Diskrete afwisselende analoge LED -fader met lineêre helderheidskurwe: 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Die meeste stroombane om 'n LED te vervaag/te verdof, is digitale stroombane wat 'n PWM -uitset van 'n mikrobeheerder gebruik. Die helderheid van die LED word beheer deur die werksiklus van die PWM -sein te verander. U ontdek gou dat die LED -helderheid nie lineêr verander as die dienssiklus lineêr verander word nie. Die helderheid volg 'n logaritmiese kromme, wat beteken dat die intensiteit vinnig verander wanneer die dienssiklus van 0 na 70% verhoog word, en baie stadig verander as die dienssiklus verhoog word, sê 70% tot 100%. Presies dieselfde effek is ook sigbaar wanneer 'n konstante stroombron gebruik word en die huidige lineêre fe verhoog word deur 'n kondensator met 'n konstante stroom te laai.

In hierdie instruksies sal ek probeer om u te wys hoe u 'n analoog LED -fader kan maak met 'n helderheidsverandering wat blykbaar lineêr is vir die menslike oog. Dit lei tot 'n mooi lineêre vervaag -effek.

Stap 1: Teorie agter die kring

In die figuur kan u sien dat die helderheidswaarneming van 'n LED 'n logaritmiese kromme het as gevolg van die Weber-Fechner-wet, wat sê dat die menslike oog, net soos die ander sintuie, 'n logaritmiese kromme het. As die LED net begin "gelei", neem die waargeneemde helderheid vinnig toe met toenemende stroom. Maar sodra 'geleid' word, neem die waargenome helderheid stadig toe met toenemende stroom, dus moet ons 'n eksponensiële veranderende stroom (sien prent) deur die LED stuur sodat die menslike oog (met 'n logaritmiese waarneming) die helderheidsverandering as lineêr kan sien.

Daar is 2 maniere om dit te doen:

• Geslote lus benadering
• Oop lus benadering

Geslote lus benadering:

As u die spesifikasies van LDR (kadmiumsulfied) selle van nader bekyk, sal u sien dat die LDR -weerstand op 'n logaritmiese skaal as 'n reguit lyn geteken word. Dus verander die LDR -weerstand logaritmies met ligintensiteit, en die logaritmiese weerstandskurwe van 'n LDR lyk ook baie ooreenstem met die persepsie van die logaritmiese helderheid van die menslike oog. Daarom is die LDR 'n perfekte kandidaat om die helderheidswaarneming van 'n LED te lineariseer, dus as ons 'n LDR gebruik om te kompenseer vir die logaritmiese waarneming, sal die menslike oog tevrede wees met die mooi lineêre helderheidsvariasie. In die geslote lus gebruik ons 'n LDR om terugvoer te gee en die LED -helderheid te beheer, sodat dit die LDR -kromme volg. Op hierdie manier kry ons 'n eksponensiële veranderende helderheid wat lineêr met die menslike oog blyk te wees.

Oop lus benadering:

As ons nie 'n LDR wil gebruik nie en 'n lineêre helderheidsverandering vir die fader wil hê, moet ons die stroom deur die LED eksponensiaal maak om te vergoed vir die logaritmiese helderheidswaarneming van die menslike oog. Ons benodig dus 'n stroombaan wat 'n eksponensiële veranderende stroom genereer. Dit kan met OPAMP's gedoen word, maar ek het 'n eenvoudiger stroombaan ontdek wat 'n aangepaste stroomspieël gebruik, ook 'huidige kwadraat' genoem, omdat die opwekkingstroom 'n vierkantige kromme volg (semi-eksponensiaal). In hierdie instruksies kombineer ons beide die geslote lus en die oop lus -benadering om 'n afwisselende LED te kry. Dit beteken dat die een LED in en uit vervaag, terwyl die ander LED in en uit vervaag met die teenoorgestelde vervaagkurwe.

Stap 2: Skematiese1 - Driehoekige golfvormopwekker

Vir ons LED fader benodig ons 'n spanningsbron wat 'n lineêre toenemende en dalende spanning genereer. Ons wil ook die fade -in en fade -periode individueel kan verander. Vir hierdie doel gebruik ons 'n simmetriese driehoekige golfvormgenerator wat gebou is met 2 OPAMP's van 'n ou werkpaard: LM324. U1A is opgestel as 'n schmitt -sneller met behulp van positiewe terugvoer en U1B is opgestel as 'n integrator. Die frekwensie van die driehoekige golfvorm word bepaal deur C1, P1 en R6 Omdat die LM324 nie genoeg stroom kan lewer nie, word 'n buffer wat bestaan uit Q1 en Q2 bygevoeg. Hierdie buffer bied die huidige versterking wat ons nodig het om genoeg stroom in die LED -stroombaan in te voer. Die terugvoerlus rondom U1B word geneem uit die uitset van die buffer, in plaas van die uitvoer van die OPAMP. omdat OPAMP's nie van kapasitiewe ladings hou nie (soos C1). R8 word om stabiliteitsredes by die uitvoer van die OPAMP gevoeg, omdat emitter -volgelinge, soos gebruik in die buffer (Q1, Q2), ook ossillasies kan veroorsaak as hulle aangedryf word deur 'n lae impedansie -uitset. Tot dusver so goed die spanning by die uitset van die buffer gevorm deur Q1 en Q2.

Stap 3: Schematic2 - Closed Loop LED Fader Circuit

Om die helderheid van 'n LED te lineariseer, word 'n LDR gebruik as 'n terugvoerelement in 'n geslote lusreëling. Omdat die LDR -weerstand versus ligintensiteit logaritmies is, is dit 'n geskikte kandidaat om die taak te verrig. Q1 en Q2 vorm 'n stroomspieël wat die uitgangsspanning van die driehoekige golfvormgenerator omskakel in 'n stroom via R1, wat in die "verwysingsbeen is "van die huidige spieël. Die stroom deur Q1 word na Q2 gespieël, sodat dieselfde driehoekige stroom deur Q2 vloei. D1 is daar omdat die uitset van die driehoekige golfvormgenerator nie heeltemal na nul swaai nie, want ek gebruik nie 'n spoor-tot-spoor nie, maar 'n maklik verkrygbare OPAMP vir algemene doeleindes in die driehoekige golfvormgenerator. Die LED is gekoppel aan Q2, maar ook die Q3, wat deel uitmaak van 'n tweede stroomspieël. Q3 en Q4 vorm 'n stroomspieël. (Sien: Huidige spieëls) Die LDR word in die 'verwysingsbeen' van die huidige spieël geplaas, dus bepaal die weerstand van die LDR die stroom wat deur hierdie spieël gegenereer word. Hoe meer lig op die LDR val, hoe laer is die weerstand en hoe hoër sal die stroom deur Q4 wees. Die stroom deur Q4 word weerspieël na Q3, wat aan Q2 gekoppel is. Dus moet ons nou in strome dink en nie meer in spannings nie. Q2 sink 'n driehoekige stroom I1 en Q3 'n stroom I2, wat direk verband hou met die hoeveelheid lig wat op die LDR val en 'n logaritmiese kromme volg. I3 is die stroom deur die LED en is die gevolg van die lineêre driehoekige stroom I1 minus die logaritmiese LDR -stroom I2, wat 'n eksponensiële stroom is. En dit is presies wat ons nodig het om die helderheid van 'n LED te lineariseer. Omdat 'n eksponensiële stroom deur die LED aangedryf word, sal die waargenome helderheid lineêr verander, wat 'n baie beter vervaag/verdof effek het as om net 'n lineêre stroom deur die LED te laat loop. Die ossilloskoopbeeld toon die spanning oor R6 (= 10E), wat die stroom deur die LED verteenwoordig.

Stap 4: Schematic3 - Open Loop LED Fader Circuit met huidige kwadraat

Omdat LED/LDR -kombinasies nie standaardkomponente is nie, het ek na ander maniere gesoek om 'n eksponensiële of kwadraatstroom deur 'n LED in 'n oop luskonfigurasie te genereer. Die resultaat is die oop lus kring wat in hierdie stap getoon word. Q1 en Q2 vorm 'n stroom kwadraat stroombaan wat gebaseer is op 'n stroom sinkende spieël. R1 skakel die driehoekige uitgangsspanning, wat eers met P1 gedeel word, om in 'n stroom wat deur Q1 vloei. Maar die emitter van Q1 is nie via 'n weerstand aan die aarde gekoppel nie, maar via 2 diodes. Die 2 diodes sal 'n kwadraateffek hê op die stroom deur middel van Q1. Hierdie stroom word na Q2 gespieël, sodat I2 dieselfde kwadraatkromme het. Q3 en Q4 vorm 'n konstante stroom sinkende bron. Die LED is gekoppel aan hierdie konstante stroombron, maar ook aan die huidige sinkende spieël Q1 en Q2. Die stroom deur die LED is dus die gevolg van die konstante stroom I1 minus die kwadraatstroom I2, wat 'n semi-eksponensiële stroom I3 is. Hierdie eksponensiële stroom deur die LED sal lei tot 'n mooi lineêre vervaag van die waargenome helderheid van die LED. P1 moet afgewerk word sodat die LED net gaan uit as dit verdof. Die ossilloskoopbeeld toon die spanning oor R2 (= 180E), wat die stroom I2 verteenwoordig, wat afgetrek word van die konstante stroom I1.

Stap 5: Schematic4 - Afwisselende LED Fader deur beide kringe te kombineer

Omdat die LED -stroom in die oopluskring omgekeerd is in vergelyking met die LED -stroom in geslote kring, kan ons albei stroombane kombineer om 'n afwisselende LED -fader te skep waarin die een LED vervaag terwyl die ander vervaag en omgekeerd.

Stap 6: Bou die stroombaan

• Ek bou die kring net op 'n broodbord, so ek het nie 'n PCB -uitleg vir die kring nie
• Gebruik LED's met 'n hoë doeltreffendheid, want dit het 'n baie hoër intensiteit by dieselfde stroom as die ouer LED's
• Om die LDR/LED -kombinasie te maak, plaas die LDR (sien prentjie) en LED van aangesig tot aangesig in 'n krimpende buis (sien prentjie).
• Die stroombaan is ontwerp vir voedingsspanning van +9V tot +12V.