Diskretni izmjenični analogni LED fader s linearnom krivuljom svjetline: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Većina kola za bleđenje/prigušivanje LED diode su digitalna kola koja koriste PWM izlaz mikrokontrolera. Svjetlina LED diode kontrolira se promjenom radnog ciklusa PWM signala. Ubrzo otkrivate da se linearno mijenjajući radni ciklus svjetlina LED diode ne mijenja linearno. Svjetlina će slijediti logaritamsku krivulju, što znači da se intenzitet brzo mijenja pri povećanju radnog ciklusa od 0 do recimo 70% i mijenja se vrlo sporo pri povećanju radnog ciklusa sa recimo 70% do 100%. vidljivo pri korištenju izvora konstantne struje i povećanju linearne struje fe punjenjem kondenzatora konstantnom strujom.

U ovom uputstvu pokušat ću vam pokazati kako možete napraviti analogni LED fader sa promjenom svjetline koja izgleda linearno prema ljudskom oku. Ovo rezultira lijepim linearnim efektom blijeđenja.

Korak 1: Teorija iza kruga

Na slici možete vidjeti da percepcija svjetline LED ima logaritamsku krivulju zbog Weber-Fechnerovog zakona, govoreći da ljudsko oko, baš kao i druga osjetila, ima logaritamsku krivulju. Kada LED tek počne "provoditi", percipirana svjetlina se brzo povećava sa povećanjem struje. Ali kad se jednom provede, percipirana svjetlina se polako povećava s povećanjem struje. Zato moramo poslati eksponencijalnu promjenu struje (vidi sliku) kroz LED tako da ljudsko oko (s logaritamskom percepcijom) percipira promjenu svjetline kao linearnu.

Postoje 2 načina da to učinite:

• Pristup zatvorene petlje
• Pristup otvorene petlje

Pristup zatvorenom petljom:

Ako pomno pogledate specifikacije ćelija LDR (kadmij sulfid), vidjet ćete da je otpor LDR nacrtan kao ravna linija na logaritamskoj ljestvici. Tako se otpor LDR mijenja logaritamski sa intenzitetom svjetlosti. Nadalje, čini se da se krivulja logaritamskog otpora LDR -a prilično približava percepciji logaritamske svjetline ljudskog oka. Zato je LDR savršen kandidat za linearizaciju percepcije svjetline LED -a. Dakle, kada se koristi LDR za kompenzaciju logaritamske percepcije, ljudsko oko će biti zadovoljno lijepom linearnom varijacijom svjetline. U zatvorenoj petlji koristimo LDR za povratnu informaciju i kontrolu svjetline LED -a, tako da slijedi LDR krivulju. Na ovaj način dobivamo eksponencijalnu promjenu svjetline koja izgleda linearno prema ljudskom oku.

Pristup otvorenom petljom:

Kada ne želimo koristiti LDR i želimo dobiti linearnu promjenu svjetline za fader, moramo napraviti struju kroz LED eksponencijalnu kako bismo kompenzirali logaritamsku percepciju svjetline ljudskog oka. Dakle, potrebno nam je kolo koje generira eksponencijalnu promjenu struje. To se može učiniti pomoću OPAMP-a, ali otkrio sam jednostavnije kolo koje koristi prilagođeno trenutno ogledalo, koje se naziva i "trenutni kvadrat", jer generirajuća struja slijedi kvadratnu krivulju (polueksponencijalnu). U ovoj instrukciji kombiniramo oba zatvorena petlja i pristup otvorenoj petlji kako bi se dobila naizmjenična LED koja blijedi. što znači da jedna LED blijedi i gasi dok druga LED blijedi i gasi sa suprotnom krivuljom blijeđenja.

Korak 2: Shema 1 - Generator trokutastih valnih oblika

Za naš LED fader potreban nam je izvor napona koji generira linearno povećanje i smanjenje napona. Također želimo pojedinačno promijeniti period postepenog smanjivanja i nestajanja. U tu svrhu koristimo simetrični trokutasti generator valnog oblika koji je konstruiran pomoću 2 OPAMP -a starog radnog konja: LM324. U1A je konfiguriran kao Schmitt okidač koristeći pozitivne povratne informacije i U1B je konfiguriran kao integrator. Učestalost trokutastog valnog oblika određena je pomoću C1, P1 i R6. Budući da LM324 nije sposoban isporučiti dovoljno struje, dodaje se međuspremnik koji se sastoji od Q1 i Q2. Ovaj međuspremnik daje pojačanje struje koje nam je potrebno da unesemo dovoljno struje u LED krug. Povratna sprega oko U1B uzima se s izlaza bafera, umjesto s izlaza OPAMP -a. jer OPAMP -ovi ne vole kapacitivna opterećenja (poput C1). R8 se dodaje na izlaz OPAMP -a iz razloga stabilnosti, jer sljedbenici emitera, poput onih koji se koriste u međuspremniku (Q1, Q2), također mogu uzrokovati oscilacije kada se pokreću s izlaza niske impedanse. Zasad, dobro, slika osciloskopa prikazuje napon na izlazu bafera formiran od Q1 i Q2.

Korak 3: Shema 2 - LED fader sa zatvorenom petljom

Za linearizovanje svjetline LED diode, LDR se koristi kao povratni element u aranžmanu zatvorene petlje. Budući da je otpor LDR u odnosu na intenzitet svjetla logaritamski, prikladan je kandidat za obavljanje posla. Q1 i Q2 tvore zrcalo struje koje pretvara taj izlazni napon generatora trokutastog valnog oblika u struju preko R1, koja se nalazi u "referentnoj nozi" "trenutnog ogledala. Struja kroz Q1 preslikava se na Q2, tako da ista trokutasta struja teče kroz Q2. D1 postoji jer se izlaz generatora trokutastog valnog oblika ne okreće u potpunosti na nulu, jer ne koristim šinu na prugu, već lako dostupan OPAMP opće namjene u generatoru trokutastog valnog oblika. LED je spojen na Q2, ali i na Q3, koji je dio drugog trenutnog zrcala. Q3 i Q4 tvore ogledalo izvorne struje. (Pogledajte: Trenutna ogledala) LDR se postavlja u "referentnu nogu" ovog ogledala za izvor struje, pa otpor LDR -a određuje struju koju generiše ovo ogledalo. Što više svjetlosti padne na LDR, otpor će mu biti manji i struja kroz Q4 će biti veća. Struja kroz Q4 preslikava se na Q3, koji je spojen na Q2. Dakle, sada moramo razmišljati o strujama, a ne više o naponima. Q2 poništava trokutastu struju I1 i Q3 stvara struju I2, koja je izravno povezana s količinom svjetlosti koja pada na LDR i slijedi logaritamsku krivulju. I3 je struja kroz LED i rezultat je linearne trokutaste struje I1 minus logaritamska LDR struja I2, koja je eksponencijalna struja. A to je upravo ono što nam je potrebno za linearizaciju svjetline LED diode. Budući da se eksponencijalna struja pokreće kroz LED diodu, percipirana svjetlina će se promijeniti na linearni način, što ima mnogo bolji efekat zatamnjenja/zatamnjenja nego samo prolazak linearne struje kroz LED. Slika na osciloskopu prikazuje napon iznad R6 (= 10E), koja predstavlja struju kroz LED diodu.

Korak 4: Shema 3 - Krug LED fejdera s otvorenom petljom pomoću trenutnog kvadrata

Budući da LED/LDR kombinacije nisu standardne komponente, tražio sam druge načine za generiranje eksponencijalne ili kvadratne struje kroz LED u konfiguraciji s otvorenom petljom. Rezultat je krug otvorene petlje prikazan u ovom koraku. Q1 i Q2 tvore strujno kolo kvadrata zasnovano na zrcalu koje tone. R1 pretvara trokutasti izlazni napon, koji se prvo dijeli pomoću P1, u struju, koja teče kroz Q1. Ali odašiljač Q1 nije spojen na masu preko otpornika, već preko 2 diode. 2 diode će imati kvadratni učinak na struju kroz Q1. Ova struja se preslikava na Q2, pa I2 ima istu krivulju kvadrata. Q3 i Q4 tvore stalni izvor tonjenja. LED dioda je spojena na ovaj izvor konstantne struje, ali i na ogledalo Q1 i Q2 koje tone. Dakle, struja kroz LED diodu rezultat je konstantne struje I1 minus struje kvadrata I2, koja je polueksponencijalna struja I3. Ova eksponencijalna struja kroz LED rezultirat će lijepim linearnim slabljenjem uočene svjetline LED diode. P1 treba smanjiti, tako da se LED svjetlo samo gasi kad se gasi. Slika osciloskopa prikazuje napon iznad R2 (= 180E), koji predstavlja struju I2, koja se oduzima od konstantne struje I1.

Korak 5: Shema 4 - Naizmjenični LED fader kombiniranjem oba kruga

Budući da je LED struja u krugu otvorene petlje invertirana u usporedbi sa LED strujom u zatvorenom krugu, možemo kombinirati oba kruga kako bismo stvorili naizmjenični LED fader u kojem jedna LED blijedi, dok druga blijedi i obrnuto.

Korak 6: Izgradite krug

• Ja samo gradim kolo na ploči, tako da nemam raspored PCB -a za krug
• Koristite LED diode visoke efikasnosti jer one imaju mnogo veći intenzitet pri istoj struji od starijih LED dioda
• Da biste napravili kombinaciju LDR/LED, stavite LDR (vidi sliku) i LED licem u lice u cijev koja se smanjuje (vidi sliku).
• Krug je dizajniran za opskrbni napon od +9V do +12V.