Diskreetne vahelduv analoog -LED -fader lineaarse heleduskõveraga: 6 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Enamik ahelaid LED -i tuhmumiseks/hämardamiseks on digitaalahelad, mis kasutavad mikrokontrolleri PWM -väljundit. LED -i heledust reguleeritakse PWM -signaali töötsükli muutmisega. Varsti avastate, et töötsükli lineaarsel muutmisel ei muutu LED -i heledus lineaarselt. Heledus järgib logaritmilist kõverat, mis tähendab, et intensiivsus muutub kiiresti, kui töötsüklit suurendatakse 0 -lt 70% -ni ja muutub väga aeglaselt, kui töötsüklit suurendatakse 70% -lt 100% -ni. Täpselt sama efekt on ka nähtav, kui kasutatakse pidevat vooluallikat ja suurendatakse voolu lineaarset fe laadides kondensaatorit pideva vooluga.

Selles juhendis proovin teile näidata, kuidas saate luua analoog -LED -faderi, mille heleduse muutus tundub inimsilmale lineaarne. Selle tulemuseks on kena lineaarne tuhmumisefekt.

Samm: vooluahela taga olev teooria

Joonisel näete, et valgusdioodi heleduse tajumisel on Weberi-Fechneri seadusest tulenevalt logaritmiline kõver, öeldes, et inimsilmal, nagu ka teistel meeltel, on logaritmiline kõver. Kui LED lihtsalt hakkab "juhtima", suureneb tajutav heledus voolu suurenemisega kiiresti. Kuid kui see on "läbi viidud", suureneb tajutav heledus voolu suurenemisega aeglaselt. Seega peame LED -i kaudu saatma eksponentsiaalse muutuva voolu (vt pilti), nii et inimsilm (logaritmilise tajuga) tajub heleduse muutust lineaarsena.

Selleks on 2 võimalust:

• Suletud ahelaga lähenemine
• Avatud ahelaga lähenemine

Suletud ahela meetod:

Lähemalt uurides LDR (kaadmium sulfiid) elementide spetsifikatsioone, näete, et LDR takistus on joonistatud sirgjooneliselt logaritmilisel skaalal. Nii et LDR -takistus muudab valguse intensiivsusega logaritmilist. Lisaks näib LDR -i logaritmilise takistuse kõver ühtivat inimsilma logaritmilise heledustajuga. Seetõttu on LDR ideaalne kandidaat valgusdioodi heleduse tajumise lineariseerimiseks. Nii et kui kasutate LDR -i logaritmilise taju kompenseerimiseks, on inimsilm rahul kena lineaarse heleduse variatsiooniga. Suletud ahelas kasutame LDR, et saada tagasisidet ja juhtida LED -i heledust, nii et see järgib LDR -kõverat. Nii saame eksponentsiaalselt muutuva heleduse, mis tundub inimsilmale lineaarne.

Avatud ahela meetod:

Kui me ei taha kasutada LDR -i ja soovime faderi jaoks lineaarset heleduse muutust, peame muutma voolu läbi LED -i eksponentsiaalseks, et kompenseerida inimsilma logaritmilist heledustaju. Seega vajame ahelat, mis tekitab eksponentsiaalse muutuva voolu. Seda saab teha OPAMP-ide abil, kuid avastasin lihtsama vooluahela, mis kasutab kohandatud voolupeeglit, mida nimetatakse ka "praeguseks ruutmeetriks", kuna genereeriv vool järgib ruutkõverat (pooleksponentsiaalne). Selles juhendis ühendame mõlemad suletud ahela ja avatud ahelaga lähenemine, et saada vahelduv tuhmuv LED. See tähendab, et üks LED kustub ja kustub, teine aga kustub ja kustub vastupidise hääbumiskõveraga.

2. samm: skeem1 - kolmnurkse lainekuju generaator

Meie LED -faderi jaoks vajame pingeallikat, mis tekitab lineaarselt suureneva ja väheneva pinge. Samuti tahame, et oleks võimalik muuta sisse- ja väljalülitusperioodi individuaalselt. Sel eesmärgil kasutame sümmeetrilist kolmnurkset lainekujugeneraatorit, mis on konstrueeritud kahe vana tööhobuse OPAMP -i abil: LM324. U1A on konfigureeritud positiivse tagasiside abil Schmitti päästikuks ja U1B on konfigureeritud integraatoriks. Kolmnurkse lainekuju sageduse määravad C1, P1 ja R6. Kuna LM324 ei suuda piisavalt voolu tarnida, lisatakse puhver, mis koosneb Q1 ja Q2. See puhver annab voolutugevuse, mida peame LED -ahelasse piisavalt voolu juhtima. Tagasisideahel U1B ümber võetakse puhvri väljundist, selle asemel OPAMP -i väljundist. sest OPAMPidele ei meeldi mahtuvuslikud koormused (näiteks C1). R8 lisatakse OPAMP -i väljundile stabiilsuse kaalutlustel, sest kiirguse jälgijad, nagu näiteks puhver (Q1, Q2), võivad samuti põhjustada võnkumisi madala impedantsiga väljundist ajendatuna. Siiani on nii hea, ostsilloskoobi pilt näitab pinge puhvri väljundis, mille moodustavad Q1 ja Q2.

3. samm: skeem2 - suletud ahelaga LED -faderi ahel

LED -i heleduse lineariseerimiseks kasutatakse LDR -i tagasiside elemendina suletud ahela paigutuses. Kuna LDR takistus valguse intensiivsuse suhtes on logaritmiline, on see töö kandidaat sobiv. Q1 ja Q2 moodustavad voolupeegli, mis muudab kolmnurkse lainekuju generaatori väljundpinge R1 kaudu vooluks, mis asub võrdlusjalas "praegusest peeglist. Vool läbi Q1 on peegeldatud Q2-ni, seega sama kolmnurkvool voolab läbi Q2. D1 on olemas, kuna kolmnurkse lainekuju generaatori väljund ei libise täielikult nulli, sest ma ei kasuta rööbast-rööpa, vaid lihtne saada üldotstarbeline OPAMP kolmnurkse lainekuju generaatoris. LED on ühendatud Q2 -ga, aga ka Q3 -ga, mis on osa teisest voolupeeglist. Q3 ja Q4 moodustavad vooluallika. (Vt: praegused peeglid) LDR pannakse selle voolupeegli "võrdlusjalasse", nii et LDR -i takistus määrab selle peegli tekitatud voolu. Mida rohkem valgust LDR -ile langeb, seda väiksem on selle takistus ja seda suurem on vool läbi Q4. Vool läbi Q4 peegeldub Q3 -le, mis on ühendatud Q2 -ga. Nüüd peame mõtlema vooludes ja mitte enam pingetes. Q2 vajub kolmnurkse voolu I1 ja Q3 allikaks voolu I2, mis on otseselt seotud valguse hulgaga, mis langeb LDR -ile ja järgib logaritmilist kõverat. I3 on LED -i vool ja see on lineaarse kolmnurkse voolu I1 tulemus, millest on lahutatud logaritmiline LDR -vool I2, mis on eksponentsiaalne vool. Ja just seda me peame LED -i heleduse lineariseerimiseks. Kuna LED -i kaudu juhitakse eksponentsiaalset voolu, muutub tajutav heledus lineaarsel viisil, millel on palju parem tuhmumise/hämardamise efekt kui lineaarse voolu läbimine LED -i kaudu. Ostsilloskoobi pilt näitab pinget üle R6 (= 10E), mis tähistab LED -i kaudu voolu.

4. samm: skeem3 - avatud silmuse LED -faderi ahel, kasutades praegust Squarerit

Kuna LED/LDR kombinatsioonid ei ole standardkomponendid, otsisin ma muid võimalusi eksponentsiaalse või ruutvoolu tekitamiseks avatud ahela konfiguratsiooniga LED -i kaudu. Tulemuseks on selles etapis näidatud avatud ahela ahel. Q1 ja Q2 moodustavad voolu ruutimise ahela, mis põhineb praegusel vajumispeeglil. R1 teisendab kolmnurkse väljundpinge, mis jagatakse kõigepealt P1 abil, vooluks, mis voolab läbi Q1. Kuid Q1 emitter ei ole maandusega ühendatud takisti, vaid kahe dioodi kaudu. Kahel dioodil on voolu ruudukujuline mõju Q1 kaudu. See vool on peegeldatud Q2 -le, seega on I2 -l sama ruutkõver. Q3 ja Q4 moodustavad püsiva voolu allika. LED on ühendatud selle pideva vooluallikaga, aga ka voolu vajuva peegliga Q1 ja Q2. Seega on LED-i vool pideva voolu I1 miinus ruutvool I2, mis on pooleksponentsiaalne vool I3. See eksponentsiaalne vool läbi LED-i põhjustab LED-i tajutava heleduse kena lineaarse tuhmumise. P1 tuleks kärpida, et LED kustuks.

Samm: skeem4 - vahelduv LED -fader, ühendades mõlemad ahelad

Kuna avatud vooluahela LED -vool on suletud ahela LED -vooluga võrreldes pööratud, saame mõlemad ahelad kombineerida, et luua vahelduv LED -fader, milles üks LED kustub, teine aga kustub ja vastupidi.

Samm: ehitage vooluring

• Ma ehitan vooluringi ainult leivaplaadile, nii et mul pole ahela jaoks trükkplaadi paigutust
• Kasutage suure efektiivsusega LED -e, kuna neil on sama voolu juures palju suurem intensiivsus kui vanematel LED -idel
• LDR/LED kombinatsiooni tegemiseks pange LDR (vt pilti) ja LED näost näkku kahanevasse torusse (vt pilti).
• Vooluahel on ette nähtud toitepinge jaoks +9V kuni +12V.