เฟดเดอร์ LED อะนาล็อกแบบสลับไม่ต่อเนื่องพร้อมเส้นโค้งความสว่างเชิงเส้น: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

วงจรส่วนใหญ่ที่ทำให้ LED จาง/หรี่ลงเป็นวงจรดิจิตอลที่ใช้เอาต์พุต PWM ของไมโครคอนโทรลเลอร์ ความสว่างของ LED ถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนรอบการทำงานของสัญญาณ PWM ในไม่ช้า คุณจะพบว่าเมื่อเปลี่ยนรอบการทำงานเป็นเส้นตรง ความสว่าง LED จะไม่เปลี่ยนเส้นตรง ความสว่างจะเป็นไปตามเส้นโค้งลอการิทึม ซึ่งหมายความว่าความเข้มจะเปลี่ยนอย่างรวดเร็วเมื่อเพิ่มรอบการทำงานจาก 0 เป็น 70% และเปลี่ยนแปลงช้ามากเมื่อเพิ่มรอบการทำงานจาก 70% เป็น 100% ผลเช่นเดียวกันแน่นอน มองเห็นได้เมื่อใช้แหล่งจ่ายกระแสคงที่และเพิ่ม fe. เชิงเส้นปัจจุบัน โดยการชาร์จตัวเก็บประจุด้วยกระแสคงที่

ในคำแนะนำนี้ฉันจะพยายามแสดงให้คุณเห็นว่าคุณสามารถสร้างเฟดเดอร์ LED แบบอะนาล็อกที่มีการเปลี่ยนแปลงความสว่างที่ดูเหมือนจะเป็นเส้นตรงต่อสายตามนุษย์ได้อย่างไร ส่งผลให้เอฟเฟกต์การซีดจางเป็นเส้นตรงที่ดี

ขั้นตอนที่ 1: ทฤษฎีเบื้องหลังวงจร

ในรูป คุณจะเห็นว่าการรับรู้ความสว่างของ LED มีเส้นโค้งลอการิทึมเนื่องจากกฎของเวเบอร์-เฟชเนอร์ โดยบอกว่าดวงตาของมนุษย์มีเส้นโค้งลอการิทึมเช่นเดียวกับประสาทสัมผัสอื่นๆ เมื่อ LED เพิ่งเริ่ม "ดำเนินการ" ความสว่างที่รับรู้จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อกระแสไฟเพิ่มขึ้น แต่เมื่อ "ดำเนินการ" ความสว่างที่รับรู้จะเพิ่มขึ้นช้าๆ ตามกระแสที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น เราจำเป็นต้องส่งกระแสการเปลี่ยนแปลงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล (ดูรูป) ผ่าน LED เพื่อให้ดวงตามนุษย์ (ด้วยการรับรู้ลอการิทึม) รับรู้การเปลี่ยนแปลงความสว่างเป็นเส้นตรง

มี 2 วิธีในการทำเช่นนี้:

• วิธีการวงปิด
• วิธีเปิดลูป

วิธีการวงปิด:

เมื่อพิจารณาข้อมูลจำเพาะของเซลล์ LDR (แคดเมียมซัลไฟด์) อย่างใกล้ชิด คุณจะเห็นว่าความต้านทาน LDR ถูกวาดเป็นเส้นตรงบนสเกลลอการิทึม ดังนั้นความต้านทาน LDR จึงเปลี่ยนลอการิทึมด้วยความเข้มของแสง นอกจากนี้ กราฟความต้านทานลอการิทึมของ LDR ดูเหมือนจะตรงกับการรับรู้ความสว่างลอการิทึมของดวงตามนุษย์ค่อนข้างมาก นั่นคือเหตุผลที่ LDR เป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบในการทำให้การรับรู้ความสว่างของ LED เป็นเส้นตรง ดังนั้นเมื่อใช้ LDR เพื่อชดเชยการรับรู้ลอการิทึม ดวงตาของมนุษย์จะพึงพอใจกับความแปรผันของความสว่างเชิงเส้นที่สวยงาม ในวงปิด เราใช้ LDR เพื่อป้อนกลับและควบคุมความสว่างของ LED ให้เป็นไปตามเส้นโค้ง LDR วิธีนี้ทำให้เราได้ความสว่างที่เปลี่ยนแปลงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลซึ่งดูเหมือนเป็นเส้นตรงในสายตามนุษย์

วิธีเปิดลูป:

เมื่อเราไม่ต้องการใช้ LDR และต้องการเปลี่ยนความสว่างเชิงเส้นสำหรับเฟดเดอร์ เราจำเป็นต้องสร้างกระแสผ่านเลขชี้กำลัง LED เพื่อชดเชยการรับรู้ความสว่างลอการิทึมของดวงตามนุษย์ ดังนั้นเราจึงต้องการวงจรที่สร้างกระแสการเปลี่ยนแปลงแบบเลขชี้กำลัง สิ่งนี้สามารถทำได้ด้วย OPAMP แต่ฉันค้นพบวงจรที่ง่ายกว่าซึ่งใช้มิเรอร์กระแสที่ดัดแปลงแล้วหรือที่เรียกว่า "current squarer" เนื่องจากกระแสที่สร้างตามเส้นโค้งกำลังสอง (กึ่งเอ็กซ์โปเนนเชียล) ในคำแนะนำนี้เรารวมทั้ง วงปิดและวิธีเปิดแบบวนซ้ำเพื่อรับ LED ที่ซีดจางสลับกัน หมายความว่า LED หนึ่งดวงจะค่อยๆ เข้าและออก ในขณะที่ LED อีกดวงจะค่อยๆ เข้าและออกโดยมีเส้นโค้งการซีดจางที่ตรงกันข้าม

ขั้นตอนที่ 2: Schematic1 - เครื่องกำเนิดสัญญาณรูปสามเหลี่ยม

สำหรับเฟดเดอร์ LED ของเรา เราต้องการแหล่งจ่ายแรงดันที่สร้างแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงเชิงเส้น เรายังต้องการที่จะเปลี่ยนช่วงเฟดเข้าและเฟดออกทีละรายการ เพื่อจุดประสงค์นี้ เราใช้เครื่องกำเนิดคลื่นรูปสามเหลี่ยมสมมาตรซึ่งสร้างขึ้นโดยใช้ OPAMP 2 ตัวของตัวทำงานแบบเก่า: LM324. U1A ถูกกำหนดค่าเป็นทริกเกอร์ schmitt โดยใช้ผลตอบรับเชิงบวก และ U1B ได้รับการกำหนดค่าเป็นผู้รวมระบบ ความถี่ของรูปคลื่นสามเหลี่ยมถูกกำหนดโดย C1, P1 และ R6 เนื่องจาก LM324 ไม่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอ จึงมีการเพิ่มบัฟเฟอร์ที่ประกอบด้วย Q1 และ Q2 บัฟเฟอร์นี้ให้เกนปัจจุบันที่เราจำเป็นต้องขับกระแสเพียงพอในวงจร LED ลูปป้อนกลับรอบ U1B ถูกนำมาจากเอาต์พุตของบัฟเฟอร์ แทนที่จะเป็นเอาต์พุตของ OPAMP เนื่องจาก OPAMP ไม่ชอบโหลดแบบคาปาซิทีฟ (เช่น C1) R8 ถูกเพิ่มลงในเอาต์พุตของ OPAMP ด้วยเหตุผลด้านความเสถียร เนื่องจากตัวติดตามตัวปล่อย เช่น ที่ใช้ในบัฟเฟอร์ (Q1, Q2) ยังสามารถทำให้เกิดการสั่นเมื่อขับเคลื่อนจากเอาต์พุตอิมพีแดนซ์ต่ำ จนถึงตอนนี้ ดีมาก รูปภาพของออสซิลโลสโคปแสดงให้เห็น แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของบัฟเฟอร์ที่เกิดจาก Q1 และ Q2

ขั้นตอนที่ 3: Schematic2 - วงจรเฟดเดอร์ LED แบบวงปิด

ในการทำให้ความสว่างของ LED เป็นเส้นตรง LDR จะถูกใช้เป็นองค์ประกอบป้อนกลับในการจัดเรียงแบบวงปิด เนื่องจากความต้านทาน LDR กับความเข้มของแสงเป็นลอการิทึม มันจึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมในการทำงาน Q1 และ Q2 ก่อตัวเป็นกระจกสะท้อนปัจจุบันที่แปลงแรงดันเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดคลื่นรูปสามเหลี่ยมให้เป็นกระแสผ่าน R1 ซึ่งอยู่ใน "ขาอ้างอิง " ของกระจกปัจจุบัน กระแสผ่าน Q1 ถูกมิเรอร์ไปที่ Q2 ดังนั้นกระแสสามเหลี่ยมเดียวกันจะไหลผ่าน Q2. D1 อยู่ที่นั่นเนื่องจากเอาต์พุตของตัวสร้างรูปคลื่นสามเหลี่ยมไม่แกว่งจนสุดเป็นศูนย์เพราะฉันไม่ได้ใช้รางต่อรางแต่ OPAMP วัตถุประสงค์ทั่วไปที่หาได้ง่ายในเครื่องกำเนิดคลื่นรูปสามเหลี่ยม LED เชื่อมต่อกับ Q2 แต่ยังรวมถึง Q3 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของมิเรอร์กระแสที่สอง Q3 และ Q4 สร้างมิเรอร์การจัดหาปัจจุบัน (ดู: มิเรอร์ปัจจุบัน) LDR อยู่ใน "ขาอ้างอิง" ของมิเรอร์การจัดหาปัจจุบัน ดังนั้นความต้านทานของ LDR จะกำหนดกระแสที่สร้างโดยมิเรอร์นี้ ยิ่งแสงตกบน LDR มากเท่าใด ความต้านทานก็จะยิ่งต่ำลง และกระแสที่ไหลผ่าน Q4 จะยิ่งสูงขึ้น กระแสผ่าน Q4 สะท้อนถึง Q3 ซึ่งเชื่อมต่อกับ Q2 ดังนั้นตอนนี้เราต้องคิดในกระแสและไม่ใช่ในแรงดันไฟฟ้าอีกต่อไป Q2 จมกระแส I1 และ Q3 ในรูปสามเหลี่ยมให้ I2 ปัจจุบันซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับปริมาณของแสงที่ตกบน LDR และตามเส้นโค้งลอการิทึม I3 คือกระแสที่ไหลผ่าน LED และเป็นผลมาจากกระแส I1 เชิงเส้นสามเหลี่ยมเชิงเส้น ลบด้วยกระแสลอการิทึม LDR I2 ซึ่งเป็นกระแสเอ็กซ์โพเนนเชียล และนั่นคือสิ่งที่เราต้องการเพื่อทำให้ความสว่างของ LED เป็นเส้นตรง เนื่องจากกระแสเอ็กซ์โพเนนเชียลถูกขับเคลื่อนผ่าน LED ความสว่างที่รับรู้จะเปลี่ยนไปในทางเชิงเส้น ซึ่งมีผลในการซีดจาง/หรี่แสงได้ดีกว่าการใช้กระแสไฟเชิงเส้นผ่าน LED มาก ภาพออสซิลโลสโคปแสดงแรงดันไฟเหนือ R6 (=10E)) ซึ่งแสดงถึงกระแสผ่าน LED

ขั้นตอนที่ 4: Schematic3 - วงจรเฟดเดอร์ LED แบบเปิดลูปโดยใช้ Squarer ปัจจุบัน

เนื่องจากการรวมกันของ LED/LDR ไม่ใช่ส่วนประกอบมาตรฐาน ฉันจึงค้นหาวิธีอื่นๆ ในการสร้างกระแสแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลหรือกำลังสองผ่าน LED ในการกำหนดค่าแบบวงเปิด ผลที่ได้คือวงจรโอเพ่นลูปที่แสดงในขั้นตอนนี้ Q1 และ Q2 สร้างวงจรกำลังสองปัจจุบันที่อิงตามกระจกที่กำลังจม R1 แปลงแรงดันเอาต์พุตรูปสามเหลี่ยม ซึ่งแบ่งครั้งแรกโดยใช้ P1 เป็นกระแสที่ไหลผ่าน Q1 แต่อีซีแอลของ Q1 ไม่ได้เชื่อมต่อกับกราวด์ผ่านตัวต้านทาน แต่ผ่าน 2 ไดโอด ไดโอด 2 ตัวจะมีผลยกกำลังสองต่อกระแสจนถึง Q1 กระแสนี้สะท้อนถึง Q2 ดังนั้น I2 จึงมีเส้นโค้งกำลังสองเหมือนกัน Q3 และ Q4 ก่อให้เกิดแหล่งกำเนิดกระแสคงที่ LED เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสคงที่นี้ แต่ยังรวมถึงมิเรอร์ที่กำลังจม Q1 และ Q2 ด้วย ดังนั้นกระแสผ่าน LED เป็นผลมาจากกระแสคงที่ I1 ลบกระแสกำลังสอง I2 ซึ่งเป็นกระแสกึ่งเอ็กซ์โปเนนเชียล I3 กระแสเอ็กซ์โพเนนเชียลผ่าน LED จะส่งผลให้ความสว่างที่รับรู้ของ LED ซีดจางเป็นเส้นตรง ควรตัด P1 เพื่อให้ LED ดับลงเมื่อไฟดับ ภาพออสซิลโลสโคปแสดงแรงดันไฟฟ้าเหนือ R2 (=180E) ซึ่งแสดงถึง I2 ปัจจุบัน ซึ่งถูกลบออกจากกระแสคงที่ I1

ขั้นตอนที่ 5: Schematic4 - LED Fader แบบสลับโดยการรวมทั้งสองวงจร

เนื่องจากกระแสไฟ LED ในวงจรลูปเปิดจะกลับด้านเมื่อเปรียบเทียบกับกระแสไฟ LED ในวงจรวงปิด เราจึงสามารถรวมทั้งสองวงจรเพื่อสร้างเฟดเดอร์ LED สลับกัน โดยที่ไฟ LED ดวงหนึ่งจะจางลงในขณะที่อีกดวงหนึ่งจะจางหายไปและในทางกลับกัน

ขั้นตอนที่ 6: สร้างวงจร

• ฉันสร้างวงจรบนเขียงหั่นขนมเท่านั้น ดังนั้นฉันจึงไม่มีเค้าโครง PCB สำหรับวงจร
• ใช้ไฟ LED ที่มีประสิทธิภาพสูงเนื่องจากมีความเข้มที่กระแสไฟเท่ากันมากกว่า LED รุ่นเก่ามาก
• ในการผสม LDR/LED ให้ใส่ LDR (ดูรูป) และ LED แบบเห็นหน้ากันในท่อหด (ดูรูป)
• วงจรถูกออกแบบมาสำหรับการจ่ายแรงดันไฟตั้งแต่ +9V ถึง +12V