Fader LED analogique discret à alternance avec courbe de luminosité linéaire : 6 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

La plupart des circuits pour atténuer/atténuer une LED sont des circuits numériques utilisant une sortie PWM d'un microcontrôleur. La luminosité de la LED est contrôlée en modifiant le rapport cyclique du signal PWM. Bientôt, vous découvrez que lorsque vous modifiez linéairement le cycle de service, la luminosité de la LED ne change pas de manière linéaire. La luminosité suivra une courbe logarithmique, ce qui signifie que l'intensité change rapidement lorsque vous augmentez le cycle d'utilisation de 0 à disons 70% et change très lentement lorsque vous augmentez le cycle d'utilisation de disons 70% à 100%. Le même effet est également visible lors de l'utilisation d'une source de courant constant et de l'augmentation du courant linéaire fe en chargeant un condensateur avec un courant constant.

Dans ce instructable, je vais essayer de vous montrer comment vous pouvez faire un fader LED analogique qui a un changement de luminosité qui semble être linéaire à l'œil humain. Il en résulte un bel effet de décoloration linéaire.

Étape 1: La théorie derrière le circuit

Sur la figure, vous pouvez voir que la perception de la luminosité d'une LED a une courbe logarithmique due à la loi de Weber-Fechner, disant que l'œil humain, tout comme les autres sens, a une courbe logarithmique. Lorsque la LED commence juste à « conduire », la luminosité perçue augmente rapidement avec l'augmentation du courant. Mais une fois "conductrice", la luminosité perçue augmente lentement avec l'augmentation du courant. Nous devons donc envoyer un courant exponentiel (voir photo) à travers la LED afin que l'œil humain (avec une perception logarithmique) perçoive le changement de luminosité comme étant linéaire.

Il y a 2 façons de le faire:

• Approche en boucle fermée
• Approche en boucle ouverte

Approche en boucle fermée:

En examinant de près les spécifications des cellules LDR (sulfure de cadmium), vous verrez que la résistance LDR est tracée sous forme de ligne droite sur une échelle logarithmique. Ainsi, la résistance LDR change de manière logarithmique avec l'intensité lumineuse. De plus, la courbe de résistance logarithmique d'une LDR semble correspondre assez près à la perception de la luminosité logarithmique de l'œil humain. C'est pourquoi le LDR est un candidat parfait pour linéariser la perception de luminosité d'une LED. Ainsi, lors de l'utilisation d'un LDR pour compenser la perception logarithmique, l'œil humain sera satisfait de la belle variation linéaire de luminosité. En boucle fermée, nous utilisons un LDR pour renvoyer et contrôler la luminosité de la LED, de sorte qu'il suit la courbe LDR. De cette façon, nous obtenons une luminosité variable exponentielle qui semble être linéaire pour l'œil humain.

Approche en boucle ouverte:

Lorsque nous ne voulons pas utiliser de LDR et que nous voulons obtenir un changement de luminosité linéaire pour le fader, nous devons rendre le courant traversant la LED exponentiel pour compenser la perception de luminosité logarithmique de l'œil humain. Nous avons donc besoin d'un circuit qui génère un courant changeant exponentiel. Cela peut être fait avec les OPAMP, mais j'ai découvert un circuit plus simple, qui utilise un miroir de courant adapté, également appelé "carré de courant", car le courant généré suit une courbe carrée (semi-exponentielle). Dans cette instructable, nous combinons à la fois le boucle fermée et l'approche en boucle ouverte pour obtenir une LED à évanouissement alternatif. ce qui signifie qu'une LED s'allume et s'éteint tandis que l'autre LED s'allume et s'éteint avec une courbe d'évanouissement opposée.

Étape 2: Schematic1 - Générateur de forme d'onde triangulaire

Pour notre fader LED, nous avons besoin d'une source de tension qui génère une tension linéaire croissante et décroissante. Nous voulons également pouvoir modifier la période de fondu d'entrée et de sortie individuellement. Pour ce faire, nous utilisons un générateur de forme d'onde triangulaire symétrique qui est construit à l'aide de 2 OPAMP d'un ancien bourreau de travail: LM324. U1A est configuré comme un déclencheur de schmitt utilisant une rétroaction positive et U1B est configuré comme un intégrateur. La fréquence de la forme d'onde triangulaire est déterminée par C1, P1 et R6. Comme le LM324 n'est pas capable de fournir suffisamment de courant, un tampon composé de Q1 et Q2 est ajouté. Ce tampon fournit le gain de courant dont nous avons besoin pour conduire suffisamment de courant dans le circuit LED. La boucle de rétroaction autour de U1B provient de la sortie du tampon, au lieu de la sortie de l'OPAMP. parce que les OPAMP n'aiment pas les charges capacitives (telles que C1). R8 est ajouté à la sortie de l'OPAMP pour des raisons de stabilité, car les suiveurs d'émetteur, tels que ceux utilisés dans le tampon (Q1, Q2) peuvent également provoquer des oscillations lorsqu'ils sont entraînés à partir d'une sortie à faible impédance. Jusqu'à présent, tout va bien, l'image de l'oscilloscope montre la tension en sortie du buffer formé par Q1 et Q2.

Étape 3: Schematic2 - Circuit de fader LED en boucle fermée

Pour linéariser la luminosité d'une LED, un LDR est utilisé comme élément de rétroaction dans un arrangement en boucle fermée. Parce que la résistance LDR par rapport à l'intensité lumineuse est logarithmique, c'est un candidat approprié pour faire le travail. Q1 et Q2 forment un miroir de courant qui convertit cette tension de sortie du générateur de forme d'onde triangulaire en un courant via R1, qui est dans la "jambe de référence " du miroir actuel. Le courant traversant Q1 est reflété sur Q2, donc le même courant triangulaire traverse Q2. D1 est là parce que la sortie du générateur de forme d'onde triangulaire ne bascule pas complètement à zéro, car je n'utilise pas un rail à rail mais un OPAMP à usage général facile à obtenir dans le générateur de forme d'onde triangulaire. La LED est connectée à Q2, mais aussi au Q3, qui fait partie d'un deuxième miroir de courant. Q3 et Q4 forment un miroir de source de courant. (Voir: Miroirs de courant) Le LDR est placé dans la "jambe de référence" de ce miroir source de courant, donc la résistance du LDR détermine le courant généré par ce miroir. Plus la lumière tombe sur le LDR, plus sa résistance est faible et plus le courant passant par Q4 sera élevé. Le courant traversant Q4 est reflété sur Q3, qui est connecté à Q2. Nous devons donc maintenant penser en courants et non plus en tensions. Q2 absorbe un courant triangulaire I1 et Q3 génère un courant I2, qui est directement lié à la quantité de lumière qui tombe sur le LDR et suit une courbe logarithmique. I3 est le courant traversant la LED et est le résultat du courant triangulaire linéaire I1 moins le courant LDR logarithmique I2, qui est un courant exponentiel. Et c'est exactement ce dont nous avons besoin pour linéariser la luminosité d'une LED. Parce qu'un courant exponentiel est conduit à travers la LED, la luminosité perçue changera de manière linéaire, ce qui a un effet de décoloration/gradation bien meilleur que le simple passage d'un courant linéaire à travers la LED. L'image de l'oscilloscope montre la tension sur R6 (= 10E), qui représente le courant à travers la LED.

Étape 4: Schematic3 - Circuit de fader LED en boucle ouverte à l'aide de Current Squarer

Étant donné que les combinaisons LED/LDR ne sont pas des composants standard, j'ai recherché d'autres moyens de générer un courant exponentiel ou quadratique via une LED dans une configuration en boucle ouverte. Le résultat est le circuit en boucle ouverte illustré dans cette étape. Q1 et Q2 forment un circuit de mise au carré du courant basé sur un miroir d'amortissement de courant. R1 convertit la tension de sortie triangulaire, qui est d'abord divisée à l'aide de P1, en un courant traversant Q1. Mais l'émetteur de Q1 n'est pas relié à la masse via une résistance, mais via 2 diodes. Les 2 diodes auront un effet de quadrature sur le courant passant par Q1. Ce courant est reflété sur Q2, donc I2 a la même courbe de mise au carré. Q3 et Q4 forment une source d'absorption de courant constant. La LED est connectée à cette source de courant constant mais aussi aux miroirs descendants de courant Q1 et Q2. Ainsi, le courant traversant la LED est le résultat du courant constant I1 moins le courant de quadrature I2, qui est un courant semi-exponentiel I3. Ce courant exponentiel traversant la LED entraînera une belle décoloration linéaire de la luminosité perçue de la LED. P1 doit être rogné pour que la LED s'éteigne juste lorsqu'elle s'éteint. L'image de l'oscilloscope montre la tension sur R2 (=180E), qui représente le courant I2, qui est soustrait du courant constant I1.

Étape 5: Schematic4 - Fader LED alterné en combinant les deux circuits

Étant donné que le courant LED dans le circuit en boucle ouverte est inversé par rapport au courant LED dans le circuit en boucle fermée, nous pouvons combiner les deux circuits pour créer un fader LED alternatif dans lequel une LED s'éteint tandis que l'autre s'éteint et vice versa.

Étape 6: Construisez le circuit

• Je ne construis le circuit que sur une maquette, donc je n'ai pas de schéma de circuit imprimé pour le circuit
• Utilisez des LED à haute efficacité car elles ont une intensité beaucoup plus élevée au même courant que les anciennes LED
• Pour réaliser la combinaison LDR/LED, placez le LDR (voir photo) et la LED face à face dans un tube rétractable (voir photo).
• Le circuit est conçu pour une tension d'alimentation de +9V à +12V.