Fader LED אנלוגי מתחלף בדיד עם עקומת בהירות לינארית: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

רוב המעגלים לדהות/לעמעם LED הם מעגלים דיגיטליים באמצעות פלט PWM של מיקרו -בקר. בהירות הנורית נשלטת על ידי שינוי מחזור הפעולה של אות ה- PWM. עד מהרה אתה מגלה שכאשר משנה את הליניארית את מחזור העבודה, בהירות ה- LED אינה משתנה לינארית. הבהירות תעקוב אחר עקומה לוגריתמית, כלומר העוצמה משתנה במהירות כאשר מגדילים את מחזור הפעולה מ -0 לאפשר לומר 70% ומשתנים לאט מאוד כאשר מגדילים את מחזור ההפעלה מ- נניח 70% ל -100%. אותה השפעה בדיוק היא גם גלוי בעת שימוש במקור זרם קבוע והגדלת ה- FE הליניארי הנוכחי על ידי טעינת קבל עם זרם קבוע.

במדריך זה אנסה להראות לך כיצד תוכל לייצר fader LED אנלוגי בעל שינוי בהירות שנראה לינארי לעין האנושית. התוצאה היא אפקט דהייה ליניארי נחמד.

שלב 1: תיאוריה מאחורי המעגל

באיור ניתן לראות כי לתפיסת הבהירות של נורית LED יש עקומה לוגריתמית עקב חוק ובר-פכנר, האומרת כי לעין האנושית, בדיוק כמו לחושים האחרים, יש עקומה לוגריתמית. כאשר הנורית רק מתחילה "להוליך" הבהירות הנתפסת עולה במהירות עם הגדלת הזרם. אך ברגע ש"מוליכים ", הבהירות הנתפסת עולה לאט עם הגברת הזרם. לכן עלינו לשלוח זרם משתנה מעריכי (ראו תמונה) דרך הנורית כך שהעין האנושית (עם תפיסה לוגריתמית) תופסת את שינוי הבהירות כליניארי.

ישנן 2 דרכים לעשות זאת:

• גישה לולאה סגורה
• גישת לולאה פתוחה

גישה לולאה סגורה:

כאשר תסתכל מקרוב על מפרט התא של LDR (קדמיום סולפיד), תראה שהתנגדות LDR נמשכת כקו ישר בסולם לוגריתמי. אז ההתנגדות LDR משנה לוגריתמית בעוצמת האור. יתר על כן, נראה כי עקומת ההתנגדות הלוגריתמית של LDR תואמת את תפיסת הבהירות הלוגריתמית של העין האנושית די קרוב. לכן LDR הוא מועמד מושלם ליינאריזציה של תפיסת הבהירות של נורית LED. לכן בעת שימוש ב- LDR כדי לפצות על התפיסה הלוגריתמית, העין האנושית תהיה מרוצה מהוריאציה הבהירה הלינארית הנחמדה. בלולאה סגורה אנו משתמשים LDR למשוב ולשלוט על בהירות ה- LED, כך שהוא עוקב אחר עקומת ה- LDR. בדרך זו אנו מקבלים בהירות משתנה מעריכית שנראית לינארית לעין האנושית.

גישת לולאה פתוחה:

כאשר איננו רוצים להשתמש ב- LDR ורוצים לקבל שינוי בהירות לינארית עבור ה- fader, עלינו להפוך את הזרם דרך מנורת הלד כדי לפצות על תפיסת הבהירות הלוגריתמית של העין האנושית. אז אנחנו צריכים מעגל שיוצר זרם משתנה מעריכי. ניתן לעשות זאת בעזרת OPAMP, אך גיליתי מעגל פשוט יותר, שמשתמש במראה זרם מותאמת, הנקראת גם "ריבוע זרם" מכיוון שזרם הייצור עוקב אחר עקומה מרובעת (חצי אקספוננציאלית). בהנחיה זו אנו משלבים את שני לולאה סגורה וגישת הלולאה הפתוחה כדי לקבל נורית דוהה מתחלפת. כלומר LED אחד דוהה פנימה והחוצה בעוד ה- LED השני דוהה פנימה והחוצה עם עקומת דהייה הפוכה.

שלב 2: סכמטי 1 - מחולל צורות גל משולשות

עבור fader LED שלנו, אנו זקוקים למקור מתח המייצר מתח ליניארי עולה ויורד. אנחנו גם רוצים להיות מסוגלים לשנות את תקופת ההדהייה והדהייה בנפרד. למטרה זו אנו משתמשים בגנרטור צורות גל משולשות שנבנה באמצעות 2 OPAMPs של סוס עבודה ישן: LM324. U1A מוגדר כטריגר של שמיט באמצעות משוב חיובי. ו- U1B מוגדר כאינטגרטור. תדירות צורת הגל המשולשת נקבעת על ידי C1, P1 ו- R6. מכיוון שה- LM324 אינו מסוגל לספק מספיק זרם, מתווסף מאגר המורכב מ- Q1 ו- Q2. מאגר זה מספק את הרווח הנוכחי הדרוש לנו בכדי להניע מספיק זרם למעגל ה- LED. לולאת המשוב סביב U1B נלקחת מהפלט של המאגר, במקום מהפלט של OPAMP. מכיוון ש- OPAMP לא אוהבים עומסים קיבוליים (כגון C1). R8 מתווסף לפלט של OPAMP מסיבות יציבות, מכיוון שעוקבי פולטות, כגון שימוש במאגר (Q1, Q2) יכולים גם לגרום לתנודות כאשר הוא מונע מפלט עכבה נמוכה. עד כה, כל כך טוב, תמונת האוסילוסקופ מראה המתח ביציאת המאגר שנוצר על ידי Q1 ו- Q2.

שלב 3: מעגל Fader LED של Schematic2 - לולאה סגורה

כדי ליינאר את בהירות הנורית, LDR משמש כאלמנט משוב בהסדר לולאה סגורה. מכיוון שהתנגדות LDR מול עוצמת האור היא לוגריתמית, הוא מועמד מתאים לבצע את העבודה. Q1 ו- Q2 יוצרים מראה זרם הממיר את מתח המוצא של מחולל צורות הגל המשולש לזרם באמצעות R1, הנמצא ברגל הייחוס " "של המראה הנוכחית. הזרם דרך Q1 משתקף ל- Q2, כך שאותו זרם משולש זורם דרך Q2. D1 נמצא שם מכיוון שהפלט של מחולל צורות הגל המשולש אינו מתנדנד לחלוטין לאפס, מכיוון שאני לא משתמש במסילה למסילה אלא ב- OPAMP למטרה כללית קלה להשגה בגנרטור צורות הגל המשולשות. הנורית מחוברת ל- Q2, אך גם ל- Q3, המהווה חלק ממראה זרם שנייה. Q3 ו- Q4 יוצרים מראה מקור הנוכחי. (ראה: מראות נוכחיות) ה- LDR מוכנס ל"רגל ההתייחסות "של מראה המקור הנוכחית הזו, כך שהתנגדות ה- LDR קובעת את הזרם שנוצר על ידי מראה זו. ככל שיורד יותר אור על ה- LDR, ההתנגדות שלו נמוכה יותר והזרם עד Q4 יהיה גבוה יותר. הזרם דרך Q4 משתקף ל- Q3, המחובר ל- Q2. אז עכשיו עלינו לחשוב בזרמים ולא במתחים יותר. Q2 מטביע זרם משולש I1 ו- Q3 מקורות זרם I2, הקשור ישירות לכמות האור הנופלת על ה- LDR ועוקבת אחר עקומה לוגריתמית. I3 הוא הזרם דרך ה- LED והוא תוצאה של הזרם המשולש הליניארי I1 בניכוי זרם ה- LDR הלוגריתמי I2, שהוא זרם מעריכי. וזה בדיוק מה שאנחנו צריכים כדי ליינאר את בהירותו של LED. מכיוון שזרם מעריכי מונע דרך הנורית, הבהירות הנתפסת תשתנה בצורה לינארית, בעלת אפקט דהייה/עמעום הרבה יותר טוב מאשר הפעלת זרם ליניארי דרך הנורית. תמונת האוסילוסקופ מציגה את המתח מעל R6 (= 10E), המייצג את הזרם דרך הנורית.

שלב 4: Schematic3 - מעגל Fader LED פתוח עם לולאה באמצעות ריבוע הנוכחי

מכיוון ששילובי LED/LDR אינם רכיבים סטנדרטיים, חיפשתי דרכים אחרות לייצר זרם מעריכי או מרובע באמצעות נורית בתצורת לולאה פתוחה. התוצאה היא מעגל הלולאה הפתוחה המוצג בשלב זה. Q1 ו- Q2 יוצרים מעגל ריבוע הנוכחי המבוסס על מראה שוקעת. R1 ממיר את מתח המוצא המשולש, שנחלק לראשונה באמצעות P1, לזרם הזורם דרך Q1. אך פולט Q1 אינו מחובר לקרקע באמצעות נגד, אלא באמצעות 2 דיודות. לשתי הדיודות תהיה השפעה בריבוע על הזרם עד לרבעון הראשון. זרם זה משתקף ל- Q2, כך של- I2 יש את אותה עקומת ריבוע. Q3 ו- Q4 מהווים מקור שוקע קבוע. הנורית מחוברת למקור זרם קבוע זה אך גם למראה השוקעת הנוכחית Q1 ו- Q2. אז הזרם דרך הלד הוא תוצאה של הזרם הקבוע I1 מינוס הזרם המרובע I2, שהוא זרם חצי-מעריכי I3. זרם מעריכי זה דרך הלד יביא לדהייה לינארית נחמדה של הבהירות הנתפסת של הנורית. יש לחתוך את P1 כך שהנורית פשוט תיכבה כשהיא דוהה. תמונת האוסילוסקופ מציגה את המתח מעל R2 (= 180E), המייצג את I2 הנוכחי, המופחת מהזרם הקבוע I1.

שלב 5: Schematic4 - Fader LED מתחלף על ידי שילוב שני המעגלים

מכיוון שזרם ה- LED במעגל הלולאה הפתוחה הפוך בהשוואה לזרם ה- LED במעגל הלולאה הסגורה, אנו יכולים לשלב את שני המעגלים ליצירת fader LED לסירוגין שבו LED אחד דוהה פנימה בעוד השני דוהה החוצה ולהיפך.

שלב 6: בנה את המעגל

• אני בונה את המעגל רק על לוח לחם, כך שאין לי פריסת PCB למעגל
• השתמש בנורות נוריות בעלות יעילות גבוהה מכיוון שלאלה יש עוצמה גבוהה בהרבה באותו זרם מאשר הנורות הישנות יותר
• להכנת שילוב ה- LDR/LED, הכניסו את ה- LDR (ראו תמונה) ואת ה- LED פנים אל פנים בצינור מתכווץ (ראו תמונה).
• המעגל מיועד למתח אספקה בין 9V ל +12V.