خافت LED التناظري المتناوب المنفصل مع منحنى سطوع خطي: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

معظم الدوائر التي تعمل على تلاشي / تعتيم مؤشر LED عبارة عن دوائر رقمية تستخدم خرج PWM من متحكم دقيق. يتم التحكم في سطوع LED عن طريق تغيير دورة عمل إشارة PWM. سرعان ما تكتشف أنه عند التغيير الخطي لدورة العمل ، فإن سطوع LED لا يتغير خطيًا. سيتبع السطوع منحنى لوغاريتميًا ، مما يعني أن الكثافة تتغير بسرعة عند زيادة دورة العمل من 0 إلى 70٪ وتتغير ببطء شديد عند زيادة دورة العمل من 70٪ إلى 100٪. مرئي عند استخدام مصدر تيار ثابت وزيادة التيار الكهربائي الخطي الحالي عن طريق شحن مكثف بتيار ثابت.

في هذا الدليل ، سأحاول أن أوضح لك كيف يمكنك عمل خافت LED تناظري يحتوي على تغيير في السطوع يبدو أنه خطي للعين البشرية. ينتج عن هذا تأثير خبو خطي لطيف.

الخطوة 1: النظرية وراء الدائرة

في الشكل ، يمكنك أن ترى أن إدراك السطوع لمصباح LED له منحنى لوغاريتمي بسبب قانون Weber-Fechner ، الذي ينص على أن العين البشرية ، تمامًا مثل الحواس الأخرى ، لها منحنى لوغاريتمي. عندما يبدأ LED للتو "إجراء" ، يزداد السطوع المدرك بسرعة مع زيادة التيار. ولكن بمجرد "إجراء" ، يزداد السطوع المدرك بشكل بطيء مع زيادة التيار. لذلك نحتاج إلى إرسال تيار متغير أسي (انظر الصورة) من خلال LED حتى ترى العين البشرية (بإدراك لوغاريتمي) أن تغير السطوع يكون خطيًا.

هناك طريقتان للقيام بذلك:

• نهج الحلقة المغلقة
• نهج الحلقة المفتوحة

نهج الحلقة المغلقة:

عند إلقاء نظرة فاحصة على مواصفات خلية LDR (كبريتيد الكادميوم) ، سترى أن مقاومة LDR يتم رسمها كخط مستقيم على مقياس لوغاريتمي. لذا فإن مقاومة LDR تتغير لوغاريتميًا مع شدة الضوء علاوة على ذلك ، يبدو أن منحنى المقاومة اللوغاريتمية لـ LDR يطابق إدراك السطوع اللوغاريتمي للعين البشرية قريبًا جدًا. هذا هو السبب في أن LDR هو مرشح مثالي لرسم خطي لإدراك السطوع لمصباح LED. لذلك عند استخدام LDR للتعويض عن الإدراك اللوغاريتمي ، ستسعد العين البشرية بتباين السطوع الخطي اللطيف. LDR للتغذية الراجعة والتحكم في سطوع LED ، لذلك فهو يتبع منحنى LDR. بهذه الطريقة نحصل على سطوع متغير أسي يبدو أنه خطي للعين البشرية.

نهج الحلقة المفتوحة:

عندما لا نريد استخدام LDR ونريد الحصول على تغيير سطوع خطي للخافت ، نحتاج إلى جعل التيار من خلال LED أسيًا للتعويض عن إدراك السطوع اللوغاريتمي للعين البشرية. لذلك نحن بحاجة إلى دائرة تولد تيارًا متغيرًا أسيًا. يمكن القيام بذلك باستخدام OPAMP ، لكنني اكتشفت دائرة أبسط ، تستخدم مرآة تيار متكيف ، وتسمى أيضًا "التربيع الحالي" لأن تيار التوليد يتبع منحنى مربع (شبه أسي). حلقة مغلقة ونهج الحلقة المفتوحة للحصول على مصباح LED يتلاشى بالتناوب. مما يعني أن أحد LED يتلاشى للداخل والخارج بينما يتلاشى المصباح الآخر مع منحنى التلاشي المعاكس.

الخطوة 2: Schematic1 - مولد الموجي الثلاثي

بالنسبة إلى خافت LED الخاص بنا ، نحتاج إلى مصدر جهد يولد جهدًا متزايدًا وخفضًا خطيًا. نريد أيضًا أن نكون قادرين على تغيير فترة التلاشي والتلاشي بشكل فردي ، ولهذا الغرض نستخدم مولد الموجي المثلث المتماثل الذي تم إنشاؤه باستخدام 2 OPAMPs من العمود الفقري القديم: LM324. ويتم تكوين U1B كعامل تكامل. يتم تحديد تردد شكل الموجة المثلثية بواسطة C1 و P1 و R6. نظرًا لأن LM324 غير قادر على توصيل تيار كافٍ ، تتم إضافة مخزن مؤقت يتكون من Q1 و Q2. يوفر هذا المخزن المؤقت الكسب الحالي الذي نحتاجه لدفع تيار كافٍ إلى دائرة LED. يتم أخذ حلقة التغذية الراجعة حول U1B من إخراج المخزن المؤقت ، بدلاً من إخراج OPAMP. لأن OPAMP لا تحب الأحمال السعوية (مثل C1). تمت إضافة R8 إلى خرج OPAMP لأسباب تتعلق بالثبات ، لأن متابعين الباعث ، مثل المستخدم في المخزن المؤقت (Q1 ، Q2) يمكن أن يتسبب أيضًا في حدوث تذبذبات عند القيادة من إخراج مقاومة منخفضة. الجهد عند خرج المخزن المؤقت المكون من Q1 و Q2.

الخطوة 3: مخطط 2 - دائرة خافت LED ذات الحلقة المغلقة

لتحديد سطوع LED ، يتم استخدام LDR كعنصر ملاحظات في ترتيب حلقة مغلقة. نظرًا لأن مقاومة LDR مقابل شدة الضوء لوغاريتمية ، فهي مرشح مناسب للقيام بالمهمة. يشكل Q1 و Q2 مرآة حالية تحول جهد الخرج لمولد الشكل الموجي الثلاثي إلى تيار عبر R1 ، وهو في "الساق المرجعية" "من المرآة الحالية. ينعكس التيار خلال Q1 إلى Q2 ، لذلك يتدفق التيار المثلثي نفسه عبر Q2. D1 لأن ناتج مولد الشكل الموجي المثلث لا يتأرجح تمامًا إلى الصفر ، لأنني لا أستخدم سكة حديدية بل سكة حديدية. من السهل الحصول على OPAMP للأغراض العامة في مولد الشكل الموجي الثلاثي. LED متصل بـ Q2 ، ولكن أيضًا Q3 ، وهو جزء من مرآة التيار الثاني. Q3 و Q4 يشكلان مرآة المصادر الحالية. (انظر: المرايا الحالية) يتم وضع LDR في "الساق المرجعية" لمرآة المصادر الحالية ، وبالتالي فإن مقاومة LDR تحدد التيار المتولد عن هذه المرآة. كلما زاد الضوء على LDR ، انخفضت مقاومته وزاد التيار خلال Q4. يتم عكس التيار خلال Q4 إلى Q3 ، وهو متصل بـ Q2. لذا علينا الآن التفكير في التيارات وليس في الفولتية بعد الآن. يغرق Q2 تيارًا مثلثًا I1 و Q3 مصادر I2 الحالية ، والتي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية الضوء التي تقع على LDR وتتبع منحنى لوغاريتمي. I3 هو التيار من خلال LED وهو نتيجة للتيار المثلثي الخطي I1 مطروحًا منه LDR اللوغاريتمي الحالي I2 ، وهو تيار أسي ، وهذا بالضبط ما نحتاجه لسطوع LED. نظرًا لأن التيار الأسي يتم دفعه من خلال مؤشر LED ، فإن السطوع المدرك سيتغير بطريقة خطية ، والتي يكون لها تأثير خبو / تعتيم أفضل بكثير من مجرد تشغيل تيار خطي عبر LED. تُظهر صورة راسم الذبذبات الجهد فوق R6 (= 10E)) ، الذي يمثل التيار من خلال LED.

الخطوة 4: Schematic3 - دائرة خافت LED ذات الحلقة المفتوحة باستخدام التربيع الحالي

نظرًا لأن تركيبات LED / LDR ليست مكونات قياسية ، فقد بحثت عن طرق أخرى لتوليد تيار أسي أو تربيعي من خلال LED في تكوين حلقة مفتوحة. والنتيجة هي دائرة الحلقة المفتوحة الموضحة في هذه الخطوة. تشكل Q1 و Q2 دائرة تربيع حالية تعتمد على مرآة غاطسة حالية. يقوم R1 بتحويل جهد الخرج المثلثي ، الذي يتم تقسيمه أولاً باستخدام P1 ، إلى تيار يتدفق عبر Q1. لكن باعث Q1 غير متصل بالأرض عبر المقاوم ، ولكن عبر ثنائيات. سيكون للثنائيين تأثير تربيعي على التيار خلال Q1. ينعكس هذا التيار إلى Q2 ، لذا فإن I2 له نفس منحنى التربيع. Q3 و Q4 يشكلان مصدر غرق تيار مستمر. LED متصل بمصدر التيار المستمر هذا ولكن أيضًا بمرآة الغرق الحالية Q1 و Q2. لذا فإن التيار من خلال LED هو نتيجة للتيار الثابت I1 مطروحًا منه التيار التربيعي I2 ، وهو تيار شبه أسي I3 ، سيؤدي هذا التيار الأسي عبر LED إلى تلاشي خطي لطيف للسطوع المدرك للـ LED. يجب قطع P1 بحيث ينطفئ مؤشر LED عندما يتلاشى. تُظهر صورة الذبذبات الجهد فوق R2 (= 180E) ، والذي يمثل I2 الحالي ، والذي يتم طرحه من التيار الثابت I1.

الخطوة 5: تخطيطي 4 - خافت LED بالتناوب من خلال الجمع بين كلتا الدائرتين

نظرًا لأن تيار LED في دائرة الحلقة المفتوحة مقلوب عند مقارنته بتيار LED في دائرة الحلقة المغلقة ، يمكننا الجمع بين كلتا الدائرتين لإنشاء خافت LED متناوب يتلاشى فيه أحد LED بينما يتلاشى الآخر والعكس صحيح.

الخطوة السادسة: بناء الدائرة

• أقوم فقط ببناء الدائرة على لوح التجارب ، لذلك ليس لدي تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور للدائرة
• استخدم مصابيح LED عالية الكفاءة لأنها تتمتع بكثافة أعلى بكثير في نفس التيار من مصابيح LED القديمة
• لتكوين مجموعة LDR / LED ، ضع LDR (انظر الصورة) و LED وجهاً لوجه في أنبوب متقلص (انظر الصورة).
• تم تصميم الدائرة لجهد الإمداد من + 9 فولت إلى + 12 فولت.