Diskrétní střídavý analogový LED fader s lineární křivkou jasu: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Většina obvodů pro vyblednutí/ztlumení LED jsou digitální obvody využívající výstup PWM mikrokontroléru. Jas LED diody je řízen změnou pracovního cyklu signálu PWM. Brzy zjistíte, že při lineární změně pracovního cyklu se jas LED nemění lineárně. Jas bude sledovat logaritmickou křivku, což znamená, že intenzita se rychle mění při zvyšování pracovního cyklu z 0 na řekněme 70% a mění se velmi pomalu při zvyšování pracovního cyklu z dejme tomu ze 70% na 100%. Přesně stejný efekt je také viditelné při použití zdroje konstantního proudu a zvýšení proudu lineární fe nabíjením kondenzátoru konstantním proudem.

V tomto pokynu se vám pokusím ukázat, jak můžete vyrobit analogový LED fader, který má změnu jasu, která se zdá být lineární pro lidské oko. Výsledkem je pěkný lineární efekt slábnutí.

Krok 1: Teorie za obvodem

Na obrázku vidíte, že vnímání jasu LED má podle Weber-Fechnerova zákona logaritmickou křivku, která říká, že lidské oko, stejně jako ostatní smysly, má logaritmickou křivku. Když LED začne „vést“, vnímaný jas se rychle zvyšuje se zvyšujícím se proudem. Jakmile je ale „vodivý“, vnímaný jas se s rostoucím proudem pomalu zvyšuje. Musíme tedy vyslat exponenciální měnící se proud (viz obrázek) přes LED, aby lidské oko (s logaritmickým vnímáním) vnímalo změnu jasu jako lineární.

K tomu slouží 2 způsoby:

• Přístup v uzavřené smyčce
• Přístup s otevřenou smyčkou

Přístup v uzavřené smyčce:

Když se blíže podíváte na specifikace buněk LDR (sulfid kademnatý), uvidíte, že odpor LDR je nakreslen jako přímka v logaritmickém měřítku. Odpor LDR se tedy mění logaritmicky s intenzitou světla. Kromě toho se zdá, že křivka logaritmického odporu LDR docela odpovídá logaritmickému vnímání jasu lidského oka. To je důvod, proč je LDR ideálním kandidátem na linearizaci vnímání jasu LED. Takže při použití LDR ke kompenzaci logaritmického vnímání potěší lidské oko pěkná lineární variace jasu. V uzavřené smyčce používáme LDR pro zpětnou vazbu a ovládání jasu LED, takže sleduje křivku LDR. Tímto způsobem získáme exponenciálně se měnící jas, který se zdá být lineární pro lidské oko.

Přístup s otevřenou smyčkou:

Když nechceme použít LDR a chceme získat lineární změnu jasu pro fader, musíme provést proud přes LED exponenciální, abychom kompenzovali logaritmické vnímání jasu lidského oka. Potřebujeme tedy obvod, který generuje exponenciální měnící se proud. To lze provést pomocí OPAMP, ale objevil jsem jednodušší obvod, který používá přizpůsobené proudové zrcadlo, nazývané také „proudový kvadrátor“, protože generovací proud sleduje čtvercovou křivku (semiexponenciální). V tomto instruktáži kombinujeme oba uzavřená smyčka a přístup s otevřenou smyčkou k získání střídavé blednoucí LED. což znamená, že jedna LED bledne a zhasne, zatímco druhá LED zhasne a zhasne s opačnou křivkou slábnutí.

Krok 2: Schematic1 - generátor trojúhelníkových průběhů

Pro náš LED fader potřebujeme zdroj napětí, který generuje lineární rostoucí a klesající napětí. Chceme také mít možnost individuálně měnit dobu prolínání a zeslabování. K tomuto účelu používáme symetrický trojúhelníkový generátor křivek, který je konstruován pomocí 2 OPAMPů starého pracovního koně: LM324. U1A je nakonfigurován jako spouště Schmitt pomocí pozitivní zpětné vazby a U1B je nakonfigurován jako integrátor. Frekvence trojúhelníkového průběhu je určena C1, P1 a R6. Protože LM324 není schopen dodávat dostatečný proud, je přidán buffer skládající se z Q1 a Q2. Tato vyrovnávací paměť poskytuje proudový zisk, který potřebujeme k pohonu dostatečného proudu do obvodu LED. Zpětnovazební smyčka kolem U1B je převzata z výstupu vyrovnávací paměti, namísto z výstupu OPAMP. protože OPAMP nemají rádi kapacitní zátěže (například C1). Z důvodu stability je na výstup OPAMP přidán R8, protože sledovače emitorů, jako jsou použity ve vyrovnávací paměti (Q1, Q2), mohou také způsobovat oscilace při pohonu z výstupu s nízkou impedancí. Zatím je to tak dobré, obrázek osciloskopu ukazuje napětí na výstupu vyrovnávací paměti tvořené Q1 a Q2.

Krok 3: Schematic2 - obvod faderu LED s uzavřenou smyčkou

K linearizaci jasu LED se používá LDR jako prvek zpětné vazby v uspořádání s uzavřenou smyčkou. Protože odpor LDR proti intenzitě světla je logaritmický, je to vhodný kandidát pro tuto práci. Q1 a Q2 tvoří proudové zrcadlo, které převádí toto výstupní napětí generátoru trojúhelníkového průběhu na proud přes R1, který je v „referenční noze““aktuálního zrcadla. Proud přes Q1 je zrcadlen na Q2, takže stejný trojúhelníkový proud protéká Q2. D1 je tam, protože výstup generátoru trojúhelníkového průběhu se úplně neotočí na nulu, protože nepoužívám rail-to-rail, ale snadno dostupný univerzální OPAMP v generátoru trojúhelníkového průběhu. LED je připojena k Q2, ale také k Q3, která je součástí druhého proudového zrcadla. Q3 a Q4 tvoří zrcadlo získávající proud. (Viz: Aktuální zrcadla) LDR je vložen do „referenční nohy“tohoto zrcadla získávání proudu, takže odpor LDR určuje proud generovaný tímto zrcadlem. Čím více světla dopadá na LDR, tím nižší je jeho odpor a tím vyšší bude proud přes Q4. Proud přes Q4 je zrcadlen do Q3, který je připojen k Q2. Takže teď musíme myslet na proudy a už ne na napětí. Q2 potopí trojúhelníkový proud I1 a Q3 zdroj proudu I2, který je přímo úměrný množství světla, které dopadá na LDR a sleduje logaritmickou křivku. I3 je proud LED a je výsledkem lineárního trojúhelníkového proudu I1 minus logaritmický proud LDR I2, což je exponenciální proud. A to je přesně to, co potřebujeme k linearizaci jasu LED. Protože je LED diodou veden exponenciální proud, vnímaný jas se bude měnit lineárním způsobem, což má mnohem lepší efekt slábnutí/stmívání než pouhé procházení lineárního proudu LED. Obrázek osciloskopu ukazuje napětí přes R6 (= 10E), což představuje proud přes LED.

Krok 4: Schematic3 - Obvod faderu LED s otevřenou smyčkou pomocí Current Squarer

Protože kombinace LED/LDR nejsou standardní součásti, hledal jsem jiné způsoby, jak genealogicky exponovat exponenciální nebo kvadratický proud pomocí LED v konfiguraci s otevřenou smyčkou. Výsledkem je obvod s otevřenou smyčkou zobrazený v tomto kroku. Q1 a Q2 tvoří proudový kvadratický obvod, který je založen na proudově klesajícím zrcadle. R1 převádí trojúhelníkové výstupní napětí, které je nejprve rozděleno pomocí P1, na proud procházející Q1. Ale emitor Q1 není spojen se zemí přes odpor, ale přes 2 diody. 2 diody budou mít kvadratický účinek na proud přes Q1. Tento proud je zrcadlen na Q2, takže I2 má stejnou kvadratickou křivku. Q3 a Q4 tvoří zdroj s konstantním proudem. LED je připojena k tomuto zdroji konstantního proudu, ale také k proudovému zrcadlu Q1 a Q2. Proud skrz LED je výsledkem konstantního proudu I1 mínus kvadratický proud I2, což je semi-exponenciální proud I3. Tento exponenciální proud LED bude mít za následek pěkné lineární vyblednutí vnímaného jasu LED. P1 by měl být oříznut tak, aby LED při zhasnutí prostě zhasla. Obrázek osciloskopu ukazuje napětí přes R2 (= 180E), což představuje proud I2, který je odečten od konstantního proudu I1.

Krok 5: Schematic4 - Střídavý LED fader kombinací obou obvodů

Protože proud LED v obvodu s otevřenou smyčkou je invertován ve srovnání s proudem LED v obvodu s uzavřenou smyčkou, můžeme oba obvody spojit a vytvořit tak střídavý LED fader, ve kterém jedna LED bledne, zatímco druhá mizí a naopak.

Krok 6: Vybudujte obvod

• Obvod stavím pouze na prkénko, takže pro obvod nemám rozvržení desky plošných spojů
• Používejte vysoce účinné LED diody, protože ty mají při stejném proudu mnohem vyšší intenzitu než starší LED diody
• Chcete -li vytvořit kombinaci LDR/LED, vložte LDR (viz obrázek) a LED tváří v tvář do smršťovací trubice (viz obrázek).
• Obvod je určen pro napájecí napětí od +9V do +12V.