Discrete Alternating Analog LED Fader Dengan Linear Brightness Curve: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Sebagian besar rangkaian untuk memudarkan/meredupkan LED adalah rangkaian digital yang menggunakan output PWM dari mikrokontroler. Kecerahan LED dikendalikan dengan mengubah siklus kerja sinyal PWM. Segera Anda menemukan bahwa ketika mengubah siklus tugas secara linier, kecerahan LED tidak berubah secara linier. Kecerahan akan mengikuti kurva logaritmik, artinya intensitas berubah dengan cepat saat meningkatkan siklus kerja dari 0 menjadi katakanlah 70% dan berubah sangat lambat saat meningkatkan siklus tugas dari katakanlah 70% menjadi 100%. Efek yang sama persis juga terlihat saat menggunakan sumber arus konstan dan meningkatkan arus linier fe dengan mengisi kapasitor dengan arus konstan.

Dalam instruksi ini saya akan mencoba menunjukkan kepada Anda bagaimana Anda dapat membuat fader LED analog yang memiliki perubahan kecerahan yang tampak linier dengan mata manusia. Ini menghasilkan efek fading linier yang bagus.

Langkah 1: Teori Dibalik Sirkuit

Pada gambar, Anda dapat melihat bahwa persepsi kecerahan LED memiliki kurva logaritmik karena hukum Weber-Fechner, yang mengatakan bahwa mata manusia, seperti indera lainnya, memiliki kurva logaritmik. Ketika LED baru saja mulai "melakukan" kecerahan yang dirasakan meningkat cepat dengan meningkatnya arus. Tapi begitu "melakukan", kecerahan yang dirasakan meningkat lambat dengan meningkatnya arus. Jadi kita perlu mengirim perubahan arus eksponensial (lihat gambar) melalui LED sehingga mata manusia (dengan persepsi logaritmik) merasakan perubahan kecerahan sebagai linier.

Ada 2 cara untuk melakukan ini:

• Pendekatan loop tertutup
• Pendekatan loop terbuka

Pendekatan loop tertutup:

Saat mencermati spesifikasi sel LDR (cadmium sulfida), Anda akan melihat bahwa resistansi LDR digambarkan sebagai garis lurus pada skala logaritmik. Jadi resistansi LDR berubah logaritmik dengan intensitas cahaya. Selanjutnya, kurva resistansi logaritmik LDR tampaknya cocok dengan persepsi kecerahan logaritmik mata manusia yang cukup dekat. Itulah mengapa LDR adalah kandidat yang sempurna untuk linierisasi persepsi kecerahan LED. Jadi ketika menggunakan LDR untuk mengkompensasi persepsi logaritmik, mata manusia akan senang dengan variasi kecerahan linier yang bagus. Dalam loop tertutup, kami menggunakan sebuah LDR untuk memberi umpan balik dan mengontrol kecerahan LED, sehingga mengikuti kurva LDR. Dengan cara ini kita mendapatkan kecerahan perubahan eksponensial yang tampak linier dengan mata manusia.

Pendekatan loop terbuka:

Ketika kita tidak ingin menggunakan LDR dan ingin mendapatkan perubahan kecerahan linier untuk fader, kita perlu membuat arus melalui LED eksponensial untuk mengimbangi persepsi kecerahan logaritmik mata manusia. Jadi kita membutuhkan rangkaian yang menghasilkan arus yang berubah secara eksponensial. Ini dapat dilakukan dengan OPAMP, tetapi saya menemukan rangkaian yang lebih sederhana, yang menggunakan cermin arus yang disesuaikan, juga disebut "kuadrat arus" karena arus yang dihasilkan mengikuti kurva persegi (semi-eksponensial). Dalam instruksi ini, kami menggabungkan keduanya loop tertutup dan pendekatan loop terbuka untuk mendapatkan LED yang memudar secara bergantian. artinya satu LED memudar masuk dan keluar sementara LED lainnya memudar masuk dan keluar dengan kurva memudar yang berlawanan.

Langkah 2: Skema1 - Generator Bentuk Gelombang Segitiga

Untuk fader LED kami, kami membutuhkan sumber tegangan yang menghasilkan tegangan naik dan turun linier. Kami juga ingin dapat mengubah periode fade in dan fade out satu per satu. Untuk tujuan ini kami menggunakan generator bentuk gelombang segitiga simetris yang dibangun menggunakan 2 OPAMP dari pekerja lama: LM324. U1A dikonfigurasi sebagai pemicu schmitt menggunakan umpan balik positif dan U1B dikonfigurasi sebagai integrator. Frekuensi gelombang segitiga ditentukan oleh C1, P1 dan R6. Karena LM324 tidak mampu memberikan arus yang cukup, buffer yang terdiri dari Q1 dan Q2 ditambahkan. Buffer ini memberikan penguatan arus yang kita perlukan untuk mengalirkan arus yang cukup ke dalam rangkaian LED. Loop umpan balik di sekitar U1B diambil dari output buffer, bukan dari output OPAMP. karena OPAMP tidak menyukai beban kapasitif (seperti C1). R8 ditambahkan ke output OPAMP untuk alasan stabilitas, karena pengikut emitor, seperti yang digunakan dalam buffer (Q1, Q2) juga dapat menyebabkan osilasi ketika digerakkan dari output impedansi rendah. Sejauh ini, sangat bagus, Gambar osiloskop menunjukkan tegangan pada output buffer yang dibentuk oleh Q1 dan Q2.

Langkah 3: Skema2 - Sirkuit Fader LED Loop Tertutup

Untuk linierisasi kecerahan LED, LDR digunakan sebagai elemen umpan balik dalam pengaturan loop tertutup. Karena resistansi LDR versus intensitas cahaya adalah logaritmik, itu adalah kandidat yang cocok untuk melakukan pekerjaan itu. Q1 dan Q2 membentuk cermin arus yang mengubah tegangan keluaran generator bentuk gelombang segitiga menjadi arus melalui R1, yang ada di "kaki referensi " dari cermin saat ini. Arus melalui Q1 dicerminkan ke Q2, jadi arus segitiga yang sama mengalir melalui Q2. D1 ada karena output dari generator bentuk gelombang segitiga tidak sepenuhnya berayun ke nol, karena saya tidak menggunakan rail-to-rail tetapi sebuah OPAMP tujuan umum yang mudah diperoleh di generator bentuk gelombang segitiga. LED terhubung ke Q2, tetapi juga Q3, yang merupakan bagian dari cermin arus kedua. Q3 dan Q4 membentuk cermin sumber arus. (Lihat: Cermin arus) LDR diletakkan di "kaki referensi" cermin sumber arus ini, sehingga resistansi LDR menentukan arus yang dihasilkan oleh cermin ini. Semakin banyak cahaya jatuh pada LDR, semakin rendah resistansinya dan semakin tinggi arus yang melalui Q4. Arus melalui Q4 dicerminkan ke Q3, yang terhubung ke Q2. Jadi sekarang kita harus memikirkan arus dan bukan tegangan lagi. Q2 menenggelamkan arus segitiga I1 dan Q3 sumber arus I2, yang berhubungan langsung dengan jumlah cahaya yang jatuh pada LDR dan mengikuti kurva logaritmik. I3 adalah arus yang melalui LED dan merupakan hasil dari arus segitiga linier I1 dikurangi arus logaritmik LDR I2, yang merupakan arus eksponensial. Dan itulah yang kita perlukan untuk linierisasi kecerahan LED. Karena arus eksponensial didorong melalui LED, kecerahan yang dirasakan akan berubah secara linier, yang memiliki efek memudar/peredupan yang jauh lebih baik daripada hanya menjalankan arus linier melalui LED. Gambar osiloskop menunjukkan tegangan di atas R6 (= 10E), yang mewakili arus melalui LED.

Langkah 4: Skema3 - Sirkuit Fader LED Loop Terbuka Menggunakan Kuadrat Saat Ini

Karena kombinasi LED/LDR bukanlah komponen standar, saya mencari cara lain untuk menghasilkan arus eksponensial atau kuadrat melalui LED dalam konfigurasi loop terbuka. Hasilnya adalah rangkaian loop terbuka yang ditunjukkan pada langkah ini. Q1 dan Q2 membentuk rangkaian kuadrat arus yang didasarkan pada cermin tenggelam arus. R1 mengubah tegangan keluaran segitiga, yang pertama-tama dibagi menggunakan P1, menjadi arus, yang mengalir melalui Q1. Tetapi emitor Q1 tidak terhubung ke ground melalui resistor, tetapi melalui 2 dioda. 2 dioda akan memiliki efek kuadrat pada arus yang melalui Q1. Arus ini dicerminkan ke Q2, sehingga I2 memiliki kurva kuadrat yang sama. Q3 dan Q4 membentuk sumber tenggelam arus konstan. LED terhubung ke sumber arus konstan ini tetapi juga ke cermin tenggelam saat ini Q1 dan Q2. Jadi arus yang melalui LED adalah hasil dari arus konstan I1 dikurangi arus kuadrat I2, yang merupakan arus semi-eksponensial I3. Arus eksponensial melalui LED ini akan menghasilkan fading linier yang bagus dari kecerahan yang dirasakan LED. P1 harus dipangkas sehingga LED hanya padam ketika memudar. Gambar osiloskop menunjukkan tegangan lebih dari R2 (= 180E), yang mewakili arus I2, yang dikurangi dari arus konstan I1.

Langkah 5: Schematic4 - Alternating LED Fader dengan Menggabungkan Kedua Sirkuit

Karena arus LED di sirkuit loop terbuka terbalik jika dibandingkan dengan arus LED di sirkuit loop tertutup, kita dapat menggabungkan kedua sirkuit untuk membuat fader LED bolak-balik di mana satu LED memudar sementara yang lain memudar dan sebaliknya.

Langkah 6: Bangun Sirkuit

• Saya hanya membangun sirkuit di papan tempat memotong roti, jadi saya tidak memiliki tata letak PCB untuk sirkuit
• Gunakan LED efisiensi tinggi karena ini memiliki intensitas yang jauh lebih tinggi pada arus yang sama daripada LED lama
• Untuk membuat kombinasi LDR/LED, letakkan LDR (lihat gambar) dan LED berhadap-hadapan dalam tabung yang menyusut (lihat gambar).
• Sirkuit ini dirancang untuk tegangan suplai dari +9V hingga +12V.