Diskretni izmjenični analogni LED fader s linearnom krivuljom svjetline: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Većina krugova za blijeđenje/prigušivanje LED diode su digitalni krugovi koji koriste PWM izlaz mikrokontrolera. Svjetlina LED diode kontrolira se promjenom radnog ciklusa PWM signala. Ubrzo ćete otkriti da se linearno mijenjanje radnog ciklusa svjetlina LED dioda ne mijenja linearno. Svjetlina slijedi logaritamsku krivulju, što znači da se intenzitet brzo mijenja pri povećanju radnog ciklusa od 0 do recimo 70% i mijenja se vrlo sporo pri povećanju radnog ciklusa sa recimo 70% do 100%. Potpuno isti učinak je također vidljivo pri korištenju izvora konstantne struje i povećanju linearne struje fe punjenjem kondenzatora konstantnom strujom.

U ovom uputstvu pokušat ću vam pokazati kako možete napraviti analogni LED fader s promjenom svjetline koja izgleda linearno prema ljudskom oku. To rezultira lijepim učinkom linearnog blijeđenja.

Korak 1: Teorija iza kruga

Na slici možete vidjeti da percepcija svjetline LED ima logaritamsku krivulju zbog Weber-Fechnerova zakona, govoreći da ljudsko oko, baš kao i druga osjetila, ima logaritamsku krivulju. Kad LED tek počne "provoditi", percipirana svjetlina se brzo povećava s povećanjem struje. No kad jednom "provede", percipirana svjetlina polako se povećava s povećanjem struje. Dakle, moramo poslati eksponencijalnu promjenu struje (vidi sliku) kroz LED tako da ljudsko oko (s logaritamskom percepcijom) percipira promjenu svjetline kao linearnu.

Postoje 2 načina za to:

• Pristup zatvorene petlje
• Pristup s otvorenom petljom

Pristup zatvorene petlje:

Kad pomno pogledate specifikacije ćelija LDR (kadmij sulfid), vidjet ćete da je otpor LDR nacrtan kao ravna linija na logaritamskoj ljestvici. Tako se otpor LDR mijenja logaritamski s intenzitetom svjetlosti. Nadalje, čini se da se krivulja logaritamskog otpora LDR -a prilično približava percepciji logaritamske svjetline ljudskog oka. Zato je LDR savršen kandidat za linearizaciju percepcije svjetline LED -a. Dakle, kada se koristi LDR za kompenzaciju logaritamske percepcije, ljudsko oko bit će zadovoljno lijepom linearnom varijacijom svjetline. U zatvorenoj petlji koristimo LDR za povratnu informaciju i kontrolu svjetline LED -a, pa slijedi krivulju LDR -a. Na ovaj način dobivamo eksponencijalnu promjenu svjetline koja se čini linearnom prema ljudskom oku.

Pristup otvorenom petljom:

Kada ne želimo koristiti LDR i želimo dobiti linearnu promjenu svjetline za fader, moramo napraviti struju kroz LED eksponencijalnu kako bismo kompenzirali logaritamsku percepciju svjetline ljudskog oka. Dakle, trebamo krug koji generira eksponencijalnu promjenjivu struju. To se može učiniti s OPAMP-ovima, ali otkrio sam jednostavniji sklop koji koristi prilagođeno zrcalo struje, koje se naziva i "trenutni kvadrat", jer generirajuća struja slijedi kvadratnu krivulju (polueksponencijalnu). U ovoj uputi kombiniramo oboje zatvorena petlja i pristup otvorenoj petlji kako bi se dobila naizmjenična LED koja blijedi. što znači da jedna LED blijedi i gasi dok druga LED blijedi i gasi sa suprotnom krivuljom blijeđenja.

Korak 2: Shema 1 - Generator trokutastog valnog oblika

Za naš LED fader potreban nam je izvor napona koji generira linearno povećanje i smanjenje napona. Također želimo moći pojedinačno mijenjati razdoblje fade in i fade out. U tu svrhu koristimo simetrični generator trokutastih valnih oblika koji je konstruiran pomoću 2 OPAMP -a starog radnog konja: LM324. U1A je konfiguriran kao schmittov okidač koristeći pozitivne povratne informacije a U1B je konfiguriran kao integrator. Učestalost trokutastog valnog oblika određena je pomoću C1, P1 i R6. Budući da LM324 nije sposoban isporučiti dovoljno struje, dodaje se međuspremnik koji se sastoji od Q1 i Q2. Ovaj međuspremnik osigurava trenutni dobitak koji nam je potreban za dovođenje dovoljno struje u LED krug. Povratna sprega oko U1B uzima se s izlaza međuspremnika, umjesto s izlaza OPAMP -a. jer OPAMP -ovi ne vole kapacitivna opterećenja (poput C1). R8 se dodaje na izlaz OPAMP -a iz razloga stabilnosti, jer sljedbenici emitera, poput onih koji se koriste u međuspremniku (Q1, Q2), također mogu uzrokovati oscilacije kada se pokreću s izlaza niske impedancije. Zasad, dobro, slika osciloskopa prikazuje napon na izlazu međuspremnika koji tvore Q1 i Q2.

Korak 3: Shema 2 - Krug LED fejdera sa zatvorenom petljom

Za linearizaciju svjetline LED diode, LDR se koristi kao povratni element u zatvorenoj petlji. Budući da je otpor LDR prema intenzitetu svjetlosti logaritamski, prikladan je kandidat za obavljanje posla. Q1 i Q2 tvore zrcalo struje koje pretvara taj izlazni napon generatora trokutastog valnog oblika u struju preko R1, koja se nalazi u "referentnoj nozi" "trenutnog zrcala. Struja kroz Q1 preslikava se na Q2, pa ista trokutasta struja teče kroz Q2. D1 postoji jer se izlaz generatora trokutastog valnog oblika ne okreće u potpunosti na nulu, jer ne koristim tračnicu-tračnicu nego lako dostupan OPAMP opće namjene u generatoru trokutastih valnih oblika. LED je spojen na Q2, ali i na Q3, koji je dio drugog trenutnog zrcala. Q3 i Q4 tvore zrcalo s izvorima struje. (Vidi: Strujna zrcala) LDR se postavlja u "referentnu nogu" ovog zrcala za izvor struje, pa otpor LDR -a određuje struju koju stvara to zrcalo. Što više svjetla padne na LDR, otpor će mu biti manji i struja kroz Q4 će biti veća. Struja kroz Q4 preslikava se na Q3, koji je spojen na Q2. Dakle, sada moramo razmišljati o strujama, a ne više o naponima. Q2 ponire trokutastu struju I1 i Q3 stvara struju I2, koja je izravno povezana s količinom svjetlosti koja pada na LDR i slijedi logaritamsku krivulju. I3 je struja kroz LED i rezultat je linearne trokutaste struje I1 minus logaritamska LDR struja I2, koja je eksponencijalna struja. A to je upravo ono što nam je potrebno za lineariziranje svjetline LED diode. Budući da se eksponencijalna struja pokreće kroz LED, percipirana svjetlina će se promijeniti na linearni način, što ima puno bolji učinak zatamnjivanja/zatamnjenja nego samo prolazak linearne struje kroz LED. Slika osciloskopa prikazuje napon iznad R6 (= 10E), koja predstavlja struju kroz LED diodu.

Korak 4: Shema 3 - Krug LED fadera s otvorenom petljom pomoću trenutnog kvadrata

Budući da LED/LDR kombinacije nisu standardne komponente, tražio sam druge načine za generiranje eksponencijalne ili kvadratne struje kroz LED u konfiguraciji s otvorenom petljom. Rezultat je krug otvorene petlje prikazan u ovom koraku. Q1 i Q2 tvore strujni krug kvadrata koji se temelji na zrcalu koje tone. R1 pretvara trokutasti izlazni napon, koji se prvo dijeli pomoću P1, u struju, koja teče kroz Q1. No, odašiljač Q1 nije spojen na masu preko otpornika, već putem 2 diode. Dvije diode će imati kvadratni učinak na struju kroz Q1. Ova se struja preslikava na Q2, pa I2 ima istu krivulju kvadrata. Q3 i Q4 tvore stalni izvor tonjenja. LED dioda je spojena na ovaj izvor konstantne struje, ali i na ogledalo Q1 i Q2 koje tone. Dakle, struja kroz LED diodu je rezultat konstantne struje I1 minus kvadratne struje I2, koja je polueksponencijalna struja I3. Ova eksponencijalna struja kroz LED rezultirat će lijepim linearnim blijeđenjem percipirane svjetline LED diode. P1 treba obrezati tako da se LED svjetlo samo gasi kad nestane. Slika osciloskopa prikazuje napon iznad R2 (= 180E), koji predstavlja struju I2, koja se oduzima od konstantne struje I1.

Korak 5: Shema 4 - Naizmjenični LED fader kombiniranjem oba kruga

Budući da je LED struja u krugu otvorene petlje invertirana u usporedbi sa LED strujom u krugu zatvorene petlje, možemo kombinirati oba kruga kako bismo stvorili izmjenični LED fader u kojem jedna LED blijedi, dok druga blijedi i obrnuto.

Korak 6: Izgradite krug

• Ja samo gradim krug na ploči, tako da nemam raspored PCB -a za krug
• Koristite LED diode visoke učinkovitosti jer one imaju mnogo veći intenzitet pri istoj struji od starijih LED dioda
• Da biste napravili kombinaciju LDR/LED, stavite LDR (vidi sliku) i LED licem u lice u cijev koja se smanjuje (vidi sliku).
• Krug je dizajniran za opskrbni napon od +9V do +12V.