Bộ tắt đèn LED tương tự xen kẽ rời rạc với đường cong độ sáng tuyến tính: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Hầu hết các mạch để làm mờ / làm mờ đèn LED là các mạch kỹ thuật số sử dụng đầu ra PWM của vi điều khiển. Độ sáng của đèn LED được điều khiển bằng cách thay đổi chu kỳ hoạt động của tín hiệu PWM. Bạn sẽ sớm phát hiện ra rằng khi thay đổi tuyến tính chu kỳ hoạt động, độ sáng của đèn LED không thay đổi tuyến tính. Độ sáng sẽ tuân theo một đường cong logarit, có nghĩa là cường độ thay đổi nhanh khi tăng chu kỳ nhiệm vụ từ 0 lên 70% và thay đổi rất chậm khi tăng chu kỳ nhiệm vụ từ 70% lên 100%. có thể nhìn thấy khi sử dụng nguồn dòng không đổi và tăng fe tuyến tính hiện tại bằng cách sạc một tụ điện với dòng điện không đổi.

Trong phần hướng dẫn này, tôi sẽ cố gắng chỉ cho bạn cách bạn có thể tạo ra một bộ điều chỉnh đèn LED tương tự có sự thay đổi độ sáng có vẻ như tuyến tính đối với mắt người. Điều này dẫn đến hiệu ứng mờ dần tuyến tính đẹp mắt.

Bước 1: Lý thuyết đằng sau mạch

Trong hình, bạn có thể thấy rằng cảm nhận độ sáng của đèn LED có đường cong logarit do định luật Weber-Fechner, nói rằng mắt người, cũng giống như các giác quan khác, có đường cong logarit. Khi đèn LED chỉ bắt đầu "tiến hành", độ sáng cảm nhận sẽ tăng nhanh khi tăng dòng điện. Nhưng một khi "dẫn điện", độ sáng cảm nhận tăng chậm khi dòng điện tăng lên. Vì vậy, chúng ta cần gửi một dòng điện thay đổi theo hàm mũ (xem hình) qua đèn LED để mắt người (có nhận thức logarit) cảm nhận sự thay đổi độ sáng là tuyến tính.

Có 2 cách để làm điều này:

• Phương pháp tiếp cận vòng kín
• Phương pháp tiếp cận vòng lặp mở

Phương pháp tiếp cận vòng kín:

Khi xem xét kỹ các thông số kỹ thuật của tế bào LDR (cadmium sulphide), bạn sẽ thấy rằng điện trở LDR được vẽ dưới dạng một đường thẳng trên thang logarit. Vì vậy, điện trở LDR thay đổi logarit theo cường độ ánh sáng. Hơn nữa, đường cong kháng logarit của LDR dường như khớp với cảm nhận độ sáng logarit của mắt người khá gần. Đó là lý do tại sao LDR là một ứng cử viên hoàn hảo để tuyến tính hóa cảm nhận độ sáng của đèn LED. một LDR để phản hồi và kiểm soát độ sáng của đèn LED, vì vậy nó tuân theo đường cong LDR. Bằng cách này, chúng tôi nhận được độ sáng thay đổi theo cấp số nhân dường như tuyến tính đối với mắt người.

Phương pháp tiếp cận vòng lặp mở:

Khi chúng ta không muốn sử dụng LDR và muốn thay đổi độ sáng tuyến tính cho bộ điều chỉnh độ sáng, chúng ta cần tạo dòng điện qua đèn LED theo cấp số nhân để bù đắp cho nhận thức độ sáng logarit của mắt người. Vì vậy, chúng ta cần một mạch tạo ra một dòng điện thay đổi theo cấp số nhân. Điều này có thể được thực hiện với OPAMP, nhưng tôi đã phát hiện ra một mạch đơn giản hơn, sử dụng một gương dòng điện thích ứng, còn được gọi là "bình phương dòng điện" vì dòng điện tạo ra tuân theo một đường cong hình vuông (bán mũ). Trong hướng dẫn này, chúng tôi kết hợp cả hai vòng kín và cách tiếp cận vòng mở để có được đèn LED mờ xen kẽ. có nghĩa là một đèn LED mờ dần trong và ngoài trong khi đèn LED kia mờ dần trong và ngoài với đường cong mờ dần ngược lại.

Bước 2: Schematic1 - Bộ tạo dạng sóng tam giác

Đối với bộ điều khiển LED của chúng tôi, chúng tôi cần một nguồn điện áp tạo ra điện áp tăng và giảm tuyến tính. Vì mục đích này, chúng tôi sử dụng bộ tạo dạng sóng tam giác đối xứng được xây dựng bằng cách sử dụng 2 OPAMP của một workhorse cũ: LM324. U1A được định cấu hình như một bộ kích hoạt schmitt sử dụng phản hồi tích cực và U1B được cấu hình như một bộ tích hợp. Tần số của dạng sóng tam giác được xác định bởi C1, P1 và R6. Bởi vì LM324 không có khả năng cung cấp đủ dòng điện, một bộ đệm bao gồm Q1 và Q2 được thêm vào. Bộ đệm này cung cấp độ lợi hiện tại mà chúng ta cần để truyền đủ dòng điện vào mạch LED. Vòng phản hồi xung quanh U1B được lấy từ đầu ra của bộ đệm, thay vì từ đầu ra của OPAMP. vì OPAMP không thích tải điện dung (chẳng hạn như C1). R8 được thêm vào đầu ra của OPAMP vì lý do ổn định, bởi vì các bộ phát tín hiệu, chẳng hạn như được sử dụng trong bộ đệm (Q1, Q2) cũng có thể gây ra dao động khi được điều khiển từ đầu ra trở kháng thấp. điện áp ở đầu ra của bộ đệm do Q1 và Q2 tạo thành.

Bước 3: Schematic2 - Mạch Fader LED Loop kín

Để tuyến tính hóa độ sáng của đèn LED, một LDR được sử dụng làm phần tử phản hồi trong một sắp xếp vòng kín. Vì điện trở LDR so với cường độ ánh sáng là logarit, nên nó là một ứng cử viên thích hợp để thực hiện công việc. Q1 và Q2 tạo thành một gương dòng điện chuyển đổi điện áp đầu ra của bộ tạo dạng sóng tam giác thành dòng điện qua R1, nằm trong "chân tham chiếu "của gương hiện tại. Dòng điện qua Q1 được nhân đôi thành Q2, vì vậy dòng điện tam giác giống nhau chạy qua Q2. D1 là ở đó bởi vì đầu ra của bộ tạo dạng sóng tam giác không hoàn toàn chuyển về 0, bởi vì tôi không sử dụng thanh ray mà là OPAMP mục đích chung có thể dễ dàng đạt được trong bộ tạo dạng sóng tam giác. LED được kết nối với Q2, nhưng cũng là Q3, là một phần của gương phản chiếu dòng điện thứ hai. Q3 và Q4 tạo thành một gương tìm nguồn hiện tại. (Xem: Gương hiện tại) LDR được đặt trong "chân tham chiếu" của gương tìm nguồn hiện tại này, do đó, điện trở của LDR xác định dòng điện được tạo ra bởi gương này. Càng nhiều ánh sáng chiếu vào LDR, điện trở của nó càng thấp và dòng điện qua Q4 sẽ càng cao. Dòng điện qua Q4 được nhân đôi tới Q3, dòng điện này được kết nối với Q2. Vì vậy, bây giờ chúng ta phải nghĩ đến dòng điện chứ không phải điện áp nữa. Q2 đánh chìm dòng điện hình tam giác I1 và Q3 tạo ra dòng điện I2, liên quan trực tiếp đến lượng ánh sáng rơi trên LDR và theo một đường cong logarit. I3 là dòng điện qua đèn LED và là kết quả của dòng điện tam giác tuyến tính I1 trừ đi dòng điện LDR logarit I2, là dòng điện theo cấp số nhân Và đó chính xác là những gì chúng ta cần để tuyến tính hóa độ sáng của đèn LED. Bởi vì một dòng điện theo cấp số nhân được dẫn qua đèn LED, độ sáng cảm nhận được sẽ thay đổi theo cách tuyến tính, có hiệu ứng mờ / mờ tốt hơn nhiều so với chỉ chạy dòng điện tuyến tính qua đèn LED. Hình ảnh máy hiện sóng cho thấy điện áp trên R6 (= 10E), đại diện cho dòng điện qua đèn LED.

Bước 4: Schematic3 - Mạch Fader LED Loop mở sử dụng Squarer hiện tại

Vì kết hợp LED / LDR không phải là thành phần tiêu chuẩn, tôi đã tìm kiếm các cách khác để tạo ra dòng điện theo cấp số nhân hoặc bình phương qua đèn LED trong cấu hình vòng hở. Kết quả là mạch vòng hở được hiển thị trong bước này. Q1 và Q2 tạo thành một mạch bình phương dòng điện dựa trên một gương chìm dòng điện. R1 chuyển đổi điện áp đầu ra hình tam giác, được phân chia đầu tiên bằng cách sử dụng P1, thành dòng điện chạy qua Q1. Nhưng bộ phát của Q1 không được nối đất thông qua một điện trở, mà thông qua 2 điốt. 2 điốt sẽ có tác dụng bình phương đối với dòng điện qua Q1. Dòng điện này được nhân đôi với Q2, vì vậy I2 có cùng một đường cong bình phương. Q3 và Q4 tạo thành một nguồn chìm dòng điện không đổi. Đèn LED được kết nối với nguồn dòng điện không đổi này mà còn với gương chìm hiện tại Q1 và Q2. Vì vậy, dòng điện qua đèn LED là kết quả của dòng điện không đổi I1 trừ đi dòng điện bình phương I2, là dòng điện bán mũ I3. Dòng điện theo cấp số nhân này qua đèn LED sẽ dẫn đến sự mờ dần tuyến tính của độ sáng cảm nhận của đèn LED. P1 nên được cắt bớt để đèn LED chỉ tắt khi mờ dần.

Bước 5: Sơ đồ 4 - Bộ điều chỉnh đèn LED luân phiên bằng cách kết hợp cả hai mạch

Bởi vì dòng điện LED trong mạch vòng hở ngược chiều khi so sánh với dòng điện LED trong mạch vòng kín, chúng ta có thể kết hợp cả hai mạch để tạo ra một bộ mốt LED xoay chiều trong đó một LED mờ dần trong khi LED kia tắt dần và ngược lại.

Bước 6: Xây dựng mạch

• Tôi chỉ xây dựng mạch trên bảng mạch, vì vậy tôi không có bố trí PCB cho mạch
• Sử dụng đèn LED hiệu suất cao vì chúng có cùng cường độ dòng điện cao hơn nhiều so với đèn LED cũ hơn
• Để tạo sự kết hợp LDR / LED, hãy đặt LDR (xem hình) và LED đối mặt nhau trong một ống thu nhỏ (xem hình).
• Mạch được thiết kế để cung cấp điện áp từ + 9V đến + 12V.