот материал был выбран, поскольку он позволяет производить эффективные микросветодиоды высокой яркости.Зонд (рис. 1) рассчитан на длину 5 мм. Наконечник имеет длину 1 мм и ширину 150 мкм и имеет коническую форму для минимизации повреждений при введении в ткань. Каждая игла содержала четыре микросветодиода с шагом 190 мкм и диаметром 30 мкм. На другом конце зонда имеются контактные площадки, позволяющие индивидуально адресовать каждый микросветодиод. Лазерная резка использовалась для протравливания канавок в сапфире и освобождения отдельных зондов. После нарезки каждый зонд был приклеен к печатной плате (PCB), а устройство было соединено проволокой. Соединения проводов были защищены с помощью полимера, отверждаемого УФ-излучением (Norland), а устройство было электрически изолировано путем конформного осаждения прозрачного слоя парилена толщиной 3 мкм. Полный список используемых материалов и их источников показан в таблице 1. Изготовленные зонды были охарактеризованы спектрально, электрически и оптически (рис. 1B), где мощность измерялась с помощью калиброванного фотодиода, помещенного непосредственно над сапфировой поверхностью тестируемого µLED. . Интенсивность излучения на излучающей поверхности µLED была рассчитана на основе этой внешней измеренной мощности путем точного измерения геометрии системы и использования простой трассировки лучей.

Рис. 1. Датчик µLED. (A) Схема зонда µLED, показывающая четыре µLED на кончике, одиночный контакт n и контактные площадки, соединенные дорожками с контактами p для каждого µLED. (B) Характеристики светоотдачи одного из µLED на нервном зонде на поверхности µLED и на границе раздела ткань/зонд. (C) Схематическое поперечное сечение зонда на основе сапфира (КЯ, квантовая яма). (D) Конечное устройство, смонтированное на печатной плате (PCB) и подключенное к программируемому источнику тока.

Таблица 1. Список источников материалов.

Моделирование Монте-Карло

Представленные здесь датчики µLED имеют сложный профиль излучения. Микросветодиод будет излучать свет в профиле Ламбертиона, однако свет должен пройти через 100 мкм сапфира, прежде чем достигнет нейронного интерфейса. Свет также может задерживаться в этом сапфировом слое из-за полного внутреннего отражения. Для оценки интенсивности света на различных расстояниях от µLED было выполнено моделирование методом Монте-Карло с использованием специально написанного программного обеспечения.Программа стимулировала >10 6 фотонов, начиная со случайных позиций на поверхности светодиода диаметром 30 мкм и двигаясь в случайном направлении (взвешенном по распределению Ламбертиона). Общим для переноса частиц Монте-Карло является то, что фотон перемещается дискретными шагами между местами взаимодействия с размером шага, определяемым с использованием метода обратного распределения и закона Бера-Ламберта (Wang et al., 1995). В каждом месте взаимодействия часть веса фотона поглощается, и фотон рассеивается, изменяя направление своего движения.Когда вес фотона падает ниже порогового значения или фотон перемещается достаточно далеко за пределы моделируемой области, он прекращается и запускается новый фотон. Специальное программное обеспечение также учитывает полное внутреннее отражение в слое сапфира толщиной 100 мкм и преломление между сапфиром и тканью мозга. Дальнейшее модифицированное моделирование было использовано для изучения светового выхода оптического волокна на оптроде сравнения (см. ниже). Оптическое волокно имело диаметр 105 мкм с числовой апертурой 0.22. Каждый из фотонов инициировался из случайного положения в апертуре волокна, взвешенного по распределению Гаусса. Траектории частиц были случайными в пределах, заданных числовой апертурой. Как и в экспериментальном случае, смоделированный кончик волокна находился вне мозга, и поэтому свет должен был пройти через 300 мкм физиологического раствора, прежде чем достичь ткани мозга. Использованные оптические константы ткани головного мозга: анизотропия рассеяния г = 0,88, коэффициент рассеяния μ с = 11.7 мм −1 , коэффициент поглощения μ a = 0,07 мм −1 и показатель преломления n = 1,36 (Ярославский и др., 2002).

Животные

Все эксперименты на животных проводились в соответствии с Законом Великобритании о животных (научные процедуры) от 1986 г., положениями Министерства внутренних дел и одобрены Министерством внутренних дел и Комитетом по этике университета (PPL 60/4217). Emx1-IRES-Cre (Jax#005628; Gorski et al., 2002) и Ai32 (Jax#012569; Madisen et al., 2012) были скрещены для экспрессии ChR2 (h234R) в неокортексе. Четыре Emx1-IRES-Cre; Использовали мышей Ai32 (самцы, возраст 20–30 недель, 33–41 г).

Хирургия

После того, как животных анестезировали 1,5 г/кг уретана, животное помещали в стереотаксическую рамку (Narishige) и поддерживали температуру тела на уровне 37°C с помощью регулятора температуры с обратной связью (40-90-8°C, FHC). После разреза кость над левой сенсомоторной корой (0–1 мм кзади от брегмы, 0–1 мм латеральнее средней линии) удаляли, а полость заполняли теплым физиологическим раствором в течение всего сеанса записи.Зонд µLED медленно вводили в кору под углом 10° к нормали и проникали на глубину 1,5 мм. 32-канальный оптрод на кремниевой основе (A1 × 32–10 мм-50-177-A32OA, NeuroNexus Technologies) вводили медленно (~ 2 мкм/с) и проникали на глубину до 1,25 мм с помощью моторизованного манипулятора (DMA-1511, Narishige). ). Расстояние между зондом µLED и оптродом составляло 200–500 мкм на поверхности коры. Каждому животному делали несколько проходок. Для гистологической проверки следов заднюю часть зонда окрашивали DiI (D-282, ~10% в этаноле, Molecular Probe; Sakata and Harris, 2009).

Электрофизиология и оптическая стимуляция

Для электрофизиологической регистрации широкополосные сигналы (0,07 Гц 8 кГц) усиливали (×1000) (HST/32V-G20 и PBX3, Plexon) относительно костного мозжечкового винта и оцифровывали на частоте 20 кГц (PXI, National Instruments). Как только пиковая активность была обнаружена, оптические импульсы (длительность импульса 50 мс при частоте повторения 2 Гц) доставлялись либо из оптического волокна, либо из µLED, чтобы оценить, могут ли нейроны активироваться оптической стимуляцией, после чего были инициированы сеансы записи.Каждый сеанс записи обычно состоял из периода без стимуляции (до 2 мин), периодов стимуляции оптродом и микросветодиодом (до 3 мин) и другого периода без стимуляции (до 2 мин). Микросветодиод питался от источника тока (Yokogawa, блок измерения источника GS610) от 0,1 мА до 6 мА (соответствует интенсивности на границе раздела зонд/нервная ткань от 0,5 мВт/мм 2 до 52 мВт/мм 2 ). В эксперименте на рис. 3 на µLED подавались импульсы тока 4 мА (40 мВт/мм 2 ).Источником света оптрода был коммерческий GaN-светодиод (450 нм, PlexBright, Plexon) с выходной мощностью 58,9 мВт/мм 2 на конце зонда. Этот уровень света использовался в качестве стандарта для всех экспериментов с корой, поскольку он позволяет проводить стимуляцию по всей длине оптрода.

Гистология

После экспериментов животным транскардинально перфузировали физиологический раствор, а затем 4% параформальдегид/0,1 М фосфатный буфер, рН 7,4. После постфиксации в течение ночи в том же фиксаторе мозг погружали в 30% раствор сахарозы/фосфатного буфера и делали корональные срезы толщиной 100 мкм с помощью скользящего микротома (SM2010R, Leica), срезы устанавливали на предметные стекла, покрытые желатином, и закрывали крышкой. промазал монтажной средой (Vectashield, Vector Labs).Срезы наблюдали в эпифлуоресцентном прямом микроскопе (Eclipse E600, Nikon) для проверки следов зонда.

Анализ данных

Все обнаружение пиков и сортировка происходили в автономном режиме. Для этого процесса использовалось бесплатное программное обеспечение (KlustaSuite). Анализ спайков выполняли с помощью Matlab (Mathworks). Двухвыборочный тест t был проведен для оценки статистической значимости оптически вызванных ответов. Значение p менее 0,05 считалось значимым.

Общедоступный набор данных

Необработанные данные, записанные для этой статьи, можно найти по адресу http://dx.doi.org/10.15129/53ec9764-79b1-4746-b5bc-f45088b5a774.

Результаты

Характеристики датчика µLED

Изготовленный зонд µLED продемонстрировал высокую светоотдачу, как показано на рисунке 1B, с освещенностью поверхности µLED 2 Вт/мм 2 возможной при 6 мА, свет будет распространяться через сапфировую подложку, давая максимальную интенсивность 52 мВт/мм 2 на границе ткань/зонд.Зонд µLED имеет спектр излучения с максимумом на длине волны 450 нм и полной шириной на полувысоте 20 нм. Типичный спектр для этого устройства можно увидеть в McAlinden et al. (2013). Входной ток можно модулировать до 100 мкА, определяемого напряжением включения диода и обеспечивающим излучение 100 мВт/мм 2 на поверхности мкСИД, что соответствует 0,5 мВт/мм 2 на ткани/ интерфейс зонда. Поскольку устройство управляется источником тока, определенное напряжение пропускает фиксированный ток через диодную структуру.Это напряжение остается стабильным независимо от того, работает ли устройство на воздухе или в физиологическом растворе, демонстрируя, что устройство хорошо электрически изолировано изолирующими слоями из оксида PECVD и парилена, что позволяет предположить, что при работе in vivo не возникает дополнительных путей тока. Устройство имеет отражающий p-металлический контакт на каждом микропикселе, а это означает, что свет преимущественно излучается через оптически прозрачную сапфировую подложку (рис. 1C). Поскольку свет проходит через сапфировую подложку (рис. 1С) и подчиняется ламбертовскому распределению (Гриффин и др., 2005), эффективный диаметр места засветки на поверхности сапфира больше физического диаметра µLED (30 мкм). Это соответствует уменьшению интенсивности света, возникающего на границе раздела сапфир/ткань, и мы количественно оценили этот эффект с помощью метода Монте-Карло. На рис. 2 сравнивается распределение света от зонда µLED и оптрода (см. раздел «Материалы и методы»). Изготовленный зонд µLED может активировать объемы, очень похожие на устройство optrode, но может делать это независимым от глубины способом.На рис. 2А показано распространение света от 30-мкм микросветодиода через слой сапфира в корковую ткань для 3 различных токов микросветодиода; 0,25 мА, 1 мА и 4 мА соответственно. Использование слабого тока µLED позволяет проводить локальную стимуляцию небольшой площади, в то время как использование более высокого тока может обеспечить стимуляцию широкой области до 0,3 мм 3 при рабочем токе 4 мА. В каждом случае могут быть освещены только более глубокие слои коры, тогда как поверхностные слои остаются ниже порога активации ChR2.Для сравнения на рис. 2В показана область стимуляции оптоволокна. При показанном светоотдаче света достаточно для освещения на глубину 1,0 мм. Нейроны в поверхностных слоях коры будут сильно активированы. Локальное возбуждение при таком подходе всегда затруднено, и освещение только глубоких слоев коры было бы невозможно. Основываясь на этих симуляциях, ожидается, что корковые нейроны на разной глубине (до ~ 1 мм) могут быть активированы с помощью обычного освещения, тогда как глубокие корковые нейроны будут активированы с помощью µLED, вставленного на заданную глубину.

Рис. 2. Моделирование методом Монте-Карло. (A) Моделирование распространения света от µLED диаметром 30 мкм через ткань мозга. Моделирование повторяется для 3 различных входных токов 0,25 мА, 1 мА и 4 мА соответственно. (B) Моделирование распространения света от кончика оптического волокна диаметром 105 мкм через 300 мкм физиологического раствора, а затем через ткань мозга. Выходная мощность на конце волокна составляла 1,1 мВт. Примечание : распространение света через сапфир (A) и физиологический раствор (B) является только репрезентативным. Истинное распространение связано с обратными отражениями и сильными интерференционными картинами, которые были учтены в модели, но снижают четкость рисунка, не повышая значимости результата.

Оптогенетическая неокортикальная нейронная активация

In Vivo

Чтобы проверить наши предсказания, мы выполнили экспериментов in vivo , в которых оптроде и зонд µLED были вставлены в неокортекс рядом друг с другом (рис. 3А). Мы использовали уретановый наркоз Emx-1-IRES-Cre; Мыши Ai32, экспрессирующие ChR2(h234R) во всей коре.Всего было проведено четыре эксперимента, из которых один эксперимент показал хорошие записи от двух нейронов коры одновременно с оптическими вызванными ответами с использованием как оптоволокна, так и стимуляции µLED (4 мА; рис. 3B, C). В этом эксперименте расстояние между двумя зондами составляло 400 мкм на поверхности коры, а оптрод и зонд µLED проникали на глубину 1,2 мм и 1,5 мм соответственно под углом 10° между ними. Сначала мы оценили положение нейронов по глубине, измерив положение пика спайковых сигналов, записанных на 32-канальной электродной матрице (рис. 3B).Эта оценка показала, что нейроны были разделены на ~ 250 мкм в глубину. Во время оптической стимуляции мы не наблюдали каких-либо искажений формы спайков. Во-вторых, мы оценили оптически вызванные ответы, показанные на рисунке 3C. Хотя эти два нейрона спонтанно возбуждались с частотой 0,04 Гц и 0,1 Гц соответственно, как мы и ожидали, оба нейрона глубокой коры были сильно активированы обоими типами оптической стимуляции.

Рис. 3. Одновременно зарегистрированные нейроны неокортекса и их оптические ответы.(A) Схема геометрии введения зонда в неокортекс. (B) Профили глубины средних пиковых сигналов изолированных единичных единиц. Показаны сигналы из нижних 8 каналов. Черный , спонтанная активность. Синий , волоконно-оптическая стимуляция. Светло-голубой , стимуляция µLED. (C) Растровые графики и перистимульные временные гистограммы (PSTH) для оптически вызванных ответов. Пятьдесят импульсов оптической стимуляции, длительностью 50 мс каждый, применялись с частотой повторения 2 Гц как для µLED (4 мА) (светло-синий), так и для оптоволокна (58. 9 мВт/мм 2 ) (синий) активация. Полоса вверху указывает время оптической стимуляции. PSTH были сглажены гауссовым ядром за 3 мс. Вставки представляют собой диаграммы оптически вызванных ответов для каждого состояния и каждой клетки (окно 0–60 мс от начала стимула). *** p < 0,001 (двухвыборочный t -тест).

Наконец, чтобы проверить расположение зондов, мы провели гистологический анализ (рис. 4). Как и ожидалось, усиленный желтый флуоресцентный белок (EYFP) экспрессировался во всех слоях неокортекса (Gorski et al., 2002; Мэдисен и др., 2012). Хотя в поверхностных слоях можно наблюдать значительные повреждения (из-за толщины зонда µLED 100 мкм), можно четко идентифицировать дорожку зонда µLED и несколько дорожек оптрода. Корковая ткань в глубоких слоях, где регистрировались нейрональные сигналы, оказалась неповрежденной.

Рисунок 4. Гистология . Зеленые сигналы указывают на усиленную экспрессию желтого флуоресцентного белка (EYFP) в сенсомоторной коре. Красные сигналы обозначают сигналы DiI, подчеркивая положение имплантированного оптрода. Левая дорожка оптрода показывает положение оптрода, когда наблюдались надежные оптически управляемые ответы (см. Рисунок 3). Стрелки указывают на след зонда µLED, который не так заметен, так как не был покрыт DiI. Хотя введение этого 100-мкм микросветодиодного зонда вызвало повреждение поверхностных слоев, глубокие слои оказались относительно неповрежденными.

Обсуждение

Мы продемонстрировали применимость зондов µLED на основе сапфира для оптогенетических экспериментов in vivo , успешно активируя нейроны неокортекса in vivo .Моделирование Монте-Карло показывает, что датчики µLED способны освещать объемы, эквивалентные обычным методам, и что это освещение можно уменьшить, чтобы активировать локальные области. Кроме того, глубина проникновения света больше не зависит от светорассеяния и поглощения, а от того, насколько глубоко зонд вставлен в мозг.

В наших экспериментах стимуляция µLED приводила к сильным реакциям в нейронах глубокой коры. Чтобы гарантировать, что записанные формы волны не были артефактами, вызванными оптическим воздействием, мы зафиксировали спонтанную активность и показали, что форма импульса соответствует случаям, вызванным оптическим воздействием (как для µLED, так и для волокна, см. рис. 3).Это дополнительно подкрепляется тем фактом, что формы волны записываются на разной глубине и асинхронны во времени. Хотя скорость спонтанного возбуждения зарегистрированных нейронов была низкой, нейроны коры нередко возбуждаются редко (Sakata and Harris, 2009, 2012). Кроме того, текущий экспериментальный протокол вызывал повреждение в поверхностных слоях (рис. 4), что, вероятно, способствовало низкой скорости спонтанного возбуждения, поскольку потеря синаптических входов и повреждение дендритов в поверхностных слоях могут повлиять на скорость возбуждения в более глубоких слоях.Однако оптические стимуляции могут вызывать потенциалы действия из-за сильной экспрессии ChR2 в сомах. Точные нейронные механизмы оптогенетической активации, вероятно, сложны (т. е. прямые и косвенные эффекты) из-за паттернов экспрессии ChR2 у используемых трансгенных мышей. Тем не менее, наши результаты показывают, что стимуляция µLED может сильно вызывать оптогенетическую активацию нейронов в неокортексе и может индуцировать другой паттерн активности нейронной популяции in vivo по сравнению с обычным подходом.

Сравнение с другими подходами и перспективы на будущее

Активация нейронов коры поверхностным освещением на сегодняшний день является наиболее популярным вариантом (Huber et al., 2008; Cardin et al., 2009; Sachidhanandam et al., 2013; Zagha ​​et al., 2013; Fu et al., 2014). ; Schneider et al., 2014; Zhang et al., 2014). Однако, учитывая тот факт, что разные корковые слои и типы клеток вносят вклад в разные аспекты нейронной обработки и кодирования (Sakata and Harris, 2009; Harris and Mrsic-Flogel, 2013; Huang, 2014; Kepecs and Fishell, 2014; Womelsdorf et al. ., 2014), такие традиционные подходы имеют серьезные ограничения в активации различных слоев коры без конкретных стратегий экспрессии генов (Huang, 2014). Это особенно верно в случае типов клеток, расположенных через слои, таких как ГАМКергические интернейроны. Описанный здесь подход предложит новую возможность активации определенного типа клеток ламинарно-специфическим образом. Более того, наш подход легко применим к более глубоким структурам мозга, которые предназначены для глубокой стимуляции мозга.

Недавно было предложено много новых стратегий доставки света для оптогенетических исследований (Hayashi et al., 2012; Stark et al., 2012; Wang et al., 2012; Zorzos et al., 2012; Ozden et al., 2013; Ву и др., 2013; Уорден и др., 2014). Они предлагают несколько преимуществ по сравнению с традиционным подходом, включая множественные участки возбуждения, активацию на глубине, включение электродов в зонд доставки света и визуализацию in vivo . Особый интерес представляют предложенные оптические волокна с многоточечным излучением (Pisanello et al., 2014), которые имеют преимущества в многоточечной стимуляции, многоцветном освещении и стоимости изготовления, а многофункциональные датчики, сделанные Kim et al. (2013), которые состоят из четырех соединенных между собой светодиодов, обеспечивающих большой объем стимуляции. Обсуждаемый здесь зонд µLED демонстрирует преимущества обеих этих технологий, включая относительную простоту изготовления, индивидуальную адресацию участков возбуждения, масштабируемость для многих участков возбуждения и потенциальную миниатюризацию. Также можно увидеть четкую стратегию развития технологии, позволяющую использовать эти зонды для оптогенетических исследований in vivo на бодрствующих животных.Новые технологии такого типа рассматриваются как ключ к будущим исследованиям в области оптогенетики (Deisseroth and Schnitzer, 2013; Warden et al., 2014).

Наш текущий подход с использованием GaN на сапфировом материале позволяет нам производить µLED высокой яркости с низким током утечки. Однако есть 3 технические проблемы, которые ограничивают использование этого устройства. Во-первых, сапфир сложно утончить более чем на 100 мкм, что делает зонд более инвазивным, чем хотелось бы. Во-вторых, микросветодиоды будут генерировать тепло на поверхности, устанавливая верхние пределы длительности импульса и рабочего цикла (см. McAlinden et al.(2013), где исследуются эти параметры). В-третьих, пространственное разрешение ограничено ламбертовским профилем излучения µLED и тем фактом, что свет должен пройти через сапфировую подложку, прежде чем достигнет нейронного интерфейса. Это может привести к нежелательной оптогенетической активации, такой как активация дендритов. Мы прогнозируем, что для преодоления этих технических проблем переход к GaN, выращенному на кремниевой подложке (стратегия выращивания материала, которую коммерчески реализует сообщество светодиодного освещения), позволит использовать стандартные методы микропроизводства, что приведет к получению более тонких зондов (менее 50 мкм) с увеличенным функциональность (т.г., множественные участки оптической стимуляции) и более высокий выход. Кремниевая подложка также улучшит тепловые свойства устройства за счет повышенной теплопроводности. Пространственное разрешение может быть оптимизировано за счет создания микросветодиодов с верхним излучением, в которых свет должен только пересечь инкапсулирующие слои (обычно толщиной в несколько микрон) перед взаимодействием с нервной тканью. Гибридные µLED-зонды со встроенными записывающими электродами также могут появиться в ближайшем будущем. Благодаря этим возможностям µLED-зонды представляют собой многообещающий подход к локальному контролю нейронной активности на разных глубинах 90–105 in vivo 90–106.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана MRC (MR/J004448/1) и BBSRC (BB/K016830/1) для SS, EP/I029141/1 для MDD и пилотным проектом SU2P (EP/G042446/1). Мы также благодарим компанию mLED ltd. за их техническую поддержку, особенно доктору Гарету Валентайну, доктору Чжэн Гонгу и доктору Джиму Бонару.

Сноски

  1. https://github.com/klusta-team

Каталожные номера

Адамантидис, А. Р., Чжан, Ф., Араванис, А. М., Дейссерот, К., и де Лесеа, Л. (2007). Нервные субстраты пробуждения исследованы с помощью оптогенетического контроля гипокретиновых нейронов. Природа 450, 420–424. doi: 10.1038/nature06310

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бойден Э. С., Чжан Ф., Бамберг Э., Нагель Г.и Дейссерот, К. (2005). Генетически направленный оптический контроль нейронной активности в миллисекундном масштабе. Нац. Неврологи. 8, 1263–1268. doi: 10.1038/nn1525

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Cardin, J.A., Carlén, M., Meletis, K., Knoblich, U., Zhang, F., Deisseroth, K., et al. (2009). Вождение клеток с быстрым выбросом индуцирует гамма-ритм и контролирует сенсорные реакции. Природа 459, 663–667. doi: 10.1038/nature08002

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фу, Ю. , Tucciarone, J.M., Espinosa, J.S., Sheng, N., Darcy, D.P., Nicoll, R.A., et al. (2014). Корковая цепь для усиления контроля поведенческого состояния. Сотовый 156, 1139–1152. doi: 10.1016/j.cell.2014.01.050

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Горски, Дж. А., Тэлли, Т., Цю, М., Пуэльес, Л., Рубенштейн, Дж. Л., и Джонс, К. Р. (2002). Кортикальные возбуждающие нейроны и глия, но не ГАМКергические нейроны, продуцируются в экспрессирующей Emx1 линии. J. Neurosci. 22, 6309–6314.

Реферат PubMed | Академия Google

Griffin, C., Gu, E., Choi, H.W., Jeon, C.W., Girkin, J.M., Dawson, M.D., et al. (2005). Измерение расходимости пучка светодиодов с микроматрицей InGaN/GaN с использованием конфокальной микроскопии. Заяв. физ. лат. 86:041111. дои: 10.1063/1.1850599

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гроссман, Н., Похер, В., Грабб, М.С., Кеннеди, Г.Т., Николич, К., Макговерн, Б. , и другие. (2010). Многосайтовое оптическое возбуждение с использованием ChR2 и массива микро-светодиодов. J. Нейронная инженерия. 7:16004. дои: 10.1088/1741-2560/7/1/016004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хаяши Ю., Тагава Ю., Явата С., Наканиши С. и Фунабики К. (2012). Пространственно-временной контроль нервной активности in vivo с помощью флуоресцентной микроэндоскопии. евро. Дж. Нейроски. 36, 2722–2732. doi: 10.1111/j.1460-9568.2012.08191.x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хубер, Д., Петряну Л., Гитани Н., Ранаде С., Громадка Т., Майнен З. и др. (2008). Редкая оптическая микростимуляция коры ствола головного мозга приводит к обучению поведения свободно передвигающихся мышей. Природа 451, 61–64. doi: 10.1038/nature06445

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Kim, T.I., McCall, J.G. , Jung, Y.H., Huang, X., Siuda, E.R., Li, Y., et al. (2013). Инъекционная оптоэлектроника клеточного масштаба с приложениями для беспроводной оптогенетики. Наука 340, 211–216.doi: 10.1126/science.1232437

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мадисен, Л., Мао, Т., Кох, Х., Чжо, Дж. М., Береньи, А., Фудзисава, С., и соавт. (2012). Набор инструментов Cre-зависимых оптогенетических трансгенных мышей для индуцированной светом активации и молчания. Нац. Неврологи. 15, 793–802. doi: 10.1038/nn.3078

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

МакАлинден, Н., Массубре, Д., Ричардсон, Э., Гу, Э., Саката, С., Dawson, M.D., et al. (2013). Тепловая и оптическая характеристика микро-светодиодных зондов для in vivo оптогенетической нервной стимуляции. Опц. лат. 38, 992–994. doi: 10.1364/OL.38.000992

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Озден И., Ван Дж., Лу Ю., Мэй Т., Ли Дж., Гу В. и др. (2013). Коаксиальный оптрод как многофункциональный зонд записи-чтения для оптогенетических исследований у приматов, кроме человека. J. Neurosci. Методы 219, 142–154.doi: 10.1016/j.jneumeth.2013.06.011

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пизанелло Ф., Силео Л., Ольденбург И. А., Пизанелло М., Мартирадонна Л., Асад Дж. А. и др. (2014). Оптические волокна с многоточечным излучением для оптогенетики с пространственной адресацией in vivo . Нейрон 82, 1245–1254. doi: 10.1016/j.neuron.2014.04.041

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Рикгауэр, Дж. П., Дейссерот, К.и Танк, Д. В. (2014). Одновременное оптическое возмущение с клеточным разрешением и визуализация полей возбуждения клеток места. Нац. Неврологи. 17, 1816–1824 гг. doi: 10.1038/nn.3866

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Sachidhanandam, S., Sreenivasan, V., Kyriakatos, A., Kremer, Y., and Petersen, C.C. (2013). Мембранный потенциал коррелирует с сенсорным восприятием в коре головного мозга мыши. Нац. Неврологи. 16, 1671–1677. doi: 10.1038/nn.3532

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Саката, С.и Харрис, К. Д. (2009). Ламинарная структура спонтанной и сенсорно-вызванной популяционной активности слуховой коры. Нейрон 64, 404–418. doi: 10.1016/j.neuron.2009.09.020

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Саката С. и Харрис К. Д. (2012). Ламинарно-зависимые эффекты состояния коры на слуховую спонтанную активность коры. Перед. Нейронные цепи 6:109. doi: 10.3389/fncir.2012.00109

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Старк, Э., Коос, Т., и Бужаки, Г. (2012). Диодные зонды для пространственно-временного оптического контроля множественных нейронов у свободно движущихся животных. J. Нейрофизиол. 108, 349–363. doi: 10.1152/jn.00153.2012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ван, Л., Жак, С.Л., и Чжэн, Л. (1995). Моделирование MCML-Монте-Карло транспорта света в многослойных тканях. Вычисл. Методы Программы Биомед. 47, 131–146. дои: 10.1016/0169-2607(95)01640-f

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ван, Дж., Wagner, F., Borton, D.A., Zhang, J., Ozden, I., Burwell, R.D., et al. (2012). Интегрированное устройство для комбинированной оптической нейромодуляции и электрической записи для хронических приложений in vivo . J. Нейронная инженерия. 9:016001. дои: 10.1088/1741-2560/9/1/016001

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Womelsdorf, T., Valiante, T.A., Sahin, N.T., Miller, K.J., and Tiesinga, P. (2014). Мотивы динамической схемы, лежащие в основе ритмической регулировки усиления, стробирования и интеграции. Нац. Неврологи. 17, 1031–1039. doi: 10.1038/nn.3764

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ву, Ф., Старк, Э., Им, М., Чо, И.Дж., Юн, Э.С., Бужаки, Г., и др. (2013). Имплантируемый нейронный зонд с монолитно интегрированным диэлектрическим волноводом и записывающими электродами для приложений оптогенетики. J. Нейронная инженерия. 10:056012. дои: 10.1088/1741-2560/10/5/056012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ярославский А.Н., Шульце П.С., Ярославский И.В., Шобер Р., Ульрих Ф. и Шварцмайер Х.Дж. (2002). Оптические свойства выбранных нативных и коагулированных тканей головного мозга человека in vitro в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне спектра. Физ. Мед. биол. 47, 2059–2073. дои: 10.1088/0031-9155/47/12/305

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ижар О., Фенно Л. Э., Дэвидсон Т. Дж., Могри М. и Дейссерот К. (2011). Оптогенетика в нейронных системах. Нейрон 71, 9–34. doi: 10.1016/j.neuron.2011.06.004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zagha, E., Casale, A.E., Sachdev, R.N., McGinley, MJ, and McCormick, D.A. (2013). Обратная связь моторной коры влияет на сенсорную обработку, модулируя состояние сети. Нейрон 79, 567–578. doi: 10.1016/j.neuron.2013.06.008

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чжан, Х. Х., Массубре, Д., Маккендри, Дж., Gong, Z., Guilhabert, B., Griffin, C., et al. (2008). Индивидуально-адресуемые флип-чипы AlInGaN микропиксельные светодиодные массивы с высокой непрерывной и наносекундной выходной мощностью. Опц. Экспресс 16, 9918–9926. doi: 10.1364/oe.16.009918

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zhang, S., Xu, M., Kamigaki, T., Hoang Do, J.P., Chang, W.C., Jenvay, S., et al. (2014). Избирательное внимание. Дальние и локальные схемы для нисходящей модуляции обработки зрительной коры. Наука 345, 660–665. doi: 10.1126/наука.1254126

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Зорзос, А. Н., Шолвин, Дж., Бойден, Э. С., и Фонстад, К. Г. (2012). Трехмерная многоволноводная матрица зондов для доставки света к распределенным цепям мозга. Опц. лат. 37, 4841–4843. doi: 10.1364/OL.37.004841

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пробник напряжения со звуковым и светодиодным выходами

Форрест М.Мимс III

Пробник напряжения может быть очень полезен при поиске и устранении неисправностей в цепях. Описанный здесь указывает на положительное напряжение как звуковым сигналом, так и светящимся светодиодом. Он питается от тестируемой схемы, поэтому не требует встроенного источника питания. Его можно построить за несколько долларов и легко модифицировать.

Электроника своими руками

Как это работает

Схема использует CMOS 4011 Quad Gate . Стробы 1 и 2 образуют звуковой генератор с частотой, определяемой конденсаторами C1 и R3.Сигнал от генератора приводит в действие пьезодинамик. Gate 3 служит буфером, который управляет светодиодом. При работе IN служит входным датчиком. Питание подается путем подключения +V и земли к положительному источнику питания и земле проверяемой цепи соответственно. Когда сигнал на входе IN низкий или когда вход IN не подключен к внешней цепи, резистор R1 замыкает вход на землю (низкий уровень) и выключает как генератор, так и светодиод. Когда на щупе IN высокий уровень, генератор издает звуковой сигнал и загорается светодиод.
IC1 – счетверенный вентиль И-НЕ 4011
R1, R2 – резистор 1 МОм
R3 – резистор 100 кОм
R4 – резистор 1 кОм
C1 – конденсатор 0,01 мкФ

Разное: Перфорированная плата прототипа, аккумулятор 9 вольт, зажим для разъема аккумулятора, двухсторонний скотч, проволочные перемычки и зажимы типа «крокодил».

Примечание: Хотя компоненты, перечисленные выше, использовались для прототипа, их можно заменить.

Подготовка платы и установка компонентов

Схема была собрана и протестирована на макетной плате без пайки и протестирована.Когда схема работала должным образом, компоненты переносились на плату размером 2,9 x 1,25 дюйма (7,5 x 2,9 см), вырезанную из перфорированной платы прототипа, и припаивали на место. Доска должна быть обрезана с того конца, который имеет параллельные ряды из трех и четырех соединенных отверстий. (Не используйте конец доски с параллельными рядами двух соединенных отверстий.)

Если вы хотите сделать постоянную версию схемы, вы можете использовать собственную компоновку деталей.

Примечание. Вы можете рассмотреть возможность установки схемы в небольшом корпусе.Либо можно просто скопировать макет, показанный на рис. 2, чтобы сделать пробный вариант схемы.

Рис. 2. Компоновка собранной версии пробника напряжения с двойным выходом


1. Начните сборку, ориентируя плату так, чтобы необрезанный конец (сторона с тремя соединенными отверстиями) был нижней стороной.

2. Вставьте микросхему в верхнюю часть платы так, чтобы штифт 1 (обозначен углублением на рис. 2 и 3) находился в отверстии B53 (ряды и столбцы отмечены на обратной стороне платы).Слегка отогните контакты 1 и 8 наружу, чтобы удерживать микросхему на месте.

3. Вставьте перемычку из неизолированного провода в отверстия рядом с контактами 5 и 6. Слегка отогните концы на задней стороне платы наружу, чтобы удерживать перемычку на месте.

4. Повторите шаг 3, чтобы установить перемычку в отверстия рядом с контактами 12 и 13. Z58. Слегка отогните концы перемычки наружу на обратной стороне платы.

6. Установите изолированную перемычку (желтый провод на рис. 2) между отверстиями X51 и Z51. Эту перемычку следует согнуть к ближайшему краю платы, чтобы оставить отверстие Y51 открытым. Слегка отогните концы перемычки наружу на обратной стороне платы.

7. Продолжайте сборку, установив C1, R1, R2 и R3, как показано на рис. 2. Как и в случае с перемычками, слегка отогните выводы наружу на обратной стороне платы.

8. См. рис.2 и вставьте R4 в отверстия C56 и B57.

9. См. рис. 2 и вставьте выводы светодиода в отверстия C58 (анод) и Y57 (катод). Катод светодиода обозначен плоским пятном в основании компонента.

10. С помощью маломощного паяльника припаяйте все выводы проводов к соответствующим рисункам из фольги на обратной стороне печатной платы. Предостережение: При использовании свинцового припоя обязательно работайте в хорошо проветриваемом помещении.

11. Наденьте защитные очки и отрежьте лишние провода. Внимательно осмотрите свою работу, чтобы убедиться, что между соседними участками нет перемычек припоя. Предупреждение: При использовании кусачек для обрезки проводов и штырьков надевайте защитные очки.

12. Просверлите небольшое отверстие диаметром около 1/8 дюйма (3 мм) в отверстии T57.

13. С помощью двухстороннего скотча или клея закрепите пьезодинамик на плате, как показано на рис. 2. Проденьте его соединительные провода через отверстие в T57.

14. Припаяйте красный вывод пьезодинамика к полоске фольги между отверстиями Y51–Y54 на задней стороне платы.

15. Припаяйте черный вывод пьезодинамика к полоске фольги между отверстиями от V51 до V54 на обратной стороне платы.

16. Припаяйте красный 9-вольтовый зажим аккумулятора к полоске фольги между отверстиями B56 и B58 на обратной стороне платы.

17. Припаяйте черный провод 9-вольтовой клеммы аккумулятора к полоске фольги между отверстиями V51–V54 на обратной стороне платы.

18. Снимите изоляцию толщиной 1/2 дюйма (1 см) с одного конца проволочной перемычки и вставьте ее в отверстие E53. Согните вывод к полоске фольги между отверстиями B51 и B54 на задней стороне платы и припаяйте на место.

19. Внимательно проверьте схему на наличие ошибок проводки или отсутствующих паяных соединений. Удалите все перемычки припоя между дорожками фольги с помощью присоски для припоя или средства для удаления припоя с оплеткой.

Проверка цепи

Подключите 9-вольтовую батарею к зажиму батареи.Если светодиод горит и/или слышен звуковой сигнал, когда входной щуп ничего не касается, быстро извлеките аккумулятор и внимательно проверьте проводку. Ищите замыкания припоя между дорожками ПК и выводами компонентов, которые могут соприкасаться друг с другом.

Если при подключении 9-вольтовой батареи ничего не происходит, коснитесь входным щупом положительной клеммы батареи. Светодиод должен загореться, и должен быть слышен звуковой сигнал.

Завершенная схема не использует автономный источник питания. Когда схема заработает правильно, отсоедините зажим батареи (рядом с зажимом), снимите 1/4-дюймовую (8 мм) изоляцию со свободного конца каждого провода и припаяйте к проводам зажимы типа «крокодил» или зажимы мини-разъема.Они образуют разъемы питания для схемы.

Чтобы использовать пробник напряжения, подключите зажимы источника питания к проверяемой цепи (красный к плюсу и черный к земле). Затем прикоснитесь щупом к различным точкам цепи, чтобы определить, присутствует положительное напряжение или нет.

Идем дальше

Логический пробник можно установить в подходящий корпус для постоянного использования. Если вы решите сохранить схему для постоянного использования, заземлите входы неиспользуемых затворов IC1 (выводы 8 и 9).Оставьте выход на контакте 10 открытым. Вы можете легко изменить частоту выходного тона, изменив значение C1 или сопротивление R3. .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.