Diszkrét, váltakozó analóg LED -fader lineáris fényerővel: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

A LED -ek elhalványítására/halványítására szolgáló áramkörök többsége digitális áramkör, amely egy mikrokontroller PWM kimenetét használja. A LED fényerejét a PWM jel működési ciklusának megváltoztatásával lehet szabályozni. Hamarosan rájön, hogy a teljesítményciklus lineáris megváltoztatásakor a LED fényereje nem változik lineárisan. A fényerő logaritmikus görbét fog követni, ami azt jelenti, hogy az intenzitás gyorsan változik, amikor a munkaciklus 0 -ról 70% -ra nő, és nagyon lassan változik, ha a működési ciklust mondjuk 70% -ról 100% -ra növeljük. Pontosan ugyanez a hatás látható, ha állandó áramforrást használ, és növeli az áram lineáris fe kondenzátor állandó árammal történő feltöltésével.

Ebben az utasításban megpróbálom megmutatni, hogyan lehet analóg LED -fadert készíteni, amelynek fényerő -változása lineárisnak tűnik az emberi szem számára. Ez szép lineáris fakulási hatást eredményez.

1. lépés: Elmélet az áramkör mögött

Az ábrán látható, hogy a LED fényerejének érzékelése a Weber-Fechner-törvény miatt logaritmikus görbével rendelkezik, mondván, hogy az emberi szemnek, akárcsak a többi érzéknek, van logaritmikus görbéje. Amikor a LED csak elkezd "vezetni", az érzékelt fényerő gyorsan növekszik az áram növekedésével. De ha egyszer "vezet", az észlelt fényerő lassan növekszik az áram növekedésével. Tehát exponenciális változó áramot kell küldenünk (lásd a képet) a LED -en keresztül, hogy az emberi szem (logaritmikus érzékeléssel) lineárisnak érzékelje a fényerő változását.

Ennek 2 módja van:

• Zárt hurkú megközelítés
• Nyílt hurkú megközelítés

Zárt hurkú megközelítés:

Ha közelebbről megvizsgálja az LDR (kadmium -szulfid) cellák specifikációit, látni fogja, hogy az LDR ellenállás egyenes vonalként van megrajzolva a logaritmikus skálán. Tehát az LDR ellenállás logaritmikusan változik a fényintenzitással. Ezenkívül úgy tűnik, hogy az LDR logaritmikus ellenállási görbéje nagyon közel áll az emberi szem logaritmikus fényérzékeléséhez. Ezért az LDR tökéletes jelölt a LED fényerejének érzékelésére. Tehát amikor az LDR -t a logaritmikus érzékelés kompenzálására használja, az emberi szem örülni fog a szép lineáris fényerő -ingadozásnak. A zárt hurokban használjuk egy LDR a visszacsatoláshoz és a LED fényerejének szabályozásához, így követi az LDR görbét. Így exponenciálisan változó fényerőt kapunk, amely lineárisnak tűnik az emberi szem számára.

Nyílt hurok megközelítés:

Amikor nem akarunk LDR -t használni, és lineáris fényerő -változást akarunk elérni a fader számára, akkor a LED -en keresztül történő áramot exponenciálissá kell tennünk, hogy kompenzáljuk az emberi szem logaritmikus fényérzékelését. Szükségünk van tehát egy áramkörre, amely exponenciális változó áramot generál. Ezt meg lehet tenni az OPAMP-okkal, de felfedeztem egy egyszerűbb áramkört, amely adaptált áramtükröt használ, amelyet "áram négyzet alakú" -nak is neveznek, mert a generáló áram négyzetgörbét követ (félig exponenciális). Ebben az utasításban mindkettőt kombináljuk zárt hurok és a nyílt hurkú megközelítés, hogy váltakozó halványuló LED -et kapjunk. ez azt jelenti, hogy az egyik LED ki -be halványul, míg a másik LED ki -be halványul, ellentétes elhalványulási görbével.

2. lépés: 1. ábra - Háromszögű hullámforma generátor

A LED faderünkhöz szükségünk van egy feszültségforrásra, amely lineárisan növekvő és csökkenő feszültséget generál. Azt is szeretnénk, hogy egyedileg módosíthassuk az elhalványulási és elhalványulási időszakot. Ebből a célból egy szimmetrikus háromszög alakú hullámforma -generátort használunk, amelyet egy régi munkaló 2 OPAMP -jával állítunk elő: Az LM324. U1A pozitív visszacsatolás segítségével schmitt -triggerként van konfigurálva és az U1B integrátorként van konfigurálva. A háromszög alakú hullámforma gyakoriságát C1, P1 és R6 határozza meg. Mivel az LM324 nem képes elegendő áramot leadni, hozzáadunk egy Q1 és Q2 puffert. Ez a puffer biztosítja az áramerősítést, amellyel elegendő áramot kell vezetnünk a LED áramkörbe. Az U1B körüli visszacsatolási hurok a puffer kimenetéből, nem pedig az OPAMP kimenetéből származik. mert az OPAMP -k nem szeretik a kapacitív terheléseket (például a C1). Az R8 -at hozzáadják az OPAMP kimenetéhez stabilitási okokból, mivel az emitter -követők, például a pufferben (Q1, Q2) is rezgéseket okozhatnak, ha alacsony impedanciájú kimenetről hajtják végre. Eddig minden rendben, az oszcilloszkóp képe mutatja a feszültség a Q1 és Q2 által alkotott puffer kimenetén.

3. lépés: 2. ábra - Zárt hurkú LED fader áramkör

A LED fényerejének linearizálásához LDR -t használnak visszacsatoló elemként egy zárt hurkú elrendezésben. Mivel az LDR ellenállás a fényintenzitással szemben logaritmikus, alkalmas jelölt a feladat elvégzésére. A Q1 és Q2 áramtükröt képez, amely a háromszög alakú hullámforma generátor kimeneti feszültségét R1 -n keresztül árammá alakítja, amely a "referencialábon" található. "a jelenlegi tükörből. A Q1-en átfolyó áramot a Q2 tükrözi, tehát ugyanaz a háromszögáram áramlik a Q2-n keresztül. könnyen beszerezhető általános célú OPAMP a háromszög alakú hullámforma generátorban. A LED csatlakozik a Q2 -hez, de a Q3 -hoz is, amely egy második áramtükör része. A Q3 és a Q4 áramforrás. (Lásd: Áramtükrök) Az LDR -t ennek az áramforrásnak a "referencia lábába" helyezzük, így az LDR ellenállása határozza meg a tükör által generált áramot. Minél több fény esik az LDR -re, annál kisebb az ellenállása, és annál nagyobb lesz a Q4 -en keresztül érkező áram. A Q4 -en keresztüli áram a Q3 -hoz tükröződik, amely a Q2 -hez van csatlakoztatva. Tehát most áramokban és nem feszültségekben kell gondolkodnunk. A Q2 egy háromszögű I1 áramot süllyeszt, a Q3 pedig egy I2 áramot, ami közvetlenül összefügg az LDR -re eső fény mennyiségével, és logaritmikus görbét követ. I3 az áram a LED -en keresztül, és az I1 lineáris háromszögáram eredménye, mínusz az I2 logaritmikus LDR -áram, ami egy exponenciális áram. És pontosan erre van szükségünk a LED fényerejének linearizálásához. Mivel egy exponenciális áramot hajtanak végre a LED -en, az észlelt fényerő lineárisan változik, ami sokkal jobb halványító/tompító hatást fejt ki, mint ha csak lineáris áramot futtat a LED -en. Az oszcilloszkóp képe az R6 feletti feszültséget mutatja (= 10E), amely a LED -en keresztüli áramot jelzi.

4. lépés: Vázlat3 - Nyílt hurok LED Fader áramkör az aktuális Squarer használatával

Mivel a LED/LDR kombinációk nem szabványos alkatrészek, más módszereket kerestem exponenciális vagy négyzetáram előállítására egy LED -en keresztül nyílt hurkú konfigurációban. Az eredmény az ebben a lépésben bemutatott nyitott hurok áramkör. A Q1 és Q2 egy áramnégyzet -áramkört képeznek, amely egy áramfelvevő tükörre épül. R1 a háromszög alakú kimeneti feszültséget, amelyet először a P1 segítségével osztanak fel, Q1 -en átfolyó árammá alakítja át. De a Q1 emittere nem ellenálláson, hanem 2 diódán keresztül csatlakozik a földhöz. A 2 dióda négyzethatást fejt ki az áramra Q1 -ig. Ezt az áramot a Q2 tükrözi, így az I2 -nek ugyanaz a négyzetgörbéje van. A Q3 és a Q4 állandó áramnyelő forrást képeznek. A LED ehhez az állandó áramforráshoz, de a Q1 és Q2 áram alá süllyesztő tükörhöz is csatlakozik. Tehát a LED-en keresztül érkező áram az állandó I1 áram mínusz az I2 négyzetáram, amely egy félig exponenciális áram I3. Ez a LED-en keresztüli exponenciális áram a LED érzékelt fényerejének szép lineáris elhalványulását eredményezi. A P1 -et le kell vágni, így a LED csak kialszik, amikor kialszik. Az oszcilloszkóp képe az R2 (= 180E) feletti feszültséget mutatja, amely az I2 áramot jelenti, amelyet levonnak az állandó I1 áramból.

5. lépés: 4. ábra - Váltakozó LED -fader a két áramkör kombinálásával

Mivel a nyitott hurkú áramkörben lévő LED -áram megfordul a zárt hurkú LED -áramhoz képest, mindkét áramkört kombinálva váltakozó LED -fadert hozhatunk létre, amelyben az egyik LED elhalványul, míg a másik elhalványul, és fordítva.

6. lépés: Építse fel az áramkört

• Az áramkört csak kenyérsütő táblára építem, így nincs áramköri NYÁK -elrendezésem
• Használjon nagy hatékonyságú LED -eket, mert ezek sokkal nagyobb intenzitással rendelkeznek azonos áram mellett, mint a régebbi LED -ek
• Az LDR/LED kombináció elkészítéséhez tegye az LDR -t (lásd a képet) és a LED -et szembe egy zsugorodó csőbe (lásd a képet).
• Az áramkört +9V és +12V közötti tápfeszültségre tervezték.