Diskretni izmenični analogni LED fader z linearno krivuljo svetlosti: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Večina vezij za zbledelo/zatemnitev LED je digitalnih vezij, ki uporabljajo PWM izhod mikrokrmilnika. Svetlost LED se nadzoruje s spreminjanjem delovnega cikla signala PWM. Kmalu odkrijete, da se pri linearnem spreminjanju delovnega cikla svetlost LED ne spreminja linearno. Svetlost sledi logaritmični krivulji, kar pomeni, da se intenzivnost hitro spreminja pri povečanju obratovalnega cikla od 0 do recimo 70% in se spreminja zelo počasi pri povečanju obratovalnega cikla od recimo 70% do 100%. vidno pri uporabi vira konstantnega toka in povečanju linearnega toka fe s polnjenjem kondenzatorja s konstantnim tokom.

V tem navodilu vam bom poskušal pokazati, kako lahko naredite analogni LED fader s spremembo svetlosti, ki se zdi linearna za človeško oko. To ima za posledico lep učinek linearnega izginjanja.

1. korak: Teorija za vezjem

Na sliki lahko vidite, da ima zaznavanje svetlosti LED logaritmično krivuljo zaradi Weber-Fechnerjevega zakona, ki pravi, da ima človeško oko, tako kot druga čutila, logaritmično krivuljo. Ko LED šele začne "voditi", zaznana svetlost hitro narašča s povečanjem toka. Ko pa "prevedemo", zaznana svetlost počasi narašča s povečevanjem toka. Zato moramo skozi LED poslati eksponentno spreminjajoč se tok (glej sliko), tako da človeško oko (z logaritemsko zaznavo) zazna spremembo svetlosti kot linearno.

To lahko storite na dva načina:

• Pristop z zaprto zanko
• Pristop z odprto zanko

Pristop z zaprto zanko:

Če natančno pogledate specifikacije celic LDR (kadmijev sulfid), boste videli, da je upor LDR narisan kot ravna črta na logaritemski lestvici. Tako se odpornost LDR spreminja logaritemsko z jakostjo svetlobe. Poleg tega se zdi, da se krivulja logaritmične odpornosti LDR zelo blizu ujema z logaritemsko zaznavo svetlosti človeškega očesa. Zato je LDR popoln kandidat za linearizacijo zaznavanja svetlosti LED, zato bo pri uporabi LDR za kompenzacijo logaritmičnega zaznavanja človeško oko veselo lepe linearne variacije svetlosti. LDR za povratno informacijo in nadzor svetlosti LED, zato sledi krivulji LDR. Tako dobimo eksponentno spreminjajočo se svetlost, ki se zdi linearna glede na človeško oko.

Pristop z odprto zanko:

Kadar ne želimo uporabljati LDR in želimo linearno spremeniti svetlost faderja, moramo narediti tok skozi LED eksponentno, da kompenziramo logaritemsko zaznavanje svetlosti človeškega očesa. Zato potrebujemo vezje, ki ustvarja eksponentno spreminjajoč se tok. To je mogoče storiti z OPAMP-i, vendar sem odkril enostavnejše vezje, ki uporablja prilagojeno trenutno ogledalo, imenovano tudi "trenutni kvadrat", ker generirajoči tok sledi kvadratni krivulji (pol-eksponentna). V tem navodilu združujemo obe zaprta zanka in pristop z odprto zanko, da dobimo izmenično bledenje LED. kar pomeni, da ena LED zbledi in izgine, medtem ko druga LED zbledi in izgine z nasprotno krivuljo bledenja.

2. korak: Shema 1 - Generator trikotne valovne oblike

Za naš LED fader potrebujemo vir napetosti, ki ustvarja linearno naraščajočo in padajočo napetost. Prav tako želimo individualno spremeniti obdobje vstopa in izhlapevanja. V ta namen uporabljamo simetrični generator trikotne valovne oblike, ki je izdelan z dvema OPAMP -oma starega delovnega konja: LM324. U1A je konfiguriran kot schmittov sprožilec s pozitivnimi povratnimi informacijami in U1B je konfiguriran kot integrator. Frekvenco trikotne valovne oblike določajo C1, P1 in R6. Ker LM324 ne more oddati dovolj toka, se doda medpomnilnik, sestavljen iz Q1 in Q2. Ta medpomnilnik zagotavlja trenutni dobiček, ki ga potrebujemo, da v LED vezje vnesemo dovolj toka. Povratna zanka okoli U1B se vzame iz izhoda medpomnilnika, namesto iz izhoda OPAMP. ker OPAMP -ji ne marajo kapacitivnih obremenitev (na primer C1). R8 je zaradi stabilnosti dodan izhodu OPAMP -a, ker lahko sledilci oddajnikov, kot je na primer v blažilniku (Q1, Q2), povzročijo tudi nihanja, ko jih poganja nizko impedančni izhod. Zaenkrat tako dobro, slika osciloskopa prikazuje napetost na izhodu medpomnilnika, ki ga tvorita Q1 in Q2.

Korak 3: Shema 2 - vezje LED faderja z zaprto zanko

Za linearnost svetlosti LED se LDR uporablja kot povratni element v zaprti zanki. Ker je odpornost LDR v primerjavi z jakostjo svetlobe logaritmična, je primeren kandidat za opravljanje dela. Q1 in Q2 tvorita trenutno ogledalo, ki to izhodno napetost generatorja trikotne valovne oblike pretvori v tok preko R1, ki je v "referenčni nogi" "trenutnega ogledala. Tok skozi Q1 se zrcali v Q2, zato enak trikotni tok teče skozi Q2. D1 je tam, ker se izhod generatorja trikotne valovne oblike ne obrne v celoti na nič, ker ne uporabljam tirnice do tirnice, ampak enostaven dostop do OPAMP za splošno uporabo v generatorju trikotne valovne oblike. LED je priključena na Q2, pa tudi na Q3, ki je del drugega trenutnega ogledala. Q3 in Q4 tvorita zrcalo za pridobivanje toka. (Glejte: Trenutna ogledala) LDR je postavljen v "referenčno nogo" tega zrcala za pridobivanje toka, zato upor LDR določa tok, ki ga ustvari to ogledalo. Več svetlobe pade na LDR, manjši je njen upor in večji bo tok skozi Q4. Tok skozi Q4 se zrcali na Q3, ki je priključen na Q2. Zdaj moramo razmišljati v tokovih in ne več v napetostih. Q2 potone trikotni tok I1 in Q3 izvira tok I2, ki je neposredno povezan s količino svetlobe, ki pade na LDR in sledi logaritmični krivulji. I3 je tok skozi LED in je rezultat linearnega trikotnega toka I1 minus logaritmični tok LDR I2, ki je eksponentni tok. Ker skozi LED prehaja eksponencialni tok, se bo zaznana svetlost linearno spreminjala, kar ima veliko boljši učinek zatemnitve/zatemnitve kot samo tečenje linearnega toka skozi LED. Slika osciloskopa prikazuje napetost nad R6 (= 10E), ki predstavlja tok skozi LED.

Korak 4: Shema 3 - vezje LED faderja z odprto zanko z uporabo trenutnega kvadrata

Ker kombinacije LED/LDR niso standardne komponente, sem iskal druge načine za ustvarjanje eksponentnega ali kvadraturnega toka skozi LED v konfiguraciji odprte zanke. Rezultat je vezje z odprto zanko, prikazano v tem koraku. Q1 in Q2 tvorita vezje kvadrature toka, ki temelji na zrcalu, ki tone. R1 pretvori trikotno izhodno napetost, ki se najprej deli s P1, v tok, ki teče skozi Q1. Toda oddajnik Q1 ni povezan z ozemljitvijo preko upora, ampak preko 2 diod. 2 diodi bosta imeli kvadratni učinek na tok skozi Q1. Ta tok je zrcaljen na Q2, zato ima I2 enako kvadratno krivuljo. Q3 in Q4 tvorita stalen vir toka. LED je priključena na ta vir stalnega toka, pa tudi na ogledalo Q1 in Q2, ki tone. Tok skozi LED je torej rezultat konstantnega toka I1 minus kvadratnega toka I2, ki je poleksponentni tok I3. Ta eksponentni tok skozi LED bo povzročil lepo linearno izginjanje zaznane svetlosti LED. P1 je treba obrezati, tako da LED ugasne, ko izgine. Slika osciloskopa prikazuje napetost nad R2 (= 180E), ki predstavlja tok I2, ki se odšteje od konstantnega toka I1.

5. korak: Shema 4 - Izmenjujoči LED fader z združevanjem obeh vezij

Ker je tok LED v tokokrogu z odprto zanko obrnjen v primerjavi s tokom LED v zaprtem krogu, lahko oba tokokroga združimo, da ustvarimo izmenični LED bleščico, v kateri ena LED zbledi, druga pa zbledi in obratno.

6. korak: Zgradite vezje

• Vezje gradim samo na plošči, zato nimam postavitve tiskanega vezja za vezje
• Uporabite LED z visokim izkoristkom, ker imajo te pri istem toku veliko večjo intenzivnost kot starejše LED
• Za kombinacijo LDR/LED vstavite LDR (glej sliko) in LED v oči v skrčljivo cevko (glej sliko).
• Vezje je zasnovano za napajalno napetost od +9V do +12V.