Fader LED analógico alterno discreto con curva de brillo lineal: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

La mayoría de los circuitos para atenuar / atenuar un LED son circuitos digitales que utilizan una salida PWM de un microcontrolador. El brillo del LED se controla cambiando el ciclo de trabajo de la señal PWM. Pronto descubrirá que al cambiar linealmente el ciclo de trabajo, el brillo del LED no cambia linealmente. El brillo seguirá una curva logarítmica, lo que significa que la intensidad cambia rápidamente cuando se aumenta el ciclo de trabajo de 0 a, digamos, 70% y cambia muy lento cuando se aumenta el ciclo de trabajo, de digamos 70% a 100%. visible cuando se usa una fuente de corriente constante y se aumenta la fe lineal actual cargando un condensador con una corriente constante.

En este instructivo, intentaré mostrarle cómo puede hacer un fader LED analógico que tiene un cambio de brillo que parece ser lineal para el ojo humano. Esto da como resultado un agradable efecto de desvanecimiento lineal.

Paso 1: teoría detrás del circuito

En la figura, puede ver que la percepción de brillo de un LED tiene una curva logarítmica debido a la ley de Weber-Fechner, que dice que el ojo humano, al igual que los otros sentidos, tiene una curva logarítmica. Cuando el LED comienza a "conducir", el brillo percibido aumenta rápidamente al aumentar la corriente. Pero una vez "conductora", el brillo percibido aumenta lentamente a medida que aumenta la corriente. Por lo tanto, debemos enviar una corriente cambiante exponencial (ver imagen) a través del LED para que el ojo humano (con una percepción logarítmica) perciba el cambio de brillo como lineal.

Hay 2 formas de hacer esto:

• Enfoque de circuito cerrado
• Enfoque de circuito abierto

Enfoque de circuito cerrado:

Al observar de cerca las especificaciones de la celda LDR (sulfuro de cadmio), verá que la resistencia LDR se traza como una línea recta en una escala logarítmica. Entonces, la resistencia LDR cambia logarítmica con la intensidad de la luz. Además, la curva de resistencia logarítmica de un LDR parece coincidir bastante con la percepción de brillo logarítmico del ojo humano. Es por eso que el LDR es un candidato perfecto para linealizar la percepción de brillo de un LED, por lo que cuando se usa un LDR para compensar la percepción logarítmica, el ojo humano se complacerá con la agradable variación de brillo lineal. un LDR para retroalimentar y controlar el brillo del LED, por lo que sigue la curva LDR. De esta manera obtenemos un brillo cambiante exponencial que parece ser lineal para el ojo humano.

Enfoque de bucle abierto:

Cuando no queremos usar un LDR y queremos obtener un cambio de brillo lineal para el fader, necesitamos hacer que la corriente a través del LED sea exponencial para compensar la percepción de brillo logarítmico del ojo humano. Entonces necesitamos un circuito que genere una corriente cambiante exponencial. Esto se puede hacer con OPAMP, pero descubrí un circuito más simple, que usa un espejo de corriente adaptado, también llamado "cuadrado de corriente" porque la corriente de generación sigue una curva cuadrada (semi-exponencial). bucle cerrado y el enfoque de bucle abierto para obtener un LED de desvanecimiento alterno. lo que significa que un LED aparece y desaparece mientras que el otro LED aparece y desaparece con una curva de atenuación opuesta.

Paso 2: Esquema 1 - Generador de forma de onda triangular

Para nuestro fader LED, necesitamos una fuente de voltaje que genere un voltaje lineal creciente y decreciente. También queremos poder cambiar el período de fade in y fade out individualmente. Para este propósito, usamos un generador de forma de onda triangular simétrica que se construye usando 2 OPAMP de un viejo caballo de batalla: LM324. U1A está configurado como un disparador Schmitt usando retroalimentación positiva y U1B está configurado como integrador. La frecuencia de la forma de onda triangular está determinada por C1, P1 y R6. Debido a que el LM324 no es capaz de entregar suficiente corriente, se agrega un búfer que consta de Q1 y Q2. Este búfer proporciona la ganancia de corriente que necesitamos para impulsar suficiente corriente en el circuito de LED. El bucle de retroalimentación alrededor de U1B se toma de la salida del búfer, en lugar de la salida del OPAMP. porque a los OPAMP no les gustan las cargas capacitivas (como C1). R8 se agrega a la salida del OPAMP por razones de estabilidad, porque los seguidores del emisor, como los que se usan en el búfer (Q1, Q2) también pueden causar oscilaciones cuando se manejan desde una salida de baja impedancia. el voltaje en la salida del búfer formado por Q1 y Q2.

Paso 3: Esquema 2 - Circuito de atenuador LED de bucle cerrado

Para linealizar el brillo de un LED, se utiliza un LDR como elemento de retroalimentación en una disposición de circuito cerrado. Debido a que la resistencia LDR versus la intensidad de la luz es logarítmica, es un candidato adecuado para hacer el trabajo. Q1 y Q2 forman un espejo de corriente que convierte ese voltaje de salida del generador de forma de onda triangular en una corriente a través de R1, que está en el "tramo de referencia "del espejo actual. La corriente a través de Q1 se refleja en Q2, por lo que la misma corriente triangular fluye a través de Q2. D1 está ahí porque la salida del generador de forma de onda triangular no se balancea completamente a cero, porque no estoy usando un riel a riel sino un OPAMP de uso general fácil de obtener en el generador de forma de onda triangular. El LED está conectado a Q2, pero también al Q3, que es parte de un segundo espejo de corriente. Q3 y Q4 forman un espejo de fuente de corriente. (Ver: espejos de corriente) El LDR se coloca en el "tramo de referencia" de este espejo de fuente de corriente, por lo que la resistencia del LDR determina la corriente generada por este espejo. Cuanta más luz incida sobre el LDR, menor será su resistencia y mayor será la corriente a través de Q4. La corriente a través de Q4 se refleja en Q3, que está conectada a Q2. Entonces ahora tenemos que pensar en corrientes y no más en voltajes. Q2 hunde una corriente triangular I1 y Q3 genera una corriente I2, que está directamente relacionada con la cantidad de luz que cae sobre el LDR y sigue una curva logarítmica. I3 es la corriente a través del LED y es el resultado de la corriente triangular lineal I1 menos la corriente logarítmica LDR I2, que es una corriente exponencial, y eso es exactamente lo que necesitamos para linealizar el brillo de un LED. Debido a que se impulsa una corriente exponencial a través del LED, el brillo percibido cambiará de manera lineal, lo que tiene un efecto de atenuación / atenuación mucho mejor que simplemente ejecutar una corriente lineal a través del LED. La imagen del osciloscopio muestra el voltaje sobre R6 (= 10E), que representa la corriente a través del LED.

Paso 4: Schematic3 - Circuito de atenuador LED de bucle abierto usando Current Squarer

Debido a que las combinaciones de LED / LDR no son componentes estándar, busqué otras formas de generar una corriente exponencial o cuadrática a través de un LED en una configuración de bucle abierto. El resultado es el circuito de bucle abierto que se muestra en este paso. Q1 y Q2 forman un circuito de cuadratura de corriente que se basa en un espejo de hundimiento de corriente. R1 convierte el voltaje de salida triangular, que primero se divide usando P1, en una corriente que fluye a través de Q1. Pero el emisor de Q1 no está conectado a tierra a través de una resistencia, sino a través de 2 diodos. Los 2 diodos tendrán un efecto de cuadratura en la corriente a través de Q1. Esta corriente se refleja en Q2, por lo que I2 tiene la misma curva al cuadrado. Q3 y Q4 forman una fuente de hundimiento de corriente constante. El LED está conectado a esta fuente de corriente constante, pero también al espejo descendente de corriente Q1 y Q2. Entonces, la corriente a través del LED es el resultado de la corriente constante I1 menos la corriente de cuadratura I2, que es una corriente semi-exponencial I3. Esta corriente exponencial a través del LED dará como resultado un desvanecimiento lineal agradable del brillo percibido del LED. P1 debe recortarse para que el LED se apague cuando se desvanezca. La imagen del osciloscopio muestra el voltaje sobre R2 (= 180E), que representa la corriente I2, que se resta de la corriente constante I1.

Paso 5: Esquema 4 - Fader LED alterno combinando ambos circuitos

Debido a que la corriente del LED en el circuito de bucle abierto se invierte en comparación con la corriente del LED en el circuito de bucle cerrado, podemos combinar ambos circuitos para crear un atenuador de LED alterno en el que un LED se desvanece mientras el otro se desvanece y viceversa.

Paso 6: construye el circuito

• Solo construyo el circuito en una placa de prueba, por lo que no tengo un diseño de PCB para el circuito
• Use LED de alta eficiencia porque tienen una intensidad mucho más alta a la misma corriente que los LED más antiguos
• Para hacer la combinación LDR / LED, coloque el LDR (ver imagen) y el LED cara a cara en un tubo retráctil (ver imagen).
• El circuito está diseñado para voltaje de suministro de + 9V a + 12V.