Fader LED آنالوگ متناوب گسسته با منحنی روشنایی خطی: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

بیشتر مدارهای محو کردن/کم نور شدن LED مدارهای دیجیتالی هستند که از خروجی PWM یک میکروکنترلر استفاده می کنند. روشنایی LED با تغییر چرخه کار سیگنال PWM کنترل می شود. به زودی متوجه می شوید که هنگام تغییر خطی چرخه کار ، روشنایی LED تغییر خطی نمی کند. روشنایی از یک منحنی لگاریتمی پیروی می کند ، به این معنی که هنگام افزایش چرخه وظیفه از 0 به 70 درصد ، شدت به سرعت تغییر می کند و هنگام افزایش چرخه کار از 70 به 100 درصد بسیار کند تغییر می کند. هنگام استفاده از منبع جریان ثابت و افزایش fe خطی فعلی قابل مشاهده است با شارژ خازن با جریان ثابت

در این دستورالعمل سعی می کنم به شما نشان دهم که چگونه می توانید یک فیدر LED آنالوگ ایجاد کنید که دارای تغییر روشنایی است و به نظر خط چشم انسان می آید. این منجر به یک اثر محو شدن خطی خوب می شود.

مرحله 1: نظریه پشت مدار

در شکل ، می بینید که روشنایی یک LED دارای منحنی لگاریتمی به دلیل قانون وبر-فشنر است و می گوید چشم انسان ، درست مانند سایر حواس ، دارای منحنی لگاریتمی است. هنگامی که LED تازه شروع به "هدایت" می کند ، روشنایی درک شده با افزایش جریان به سرعت افزایش می یابد. اما هنگامی که "هدایت" می شود ، روشنایی درک شده با افزایش جریان آهسته افزایش می یابد. بنابراین ما باید یک جریان تغییر نمایی (تصویر را ببینید) از طریق LED ارسال کنیم تا چشم انسان (با درک لگاریتمی) تغییر روشنایی را خطی درک کند.

برای این کار 2 راه وجود دارد:

• روش حلقه بسته
• روش حلقه باز

روش حلقه بسته:

هنگام نگاه دقیق به مشخصات سلول LDR (سولفید کادمیوم) ، خواهید دید که مقاومت LDR به صورت یک خط مستقیم در مقیاس لگاریتمی ترسیم شده است. بنابراین مقاومت LDR لگاریتمی با شدت نور تغییر می کند. علاوه بر این ، به نظر می رسد منحنی مقاومت لگاریتمی LDR با درک روشنایی لگاریتمی چشم انسان بسیار نزدیک است. به همین دلیل است که LDR کاندید مناسبی برای خطی سازی درک روشنایی LED است. بنابراین هنگام استفاده از LDR برای جبران درک لگاریتمی ، چشم انسان از تنوع روشنایی خطی خوب راضی می شود. در حلقه بسته ، ما از یک LDR برای بازخورد و کنترل روشنایی LED ، بنابراین از منحنی LDR پیروی می کند. به این ترتیب روشنایی نمایی در حال تغییر را به دست می آوریم که به نظر خط چشم چشم انسان می رسد.

روش حلقه باز:

هنگامی که ما نمی خواهیم از LDR استفاده کنیم و می خواهیم تغییر روشنایی خطی را برای محو کننده ایجاد کنیم ، باید جریان را از طریق LED به صورت نمایی ایجاد کنیم تا درک روشنایی لگاریتمی چشم انسان را جبران کند. بنابراین ما به مداری نیاز داریم که یک جریان در حال تغییر نمایی ایجاد کند. این را می توان با OPAMP انجام داد ، اما من مدار ساده تری را کشف کردم که از آینه جریان سازگار استفاده می کرد ، همچنین "مربع جریان" نامیده می شود زیرا جریان تولید از یک منحنی مربع (نیمه نمایی) پیروی می کند. در این دستورالعمل ، ما هر دو را ترکیب می کنیم حلقه بسته و روش حلقه باز برای بدست آوردن یک LED محو کننده متناوب. به این معنی که یک LED در داخل و خارج محو می شود در حالی که LED دیگر در داخل و خارج با منحنی محو شدن مخالف محو می شود.

مرحله 2: شماتیک 1 - ژنراتور شکل موج مثلثی

برای فیدر LED ما ، ما به یک منبع ولتاژ نیاز داریم که یک ولتاژ افزایش و کاهش خطی ایجاد کند. ما همچنین می خواهیم قادر به تغییر دوره محو شدن و محو شدن به صورت جداگانه باشیم. برای این منظور ما از یک ژنراتور شکل موج مثلثی متقارن استفاده می کنیم که با استفاده از 2 OPAMP از یک اسب کار قدیمی ساخته شده است: LM324. و U1B به عنوان یکپارچه کننده پیکربندی شده است. فرکانس شکل موج مثلثی توسط C1 ، P1 و R6 تعیین می شود. از آنجا که LM324 قادر به ارائه جریان کافی نیست ، یک بافر متشکل از Q1 و Q2 اضافه می شود. این بافر افزایش جریان مورد نیاز ما را برای عبور جریان کافی به مدار LED فراهم می کند. حلقه بازخورد در اطراف U1B از خروجی بافر و در عوض از خروجی OPAMP گرفته می شود. زیرا OPAMP ها بارهای خازنی (مانند C1) را دوست ندارند. R8 به دلایل پایداری به خروجی OPAMP اضافه می شود ، زیرا دنبال کننده های امیتر ، مانند مورد استفاده در بافر (Q1 ، Q2) نیز می توانند هنگام خروج از امپدانس کم باعث ایجاد نوسان شوند. تا کنون ، بسیار خوب ، تصویر اسیلوسکوپ نشان می دهد ولتاژ خروجی بافر توسط Q1 و Q2 تشکیل شده است.

مرحله 3: Schematic2 - مدار بسته Fader حلقه بسته

برای خطی سازی روشنایی LED ، از LDR به عنوان عنصر بازخورد در آرایش حلقه بسته استفاده می شود. از آنجا که مقاومت LDR در برابر شدت نور لگاریتمی است ، نامزد مناسبی برای انجام این کار است. Q1 و Q2 یک آینه فعلی را تشکیل می دهند که ولتاژ خروجی مولد شکل موج مثلثی را از طریق R1 به جریان تبدیل می کند ، که در "پایه مرجع" قرار دارد. "از آینه فعلی جریان از طریق Q1 به Q2 منعکس می شود ، بنابراین همان جریان مثلثی از طریق Q2 جریان می یابد. D1 به این دلیل است که خروجی ژنراتور شکل موج مثلثی به طور کامل به صفر نمی رسد ، زیرا من از ریل به ریل استفاده نمی کنم بلکه OPAMP همه منظوره را می توان در ژنراتور شکل موج مثلثی به دست آورد. LED به Q2 و همچنین Q3 متصل است که بخشی از آینه جریان دوم است. Q3 و Q4 یک آینه منبع فعلی را تشکیل می دهند. (نگاه کنید به: آینه های کنونی) LDR در "پای مرجع" این آینه منبع فعلی قرار می گیرد ، بنابراین مقاومت LDR تعیین کننده جریان تولید شده توسط این آینه است. هرچه نور بیشتری روی LDR بیفتد ، مقاومت آن کمتر است و جریان Q4 بیشتر خواهد بود. جریان Q4 به Q3 منعکس شده است که به Q2 متصل است. بنابراین اکنون ما باید در جریانها فکر کنیم و دیگر نه در ولتاژها. Q2 یک جریان مثلثی I1 و Q3 را منبع جریان I2 می کند ، که مستقیماً به میزان نوری که بر LDR می افتد و منحنی لگاریتمی را دنبال می کند ، ارتباط دارد. I3 جریان LED است و نتیجه جریان مثلثی خطی I1 منهای جریان LDR لگاریتمی I2 است که یک جریان نمایی است. و این دقیقاً همان چیزی است که ما برای خطی سازی روشنایی LED به آن نیاز داریم. از آنجا که یک جریان نمایی از طریق LED هدایت می شود ، روشنایی درک شده به صورت خطی تغییر می کند ، که از بین رفتن/کاهش نور بسیار بهتر از اجرای یک جریان خطی از طریق LED است. تصویر اسیلوسکوپ ولتاژ بیش از R6 را نشان می دهد (= 10E) ، که نشان دهنده جریان از طریق LED است.

مرحله 4: Schematic3 - باز کردن مدار LED Fader Loop با استفاده از Squarer فعلی

از آنجا که ترکیب LED/LDR اجزای استاندارد نیستند ، من راههای دیگری را برای ایجاد جریان نمایی یا مربعی از طریق LED در پیکربندی حلقه باز جستجو کردم. نتیجه یک مدار حلقه باز است که در این مرحله نشان داده شده است. Q1 و Q2 یک مدار مربع جریان را تشکیل می دهند که بر اساس یک آینه غرق کننده فعلی است. R1 ولتاژ خروجی مثلثی را که ابتدا با استفاده از P1 تقسیم می شود ، به جریانی که از Q1 عبور می کند ، تبدیل می کند. اما ساطع کننده Q1 از طریق مقاومت به زمین متصل نمی شود ، بلکه از طریق 2 دیود متصل می شود. 2 دیود بر روی جریان Q1 تأثیر مربعی خواهند داشت. این جریان برابر Q2 است ، بنابراین I2 دارای منحنی مربع یکسان است. Q3 و Q4 یک منبع غرق کننده جریان ثابت را تشکیل می دهند. LED به این منبع جریان ثابت و همچنین به آینه غرق کن Q1 و Q2 متصل است. بنابراین جریان از طریق LED نتیجه جریان ثابت I1 منهای جریان مربع I2 است ، که یک جریان نیمه نمایی I3 است. این جریان نمایی از طریق LED منجر به محو شدن خطی خوبی از روشنایی درک شده LED می شود. P1 باید بریده شود تا LED هنگام خاموش شدن خاموش شود. تصویر اسیلوسکوپ ولتاژ بیش از R2 (= 180E) را نشان می دهد ، که نشان دهنده جریان I2 است ، که از جریان ثابت I1 کم می شود.

مرحله 5: Schematic4 - متناوب LED Fader با ترکیب هر دو مدار

از آنجا که جریان LED در مدار حلقه باز در مقایسه با جریان LED در مدار حلقه وارونه معکوس است ، می توانیم هر دو مدار را با هم ترکیب کنیم تا یک فیدر LED متناوب ایجاد کنیم که در آن یکی LED محو می شود در حالیکه دیگری خاموش می شود و برعکس.

مرحله 6: ساختن مدار

• من فقط مدار را روی یک تخته نان می سازم ، بنابراین طرح PCB برای مدار ندارم
• از LED های با راندمان بالا استفاده کنید زیرا شدت آنها در جریان مشابه از LED های قدیمی بیشتر است
• برای ایجاد ترکیب LDR/LED ، LDR (تصویر را ببینید) و LED را رو در رو در یک لوله کوچک کننده قرار دهید (تصویر را ببینید).
• مدار برای ولتاژ تغذیه از +9V تا +12V طراحی شده است.