Дискретен алтернативен аналогов LED фейдър с линейна крива на яркост: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Повечето от схемите за избледняване/затъмняване на светодиод са цифрови схеми, използващи PWM изход на микроконтролер. Яркостта на светодиода се контролира чрез промяна на работния цикъл на ШИМ сигнала. Скоро откривате, че при линейна промяна на работния цикъл, яркостта на светодиода не се променя линейно. Яркостта ще следва логаритмична крива, което означава, че интензивността се променя бързо при увеличаване на работния цикъл от 0 до да речем 70% и се променя много бавно при увеличаване на работния цикъл от да речем 70% до 100%. Същият ефект също е видими при използване на източник на постоянен ток и увеличаване на линейния ток fe чрез зареждане на кондензатор с постоянен ток.

В тази инструкция ще се опитам да ви покажа как можете да направите аналогов LED фейдър с промяна на яркостта, която изглежда линейна за човешкото око. Това води до приятен ефект на линейно избледняване.

Стъпка 1: Теория зад веригата

На фигурата можете да видите, че възприемането на яркостта на светодиода има логаритмична крива поради закона на Вебер-Фехнер, казвайки, че човешкото око, също като другите сетива, има логаритмична крива. Когато светодиодът едва започне да „провежда“, възприеманата яркост се увеличава бързо с увеличаване на тока. Но след като "проведе", възприеманата яркост се увеличава бавно с увеличаване на тока. Така че трябва да изпратим експоненциално променящ се ток (вижте картината) през светодиода, така че човешкото око (с логаритмично възприятие) възприема промяната на яркостта като линейна.

Има 2 начина да направите това:

• Подход със затворен цикъл
• Подход с отворен цикъл

Подход със затворен цикъл:

Когато разгледате внимателно спецификациите на LDR (кадмиев сулфид) клетки, ще видите, че съпротивлението на LDR е нарисувано като права линия в логаритмична скала. Съпротивлението на LDR се променя логаритмично с интензитета на светлината. Освен това кривата на логаритмичното съпротивление на LDR изглежда съвпада с логаритмичното възприятие на яркостта на човешкото око доста близко. Ето защо LDR е идеалният кандидат за линеаризиране на възприемането на яркостта на LED. Така че, когато използвате LDR за компенсиране на логаритмичното възприятие, човешкото око ще бъде доволно от приятното линейно изменение на яркостта. В затворения контур използваме LDR за обратна връзка и контрол на яркостта на LED, така че следва LDR кривата. По този начин получаваме експоненциално променяща се яркост, която изглежда линейна спрямо човешкото око.

Подход с отворен цикъл:

Когато не искаме да използваме LDR и искаме да получим линейна промяна на яркостта на фейдера, трябва да направим тока през светодиода експоненциален, за да компенсира логаритмичното възприемане на яркостта на човешкото око. Така че имаме нужда от верига, която генерира експоненциално променящ се ток. Това може да се направи с OPAMP, но открих по-проста схема, която използва адаптирано огледало за ток, наричано още "текущ квадрат", защото генериращият ток следва квадратна крива (полуекспоненциална). В тази инструкция ние комбинираме и двете затворен контур и подход с отворен контур, за да получите променлив избледняващ светодиод. което означава, че един светодиод избледнява навътре и навън, докато другият светодиод избледнява навътре и навън с противоположна крива на затихване.

Стъпка 2: Схема1 - Генератор на триъгълна форма на вълна

За нашия LED фейдър се нуждаем от източник на напрежение, което генерира линейно нарастващо и намаляващо напрежение. Искаме също така да можем да променяме периода на затихване и избледняване поотделно. За тази цел използваме симетричен генератор на триъгълна форма на вълна, който е конструиран с помощта на 2 OPAMP на стар работен кон: LM324. U1A е конфигуриран като тригер на Шмит, използвайки положителна обратна връзка и U1B е конфигуриран като интегратор. Честотата на триъгълната форма на вълната се определя от C1, P1 и R6. Тъй като LM324 не е в състояние да достави достатъчно ток, се добавя буфер, състоящ се от Q1 и Q2. Този буфер осигурява печалбата на ток, от която се нуждаем, за да задействаме достатъчно ток в LED веригата. Цикълът за обратна връзка около U1B се взема от изхода на буфера, вместо от изхода на OPAMP. тъй като OPAMP не обичат капацитивните товари (като C1). R8 се добавя към изхода на OPAMP от съображения за стабилност, тъй като емитерните последователи, като например използваните в буфера (Q1, Q2), също могат да причинят трептения, когато се задвижват от изход с нисък импеданс. Дотук добре, снимката на осцилоскопа показва напрежението на изхода на буфера, образувано от Q1 и Q2.

Стъпка 3: Схема2 - Схема на LED фейдър със затворен контур

За да се линеаризира яркостта на светодиода, LDR се използва като елемент за обратна връзка в подредена затворена верига. Тъй като съпротивлението на LDR спрямо интензитета на светлината е логаритмично, това е подходящ кандидат да свърши работата. Q1 и Q2 образуват токово огледало, което преобразува това изходно напрежение на генератора на триъгълна форма на вълна в ток чрез R1, който е в "еталонния крак "на текущото огледало. Токът през Q1 се отразява в Q2, така че същият триъгълен ток протича през Q2. D1 е там, защото изходът на генератора на триъгълна форма на вълната не се завърта напълно до нула, тъй като не използвам релса към релса, а лесно достъпна OPAMP с общо предназначение в генератора на триъгълна форма на вълната. Светодиодът е свързан с Q2, но също и с Q3, който е част от второ огледало за ток. Q3 и Q4 образуват огледало за източник на ток. (Вижте: Токови огледала) LDR се поставя в "референтния крак" на това огледало за източник на ток, така че съпротивлението на LDR определя тока, генериран от това огледало. Колкото повече светлина пада върху LDR, толкова по -ниско е неговото съпротивление и по -висок ще бъде токът през Q4. Токът през Q4 се отразява в Q3, който е свързан с Q2. Така че сега трябва да мислим в токове, а не в напрежение вече. Q2 потъва в триъгълен ток I1 и Q3 източник на ток I2, който е пряко свързан с количеството светлина, което пада върху LDR и следва логаритмична крива. I3 е токът през светодиода и е резултат от линейния триъгълен ток I1 минус логаритмичния LDR ток I2, който е експоненциален ток. И точно това ни трябва, за да линеаризираме яркостта на светодиода. Тъй като през светодиода се движи експоненциален ток, възприеманата яркост ще се промени по линеен начин, което има много по -добър ефект на затихване/затъмняване, отколкото просто преминаване на линеен ток през светодиода. Изображението на осцилоскопа показва напрежението над R6 (= 10E), който представлява тока през светодиода.

Стъпка 4: Схема 3 - Свързана верига LED фейдър с помощта на Current Squarer

Тъй като LED/LDR комбинациите не са стандартни компоненти, потърсих други начини за генериране на експоненциален или квадратен ток чрез светодиод в конфигурация с отворен контур. Резултатът е веригата с отворен контур, показана в тази стъпка. Q1 и Q2 образуват верига за квадратура на тока, която се основава на огледало, потъващо в ток. R1 преобразува триъгълното изходно напрежение, което първо се разделя с помощта на P1, в ток, протичащ през Q1. Но излъчвателят на Q1 не е свързан към земята чрез резистор, а чрез 2 диода. 2 -те диода ще имат квадратен ефект върху тока през Q1. Този ток се отразява в Q2, така че I2 има същата квадратна крива. Q3 и Q4 образуват постоянен източник на потъване на тока. Светодиодът е свързан към този източник на постоянен ток, но също и към потопящото огледало Q1 и Q2. Така че токът през светодиода е резултат от постоянен ток I1 минус квадратен ток I2, който е полуекспоненциален ток I3. Този експоненциален ток през светодиода ще доведе до приятно линейно избледняване на възприеманата яркост на светодиода. P1 трябва да бъде подрязан, така че светодиодът просто да изгасне при избледняване. Снимката на осцилоскопа показва напрежението над R2 (= 180E), което представлява тока I2, който се изважда от постоянния ток I1.

Стъпка 5: Схема 4 - Редуващ се LED фейдър чрез комбиниране на двете вериги

Тъй като светодиодният ток във веригата с отворен контур е обърнат в сравнение с тока на светодиода в затворена верига, можем да комбинираме двете вериги, за да създадем променлив светодиоден фейдер, в който един светодиод избледнява, докато другият избледнява и обратно.

Стъпка 6: Изградете веригата

• Аз изграждам схемата само на макет, така че нямам оформление на печатна платка за веригата
• Използвайте светодиоди с висока ефективност, защото те имат много по -висок интензитет при същия ток от по -старите светодиоди
• За да направите комбинацията LDR/LED, поставете LDR (вижте снимката) и LED лице в лице в свиваща се тръба (вижте снимката).
• Веригата е предназначена за захранващо напрежение от +9V до +12V.