Fader analògic altern altern discret amb corba de brillantor lineal: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

La majoria dels circuits per esvair / atenuar un LED són circuits digitals que utilitzen una sortida PWM d’un microcontrolador. La brillantor del LED es controla canviant el cicle de treball del senyal PWM. Aviat descobrireu que quan canvieu linealment el cicle de treball, la brillantor del LED no canvia linealment. La brillantor seguirà una corba logarítmica, el que significa que la intensitat canvia ràpidament quan s’incrementa el cicle de treball de 0 a un 70% i canvia molt lent quan s’incrementa el cicle de treball de 70 a 100%. visible quan s'utilitza una font de corrent constant i augmenta la fe lineal actual carregant un condensador amb un corrent constant.

En aquest instructiu, intentaré mostrar-vos com podeu fer un fader LED analògic que tingui un canvi de brillantor que sembli lineal a l’ull humà. Això es tradueix en un bon efecte d’esvaiment lineal.

Pas 1: teoria darrere del circuit

A la figura, podeu veure que la percepció de brillantor d’un LED té una corba logarítmica a causa de la llei de Weber-Fechner, que diu que l’ull humà, igual que els altres sentits, té una corba logarítmica. Quan el LED només comença a "conduir" la brillantor percebuda augmenta ràpidament a mesura que augmenta el corrent. Però una vegada que es realitza, la brillantor percebuda augmenta lentament amb l’augment del corrent. Per tant, hem d’enviar un corrent canviant exponencial (veure imatge) a través del LED perquè l’ull humà (amb una percepció logarítmica) percebi el canvi de brillantor com a lineal.

Hi ha dues maneres de fer-ho:

• Aproximació de bucle tancat
• Enfocament de bucle obert

Enfocament de bucle tancat:

Quan analitzeu de prop les especificacions de les cèl·lules LDR (sulfur de cadmi), veureu que la resistència LDR es dibuixa com una línia recta a escala logarítmica. Per tant, la resistència a la LDR canvia logarítmicament amb la intensitat de la llum. És per això que el LDR és un candidat perfecte per linealitzar la percepció de brillantor d’un LED, de manera que quan s’utilitza un LDR per compensar la percepció logarítmica, l’ull humà quedarà satisfet per la bona variació de la brillantor lineal. un LDR per retroalimentar i controlar la brillantor del LED, de manera que segueix la corba LDR. D’aquesta manera obtenim una brillantor canviant exponencial que sembla lineal a l’ull humà.

Enfocament de bucle obert:

Quan no volem utilitzar un LDR i volem obtenir un canvi de brillantor lineal per al fader, hem de fer que el corrent a través del LED sigui exponencial per compensar la percepció de la brillantor logarítmica de l'ull humà. Per tant, necessitem un circuit que generi un canvi de corrent exponencial. Això es pot fer amb OPAMP, però he descobert un circuit més senzill que utilitza un mirall de corrent adaptat, també anomenat "quadrat de corrent" perquè el corrent de generació segueix una corba quadrada (semi-exponencial). En aquesta instrucció, combinem els dos el bucle tancat i el bucle obert s’aproximen per obtenir un LED d’esvaiment altern. el que significa que un LED s’apaga i entra mentre que l’altre LED s’apaga i entra amb una corba d’esvaiment oposada.

Pas 2: esquema 1: generador de formes d'ona triangulars

Per al nostre fader LED, necessitem una font de voltatge que generi una tensió lineal creixent i decreixent. També volem ser capaços de canviar el període de fade in i fade out individualment. Per a aquest propòsit utilitzem un generador de forma d’ona triangular simètric que es construeix utilitzant 2 OPAMP d’un antic cavall de treball: LM324. U1A es configura com un disparador schmitt mitjançant retroalimentació positiva i U1B es configura com a integrador. La freqüència de la forma d’ona triangular està determinada per C1, P1 i R6. Com que el LM324 no és capaç d’alimentar prou corrent, s’afegeix un buffer format per Q1 i Q2. Aquest buffer proporciona el guany actual que necessitem per conduir prou corrent al circuit LED. El bucle de retroalimentació al voltant d'U1B es pren de la sortida del buffer, en lloc de la sortida de l'OPAMP. perquè als OPAMP no els agraden les càrregues capacitives (com ara C1). R8 s’afegeix a la sortida de l’OPAMP per motius d’estabilitat, perquè els seguidors d’emissors, com els que s’utilitzen a la memòria intermèdia (Q1, Q2), també poden provocar oscil·lacions quan es condueix des d’una sortida de baixa impedància. la tensió a la sortida del buffer format per Q1 i Q2.

Pas 3: Schematic2 - Circuit de fader LED de bucle tancat

Per linealitzar la brillantor d’un LED, s’utilitza un LDR com a element de retroalimentació en un arranjament de bucle tancat. Com que la resistència LDR enfront de la intensitat de la llum és logarítmica, és un candidat adequat per fer la feina. Q1 i Q2 formen un mirall de corrent que converteix aquest voltatge de sortida del generador de forma d'ona triangular en un corrent mitjançant R1, que es troba a la "cama de referència" "del mirall actual. El corrent a través de Q1 es reflecteix a Q2, de manera que el mateix corrent triangular flueix a través de Q2. D1 hi és perquè la sortida del generador de forma d’ona triangular no oscil·la completament a zero, perquè no estic utilitzant un rail-to-rail sinó un OPAMP d’ús general fàcil d’obtenir al generador de forma d’ona triangular. El LED està connectat a Q2, però també al Q3, que forma part d’un segon mirall de corrent. Q3 i Q4 formen un mirall d’obtenció de corrent. (Vegeu: Miralls actuals) El LDR es posa a la "cama de referència" d'aquest mirall d'abastament actual, de manera que la resistència del LDR determina el corrent generat per aquest mirall. Com més llum caigui al LDR, menor serà la resistència i major serà el corrent a través de Q4. El corrent a través de Q4 es reflecteix a Q3, que està connectat a Q2. Per tant, ara hem de pensar en corrents i no en tensions. Q2 enfonsa un corrent triangular I1 i Q3 que provoca un corrent I2, que està directament relacionat amb la quantitat de llum que cau sobre el LDR i segueix una corba logarítmica. I3 és el corrent a través del LED i és el resultat del corrent triangular lineal I1 menys el corrent L2 logarítmic I2, que és un corrent exponencial. I això és exactament el que necessitem per linealitzar la brillantor d’un LED. Com que un corrent exponencial es condueix a través del LED, la brillantor percebuda canviarà de manera lineal, cosa que té un efecte d’esvaiment / atenuació molt millor que només fer passar un corrent lineal a través del LED.), que representa el corrent a través del LED.

Pas 4: Schematic3 - Circuit de fader LED de bucle obert mitjançant Current Squarer

Com que les combinacions LED / LDR no són components estàndard, he buscat altres maneres de generar un corrent exponencial o quadrat mitjançant un LED en una configuració de bucle obert. El resultat és el circuit de bucle obert que es mostra en aquest pas: Q1 i Q2 formen un circuit de quadratura de corrent que es basa en un mirall d’enfonsament de corrent. R1 converteix la tensió de sortida triangular, que primer es divideix mitjançant P1, en un corrent que circula per Q1. Però l’emissor de Q1 no està connectat a terra mitjançant una resistència, sinó mitjançant dos díodes. Els 2 díodes tindran un efecte de quadratura sobre el corrent a través de Q1. Aquest corrent es reflecteix en Q2, de manera que I2 té la mateixa corba quadrada: Q3 i Q4 formen una font d’enfonsament de corrent constant. El LED està connectat a aquesta font de corrent constant, però també al mirall d’enfonsament actual Q1 i Q2. Així doncs, el corrent a través del LED és el resultat del corrent constant I1 menys el corrent quadrat I2, que és un corrent semi-exponencial I3. Aquest corrent exponencial a través del LED donarà lloc a un bon desvaniment lineal de la brillantor percebuda del LED. P1 s’ha de retallar perquè el LED només s’apagui quan s’esvaeixi. La imatge de l’oscil·loscopi mostra la tensió sobre R2 (= 180E), que representa el corrent I2, que es resta del corrent constant I1.

Pas 5: Schematic4 - Fader LED alternant combinant tots dos circuits

Com que el corrent LED del circuit de llaç obert s’inverteix en comparació amb el corrent de LED del circuit de llaç tancat, podem combinar els dos circuits per crear un fader LED altern en el qual un LED s’esvaeix mentre l’altre s’esvaeix i viceversa.

Pas 6: Construeix el circuit

• Només construeixo el circuit en una taula de treball, de manera que no tinc una distribució de PCB per al circuit
• Utilitzeu LED d'alta eficiència perquè tenen una intensitat molt superior al mateix corrent que els LED més antics
• Per fer la combinació LDR / LED, poseu el LDR (vegeu la imatge) i el LED cara a cara en un tub reductor (vegeu la imatge).
• El circuit està dissenyat per a una tensió d’alimentació de + 9V a + 12V.