Fader analogic alternativ discret cu curbă de luminozitate liniară: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Majoritatea circuitelor de estompare / estompare a unui LED sunt circuite digitale care utilizează o ieșire PWM a unui microcontroler. Luminozitatea LED-ului este controlată prin schimbarea ciclului de funcționare al semnalului PWM. În curând descoperiți că atunci când schimbați liniar ciclul de funcționare, luminozitatea LED-ului nu se schimbă liniar. Luminozitatea va urma o curbă logaritmică, ceea ce înseamnă că intensitatea se schimbă rapid atunci când crește ciclul de funcționare de la 0 la 70% și se schimbă foarte lent când crește ciclul de funcționare de la 70% la 100%. vizibil atunci când se utilizează o sursă de curent constantă și se mărește curentul liniar fe prin încărcarea unui condensator cu un curent constant.

În acest instructable voi încerca să vă arăt cum puteți face un fader analogic LED care are o schimbare de luminozitate care pare a fi liniară pentru ochiul uman. Acest lucru are ca rezultat un efect de decolorare liniar frumos.

Pasul 1: Teoria din spatele circuitului

În figură, puteți vedea că percepția luminozității unui LED are o curbă logaritmică datorită legii Weber-Fechner, spunând că ochiul uman, la fel ca celelalte simțuri, are o curbă logaritmică. Când LED-ul începe să „conducă” luminozitatea percepută crește rapid odată cu creșterea curentului. Dar odată ce „conduce”, luminozitatea percepută crește lent odată cu creșterea curentului. Deci, trebuie să trimitem un curent exponențial în schimbare (vezi imaginea) prin LED, astfel încât ochiul uman (cu o percepție logaritmică) să perceapă schimbarea luminozității ca fiind liniară.

Există 2 moduri de a face acest lucru:

• Abordare cu buclă închisă
• Abordare în buclă deschisă

Abordare cu buclă închisă:

Când aruncați o privire atentă la specificațiile celulelor LDR (sulfură de cadmiu), veți vedea că rezistența LDR este trasată ca o linie dreaptă pe o scară logaritmică. Deci rezistența LDR se schimbă logaritmic cu intensitatea luminii. În plus, curba rezistenței logaritmice a unui LDR pare să se potrivească cu percepția de luminozitate logaritmică a ochiului uman destul de apropiată. Acesta este motivul pentru care LDR este un candidat perfect pentru a lineari percepția luminozității unui LED. Deci, atunci când utilizați un LDR pentru a compensa percepția logaritmică, ochiul uman va fi mulțumit de variația frumoasă a luminozității liniare. un LDR pentru a feedback și a controla luminozitatea LED-ului, deci urmează curba LDR. În acest fel, obținem o luminozitate exponențială în schimbare care pare a fi liniară pentru ochiul uman.

Abordare în buclă deschisă:

Când nu dorim să folosim un LDR și dorim să obținem o schimbare liniară a luminozității pentru fader, trebuie să facem curentul prin LED exponențial pentru a compensa percepția luminozității logaritmice a ochiului uman. Deci, avem nevoie de un circuit care generează un curent de schimbare exponențial. Acest lucru se poate face cu OPAMP, dar am descoperit un circuit mai simplu, care utilizează o oglindă de curent adaptată, numită și "curent squarer", deoarece curentul generat urmează o curbă pătrată (semi-exponențială). În acest instructable, combinăm atât bucla închisă și bucla deschisă se apropie pentru a obține un LED alternativ de estompare. ceea ce înseamnă că un LED se estompează în timp ce celălalt LED se estompează în interiorul și ieșirea cu o curbă de estompare opusă.

Pasul 2: Schematic1 - Generator de formă de undă triunghiulară

Pentru fader-ul nostru LED, avem nevoie de o sursă de tensiune care generează o tensiune liniară crescătoare și descrescătoare. De asemenea, dorim să putem modifica perioada de decolorare și decolorare individuală. În acest scop, utilizăm un generator de formă de undă triunghiulară simetrică care este construit folosind 2 OPAMP-uri ale unui vechi cal de lucru: LM324. U1A este configurat ca un declanșator schmitt folosind feedback pozitiv iar U1B este configurat ca integrator. Frecvența formei de undă triunghiulară este determinată de C1, P1 și R6. Deoarece LM324 nu este capabil să furnizeze suficient curent, se adaugă un tampon format din Q1 și Q2. Acest buffer oferă câștigul de curent de care avem nevoie pentru a conduce suficient curent în circuitul LED. Bucla de feedback în jurul U1B este preluată din ieșirea bufferului, în loc din ieșirea OPAMP. deoarece OPAMP-urilor nu le plac sarcinile capacitive (cum ar fi C1). R8 este adăugat la ieșirea OPAMP din motive de stabilitate, deoarece adepții emițătorului, cum ar fi folosiți în tampon (Q1, Q2) pot provoca, de asemenea, oscilații atunci când sunt conduși de la o ieșire cu impedanță scăzută. tensiunea la ieșirea tamponului format din Q1 și Q2.

Pasul 3: Schematic2 - Circuit fader cu buclă închisă LED

Pentru a linia luminozitatea unui LED, un LDR este utilizat ca element de feedback într-un aranjament cu buclă închisă. Deoarece rezistența LDR față de intensitatea luminii este logaritmică, este un candidat potrivit pentru a face treaba. Q1 și Q2 formează o oglindă de curent care convertește tensiunea de ieșire a generatorului de formă de undă triunghiulară într-un curent prin R1, care se află în „piciorul de referință”. a oglinzii actuale. Curentul prin Q1 este oglindit la Q2, deci același curent triunghiular curge prin Q2. D1 este acolo, deoarece ieșirea generatorului de formă de undă triunghiulară nu se deplasează complet la zero, deoarece nu folosesc un șină-șină, ci un OPAMP ușor de obținut în scopuri generale în generatorul de formă de undă triunghiulară. LED-ul este conectat la Q2, dar și la Q3, care face parte dintr-o a doua oglindă de curent. Q3 și Q4 formează o oglindă de sursă de curent. (Vezi: oglinzi curente) LDR este plasat în „piciorul de referință” al acestei oglinzi curente, astfel încât rezistența LDR determină curentul generat de această oglindă. Cu cât cade mai multă lumină pe LDR, cu atât este mai mică rezistența și cu atât curentul prin Q4 va fi mai mare. Curentul prin Q4 este reflectat în Q3, care este conectat la Q2. Deci, acum trebuie să ne gândim la curenți și nu la tensiuni. Q2 scufundă un curent triunghiular I1 și Q3 sursă un curent I2, care este direct legat de cantitatea de lumină care cade pe LDR și urmează o curbă logaritmică. I3 este curentul prin LED și este rezultatul curentului triunghiular liniar I1 minus curentul logaritmic LDR I2, care este un curent exponențial și tocmai de aceea avem nevoie pentru a linia luminozitatea unui LED. Deoarece un curent exponențial este condus prin LED, luminozitatea percepută se va schimba într-un mod liniar, care are un efect de decolorare / estompare mult mai bun decât doar trecerea unui curent liniar prin LED. Imaginea osciloscopului arată tensiunea peste R6 (= 10E), care reprezintă curentul prin LED.

Pasul 4: Schematic3 - Circuit fader cu buclă deschisă LED folosind curentul Squarer

Deoarece combinațiile LED / LDR nu sunt componente standard, am căutat alte modalități de a genera un curent exponențial sau de pătrat printr-un LED într-o configurație cu buclă deschisă. Rezultatul este circuitul cu buclă deschisă prezentat în acest pas. Q1 și Q2 formează un circuit de pătratizare a curentului care se bazează pe o oglindă de scufundare a curentului. R1 convertește tensiunea de ieșire triunghiulară, care este mai întâi împărțită folosind P1, într-un curent, care trece prin Q1. Dar emițătorul Q1 nu este conectat la masă printr-un rezistor, ci prin intermediul a 2 diode. Cele 2 diode vor avea un efect de pătratizare asupra curentului prin Q1. Acest curent este oglindit la Q2, deci I2 are aceeași curbă de pătrat. Q3 și Q4 formează o sursă constantă de scădere a curentului. LED-ul este conectat la această sursă de curent constant, dar și la oglinda de scufundare curentă Q1 și Q2. Deci, curentul prin LED este rezultatul curentului constant I1 minus curentul pătrat I2, care este un curent semi-exponențial I3. Acest curent exponențial prin LED va avea ca rezultat o estompare liniară frumoasă a luminozității percepute a LED-ului. P1 ar trebui să fie tăiat, astfel încât LED-ul să se stingă atunci când se estompează. Imaginea osciloscopului arată tensiunea peste R2 (= 180E), care reprezintă curentul I2, care este scăzut din curentul constant I1.

Pasul 5: Schematic4 - Fader alternativ cu LED prin combinarea ambelor circuite

Deoarece curentul LED din circuitul cu buclă deschisă este inversat în comparație cu curentul cu LED-uri din circuitul cu buclă închisă, putem combina ambele circuite pentru a crea un fader alternativ cu LED-uri în care un LED se estompează în timp ce celălalt se estompează și viceversa.

Pasul 6: Construiți circuitul

• Construiesc circuitul doar pe o placă de calcul, deci nu am un aspect PCB pentru circuit
• Utilizați LED-uri de înaltă eficiență, deoarece acestea au o intensitate mult mai mare la același curent decât LED-urile mai vechi
• Pentru a face combinația LDR / LED, puneți LDR (a se vedea imaginea) și LED-ul față în față într-un tub care se micșorează (a se vedea imaginea).
• Circuitul este conceput pentru tensiunea de alimentare de la + 9V la + 12V.