Дискретный чередующийся аналоговый светодиодный фейдер с линейной кривой яркости: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Большинство схем для затемнения светодиода представляют собой цифровые схемы, использующие выход ШИМ микроконтроллера. Яркость светодиода регулируется изменением скважности сигнала ШИМ. Вскоре вы обнаружите, что при линейном изменении рабочего цикла яркость светодиода не изменяется линейно. Яркость будет следовать логарифмической кривой, что означает, что интенсивность изменяется быстро при увеличении рабочего цикла от 0 до, скажем, 70% и очень медленно изменяется при увеличении рабочего цикла с, скажем, 70% до 100%. Точно такой же эффект также виден при использовании источника постоянного тока и увеличении линейного тока fe заряжая конденсатор постоянным током.

В этой инструкции я попытаюсь показать вам, как сделать аналоговый светодиодный фейдер, у которого изменение яркости кажется линейным для человеческого глаза. Это приводит к хорошему эффекту линейного затухания.

Шаг 1. Теория, лежащая в основе схемы

На рисунке вы можете видеть, что восприятие яркости светодиода имеет логарифмическую кривую в соответствии с законом Вебера-Фехнера, согласно которому человеческий глаз, как и другие органы чувств, имеет логарифмическую кривую. Когда светодиод просто начинает «проводить», воспринимаемая яркость быстро увеличивается с увеличением тока. Но, будучи «проводящим», воспринимаемая яркость медленно увеличивается с увеличением тока. Поэтому нам нужно послать через светодиод экспоненциально изменяющийся ток (см. Рисунок), чтобы человеческий глаз (с логарифмическим восприятием) воспринимал изменение яркости как линейное.

Сделать это можно двумя способами:

• Подход с замкнутым контуром
• Подход с открытым контуром

Подход с замкнутым циклом:

Внимательно изучив технические характеристики элемента LDR (сульфид кадмия), вы увидите, что сопротивление LDR изображено в виде прямой линии в логарифмической шкале. Таким образом, сопротивление LDR изменяется логарифмически с интенсивностью света. Кроме того, логарифмическая кривая сопротивления LDR, похоже, довольно близко соответствует логарифмическому восприятию яркости человеческого глаза. Вот почему LDR является идеальным кандидатом для линеаризации восприятия яркости светодиода. Поэтому при использовании LDR для компенсации логарифмического восприятия человеческий глаз будет рад приятному линейному изменению яркости. В замкнутом контуре мы используем LDR для обратной связи и управления яркостью светодиода, поэтому он следует кривой LDR. Таким образом, мы получаем экспоненциально изменяющуюся яркость, которая человеческому глазу кажется линейной.

Подход с открытым контуром:

Когда мы не хотим использовать LDR и хотим получить линейное изменение яркости фейдера, нам нужно сделать ток через светодиод экспоненциальным, чтобы компенсировать логарифмическое восприятие яркости человеческим глазом. Итак, нам нужна схема, генерирующая экспоненциально изменяющийся ток. Это можно сделать с помощью OPAMP, но я обнаружил более простую схему, в которой используется адаптированное токовое зеркало, также называемое «квадратором тока», потому что генерируемый ток следует квадратной кривой (полуэкспоненциальной). В этом руководстве мы объединяем оба замкнутый контур и подход разомкнутого контура для получения чередующегося затухающего светодиода. Это означает, что один светодиод горит и гаснет, а другой горит и гаснет с противоположной кривой затухания.

Шаг 2: Схема 1 - Генератор треугольных сигналов

Для нашего светодиодного фейдера нам нужен источник напряжения, который генерирует линейное увеличение и уменьшение напряжения. Мы также хотим иметь возможность индивидуально изменять период нарастания и затухания. Для этой цели мы используем генератор симметричных треугольных сигналов, который построен с использованием двух OPAMP старой рабочей лошадки: LM324. U1A настроен как триггер Шмитта с положительной обратной связью. а U1B настроен как интегратор. Частота треугольной формы волны определяется C1, P1 и R6. Поскольку LM324 не может передавать достаточный ток, добавляется буфер, состоящий из Q1 и Q2. Этот буфер обеспечивает коэффициент усиления по току, необходимый для подачи достаточного тока в цепь светодиода. Контур обратной связи вокруг U1B берется с выхода буфера, а не с выхода OPAMP. потому что OPAMP не любят емкостные нагрузки (например, C1). R8 добавлен к выходу OPAMP из соображений стабильности, потому что повторители эмиттера, такие как используемые в буфере (Q1, Q2), также могут вызывать колебания при возбуждении от выхода с низким импедансом. Пока все хорошо, изображение осциллографа показывает напряжение на выходе буфера, образованного Q1 и Q2.

Шаг 3: Схема 2 - Схема светодиодного фейдера с замкнутым контуром

Чтобы линеаризовать яркость светодиода, LDR используется в качестве элемента обратной связи в замкнутом контуре. Поскольку зависимость сопротивления LDR от интенсивности света является логарифмической, он является подходящим кандидатом для выполнения этой работы. Q1 и Q2 образуют токовое зеркало, которое преобразует это выходное напряжение генератора треугольной формы в ток через R1, который находится в "опорном плече". "текущего зеркала. Ток через Q1 отражается на Q2, поэтому тот же треугольный ток течет через Q2. D1 присутствует, потому что выходной сигнал генератора треугольной формы волны не полностью достигает нуля, потому что я использую не Rail-to-Rail, а Легкодоступный OPAMP общего назначения в генераторе треугольных сигналов. Светодиод подключен к Q2, но также и к Q3, который является частью второго токового зеркала. Q3 и Q4 образуют токоподводящее зеркало. (См.: Токовые зеркала) LDR помещается в «опорную ногу» этого зеркала источника тока, поэтому сопротивление LDR определяет ток, генерируемый этим зеркалом. Чем больше света падает на LDR, тем ниже его сопротивление и тем выше будет ток через Q4. Ток через Q4 отражается на Q3, который подключен к Q2. Итак, теперь мы должны думать о токах, а не о напряжениях. Q2 поглощает треугольный ток I1, а Q3 - источник тока I2, который напрямую зависит от количества света, попадающего на LDR, и следует логарифмической кривой. I3 - это ток через светодиод, который является результатом линейного треугольного тока I1 минус логарифмический ток LDR I2, который является экспоненциальным током. И это именно то, что нам нужно для линеаризации яркости светодиода. Поскольку через светодиод пропускается экспоненциальный ток, воспринимаемая яркость будет изменяться линейно, что дает гораздо лучший эффект затухания / затемнения, чем просто пропускание линейного тока через светодиод. Изображение осциллографа показывает напряжение выше R6 (= 10E), который представляет ток через светодиод.

Шаг 4: Схема 3 - Схема фейдера светодиода с разомкнутым контуром с использованием квадратора тока

Поскольку комбинации LED / LDR не являются стандартными компонентами, я искал другие способы генерировать экспоненциальный или возведенный в квадрат ток через светодиод в конфигурации с разомкнутым контуром. Результатом является схема разомкнутого контура, показанная на этом этапе. Q1 и Q2 образуют схему возведения в квадрат тока, основанную на зеркале с понижающим током. R1 преобразует треугольное выходное напряжение, которое сначала делится с помощью P1, в ток, протекающий через Q1. Но эмиттер Q1 соединен с землей не через резистор, а через 2 диода. Два диода возводят в квадрат ток через Q1. Этот ток отражается на Q2, поэтому I2 имеет ту же кривую возведения в квадрат. Q3 и Q4 образуют втекающий источник постоянного тока. Светодиод подключается к этому источнику постоянного тока, а также к текущим зеркалам Q1 и Q2. Таким образом, ток через светодиод является результатом постоянного тока I1 минус возведенный в квадрат ток I2, который представляет собой полуэкспоненциальный ток I3. Этот экспоненциальный ток через светодиод приведет к хорошему линейному затуханию воспринимаемой яркости светодиода. P1 следует подрезать так, чтобы светодиод просто погас при угасании. Изображение осциллографа показывает напряжение выше R2 (= 180E), что представляет собой ток I2, который вычитается из постоянного тока I1.

Шаг 5: Схема 4 - чередование светодиодных фейдеров путем объединения обеих схем

Поскольку ток светодиода в цепи разомкнутого контура инвертируется по сравнению с током светодиода в цепи замкнутого контура, мы можем объединить обе схемы для создания чередующегося фейдера светодиода, в котором один светодиод гаснет, а другой гаснет, и наоборот.

Шаг 6: Постройте схему

• Я собираю схему только на макетной плате, поэтому у меня нет макета печатной платы для схемы
• Используйте светодиоды с высоким КПД, потому что они имеют гораздо более высокую интенсивность при том же токе, чем более старые светодиоды.
• Чтобы сделать комбинацию LDR / LED, поместите LDR (см. Рисунок) и светодиод лицом к лицу в термоусадочную трубку (см. Рисунок).
• Схема рассчитана на напряжение питания от + 9В до + 12В.