Fader LED Analog Bergantian Diskrit Dengan Keluk Kecerahan Linear: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:11

Sebilangan besar litar untuk memudar / redup LED adalah litar digital menggunakan output PWM mikrokontroler. Kecerahan LED dikawal dengan mengubah kitaran tugas isyarat PWM. Segera anda dapati bahawa apabila mengubah kitaran tugas secara linear, kecerahan LED tidak berubah secara linear. Kecerahan akan mengikuti lengkung logaritmik, yang bermaksud bahawa intensiti berubah dengan cepat ketika meningkatkan kitaran tugas dari 0 hingga katakan 70% dan berubah sangat perlahan ketika meningkatkan kitaran tugas dari katakanlah 70% hingga 100%. Kesan yang sama juga kelihatan semasa menggunakan sumber arus tetap dan meningkatkan arus linear semasa dengan mengecas kapasitor dengan arus tetap.

Dalam arahan ini saya akan cuba menunjukkan kepada anda bagaimana anda boleh membuat LED fader analog yang mempunyai perubahan kecerahan yang kelihatan lurus dengan mata manusia. Ini menghasilkan kesan pudar linier yang bagus.

Langkah 1: Teori Di Sebalik Litar

Dalam gambar tersebut, anda dapat melihat bahawa persepsi kecerahan LED mempunyai lengkung logaritma kerana undang-undang Weber-Fechner, dengan mengatakan bahawa mata manusia, seperti deria lain, mempunyai lengkung logaritmik. Apabila LED baru mula "melakukan" kecerahan yang dirasakan meningkat dengan cepat dengan arus yang semakin meningkat. Tetapi setelah "melakukan", kecerahan yang dirasakan meningkat perlahan dengan arus yang meningkat. Oleh itu, kita perlu menghantar arus perubahan eksponensial (lihat gambar) melalui LED sehingga mata manusia (dengan persepsi logaritma) merasakan perubahan kecerahan sebagai linear.

Terdapat 2 cara untuk melakukan ini:

• Pendekatan gelung tertutup
• Pendekatan gelung terbuka

Pendekatan gelung tertutup:

Apabila melihat spesifikasi sel LDR (kadmium sulfida) dengan teliti, anda akan melihat bahawa rintangan LDR dilukis sebagai garis lurus pada skala logaritmik. Jadi rintangan LDR berubah logaritma dengan intensiti cahaya. Selanjutnya, lengkung rintangan logaritma LDR nampaknya sepadan dengan persepsi kecerahan logaritma terhadap mata manusia dengan cukup dekat. Itulah sebabnya LDR adalah calon yang tepat untuk meluruskan persepsi kecerahan LED. Oleh itu, apabila menggunakan LDR untuk mengimbangi persepsi logaritmik, mata manusia akan senang dengan variasi kecerahan linear yang bagus. Dalam gelung tertutup, kami menggunakan LDR untuk memberi maklum balas dan mengawal kecerahan LED, sehingga mengikuti lekuk LDR. Dengan cara ini kita mendapat kecerahan perubahan eksponensial yang kelihatan lurus dengan mata manusia.

Pendekatan gelung terbuka:

Apabila kita tidak mahu menggunakan LDR dan ingin mendapatkan perubahan kecerahan linear untuk fader, kita perlu membuat arus melalui LED eksponensial untuk mengimbangi persepsi kecerahan logaritma terhadap mata manusia. Oleh itu, kita memerlukan litar yang menghasilkan arus perubahan eksponensial. Ini dapat dilakukan dengan OPAMP, tetapi saya menemui litar yang lebih sederhana, yang menggunakan cermin arus yang disesuaikan, juga disebut "arus kuadrat" kerana arus yang dihasilkan mengikuti lekukan persegi (separa eksponensial). Dalam arahan ini, kami menggabungkan kedua gelung tertutup dan pendekatan gelung terbuka untuk mendapatkan LED pudar bergantian. bermaksud bahawa satu LED memudar masuk dan keluar sementara LED yang lain memudar masuk dan keluar dengan keluk pudar yang berlawanan.

Langkah 2: Skematik1 - Penjana Bentuk Gelombang Segitiga

Untuk fader LED kami, kami memerlukan sumber voltan yang menghasilkan voltan kenaikan dan penurunan linear. Kami juga ingin dapat mengubah tempoh pudar dan pudar secara berasingan. Untuk tujuan ini kami menggunakan penjana bentuk gelombang segitiga simetri yang dibina menggunakan 2 OPAMP dari pekerja lama: LM324. U1A dikonfigurasikan sebagai pencetus schmitt menggunakan maklum balas positif dan U1B dikonfigurasi sebagai integrator. Kekerapan bentuk gelombang segitiga ditentukan oleh C1, P1 dan R6. Kerana LM324 tidak mampu memberikan arus yang cukup, penambahan yang terdiri daripada Q1 dan Q2 ditambahkan. Penyangga ini memberikan keuntungan semasa yang kita perlukan untuk mengalirkan arus yang cukup ke litar LED. Gelung maklum balas di sekitar U1B diambil dari output buffer, bukan dari output OPAMP. kerana OPAMP tidak suka beban kapasitif (seperti C1). R8 ditambahkan ke output OPAMP untuk alasan kestabilan, kerana pengikut pemancar, seperti yang digunakan dalam penyangga (Q1, Q2) juga dapat menyebabkan ayunan ketika didorong dari output impedansi rendah. Sejauh ini, begitu baik, Gambar osiloskop menunjukkan voltan pada output penyangga yang dibentuk oleh Q1 dan Q2.

Langkah 3: Skema2 - Litar Fader LED Gelung Tertutup

Untuk menyelaraskan kecerahan LED, LDR digunakan sebagai elemen maklum balas dalam susunan gelung tertutup. Oleh kerana rintangan LDR berbanding intensiti cahaya adalah logaritma, adalah calon yang sesuai untuk melakukan pekerjaan itu. Q1 dan Q2 membentuk cermin arus yang mengubah voltan output penjana bentuk gelombang segitiga menjadi arus melalui R1, yang berada di "kaki rujukan "cermin semasa. Arus melalui Q1 dicerminkan ke Q2, jadi arus segitiga yang sama mengalir melalui Q2. D1 ada kerana output penjana bentuk gelombang segitiga tidak berayun sepenuhnya ke nol, kerana saya tidak menggunakan rel ke rel tetapi OPAMP tujuan umum yang mudah diperoleh dalam penjana bentuk gelombang segitiga. LED disambungkan ke Q2, tetapi juga Q3, yang merupakan bahagian dari cermin arus kedua. Q3 dan Q4 membentuk cermin sumber semasa. (Lihat: Cermin semasa) LDR dimasukkan ke dalam "kaki rujukan" cermin sumber semasa ini, jadi rintangan LDR menentukan arus yang dihasilkan oleh cermin ini. Semakin banyak cahaya jatuh pada LDR, semakin rendah rintangannya dan semakin tinggi arus melalui Q4. Arus melalui Q4 dicerminkan ke Q3, yang disambungkan ke Q2. Jadi sekarang kita harus berfikir dalam arus dan bukan dalam voltan lagi. Q2 menenggelamkan arus segitiga I1 dan Q3 sumber I2 semasa, yang secara langsung berkaitan dengan jumlah cahaya yang jatuh pada LDR dan mengikuti lengkung logaritmik. I3 adalah arus melalui LED dan merupakan hasil arus segitiga linier I1 tolak arus LDR logaritmik I2, yang merupakan arus eksponen. Dan itulah yang kita perlukan untuk meluruskan kecerahan LED. Kerana arus eksponen dipacu melalui LED, kecerahan yang dirasakan akan berubah secara linear, yang mempunyai kesan pudar / peredupan yang jauh lebih baik daripada hanya menjalankan arus linier melalui LED. Gambar osiloskop menunjukkan voltan melebihi R6 (= 10E), yang mewakili arus melalui LED.

Langkah 4: Skema3 - Litar Fader LED Loop Terbuka Menggunakan Squarer Semasa

Oleh kerana kombinasi LED / LDR bukan komponen standard, saya mencari cara lain untuk menghasilkan arus eksponensial atau kuasa dua melalui LED dalam konfigurasi gelung terbuka. Hasilnya adalah litar gelung terbuka yang ditunjukkan dalam langkah ini. Q1 dan Q2 membentuk litar kuasa dua arus yang berdasarkan pada cermin tenggelam semasa. R1 menukar voltan keluaran segitiga, yang pertama kali dibahagi menggunakan P1, ke arus, yang mengalir melalui Q1. Tetapi pemancar Q1 tidak disambungkan ke tanah melalui perintang, tetapi melalui 2 dioda. 2 dioda akan memberi kesan kuasa dua pada arus hingga Q1. Arus ini dicerminkan ke Q2, jadi I2 mempunyai keluk kuadrat yang sama. Q3 dan Q4 membentuk sumber tenggelam arus tetap. LED disambungkan ke sumber arus tetap ini tetapi juga ke cermin tenggelam Q1 dan Q2. Oleh itu arus melalui LED adalah hasil arus berterusan I1 tolak arus kuasa dua I2, yang merupakan arus separa eksponensial I3. Arus eksponen melalui LED ini akan menghasilkan pudar linier yang baik dari kecerahan LED yang dirasakan. P1 harus dipangkas sehingga LED hanya padam ketika pudar. Gambar osiloskop menunjukkan voltan melebihi R2 (= 180E), yang mewakili arus I2, yang dikurangkan dari arus berterusan I1.

Langkah 5: Skema4 - Alternator LED Fader dengan Menggabungkan Kedua Litar

Kerana arus LED di litar gelung terbuka terbalik jika dibandingkan dengan arus LED di litar gelung tertutup, kita dapat menggabungkan kedua-dua litar untuk membuat fader LED bergantian di mana satu LED memudar sementara yang lain pudar dan sebaliknya.

Langkah 6: Bina Litar

• Saya hanya membina litar di papan roti, jadi saya tidak mempunyai susun atur PCB untuk litar
• Gunakan LED kecekapan tinggi kerana ini mempunyai intensiti yang jauh lebih tinggi pada arus yang sama daripada LED lama
• Untuk membuat kombinasi LDR / LED, pasangkan LDR (lihat gambar) dan LED secara berhadapan ke dalam tiub yang menyusut (lihat gambar).
• Litar ini dirancang untuk voltan bekalan dari + 9V hingga + 12V.