Diskret vekslende analog LED Fader med lineær lysstyrke kurve: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

De fleste kretsene for å falme/dimme en LED er digitale kretser som bruker en PWM -utgang fra en mikrokontroller. Lysstyrken til LED -en kontrolleres ved å endre driftssyklusen til PWM -signalet. Snart oppdager du at når du endrer driftssyklus lineært, endres ikke LED -lysstyrken lineær. Lysstyrken vil følge en logaritmisk kurve, noe som betyr at intensiteten endres raskt når du øker driftssyklusen fra 0 til la oss si 70% og endres veldig sakte når du øker driftssyklusen fra lar oss si 70% til 100%. Den nøyaktig samme effekten er også synlig når du bruker en konstant strømkilde og øker gjeldende lineær fe ved å lade en kondensator med konstant strøm.

I denne instruksen vil jeg prøve å vise deg hvordan du kan lage en analog LED -fader som har en lysstyrkeendring som ser ut til å være lineær for det menneskelige øyet. Dette resulterer i en fin lineær fading -effekt.

Trinn 1: Teori bak kretsen

I figuren kan du se at lysstyrkeoppfatningen til en LED har en logaritmisk kurve på grunn av Weber-Fechner-loven, og sier at det menneskelige øyet, akkurat som de andre sansene, har en logaritmisk kurve. Når LED -en bare begynner å "lede" øker den oppfattede lysstyrken raskt med økende strøm. Men når den er "ledende", øker den oppfattede lysstyrken sakte med økende strøm. Så vi må sende en eksponentiell endringsstrøm (se bilde) gjennom LED -en slik at det menneskelige øyet (med en logaritmisk oppfatning) oppfatter lysstyrkeendringen som lineær.

Det er to måter å gjøre dette på:

• Closed loop -tilnærming
• Open loop -tilnærming

Closed loop -tilnærming:

Når du ser nærmere på LDR (kadmiumsulfid) cellespesifikasjoner, vil du se at LDR -motstanden er tegnet som en rett linje på en logaritmisk skala. Så LDR -motstanden endrer logaritmisk med lysintensitet. Videre ser det ut til at den logaritmiske motstandskurven til en LDR stemmer overens med den logaritmiske lysstyrkeoppfatningen av det menneskelige øyet ganske tett. Det er derfor LDR er en perfekt kandidat for å linearisere lysstyrkeoppfattelsen til en LED. Så når vi bruker en LDR for å kompensere for den logaritmiske oppfatningen, vil det menneskelige øyet bli fornøyd med den fine lineære lysstyrkevariasjonen. I lukket sløyfe bruker vi en LDR for tilbakemelding og kontroll av LED -lysstyrken, slik at den følger LDR -kurven. På denne måten får vi en eksponentiell skiftende lysstyrke som ser ut til å være lineær for det menneskelige øyet.

Open loop -tilnærming:

Når vi ikke vil bruke en LDR og ønsker å få en lineær lysstyrkeendring for fader, må vi gjøre strømmen gjennom LED -eksponentiell for å kompensere for den logaritmiske lysstyrkeoppfatningen av det menneskelige øyet. Så vi trenger en krets som genererer en eksponentiell endringsstrøm. Dette kan gjøres med OPAMPs, men jeg oppdaget en enklere krets som bruker et tilpasset nåværende speil, også kalt en "current squarer" fordi generasjonsstrømmen følger en kvadratisk kurve (semi-eksponentiell). I denne instruksen kombinerer vi både lukket sløyfe og åpen sløyfe -tilnærming for å få en vekslende fading -LED. betyr at den ene LED -lampen blekner inn og ut mens den andre LED -lampen blekner inn og ut med motsatt falmingskurve.

Trinn 2: Schematic1 - Triangular Waveform Generator

For vår LED -fader trenger vi en spenningskilde som genererer en lineær økende og synkende spenning. Vi ønsker også å kunne endre fade inn og fade out -perioden individuelt. For dette formålet bruker vi en symmetrisk trekantet bølgeformgenerator som er konstruert ved hjelp av 2 OPAMPs av en gammel arbeidshest: LM324. U1A er konfigurert som en schmitt -trigger ved hjelp av positiv tilbakemelding og U1B er konfigurert som en integrator. Frekvensen til den trekantede bølgeformen bestemmes av C1, P1 og R6. Fordi LM324 ikke er i stand til å levere nok strøm, tilsettes en buffer bestående av Q1 og Q2. Denne bufferen gir nåværende forsterkning som vi trenger for å drive nok strøm inn i LED -kretsen. Tilbakemeldingssløyfen rundt U1B er hentet fra bufferen, i stedet for utgangen fra OPAMP. fordi OPAMP ikke liker kapasitive belastninger (for eksempel C1). R8 blir lagt til utgangen til OPAMP av stabilitetshensyn, fordi emitter -følgere, som brukes i bufferen (Q1, Q2) også kan forårsake svingninger når de drives fra en lav impedansutgang. Så langt, så bra, viser oscilloskopbildet spenningen ved utgangen til bufferen dannet av Q1 og Q2.

Trinn 3: Schematic2 - Closed Loop LED Fader Circuit

For å linearisere lysstyrken til en LED, brukes en LDR som et tilbakemeldingselement i et lukket loop -arrangement. Fordi LDR -motstand kontra lysintensitet er logaritmisk, er det en egnet kandidat for å gjøre jobben. Q1 og Q2 danner et strømspeil som konverterer utgangsspenningen til den trekantede bølgeformgeneratoren til en strøm via R1, som er i "referansebenet "av det nåværende speilet. Strømmen gjennom Q1 er speilet til Q2, så den samme trekantede strømmen strømmer gjennom Q2. D1 er der fordi utgangen til den trekantede bølgeformgeneratoren ikke svinger helt til null, fordi jeg ikke bruker en jernbane-til-skinne, men en lett tilgjengelig OPAMP for generelle formål i den trekantede bølgeformgeneratoren. LED -en er koblet til Q2, men også Q3, som er en del av et andre nåværende speil. Q3 og Q4 danner et strømspeil. (Se: Strømspeil) LDR settes i "referansebenet" til dette strømspeilet, så motstanden til LDR bestemmer strømmen som genereres av dette speilet. Jo mer lys som faller på LDR, jo lavere er motstanden og jo høyere strøm gjennom Q4 vil være. Strømmen gjennom Q4 er speilet til Q3, som er koblet til Q2. Så nå må vi tenke i strømmer og ikke i spenninger lenger. Q2 synker en trekantet strøm I1 og Q3 kilder en strøm I2, som er direkte relatert til mengden lys som faller på LDR og følger en logaritmisk kurve. I3 er strømmen gjennom LED -en og er resultatet av den lineære trekantede strømmen I1 minus den logaritmiske LDR -strømmen I2, som er en eksponentiell strøm. Og det er akkurat det vi trenger for å linearisere lysstyrken til en LED. Fordi en eksponensiell strøm drives gjennom lysdioden, vil den oppfattede lysstyrken endres på en lineær måte, noe som har en mye bedre fading/dimming effekt enn bare å kjøre en lineær strøm gjennom LED. Oscilloskopbildet viser spenningen over R6 (= 10E), som representerer strømmen gjennom LED -en.

Trinn 4: Schematic3 - Open Loop LED Fader Circuit Using Current Squarer

Fordi LED/LDR -kombinasjoner ikke er standardkomponenter, søkte jeg etter andre måter å generere en eksponentiell eller kvadratisk strøm gjennom en LED i en åpen sløyfe -konfigurasjon. Resultatet er kretsen med åpen sløyfe vist i dette trinnet. Q1 og Q2 danner en gjeldende kvadreringskrets som er basert på et nåværende synkende speil. R1 konverterer den trekantede utgangsspenningen, som først deles ved hjelp av P1, til en strøm som strømmer gjennom Q1. Men senderen til Q1 er ikke koblet til jord via en motstand, men via 2 dioder. De 2 dioder vil ha en kvadratisk effekt på strømmen gjennom Q1. Denne strømmen er speilet til Q2, så I2 har den samme kvadratkurven. Q3 og Q4 danner en konstant synkende kilde. Lysdioden er koblet til denne konstantstrømkilden, men også til det nåværende synkende speilet Q1 og Q2. Så strømmen gjennom LED-en er resultatet av den konstante strømmen I1 minus kvadreringsstrømmen I2, som er en semi-eksponentiell strøm I3. Denne eksponentielle strømmen gjennom LED-en vil resultere i en fin lineær fading av den oppfattede lysstyrken til LED-en. P1 skal trimmes slik at lysdioden bare slukker når den falmer ut. Oscilloskopbildet viser spenningen over R2 (= 180E), som representerer strømmen I2, som trekkes fra den konstante strømmen I1.

Trinn 5: Schematic4 - Alternerende LED Fader ved å kombinere begge kretsene

Fordi LED -strømmen i kretsen med åpen sløyfe er invertert sammenlignet med LED -strømmen i lukket krets, kan vi kombinere begge kretsene for å skape en vekslende LED -fader der den ene LED -lampen blekner mens den andre falmer ut og omvendt.

Trinn 6: Bygg kretsen

• Jeg bygger bare kretsen på et brødbrett, så jeg har ikke et PCB -oppsett for kretsen
• Bruk lysdioder med høy effektivitet fordi disse har en mye høyere intensitet ved samme strøm enn de eldre lysdiodene
• For å lage LDR/LED -kombinasjonen, legg LDR (se bilde) og LED ansikt til ansikt i et krympende rør (se bilde).
• Kretsen er designet for forsyningsspenning fra +9V til +12V.