Diskrétny alternatívny analógový LED fader s lineárnou krivkou jasu: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Väčšina obvodov na stmievanie/stmievanie LED diód sú digitálne obvody využívajúce výstup PWM mikrokontroléra. Jas LED diódy je riadený zmenou pracovného cyklu signálu PWM. Čoskoro zistíte, že pri lineárnej zmene pracovného cyklu sa jas LED nemení lineárne. Jas sa bude riadiť logaritmickou krivkou, čo znamená, že intenzita sa rýchlo mení pri zvyšovaní pracovného cyklu z 0 na povedzme 70% a pri zvyšovaní pracovného cyklu z povedzme 70% až 100% sa mení veľmi pomaly. Presne ten istý efekt je tiež viditeľné pri použití zdroja konštantného prúdu a zvýšení prúdu lineárne fe nabíjaním kondenzátora konštantným prúdom.

V tomto návode sa vám pokúsim ukázať, ako môžete vytvoriť analógový fader LED so zmenou jasu, ktorá sa zdá byť pre ľudské oko lineárna. Výsledkom je príjemný lineárny efekt vyblednutia.

Krok 1: Teória za obvodom

Na obrázku môžete vidieť, že vnímanie jasu LED diódy má logaritmickú krivku podľa Weberovho-Fechnerovho zákona, pričom hovorí, že ľudské oko, rovnako ako ostatné zmysly, má logaritmickú krivku. Keď LED dióda práve začne „viesť“, vnímaný jas sa rýchlo zvyšuje so zvyšujúcim sa prúdom. Ale akonáhle je „vodivý“, vnímaný jas sa so zvyšujúcim sa prúdom pomaly zvyšuje. Musíme teda poslať exponenciálne sa meniaci prúd (pozri obrázok) cez LED, aby ľudské oko (s logaritmickým vnímaním) vnímalo zmenu jasu ako lineárnu.

Existujú 2 spôsoby, ako to urobiť:

• Prístup v uzavretej slučke
• Prístup s otvorenou slučkou

Prístup v uzavretej slučke:

Keď sa bližšie pozriete na špecifikácie buniek LDR (sulfid kademnatý), uvidíte, že odpor LDR je nakreslený ako priamka v logaritmickom meradle. Odpor LDR sa teda mení logaritmicky s intenzitou svetla. Okrem toho sa zdá, že krivka logaritmického odporu LDR dosť blízko zodpovedá logaritmickému vnímaniu jasu ľudského oka. Preto je LDR perfektným kandidátom na linearizáciu vnímania jasu LED. Takže pri použití LDR na kompenzáciu logaritmického vnímania poteší ľudské oko pekná lineárna variácia jasu. V uzavretej slučke používame LDR na spätnú väzbu a ovládanie jasu LED, takže sleduje krivku LDR. Takto získame exponenciálne sa meniaci jas, ktorý sa zdá byť lineárny pre ľudské oko.

Prístup s otvorenou slučkou:

Ak nechceme používať LDR a chceme dosiahnuť lineárnu zmenu jasu pre fader, musíme urobiť prúd cez LED exponenciálny, aby sme kompenzovali logaritmické vnímanie jasu ľudského oka. Potrebujeme teda obvod, ktorý generuje exponenciálny meniaci sa prúd. To sa dá urobiť pomocou OPAMP, ale objavil som jednoduchší obvod, ktorý používa prispôsobené prúdové zrkadlo, nazývané tiež „prúdový kvadrátor“, pretože generovací prúd sleduje štvorcovú krivku (poloexponenciálnu). V tomto návode kombinujeme oba uzavretá slučka a prístup s otvorenou slučkou získava striedavo slabnúcu LED diódu. čo znamená, že jedna LED zhasne a zhasne, zatiaľ čo druhá LED zhasne a zhasne s opačnou krivkou vyblednutia.

Krok 2: Schematic1 - generátor trojuholníkového tvaru vlny

Pre náš LED fader potrebujeme zdroj napätia, ktorý generuje lineárne rastúce a klesajúce napätie. Chceme byť tiež schopní jednotlivo meniť obdobie stmievania a stmievania. Na tento účel používame symetrický trojuholníkový generátor priebehov, ktorý je skonštruovaný pomocou 2 OPAMP starého starého pracovného koňa: LM324. U1A je nakonfigurovaný ako spúšťač schmittov pomocou pozitívnej spätnej väzby. a U1B je nakonfigurovaný ako integrátor. Frekvencia trojuholníkového tvaru vlny je určená C1, P1 a R6. Pretože LM324 nie je schopný dodávať dostatok prúdu, je pridaný buffer pozostávajúci z Q1 a Q2. Táto vyrovnávacia pamäť poskytuje prúdový zisk, ktorý potrebujeme na to, aby sme do obvodu LED priviedli dostatok prúdu. Spätná väzba okolo U1B je prevzatá z výstupu vyrovnávacej pamäte, namiesto z výstupu OPAMP. pretože OPAMP nemajú radi kapacitné záťaže (napríklad C1). R8 je na výstup OPAMP pridaný z dôvodu stability, pretože sledovače emitorov, ako sú používané vo vyrovnávacej pamäti (Q1, Q2), môžu tiež spôsobovať oscilácie pri napájaní z výstupu s nízkou impedanciou. Zatiaľ je to tak dobré, obrázok osciloskopu ukazuje napätie na výstupe vyrovnávacej pamäte tvorenej Q1 a Q2.

Krok 3: Schematic2 - obvod LED fadera s uzavretou slučkou

Na linearizáciu jasu LED sa ako prvok spätnej väzby v usporiadaní s uzavretou slučkou používa LDR. Pretože odpor LDR voči intenzite svetla je logaritmický, je to vhodný kandidát na vykonanie práce. Q1 a Q2 tvoria prúdové zrkadlo, ktoré prevádza toto výstupné napätie generátora trojuholníkového tvaru na prúd cez R1, ktorý je v „referenčnej nohe““súčasného zrkadla. Prúd cez Q1 sa zrkadlí na Q2, takže rovnaký trojuholníkový prúd preteká cez Q2. D1 je tam, pretože výstup generátora trojuholníkového tvaru vlny sa úplne neotočí na nulu, pretože nepoužívam koľajnicu na koľajnicu, ale ľahko dostupný univerzálny OPAMP v generátore trojuholníkového priebehu. LED dióda je pripojená k Q2, ale aj k Q3, ktorá je súčasťou druhého prúdového zrkadla. Q3 a Q4 tvoria zrkadlo zdroja prúdu. (Pozri: Aktuálne zrkadlá) LDR je vložený do "referenčnej vetvy" tohto zrkadla zdroja prúdu, takže odpor LDR určuje prúd generovaný týmto zrkadlom. Čím viac svetla dopadá na LDR, tým nižší je jeho odpor a tým vyšší bude prúd cez Q4. Prúd cez Q4 sa zrkadlí do Q3, ktorý je spojený s Q2. Takže teraz musíme myslieť na prúdy a už nie na napätie. Q2 potopí trojuholníkový prúd I1 a Q3 zdroj prúdu I2, ktorý priamo súvisí s množstvom svetla, ktoré dopadá na LDR a sleduje logaritmickú krivku. I3 je prúd cez LED a je výsledkom lineárneho trojuholníkového prúdu I1 mínus logaritmický prúd LDR I2, čo je exponenciálny prúd. A to je presne to, čo potrebujeme na linearizáciu jasu LED. Pretože je LED diódou poháňaný exponenciálny prúd, vnímaný jas sa bude meniť lineárne, čo má oveľa lepší efekt vyblednutia/stmievania, než len prevádzanie lineárneho prúdu cez diódu LED. Obrázok osciloskopu zobrazuje napätie nad R6 (= 10E), čo predstavuje prúd LED.

Krok 4: Schematic3 - obvod LED fadera s otvorenou slučkou pomocou Current Squarer

Pretože kombinácie LED/LDR nie sú štandardnými komponentmi, hľadal som iné spôsoby, ako zostaviť exponenciálny alebo kvadratický prúd pomocou LED v konfigurácii s otvorenou slučkou. Výsledkom je obvod s otvorenou slučkou zobrazený v tomto kroku. Q1 a Q2 tvoria prúdový kvadratický obvod, ktorý je založený na zrkadle klesajúcom prúd. R1 prevádza trojuholníkové výstupné napätie, ktoré je najskôr rozdelené pomocou P1, na prúd pretekajúci Q1. Ale vysielač Q1 nie je spojený so zemou cez odpor, ale cez 2 diódy. Tieto dve diódy budú mať kvadratický účinok na prúd cez Q1. Tento prúd je zrkadlený do Q2, takže I2 má rovnakú kvadratickú krivku. Q3 a Q4 tvoria zdroj s konštantným prúdom. LED dióda je pripojená k tomuto zdroju konštantného prúdu, ale aj k prúdovému zrkadlu Q1 a Q2. Takže prúd cez LED je výsledkom konštantného prúdu I1 mínus kvadratický prúd I2, čo je semi-exponenciálny prúd I3. Tento exponenciálny prúd cez LED bude mať za následok pekné lineárne vyblednutie vnímaného jasu LED. P1 by mal byť orezaný, aby LED pri zhasnutí zhasla. Na obrázku osciloskopu je uvedené napätie nad R2 (= 180E), ktoré predstavuje prúd I2, ktorý sa odpočíta od konštantného prúdu I1.

Krok 5: Schematic4 - Striedajúci sa LED fader kombináciou oboch obvodov

Pretože prúd LED v obvode s otvorenou slučkou je invertovaný v porovnaní s prúdom LED v obvode s uzavretou slučkou, môžeme oba obvody skombinovať a vytvoriť tak striedavý LED fader, v ktorom jedna LED bledne, zatiaľ čo druhá zhasína a naopak.

Krok 6: Vybudujte obvod

• Obvod staviam iba na nepájivom poli, takže pre obvod nemám usporiadanie plošných spojov
• Používajte vysoko účinné LED diódy, pretože majú oveľa väčšiu intenzitu pri rovnakom prúde ako staršie LED diódy
• Ak chcete vytvoriť kombináciu LDR/LED, vložte LDR (pozri obrázok) a LED tvárou v tvár do zmršťovacej trubice (pozri obrázok).
• Obvod je navrhnutý pre napájacie napätie od +9V do +12V.