Διασταυρωμένος φακός LED με πλάτος παλμού: 8 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Η διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μεταβάλει την ισχύ, την ταχύτητα ή τη φωτεινότητα πολλών συσκευών. Με LED, το PWM μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να τα μειώσει ή να τα κάνει πιο φωτεινά. Θα τα χρησιμοποιήσω για να φτιάξω έναν μικρό φακό χειρός. Ένα LED μπορεί να σβήσει ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας γρήγορα, αρκετές φορές το δευτερόλεπτο. Μεταβάλλοντας την αναλογία χώρου σήμανσης, η φωτεινότητα ποικίλλει. Μια απλή εφαρμογή ενός συστήματος PWM θα ήταν ένα ρολόι που τροφοδοτεί ένα LED και μια προστατευτική αντίσταση στο έδαφος. Το ρολόι θα πρέπει ιδανικά να ταλαντεύεται σε συχνότητα 50Hz για να διασφαλίσει ότι δεν θα βλέπετε η ταλάντωση. Για να το δοκιμάσετε, μπορείτε είτε να χρησιμοποιήσετε μια γεννήτρια σήματος για να παρέχετε ένα τετράγωνο κύμα, όπως παρακάτω, είτε να δημιουργήσετε ένα κύκλωμα για να το κάνετε για εσάς.

Βήμα 1: Ταλαντωτής χαλάρωσης

Αυτό το κύκλωμα θα παράγει ένα τετραγωνικό κύμα με κύκλο λειτουργίας 50%. Δύο αντιστάσεις 10Κ συνδεδεμένες στην είσοδο +του op -amp παρέχουν τάση αναφοράς και τα R1 και C1, συνδεδεμένα με την είσοδο -δημιουργούν μια χρονική σταθερά που ελέγχει τη συχνότητα, f = 1/{2ln (3) RC}. Ο πυκνωτής C1 φορτίζει και εκφορτίζεται μέσω της αντίστασης R1 και ο χρόνος που απαιτείται για να συμβεί αυτός ο κύκλος είναι η περίοδος της κυματομορφής.

Βήμα 2: Ταλαντωτής χαλάρωσης

Ορίζοντας τη συχνότητα στο βήμα 1, το R1 μπορεί να αντικατασταθεί με ένα ποτενσιόμετρο, RP, με τιμή 2R1 και δύο διόδους. Αυτή η αλλαγή θα επιτρέψει στον κύκλο λειτουργίας να ποικίλει, διατηρώντας παράλληλα μια σταθερή συχνότητα. Για τους σκοπούς της γενικής PWM των LED, δεν υπάρχει ανάγκη απόλυτης ακρίβειας με τη συχνότητα. Εάν υπάρχει απαίτηση για ακρίβεια, τότε το επιλεγμένο ποτενσιόμετρο θα πρέπει να είναι όσο πλησιέστερο, αλλά όχι μεγαλύτερο από 2R1, και αντίσταση αντιστάθμισης ίσο με R1-RP/2. Εναλλακτική λύση είναι η χρήση δύο αντιστάσεων σε σειρά με τις δύο διόδους, για να δώσει έναν σταθερό και προκαθορισμένο κύκλο εργασιών.

Βήμα 3: Έξοδος ταλαντωτή χαλάρωσης

Το σήμα ρολογιού μπορεί είτε να συνδεθεί απευθείας σε ένα μόνο LED, αλλά αυτό δεν θα επιτρέψει τον έλεγχο της λυχνίας LED από εξωτερική λογική πηγή. Αντ 'αυτού, μπορεί να είναι ευκολότερο να τροφοδοτήσετε αυτήν την έξοδο στη βάση ενός τρανζίστορ και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσετε το τρανζίστορ για να ενεργοποιήσετε και να απενεργοποιήσετε το LED. Ο δυνητικός διαιρέτης στην είσοδο του τρανζίστορ είναι να μειώσει την έξοδο του ταλαντωτή χαλάρωσης, δεδομένου ότι είναι εκτός λειτουργίας, θα εξάγει ακόμα 2v. Αυτό πρέπει να μειωθεί κάτω από τα 0,7v για να μην ενεργοποιηθεί το τρανζίστορ, διαφορετικά το LED θα παραμείνει συνεχώς αναμμένο και θα ψηθεί.

Βήμα 4: Αύξηση της φωτεινότητας

Η άλλη χρήσιμη εφαρμογή του PWM με LED είναι ότι η λυχνία LED μπορεί να περάσει μεγαλύτερο από το κανονικό ρεύμα που την κάνει πιο φωτεινή. Κανονικά αυτό το ρεύμα θα καταστρέψει το LED, αλλά δεδομένου ότι το LED είναι αναμμένο μόνο για ένα κλάσμα του χρόνου, η μέση ισχύς που περνάει από το LED είναι εντός ανοχής. Το όριο αυτού του ρεύματος καθορίζεται στο φύλλο δεδομένων του κατασκευαστή για το LED, που προσδιορίζεται ως το ρεύμα παλμού προς τα εμπρός. Υπάρχουν επίσης συχνά λεπτομέρειες σχετικά με το ελάχιστο πλάτος παλμού και κύκλους λειτουργίας. Χρησιμοποιώντας ένα λευκό LED για παράδειγμα, δίνονται οι ακόλουθες προδιαγραφές ως: Forward Current = 30mAPulse Forward Current = 150mAPulse Width = <10ms Κύκλος λειτουργίας = <1: 10Χρησιμοποιώντας το πλάτος του παλμού και τις πληροφορίες του κύκλου λειτουργίας, ο ταλαντωτής χαλάρωσης μπορεί να υπολογιστεί εκ νέου με T = 2ln (2) RCΑν υποθέσουμε ότι χρησιμοποιείται πυκνωτής 10nF και θέλοντας TON = 10ms και TOFF = 1ms, μπορούν να γίνουν οι ακόλουθοι υπολογισμοί και στη συνέχεια να σχεδιαστεί το διάγραμμα κυκλώματος.

Βήμα 5: Αύξηση ισχύος

Η άλλη απαίτηση για αύξηση της φωτεινότητας είναι η αύξηση του ρεύματος που ρέει μέσω της λυχνίας LED. Αυτό είναι σχετικά απλό. Υποθέτοντας μια λογική τροφοδοσία 5v στο LED και από το φύλλο δεδομένων η τυπική τάση του LED είναι 3,6v. Η αντίσταση προστασίας μπορεί να υπολογιστεί αφαιρώντας την τάση LED από την τάση τροφοδοσίας και στη συνέχεια διαιρώντας την με το ρεύμα. R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3.6) / 0.15R = 1.4 / 0.15R = 9.3 = 10RIt είναι ωστόσο πιθανό ότι η πηγή τροφοδοσίας LED μπορεί να μην είναι σε θέση να παρέχει επαρκές ρεύμα 100mA, ακόμη και αν είναι για πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Μπορεί να χρειαστεί να τροφοδοτήσετε το LED μέσω του τρανζίστορ, πιθανώς ελεγχόμενο από άλλο τρανζίστορ σε σειρά, επίσης ικανό να μεταφέρει το ρεύμα. Σε αυτό το κύκλωμα, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί η τάση τροφοδοσίας του op-amp, καθώς η λογική τροφοδοσία 5v θα είναι πάρα πολύ μικρό. Υπάρχει πτώση 0,7v και στα δύο τρανζίστορ και 3,6v πάνω από το LED, συνολικά 5v, και δεν αφήνει τίποτα για αντίσταση προστασίας. Ωστόσο, για τον πυρσό, ο έλεγχος μπορεί να τοποθετηθεί πάνω από την τροφοδοσία του κυκλώματος. VR = 9 - (3.6 + 0.7) VR = 4.7vR = 4.7 / 0.15R = 31 = 33R

Βήμα 6: Τελικό κύκλωμα

Παρακάτω είναι το τελικό διάγραμμα κυκλώματος. Όταν εφαρμοστεί, θα τοποθετηθεί ένας διακόπτης στο τροφοδοτικό και άλλα πέντε ζεύγη αντιστάσεων LED θα τοποθετηθούν παράλληλα με το υπάρχον ζεύγος.

Βήμα 7: Κύκλωμα δοκιμής

Αυτή είναι μια ενιαία έκδοση LED του κυκλώματος. Όχι ιδιαίτερα τακτοποιημένο, αλλά είναι ένα πρωτότυπο και ακολουθεί το διάγραμμα κυκλώματος από το βήμα 7. Μπορείτε επίσης να δείτε από την τροφοδοσία ότι τραβούνται μόνο 24mA, σε σύγκριση με τα 30mA εάν η λυχνία LED ήταν συνδεδεμένη κανονικά. Από την τρίτη εικόνα που περιέχει δύο LED, φαίνεται ότι και τα δύο LED έχουν την ίδια φωτεινότητα. Ωστόσο, πολύ γρήγορα, το LED που κατευθύνεται άμεσα θερμαίνεται γρήγορα δίνοντας καλό λόγο στο PWM.

Βήμα 8: Τελειωμένος πυρσός

Η μεταφορά του κυκλώματος στο χαρτόνι είναι δύσκολη, ιδιαίτερα η συμπύκνωση του ταλαντωτή χαλάρωσης, ώστε να ταιριάζει στη θήκη. Το κύριο πράγμα που πρέπει να ελέγξετε είναι ότι δεν έχουν διασταυρωθεί καλώδια ή είναι αρκετά χαλαρά για να περάσουν. Προσθέτοντας άλλα 5 LED, ένας διακόπτης σε σειρά με υποδοχή μπαταρίας και έπειτα η τοποθέτησή τους σε μια θήκη είναι πιο ευθεία. Συνδέοντας το τροφοδοτικό στην υποδοχή μπαταρίας για να δοκιμάσετε το κύκλωμα, η μέση ένδειξη ρεύματος ήταν περίπου 85mA. Αυτό είναι σημαντικά μικρότερο από 180mA (6*30mA) που θα απαιτούσε ένα σύστημα άμεσης κίνησης. Δεν έχω ασχοληθεί πολύ με τη μεταφορά του κυκλώματος από το breadboard, σε veroboard, καθώς έχω στοχεύσει να επικεντρωθώ στη θεωρία πίσω από αυτό το έργο, μάλλον από την παραγωγή της. Ωστόσο, ως γενικός οδηγός, θα πρέπει να δοκιμάσετε το κύκλωμα και να το ενεργοποιήσετε στο ψωμί, στη συνέχεια να μεταφέρετε τα εξαρτήματα στο veroboard, ξεκινώντας από τα μικρότερα εξαρτήματα. Εάν είστε ικανοί και γρήγοροι στη συγκόλληση, μπορεί να μπορείτε να κολλήσετε με ασφάλεια ένα τσιπ απευθείας στην πλακέτα, διαφορετικά θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε μια θήκη τσιπ.