Dyskretny naprzemienny analogowy fader LED z liniową krzywą jasności: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Większość obwodów do zanikania/przyciemniania diody LED to obwody cyfrowe wykorzystujące wyjście PWM mikrokontrolera. Jasność diody LED jest kontrolowana poprzez zmianę cyklu pracy sygnału PWM. Wkrótce odkryjesz, że przy liniowej zmianie cyklu pracy jasność diody LED nie zmienia się liniowo. Jasność będzie przebiegać zgodnie z krzywą logarytmiczną, co oznacza, że intensywność zmienia się szybko przy zwiększaniu cyklu pracy od 0 do powiedzmy 70% i zmienia się bardzo wolno przy zwiększaniu cyklu pracy z powiedzmy 70% do 100%. widoczne przy zastosowaniu źródła prądu stałego i zwiększaniu prądu liniowego fe ładując kondensator prądem stałym.

W tej instrukcji postaram się pokazać, jak można zrobić analogowy tłumik LED, który ma zmianę jasności, która wydaje się być liniowa dla ludzkiego oka. Daje to ładny efekt liniowego zanikania.

Krok 1: Teoria za obwodem

Na rysunku widać, że postrzeganie jasności przez diodę LED ma krzywą logarytmiczną zgodnie z prawem Webera-Fechnera, mówiącym, że ludzkie oko, podobnie jak inne zmysły, ma krzywą logarytmiczną. Kiedy dioda LED zaczyna „przewodzić”, postrzegana jasność szybko rośnie wraz ze wzrostem prądu. Ale po „przewodzeniu” postrzegana jasność rośnie powoli wraz ze wzrostem prądu. Dlatego musimy przesyłać zmieniający się wykładniczo prąd (patrz rysunek) przez diodę LED, aby ludzkie oko (z percepcją logarytmiczną) postrzegało zmianę jasności jako liniową.

Można to zrobić na 2 sposoby:

• Podejście w zamkniętej pętli
• Podejście otwartej pętli

Podejście w zamkniętej pętli:

Kiedy przyjrzymy się bliżej specyfikacjom ogniw LDR (siarczek kadmu), zobaczymy, że opór LDR jest narysowany jako linia prosta w skali logarytmicznej. Tak więc opór LDR zmienia się logarytmicznie wraz z natężeniem światła. Co więcej, logarytmiczna krzywa oporu LDR wydaje się dość blisko odpowiadać logarytmicznemu postrzeganiu jasności przez ludzkie oko. Właśnie dlatego LDR jest idealnym kandydatem do linearyzacji percepcji jasności diody LED. Tak więc używając LDR do skompensowania percepcji logarytmicznej, ludzkie oko będzie zadowolone z ładnej liniowej zmiany jasności. W zamkniętej pętli używamy LDR do sprzężenia zwrotnego i sterowania jasnością LED, dzięki czemu jest zgodny z krzywą LDR. W ten sposób uzyskujemy wykładniczo zmieniającą się jasność, która wydaje się być liniowa dla ludzkiego oka.

Podejście otwartej pętli:

Kiedy nie chcemy używać LDR i chcemy uzyskać liniową zmianę jasności dla suwaka, musimy sprawić, by prąd przez diodę LED był wykładniczy, aby skompensować logarytmiczną percepcję jasności przez ludzkie oko. Potrzebujemy więc obwodu, który generuje wykładniczy zmieniający się prąd. Można to zrobić za pomocą OPAMP, ale odkryłem prostszy obwód, który wykorzystuje zaadaptowane lustro prądowe, zwane również „kwadratowym prądem”, ponieważ generowany prąd podąża za krzywą kwadratową (pół-wykładniczą). W tej instrukcji łączymy oba zamknięta pętla i otwarta pętla, aby uzyskać naprzemiennie zanikającą diodę LED. co oznacza, że jedna dioda LED pojawia się i zanika, podczas gdy druga dioda LED zanika i pojawia się z przeciwną krzywą zanikania.

Krok 2: Schemat1 - Generator przebiegów trójkątnych

Do naszego tłumika LED potrzebujemy źródła napięcia, które generuje liniowo rosnące i malejące napięcie. Chcemy również mieć możliwość indywidualnej zmiany okresu zanikania i zanikania. W tym celu używamy symetrycznego generatora przebiegów trójkątnych, który jest skonstruowany przy użyciu 2 OPAMP starego konia roboczego: LM324. U1A jest skonfigurowany jako wyzwalacz Schmitt z dodatnim sprzężeniem zwrotnym a U1B jest skonfigurowany jako integrator. Częstotliwość przebiegu trójkątnego jest określona przez C1, P1 i R6. Ponieważ LM324 nie jest w stanie dostarczyć wystarczającego prądu, dodawany jest bufor składający się z Q1 i Q2. Ten bufor zapewnia wzmocnienie prądowe, którego potrzebujemy, aby dostarczyć wystarczający prąd do obwodu LED. Pętla sprzężenia zwrotnego wokół U1B jest pobierana z wyjścia bufora, a nie z wyjścia OPAMP. ponieważ OPAMP nie lubią obciążeń pojemnościowych (takich jak C1). R8 jest dodawany do wyjścia OPAMP ze względu na stabilność, ponieważ zwolennicy emitera, takie jak używane w buforze (Q1, Q2), mogą również powodować oscylacje, gdy są napędzane z wyjścia o niskiej impedancji. Jak dotąd, tak dobrze, obraz oscyloskopu pokazuje napięcie na wyjściu bufora utworzone przez Q1 i Q2.

Krok 3: Schemat 2 - Obwód tłumika LED w zamkniętej pętli

Aby zlinearyzować jasność diody LED, LDR jest używany jako element sprzężenia zwrotnego w układzie zamkniętej pętli. Ponieważ opór LDR w funkcji natężenia światła jest logarytmiczny, jest to odpowiedni kandydat do wykonania tego zadania. Q1 i Q2 tworzą lustro prądowe, które przekształca napięcie wyjściowe generatora fal trójkątnych na prąd przez R1, który znajduje się w „nodze odniesienia”.” bieżącego lustra. Prąd płynący przez Q1 jest odzwierciedlony w Q2, więc ten sam trójkątny prąd przepływa przez Q2. D1 jest tam, ponieważ wyjście generatora przebiegów trójkątnych nie przesuwa się w pełni do zera, ponieważ nie używam szyny do szyny, ale łatwo dostępny OPAMP ogólnego przeznaczenia w generatorze przebiegów trójkątnych. Dioda LED jest podłączona do Q2, ale także Q3, która jest częścią drugiego lustra prądowego. Q3 i Q4 tworzą lustro źródła prądu. (Patrz: Aktualne lustra) LDR jest umieszczony w „nodze referencyjnej” tego lustra źródła prądu, więc opór LDR określa prąd generowany przez to lustro. Im więcej światła pada na LDR, tym mniejszy jest jego opór i tym wyższy będzie prąd płynący przez Q4. Prąd płynący przez Q4 jest odzwierciedlany na Q3, który jest połączony z Q2. Więc teraz musimy myśleć o prądach, a nie napięciach. Q2 zatapia trójkątny prąd I1, a Q3 generuje prąd I2, który jest bezpośrednio związany z ilością światła, które pada na LDR i podąża za krzywą logarytmiczną. I3 to prąd płynący przez diodę LED i jest wynikiem liniowego prądu trójkątnego I1 minus logarytmiczny prąd LDR I2, który jest prądem wykładniczym. I to jest dokładnie to, czego potrzebujemy, aby zlinearyzować jasność diody LED. Ponieważ przez diodę LED przepływa prąd wykładniczy, postrzegana jasność zmienia się liniowo, co ma znacznie lepszy efekt zanikania/ściemniania niż po prostu przepływ prądu przez diodę LED. Obraz oscyloskopu pokazuje napięcie powyżej R6 (=10E).), który reprezentuje prąd płynący przez diodę LED.

Krok 4: Schemat 3 - Obwód tłumika diody LED w otwartej pętli za pomocą Current Squarer

Ponieważ kombinacje LED/LDR nie są standardowymi komponentami, szukałem innych sposobów generowania prądu wykładniczego lub kwadratowego przez diodę LED w konfiguracji z otwartą pętlą. Rezultatem jest obwód otwartej pętli pokazany w tym kroku. Q1 i Q2 tworzą obwód kwadratury prądu, który jest oparty na zwierciadle opadającym prąd. R1 przekształca trójkątne napięcie wyjściowe, które jest najpierw dzielone za pomocą P1, na prąd przepływający przez Q1. Ale emiter Q1 jest podłączony do masy nie przez rezystor, ale przez 2 diody. Dwie diody będą miały efekt kwadratowy na prąd płynący przez Q1. Ten prąd jest odzwierciedlony w Q2, więc I2 ma tę samą krzywą kwadratu. Q3 i Q4 tworzą źródło prądu stałego. Dioda LED jest połączona z tym źródłem prądu stałego, ale także z lustrem opadającym prąd Q1 i Q2. Tak więc prąd płynący przez diodę LED jest wynikiem stałego prądu I1 minus prąd kwadratowy I2, który jest prądem półwykładniczym I3. Ten wykładniczy prąd płynący przez diodę LED spowoduje ładne liniowe zanikanie postrzeganej jasności diody LED. P1 powinno być przycięte, aby dioda LED zgasła po zgaśnięciu. Obraz oscyloskopu pokazuje napięcie ponad R2 (=180E), które reprezentuje prąd I2, który jest odejmowany od prądu stałego I1.

Krok 5: Schemat 4 – Naprzemienny tłumik LED przez połączenie obu obwodów

Ponieważ prąd LED w obwodzie otwartej pętli jest odwrócony w porównaniu z prądem LED w obwodzie zamkniętej pętli, możemy połączyć oba obwody, aby stworzyć naprzemienny fader LED, w którym jedna dioda LED zanika, a druga gaśnie i odwrotnie.

Krok 6: Zbuduj obwód

• Układ buduję tylko na płytce stykowej, więc nie mam układu PCB dla obwodu
• Użyj diod LED o wysokiej wydajności, ponieważ mają one znacznie wyższą intensywność przy tym samym prądzie niż starsze diody LED
• Aby wykonać kombinację LDR/LED, umieść LDR (patrz zdjęcie) i diodę LED w kurczliwej rurce (patrz zdjęcie).
• Układ przystosowany jest do zasilania napięciem od +9V do +12V.