Diskret vekslende analog LED Fader med lineær lysstyrke kurve: 6 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

De fleste kredsløb til at falme/dæmpe en LED er digitale kredsløb ved hjælp af en PWM -udgang fra en mikrokontroller. Lysstyrken på LED'en styres ved at ændre PWM -signalets driftscyklus. Snart opdager du, at ved lineær ændring af driftscyklussen ændres LED -lysstyrken ikke lineært. Lysstyrken følger en logaritmisk kurve, hvilket betyder, at intensiteten ændrer sig hurtigt, når arbejdscyklussen øges fra 0 til lad sige 70% og ændres meget langsomt, når arbejdscyklussen øges fra, siger 70% til 100%. Den samme effekt er også synlig ved brug af en konstant strømkilde og forøgelse af den nuværende lineære fe ved at oplade en kondensator med en konstant strøm.

I denne instruktive vil jeg prøve at vise dig, hvordan du kan lave en analog LED fader, der har en lysstyrkeændring, der ser ud til at være lineær for det menneskelige øje. Dette resulterer i en flot lineær fading -effekt.

Trin 1: Teori bag kredsløbet

I figuren kan du se, at lysstyrkeopfattelsen af en LED har en logaritmisk kurve på grund af Weber-Fechner-loven, der siger, at det menneskelige øje, ligesom de andre sanser, har en logaritmisk kurve. Når LED'en lige begynder at "lede", øges den opfattede lysstyrke hurtigt med stigende strøm. Men når den er "ledende", stiger den opfattede lysstyrke langsomt med stigende strøm. Så vi er nødt til at sende en eksponentiel skiftende strøm (se billede) gennem LED'en, så det menneskelige øje (med en logaritmisk opfattelse) opfatter lysstyrkeændringen som værende lineær.

Der er 2 måder at gøre dette på:

• Lukket sløjfe tilgang
• Open loop tilgang

Lukket sløjfe tilgang:

Når du ser nærmere på LDR (cadmiumsulfid) cellespecifikationer, vil du se, at LDR -modstanden tegnes som en lige linje på en logaritmisk skala. Så LDR -modstanden ændrer logaritmisk med lysintensitet. Desuden synes den logaritmiske modstandskurve for en LDR at matche den logaritmiske lysstyrkeopfattelse af det menneskelige øje temmelig tæt. Derfor er LDR en perfekt kandidat til at linearisere lysstyrkeopfattelsen af en LED. Så når man bruger en LDR til at kompensere for den logaritmiske opfattelse, vil det menneskelige øje blive glad for den flotte lineære lysstyrkevariation. I den lukkede sløjfe bruger vi en LDR til feedback og styring af LED -lysstyrken, så den følger LDR -kurven. På denne måde får vi en eksponentiel skiftende lysstyrke, der ser ud til at være lineær for det menneskelige øje.

Open loop tilgang:

Når vi ikke ønsker at bruge en LDR og ønsker at få en lineær lysstyrkeændring for fader, skal vi gøre strømmen gennem LED eksponentiel for at kompensere for den logaritmiske lysstyrkeopfattelse af det menneskelige øje. Så vi har brug for et kredsløb, der genererer en eksponentiel skiftende strøm. Dette kan gøres med OPAMP'er, men jeg opdagede et enklere kredsløb, der bruger et tilpasset strømspejl, også kaldet en "nuværende kvadrerer", fordi generatorstrømmen følger en kvadratisk kurve (semi-eksponentiel). I denne instruktive kombinerer vi både lukket sløjfe og åben sløjfe tilgang til at få en skiftevis falmende LED. hvilket betyder, at den ene LED falmer ind og ud, mens den anden LED falder ind og ud med modsat fadingkurve.

Trin 2: Schematic1 - trekantet bølgeformgenerator

Til vores LED fader har vi brug for en spændingskilde, der genererer en lineær stigende og faldende spænding. Vi ønsker også at være i stand til at ændre fade in og fade out -perioden individuelt. Til dette formål bruger vi en symmetrisk trekantet bølgeformgenerator, der er konstrueret ved hjælp af 2 OPAMP'er på en gammel arbejdshest: LM324. U1A er konfigureret som en schmitt -trigger ved hjælp af positiv feedback og U1B er konfigureret som en integrator. Frekvensen af den trekantede bølgeform bestemmes af C1, P1 og R6. Fordi LM324 ikke er i stand til at levere nok strøm, tilføjes en buffer bestående af Q1 og Q2. Denne buffer giver den aktuelle forstærkning, som vi har brug for til at drive nok strøm ind i LED -kredsløbet. Feedback -sløjfen omkring U1B tages fra bufferens output, i stedet fra output fra OPAMP. fordi OPAMP'er ikke kan lide kapacitive belastninger (f.eks. C1). R8 tilføjes til OPAMP's output af stabilitetsmæssige årsager, fordi emitter -følgere, som f.eks. Bruges i bufferen (Q1, Q2), også kan forårsage svingninger, når de drives fra en lav impedansudgang. Så langt, så godt, viser oscilloskopbilledet spændingen ved udgangen af bufferen dannet af Q1 og Q2.

Trin 3: Schematic2 - Closed Loop LED Fader Circuit

For at linearisere lysstyrken på en LED bruges en LDR som et feedback -element i et lukket kredsløbsarrangement. Fordi LDR -modstand kontra lysintensitet er logaritmisk, er det en egnet kandidat til at udføre jobbet. Q1 og Q2 danner et strømspejl, der konverterer den udgangsspænding fra den trekantede bølgeformgenerator til en strøm via R1, som er i "referencebenet "af det nuværende spejl. Strømmen gennem Q1 spejles til Q2, så den samme trekantede strøm strømmer gennem Q2. D1 er der, fordi output fra den trekantede bølgeformgenerator ikke fuldstændigt svinger til nul, fordi jeg ikke bruger en skinne-til-skinne, men en let tilgængeligt generelt OPAMP i den trekantede bølgeformgenerator. LED'en er forbundet til Q2, men også Q3, der er en del af et andet strømspejl. Q3 og Q4 danner et strømspejl. (Se: Aktuelle spejle) LDR sættes i "referencebenet" i dette nuværende sourcing spejl, så modstanden for LDR bestemmer den strøm, der genereres af dette spejl. Jo mere lys der falder på LDR, jo lavere er modstanden og jo højere vil strømmen gennem Q4 være. Strømmen gennem Q4 spejles til Q3, som er forbundet til Q2. Så nu er vi nødt til at tænke i strømme og ikke i spændinger længere. Q2 synker en trekantet strøm I1 og Q3 kilder en strøm I2, der er direkte relateret til mængden af lys, der falder på LDR og følger en logaritmisk kurve. I3 er strømmen gennem LED'en og er resultatet af den lineære trekantede strøm I1 minus den logaritmiske LDR -strøm I2, som er en eksponentiel strøm. Og det er præcis det, vi har brug for for at linearisere lysstyrken på en LED. Fordi en eksponentiel strøm drives gennem LED'en, ændres den opfattede lysstyrke lineært, hvilket har en meget bedre fading/dæmpningseffekt end bare at køre en lineær strøm gennem LED'en. Oscilloskopbilledet viser spændingen over R6 (= 10E), der repræsenterer strømmen gennem LED'en.

Trin 4: Schematic3 - Open Loop LED Fader Circuit ved hjælp af Current Squarer

Fordi LED/LDR -kombinationer ikke er standardkomponenter, søgte jeg efter andre måder at generere en eksponentiel eller kvadratisk strøm gennem en LED i en open loop -konfiguration. Resultatet er det åbne kredsløb, der er vist i dette trin. Q1 og Q2 danner et strømkvadratkredsløb, der er baseret på et nuværende synkende spejl. R1 konverterer den trekantede udgangsspænding, som først deles ved hjælp af P1, til en strøm, der strømmer gennem Q1. Men emitteren af Q1 er ikke forbundet til jorden via en modstand, men via 2 dioder. De 2 dioder vil have en kvadratiserende effekt på strømmen gennem Q1. Denne strøm afspejles til Q2, så I2 har den samme kvadreringskurve. Q3 og Q4 danner en konstant synkende kilde. Lysdioden er forbundet til denne konstante strømkilde, men også til det nuværende synkende spejl Q1 og Q2. Så strømmen gennem LED'en er resultatet af den konstante strøm I1 minus kvadratiske strøm I2, som er en semi-eksponentiel strøm I3. Denne eksponentielle strøm gennem LED'en vil resultere i en flot lineær fading af den opfattede lysstyrke af LED'en. P1 skal trimmes, så LED'en bare slukker, når den falmer ud. Oscilloskopbilledet viser spændingen over R2 (= 180E), der repræsenterer strømmen I2, som trækkes fra den konstante strøm I1.

Trin 5: Schematic4 - Alternerende LED Fader ved at kombinere begge kredsløb

Fordi LED -strømmen i det åbne kredsløb er inverteret i forhold til LED -strømmen i lukkede kredsløb, kan vi kombinere begge kredsløb for at skabe en vekslende LED -fader, hvor den ene LED falmer ind, mens den anden falmer ud og omvendt.

Trin 6: Byg kredsløbet

• Jeg bygger kun kredsløbet på et brødbræt, så jeg har ikke et PCB -layout til kredsløbet
• Brug LED'er med høj effektivitet, fordi disse har en meget højere intensitet ved samme strøm end de ældre LED'er
• For at lave LDR/LED -kombinationen skal du sætte LDR (se billede) og LED ansigt til ansigt i et krympende rør (se billede).
• Kredsløbet er designet til forsyningsspænding fra +9V til +12V.