Diskretinis kintamasis analoginis LED faderis su linijinio ryškumo kreive: 6 žingsniai (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Dauguma grandinių, skirtų šviesos diodams išblukti/pritemdyti, yra skaitmeninės grandinės, kuriose naudojamas mikrovaldiklio PWM išėjimas. Šviesos diodo ryškumas valdomas keičiant PWM signalo darbo ciklą. Netrukus pastebėsite, kad tiesiškai keičiant darbo ciklą, šviesos diodų ryškumas nesikeičia tiesiškai. Ryškumas lydės logaritminę kreivę, o tai reiškia, kad intensyvumas greitai keičiasi, kai darbo ciklas padidinamas nuo 0 iki 70%, ir keičiasi labai lėtai, kai padidinamas darbo ciklas nuo 70% iki 100%. Tas pats poveikis taip pat yra matomas naudojant pastovios srovės šaltinį ir didinant srovės linijinį fe įkraunant kondensatorių nuolatine srove.

Šioje pamokoje aš pabandysiu parodyti, kaip galite sukurti analoginį šviesos diodų blukiklį, kurio ryškumas pasikeičia žmogaus akiai. Dėl to gaunamas gražus linijinis išblukimo efektas.

1 žingsnis: teorija už grandinės

Paveikslėlyje matote, kad šviesos diodo ryškumo suvokimas turi logaritminę kreivę dėl Weberio-Fechnerio dėsnio, sakydamas, kad žmogaus akis, kaip ir kiti jutimai, turi logaritminę kreivę. Kai šviesos diodas tik pradeda „laidyti“, pastebimas ryškumas greitai didėja didėjant srovei. Bet kai „diriguoja“, suvokiamas ryškumas didėja lėtai, didėjant srovei. Taigi, mes turime siųsti eksponentinę kintančią srovę (žr. Paveikslėlį) per šviesos diodą, kad žmogaus akis (su logaritminiu suvokimu) suvoktų ryškumo pokyčius kaip linijinius.

Yra 2 būdai tai padaryti:

• Uždaras ciklas
• Atviros kilpos metodas

Uždaro ciklo metodas:

Atidžiai peržiūrėję LDR (kadmio sulfido) elementų specifikacijas, pamatysite, kad LDR atsparumas yra nubrėžtas kaip tiesi linija logaritminėje skalėje. Taigi LDR pasipriešinimas keičiasi logaritminiu šviesos intensyvumu. Be to, atrodo, kad LDR logaritminio pasipriešinimo kreivė gana arti atitinka žmogaus akies logaritminio ryškumo suvokimą. Štai kodėl LDR yra puikus kandidatas, norint linearizuoti šviesos diodo ryškumo suvokimą. Taigi, naudojant LDR, siekiant kompensuoti logaritminį suvokimą, žmogaus akis bus malonu dėl gražaus linijinio ryškumo kitimo. Uždaroje kilpoje mes naudojame LDR, kad būtų galima grįžti ir valdyti šviesos diodų ryškumą, todėl ji atitinka LDR kreivę. Tokiu būdu mes gauname eksponentinį kintantį ryškumą, kuris žmogaus akiai atrodo linijinis.

Atviros kilpos metodas:

Kai nenorime naudoti LDR ir norime, kad blukiklio ryškumas pasikeistų tiesiškai, turime padaryti srovę per šviesos diodą eksponentinę, kad kompensuotume žmogaus akies logaritminį ryškumo suvokimą. Taigi mums reikia grandinės, kuri generuoja eksponentinę kintančią srovę. Tai galima padaryti naudojant OPAMP, bet aš atradau paprastesnę grandinę, kurioje naudojamas pritaikytas srovės veidrodis, dar vadinamas „dabartiniu kvadratu“, nes generuojama srovė eina pagal kvadratinę kreivę (pusiau eksponentinę). Šioje instrukcijoje mes deriname abu uždarojo ciklo ir atviros kilpos metodą, kad gautumėte kintantį išblukusį šviesos diodą. tai reiškia, kad vienas šviesos diodas užgęsta ir užgęsta, o kitas šviesos diodas užgęsta ir užgęsta su priešinga išblukimo kreive.

2 žingsnis: 1 schema - trikampio bangos formos generatorius

Mūsų LED faderiui mums reikia įtampos šaltinio, kuris generuoja linijinę didėjančią ir mažėjančią įtampą. Mes taip pat norime, kad būtų galima individualiai pakeisti išnykimo ir išblukimo periodą. Šiuo tikslu naudojame simetrišką trikampį bangų formos generatorių, sukurtą naudojant 2 seno darbinio žirgo OPAMP: LM324. U1A sukonfigūruotas kaip „Schmitt“trigeris, naudojant teigiamą grįžtamąjį ryšį ir U1B sukonfigūruotas kaip integratorius. Trikampio bangos formos dažnį lemia C1, P1 ir R6. Kadangi LM324 negali tiekti pakankamai srovės, pridedamas buferis, susidedantis iš Q1 ir Q2. Šis buferis suteikia srovės stiprumą, kurio mums reikia, kad į LED grandinę patektų pakankamai srovės. Grįžtamojo ryšio kilpa aplink U1B paimama iš buferio išvesties, o ne iš OPAMP išvesties. nes OPAMP nemėgsta talpinių apkrovų (pvz., C1). R8 pridedamas prie OPAMP išvesties dėl stabilumo priežasčių, nes spinduliuotės sekėjai, tokie kaip buferyje (Q1, Q2), taip pat gali sukelti svyravimus, kai jie varomi iš mažos varžos išvesties. Kol kas viskas gerai, osciloskopo vaizdas rodo įtampa buferio išėjime, kurį sudaro Q1 ir Q2.

3 veiksmas: 2 schema - uždarojo ciklo LED faderio grandinė

Kad būtų galima linearizuoti šviesos diodo ryškumą, LDR naudojamas kaip grįžtamojo ryšio elementas uždaroje kilpoje. Kadangi LDR pasipriešinimas, palyginti su šviesos intensyvumu, yra logaritminis, tai yra tinkamas kandidatas atlikti šį darbą. Q1 ir Q2 sudaro srovės veidrodį, kuris tą trikampio bangos formos generatoriaus išėjimo įtampą paverčia srove per R1, kuri yra „atskaitos kojelėje“ dabartinio veidrodžio. Srovė per Q1 yra atspindėta Q2, todėl ta pati trikampio srovė teka per Q2. D1 yra todėl, kad trikampio bangos formos generatoriaus išėjimas visiškai nesikeičia iki nulio, nes aš nenaudoju bėgio-bėgio, bet lengvai gaunamas bendrosios paskirties OPAMP trikampio bangos formos generatoriuje. Šviesos diodas yra prijungtas prie Q2, bet taip pat prie Q3, kuris yra antrojo srovės veidrodžio dalis. Q3 ir Q4 sudaro srovės šaltinio veidrodį. (Žr. Dabartiniai veidrodžiai) LDR yra įtrauktas į šio dabartinio šaltinio veidrodžio „atskaitos koją“, todėl LDR varža lemia šio veidrodžio generuojamą srovę. Kuo daugiau šviesos patenka į LDR, tuo mažesnis jo atsparumas ir didesnė srovė per Q4. Srovė per Q4 atspindi Q3, kuris yra prijungtas prie Q2. Taigi dabar mes turime galvoti srovėmis, o ne įtampa. Q2 nusėda trikampę srovę I1, o Q3 - srovę I2, kuri yra tiesiogiai susijusi su šviesos kiekiu, kuris patenka į LDR ir eina pagal logaritminę kreivę. I3 yra srovė per šviesos diodą ir yra linijinės trikampės srovės I1 rezultatas, atėmus logaritminę LDR srovę I2, kuri yra eksponentinė srovė. Būtent to mums reikia, kad būtų galima linearizuoti šviesos diodo ryškumą. Kadangi per šviesos diodą varoma eksponentinė srovė, suvokiamas ryškumas pasikeis linijiniu būdu, o tai turi daug geresnį blukimo/pritemdymo efektą nei tiesioginė linijinė srovė per LED. Osciloskopo nuotrauka rodo įtampą virš R6 (= 10E), kuris rodo srovę per šviesos diodą.

4 žingsnis: Schema3 - Atviros kilpos LED faderio grandinė naudojant „Current Squarer“

Kadangi šviesos diodų ir LDR deriniai nėra standartiniai komponentai, aš ieškojau kitų būdų, kaip atviros kilpos konfigūracijoje sukurti šviesos diodą eksponentinei arba kvadratinei. Rezultatas yra atviros kilpos grandinė, parodyta šiame žingsnyje. Q1 ir Q2 sudaro srovės kvadratinę grandinę, pagrįstą srovės nusileidimo veidrodžiu. R1 paverčia trikampę išėjimo įtampą, kuri pirmiausia padalijama naudojant P1, į srovę, tekančią per Q1. Tačiau Q1 spinduolis nėra prijungtas prie žemės per rezistorių, bet per 2 diodus. Du diodai turės kvadratinį poveikį srovei per Q1. Ši srovė atspindi Q2, todėl I2 turi tą pačią kvadrato kreivę. Q3 ir Q4 sudaro nuolatinį srovės nuskendimo šaltinį. Šviesos diodas yra prijungtas prie šio nuolatinės srovės šaltinio, bet taip pat prie srovės nusileidimo veidrodžio Q1 ir Q2. Taigi srovė per šviesos diodą yra nuolatinės srovės I1 atėmus kvadratinę srovę I2, kuri yra pusiau eksponentinė srovė I3. Ši eksponentinė srovė per šviesos diodą sukels gražų tiesinį šviesos diodo ryškumo išblukimą. P1 turėtų būti apkarpytas, kad šviesos diodas tiesiog užges. Kai osciloskopo paveikslėlyje rodoma įtampa virš R2 (= 180E), kuri reiškia srovę I2, atimamą iš pastoviosios srovės I1.

5 žingsnis: Schema4 - kintamas LED blukiklis, derinant abi grandines

Kadangi atviros kilpos grandinės šviesos diodų srovė yra apverta, palyginti su šviesos diodų srove uždaros grandinės grandinėje, mes galime sujungti abi grandines, kad sukurtume kintamą šviesos diodų blukiklį, kuriame vienas šviesos diodas užges, o kitas išnyks ir atvirkščiai.

6 žingsnis: sukurkite grandinę

• Aš kuriu grandinę tik ant duonos lentos, todėl neturiu grandinės PCB išdėstymo
• Naudokite didelio efektyvumo šviesos diodus, nes jie turi daug didesnį intensyvumą esant vienai srovei nei senesni šviesos diodai
• Norėdami sujungti LDR/LED, įdėkite LDR (žr. Paveikslėlį) ir LED akis į akį į susitraukiantį vamzdelį (žr. Paveikslėlį).
• Grandinė skirta maitinimo įtampai nuo +9V iki +12V.