Fader de LED analógico alternado discreto com curva de brilho linear: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

A maioria dos circuitos para diminuir / diminuir o brilho de um LED são circuitos digitais que usam uma saída PWM de um microcontrolador. O brilho do LED é controlado alterando o ciclo de trabalho do sinal PWM. Logo você descobre que ao mudar linearmente o ciclo de trabalho, o brilho do LED não muda linearmente. O brilho seguirá uma curva logarítmica, o que significa que a intensidade muda rapidamente ao aumentar o ciclo de trabalho de 0 a, digamos, 70% e muda muito lentamente ao aumentar o ciclo de trabalho de, digamos, 70% a 100%. visível ao usar uma fonte de corrente constante e aumentar a fe linear atual carregando um capacitor com uma corrente constante.

Neste instrutível, tentarei mostrar como você pode fazer um fader de LED analógico que tem uma mudança de brilho que parece ser linear ao olho humano. Isso resulta em um bom efeito de desvanecimento linear.

Etapa 1: Teoria por trás do circuito

Na figura, você pode ver que a percepção de brilho de um LED possui uma curva logarítmica devido à lei de Weber-Fechner, dizendo que o olho humano, assim como os outros sentidos, possui uma curva logarítmica. Quando o LED começa a "conduzir" o brilho percebido aumenta rapidamente com o aumento da corrente. Mas, uma vez "conduzido", o brilho percebido aumenta lentamente com o aumento da corrente. Portanto, precisamos enviar uma corrente de mudança exponencial (veja a imagem) através do LED para que o olho humano (com uma percepção logarítmica) perceba a mudança de brilho como sendo linear.

Existem 2 maneiras de fazer isso:

• Abordagem de loop fechado
• Abordagem de malha aberta

Abordagem de circuito fechado:

Ao examinar mais de perto as especificações das células LDR (sulfeto de cádmio), você verá que a resistência LDR é desenhada como uma linha reta em uma escala logarítmica. Portanto, a resistência do LDR muda logarítmica com a intensidade da luz. Além disso, a curva de resistência logarítmica de um LDR parece corresponder à percepção de brilho logarítmica do olho humano. É por isso que o LDR é um candidato perfeito para linearizar a percepção de brilho de um LED. Portanto, ao usar um LDR para compensar a percepção logarítmica, o olho humano ficará satisfeito com a bela variação de brilho linear. No circuito fechado, usamos um LDR para realimentar e controlar o brilho do LED, de modo que segue a curva de LDR. Dessa forma, obtemos uma variação exponencial de brilho que parece ser linear ao olho humano.

Abordagem de malha aberta:

Quando não queremos usar um LDR e queremos obter uma mudança de brilho linear para o fader, precisamos fazer a corrente através do LED exponencial para compensar a percepção de brilho logarítmica do olho humano. Portanto, precisamos de um circuito que gere uma corrente exponencial variável. Isso pode ser feito com OPAMPs, mas descobri um circuito mais simples, que usa um espelho de corrente adaptado, também chamado de "quadrante de corrente" porque a corrente gerada segue uma curva quadrada (semi-exponencial). Neste instrutível, combinamos os dois malha fechada e a abordagem de malha aberta para obter um LED de desvanecimento alternado. o que significa que um LED acende e apaga enquanto o outro LED acende e apaga com a curva de desvanecimento oposta.

Etapa 2: Esquema 1 - Gerador de forma de onda triangular

Para o nosso fader LED, precisamos de uma fonte de tensão que gere uma tensão linear crescente e decrescente. Também queremos ser capazes de alterar o período de fade in e fade out individualmente. Para esse propósito, usamos um gerador de forma de onda triangular simétrico que é construído usando 2 OPAMPs de um velho burro de carga: LM324. U1A é configurado como um gatilho de Schmitt usando feedback positivo e U1B é configurado como um integrador. A frequência da forma de onda triangular é determinada por C1, P1 e R6. Como o LM324 não é capaz de fornecer corrente suficiente, um buffer consistindo em Q1 e Q2 é adicionado. Este buffer fornece o ganho de corrente de que precisamos para direcionar corrente suficiente para o circuito de LED. O loop de feedback em torno de U1B é obtido da saída do buffer, em vez da saída do OPAMP. porque OPAMPs não gostam de cargas capacitivas (como C1). R8 é adicionado à saída do OPAMP por razões de estabilidade, porque os seguidores de emissor, como os usados no buffer (Q1, Q2), também podem causar oscilações quando acionados por uma saída de baixa impedância. Até agora, tudo bem, a imagem do osciloscópio mostra a tensão na saída do buffer formado por Q1 e Q2.

Etapa 3: Esquema 2 - Circuito Fader de LED de Loop Fechado

Para linearizar o brilho de um LED, um LDR é usado como um elemento de feedback em um arranjo de circuito fechado. Como a resistência LDR versus intensidade de luz é logarítmica, é um candidato adequado para fazer o trabalho. Q1 e Q2 formam um espelho de corrente que converte a tensão de saída do gerador de forma de onda triangular em uma corrente via R1, que está na "perna de referência "do espelho atual. A corrente através de Q1 é espelhada para Q2, então a mesma corrente triangular flui através de Q2. D1 porque a saída do gerador de forma de onda triangular não oscila totalmente para zero, porque eu não estou usando um trilho para trilho, mas um OPAMP de fácil obtenção de uso geral no gerador de forma de onda triangular. O LED está conectado a Q2, mas também a Q3, que faz parte de um segundo espelho de corrente. Q3 e Q4 formam um espelho de fonte de corrente. (Veja: Espelhos de corrente) O LDR é colocado na "perna de referência" deste espelho de fonte de corrente, então a resistência do LDR determina a corrente gerada por este espelho. Quanto mais luz incide sobre o LDR, menor é a resistência e maior será a corrente em Q4. A corrente em Q4 é espelhada em Q3, que está conectada em Q2. Portanto, agora temos que pensar em correntes e não mais em tensões. Q2 absorve uma corrente triangular I1 e Q3 fornece uma corrente I2, que está diretamente relacionada à quantidade de luz que incide sobre o LDR e segue uma curva logarítmica. I3 é a corrente através do LED e é o resultado da corrente triangular linear I1 menos a corrente LDR logarítmica I2, que é uma corrente exponencial. E é exatamente isso que precisamos para linearizar o brilho de um LED. Como uma corrente exponencial é conduzida através do LED, o brilho percebido mudará de forma linear, o que tem um efeito de atenuação / escurecimento muito melhor do que apenas passar uma corrente linear através do LED. A imagem do osciloscópio mostra a tensão acima de R6 (= 10E), que representa a corrente através do LED.

Etapa 4: Esquema 3 - Circuito Fader de LED de circuito aberto usando o quadrante atual

Como as combinações de LED / LDR não são componentes padrão, procurei outras maneiras de gerar uma corrente exponencial ou quadrática por meio de um LED em uma configuração de malha aberta. O resultado é o circuito de malha aberta mostrado nesta etapa. Q1 e Q2 formam um circuito de quadratura de corrente que é baseado em um espelho de dissipação de corrente. R1 converte a tensão de saída triangular, que é primeiro dividida usando P1, em uma corrente, fluindo através de Q1. Mas o emissor de Q1 não está conectado ao terra por meio de um resistor, mas por meio de 2 diodos. Os 2 diodos terão um efeito de quadratura na corrente através de Q1. Esta corrente é espelhada em Q2, então I2 tem a mesma curva quadrada. Q3 e Q4 formam uma fonte de afundamento de corrente constante. O LED está conectado a esta fonte de corrente constante, mas também ao espelho retrovisor de corrente Q1 e Q2. Portanto, a corrente através do LED é o resultado da corrente constante I1 menos a corrente quadrática I2, que é uma corrente semi-exponencial I3. Essa corrente exponencial através do LED resultará em um bom desvanecimento linear do brilho percebido do LED. P1 deve ser ajustado de forma que o LED apague apenas quando estiver apagando. A imagem do osciloscópio mostra a tensão acima de R2 (= 180E), que representa a corrente I2, que é subtraída da corrente constante I1.

Etapa 5: Esquema 4 - Fader LED alternado pela combinação de ambos os circuitos

Como a corrente do LED no circuito de malha aberta é invertida quando comparada à corrente do LED no circuito de malha fechada, podemos combinar os dois circuitos para criar um fader de LED alternado em que um LED acende enquanto o outro apaga e vice-versa.

Etapa 6: construir o circuito

• Eu apenas construo o circuito em uma placa de ensaio, então não tenho um layout de PCB para o circuito
• Use LEDs de alta eficiência porque eles têm uma intensidade muito maior na mesma corrente do que os LEDs mais antigos
• Para fazer a combinação LDR / LED, coloque o LDR (veja a imagem) e o LED frente a frente em um tubo retrátil (veja a imagem).
• O circuito é projetado para tensão de alimentação de + 9 V a + 12 V.