kategorier: Praktisk elektronikk, Alt om lysdioder
Antall visninger: 72770
Kommentarer til artikkelen: 2
Bruken av lysdioder i elektroniske kretser
Alle er kjent med lysdioder nå. Uten dem er moderne teknologi rett og slett utenkelig. Dette er LED-lys og lamper, en indikasjon på driftsmodus for forskjellige husholdningsapparater, belysning av skjermer på dataskjermer, TV-er og mange andre ting du ikke en gang husker. Alle disse enhetene inneholder lysdioder i det synlige strålingsområdet for forskjellige farger: rød, grønn, blå (RGB), gul, hvit. Moderne teknologi lar deg få nesten hvilken som helst farge.
I tillegg til lysdioder i det synlige området, er det lysdioder for infrarødt og ultrafiolett lys. Hovedbruksområdet for slike lysdioder er automatiserings- og kontrollenheter. Bare husk Fjernkontroll av forskjellige husholdningsapparater. Hvis de første fjernkontrollmodellene utelukkende ble brukt til å kontrollere TV-er, kan de nå brukes til å kontrollere veggvarmere, klimaanlegg, vifter og til og med kjøkkenapparater, for eksempel crock-potter og brødmaskiner.
Så hva er en LED?
Faktisk, lysemitterende diode ikke mye forskjellig fra vanlig likeretterdiode, - det samme p-n-krysset, og alle de samme grunnleggende egenskapene, ensidig konduktivitet. Da vi studerte pn-krysset, viste det seg at i tillegg til den ensidige konduktiviteten, har akkurat dette krysset flere tilleggsegenskaper. I løpet av utviklingen av halvlederteknologi har disse egenskapene blitt studert, utviklet og forbedret.
Et stort bidrag til utviklingen av halvledere ble gitt av den sovjetiske radiofysikeren Oleg Vladimirovich Losev (1903 - 1942). I 1919 kom han inn i det berømte og fortsatt kjente Nizhny Novgorod radiolaboratorium, og siden 1929 arbeidet han ved Leningrad Physics and Technology Institute. En av aktivitetene til forskeren var studiet av en svak, lett merkbar, glød av halvlederkrystaller. Det er på denne effekten alle moderne LED-er fungerer.
Denne svake luminescensen oppstår når strømmen føres gjennom pn-krysset i retning fremover. Men for tiden har dette fenomenet blitt studert og forbedret så mye at lysstyrken til noen LED-er er slik at det ganske enkelt kan bli blendet.
Fargeskjemaet til lysdioder er veldig bredt, nesten alle regnbuens farger. Men fargen oppnås ikke i det hele tatt ved å endre fargen på LED-huset. Dette oppnås ved at dopingmidler tilsettes pn-krysset. Innføringen av en liten mengde fosfor eller aluminium lar deg for eksempel få fargene rød og gul, og gallium og indium avgir lys fra grønt til blått. LED-huset kan være gjennomsiktig eller matt, hvis huset er farget, er det bare et lysfilter som tilsvarer glødefargen i p-n-krysset.
En annen måte å oppnå ønsket farge er introduksjonen av en fosfor. Fosfor er et stoff som gir synlig lys når den utsettes for den av annen stråling, til og med infrarød. Et klassisk eksempel er lysrør. Når det gjelder lysdioder oppnås hvitt ved å tilsette en fosfor til den blå krystallen.
For å øke strålingsintensiteten har nesten alle lysdioder et fokuseringsobjektiv. Ofte brukes endeflaten til et gjennomsiktig legeme som har en sfærisk form som en linse. I infrarøde lysdioder ser noen ganger ut til at linsen er ugjennomsiktig, røykgrå. Selv om infrarøde LED-er i de siste årene er tilgjengelige ganske enkelt i en gjennomsiktig sak, er dette de som brukes i forskjellige fjernkontroller.
Bi-farge LED
Også kjent for nesten alle. For eksempel en lader for en mobiltelefon: mens du lader lyser indikatoren rødt, og når ladingen er ferdig blir den grønn.En slik indikasjon er mulig på grunn av eksistensen av tofargede LED-er, som kan være av forskjellige typer. Den første typen er tre-utgangs-LED. Ett hus inneholder to lysdioder, for eksempel grønt og rødt, som vist i figur 1.
Figur 1. Tilkoblingsskjema for en tofarget LED
Figuren viser et fragment av en krets med en tofarget LED. I dette tilfellet vises en tre-utgangs LED med en felles katode (det er også med en felles anode) og forbindelsen til mikrokontroller. I dette tilfellet kan du slå på den ene eller den andre LED-en, eller begge deler samtidig. For eksempel vil den være rød eller grønn, og når du slår på to lysdioder samtidig, blir den gul. Hvis du samtidig bruker PWM-modulering for å justere lysstyrken til hver LED, kan du få flere mellomtoner.
I denne kretsen, bør du ta hensyn til det faktum at begrensningsmotstandene er inkludert separat for hver LED, selv om det ser ut til at du bare kan gjøre en ved å inkludere den i den generelle utgangen. Men med denne inkluderingen vil lysstyrken på lysdiodene endre seg når en eller to lysdioder slås på.
Hvilken spenning er nødvendig for lysdioden? Dette spørsmålet kan høres ganske ofte, det blir stilt av de som ikke er kjent med spesifikasjonene til LED-en eller bare folk som er veldig langt fra strøm. Samtidig må jeg forklare at LED er en enhet styrt av strøm, og ikke av spenning. Du kan slå på LED minst 220V, men strømmen gjennom den skal ikke overstige det maksimalt tillatte. Dette oppnås ved å slå på ballastmotstanden i serie med LED.
Men likevel, husk spenningen, må det bemerkes at den også spiller en stor rolle, fordi lysdiodene har en stor forspenning. Hvis denne spenningen for en konvensjonell silisiumdiode er i størrelsesorden 0,6 ... 0,7 V, starter denne terskel for to LED fra to volt og over. Derfor fra en galvanisk celle Med en spenning på 1,5V lyser ikke LED-en.
Men med denne inkluderingen, mener vi 220V, skal vi ikke glemme at bakspenningen til LED-en er ganske liten, ikke mer enn flere titalls volt. Derfor tas spesielle tiltak for å beskytte LED-en mot høy revers spenning. Den enkleste måten er motparallell tilkobling av en beskyttelsesdiode, som kanskje heller ikke er veldig høyspenning, for eksempel KD521. Under påvirkning av vekslende spenning åpnes diodene vekselvis, og beskytter hverandre mot høy revers spenning. Den beskyttende diodebryterkretsen er vist i figur 2.
Figur 2 Koblingsskjemaparallelt med LEDbeskyttelsesdiode
Tofarges LED er også tilgjengelig i en to-pinners pakke. En endring i glødens farge i dette tilfellet skjer når retningen på strømmen endres. Et klassisk eksempel er en indikasjon på rotasjonsretningen til en likestrømsmotor. Samtidig skal man ikke glemme at begrensningsmotstanden nødvendigvis er slått på i serie med LED.
Nylig er en begrensende motstand ganske enkelt innebygd i LED, og da skriver de for eksempel på prislappene i butikken ganske enkelt at denne LEDen er 12V. Blinkende LED er også merket med spenning: 3V, 6V, 12V. Inne i slike lysdioder er det en mikrokontroller (den kan til og med sees gjennom en gjennomsiktig sak), så ethvert forsøk på å endre blinkfrekvens gir ikke resultater. Med denne merkingen kan du slå på LED-en direkte til strømforsyningen med den angitte spenningen.
Utviklingen av japansk amatørradio
Radioamatør, viser det seg, er ikke bare engasjert i landene i den tidligere Sovjetunionen, men også i et så "elektronisk land" som Japan. Selv en japansk vanlig amatørradioamatør kan selvfølgelig ikke lage veldig komplekse enheter, men individuelle kretsløsninger fortjener oppmerksomhet. Du vet aldri i hvilken ordning disse løsningene kan komme til nytte.
Her er en oversikt over relativt enkle enheter som bruker lysdioder.I de fleste tilfeller utføres kontroll fra mikrokontrollere, og du kan ikke komme noen vei. Selv for en enkel krets er det lettere å skrive et kort program og lodde kontrolleren i DIP-8-pakken enn å lodde flere mikrokretser, kondensatorer og transistorer. Det er også attraktivt at noen mikrokontrollere kan jobbe uten vedlegg i det hele tatt.
To-fargers LED-kontrollkrets
Et interessant skjema for kontroll av en kraftig tofarget LED tilbys av japanske skinker. Mer presist brukes to kraftige lysdioder med en strøm på opptil 1A her. Men det må antas at det er kraftige tofarges LED. Diagrammet er vist på figur 3.
Figur 3. Kraftig tofarget LED-kontrollkrets
Chip TA7291P er designet for å kontrollere likestrømsmotorer med liten kraft. Den gir flere modus, nemlig: rotasjon fremover, bakover, stopp og bremsing. Utgangstrinnet til mikrokretsen er satt sammen i henhold til brokretsen, som lar deg utføre alle ovennevnte operasjoner. Men det var verdt å gjøre litt fantasi, og nå, vær så snill, mikrokretsen har et nytt yrke.
Logikken til brikken er ganske enkel. Som det fremgår av figur 3, har mikrokretsen to innganger (IN1, IN2) og to utganger (OUT1, OUT2), som to kraftige LED-er koblet til. Når logikknivåene ved inngangene 1 og 2 er de samme (uansett 00 eller 11), er potensialene til utgangene like, begge lysdioder er av.
På forskjellige logiske nivåer ved inngangene fungerer mikrokretsløpet som følger. Hvis en av inngangene, for eksempel IN1, har et lavt logisk nivå, er utgangen OUT1 koblet til en felles ledning. Katoden til HL2 LED gjennom motstanden R2 er også koblet til en felles ledning. Spenningen ved utgangen OUT2 (hvis det er en logisk enhet ved inngangen IN2) avhenger i dette tilfellet av spenningen ved inngangen V_ref, som lar deg justere lysstyrken på LED HL2.
I dette tilfellet oppnås spenningen V_ref fra PWM-pulsene fra mikrokontrolleren ved bruk av integreringskretsen R1C1, som styrer lysstyrken til LED koblet til utgangen. Mikrokontrolleren styrer også inngangene IN1 og IN2, som lar deg få et bredt utvalg av lysfarger og algoritmer for å kontrollere lysdioder. Motstanden til motstanden R2 beregnes ut fra den maksimalt tillatte strømmen til lysdiodene. Hvordan du gjør dette vil bli beskrevet nedenfor.
Figur 4 viser den interne strukturen til TA7291P-brikken, dens strukturelle diagram. Kretsen ble hentet direkte fra databladet, derfor er en elektrisk motor avbildet som en belastning på den.
Figur 4Intern enhetsbrikke TA7291P
I følge konstruksjonsskjemaet er det lett å spore strømbanene gjennom belastningen og metodene for å kontrollere utgangstransistorene. Transistorer er slått på parvis, diagonalt: (øvre venstre + nedre høyre) eller (øvre høyre + nedre venstre), som lar deg endre retningen og frekvensen av motoren. I vårt tilfelle tenner du en av LED-ene og kontrollerer lysstyrken.
De nedre transistorene styres av signalene IN1, IN2 og er utformet ganske enkelt for å slå av og på broens diagonaler. De øvre transistorene styres av Vref-signalet, de regulerer utgangsstrømmen. Kontrollkretsen, vist ganske enkelt som en firkant, inneholder også en kortslutningsbeskyttelseskrets og andre uforutsette omstendigheter.
Hvordan beregne en begrensende motstand
Ohms lov vil alltid hjelpe i disse beregningene. De opprinnelige dataene for beregningen lar dem være som følger: forsyningsspenningen (U) er 12V, strømmen gjennom LED-en (I_HL) er 10mA, LED-en er koblet til en spenningskilde uten noen transistorer og mikrokretser som indikator for inkludering. Spenningsfall på LED (U_HL) 2V.
Da er det ganske åpenbart at spenningen (U-U_HL) vil være nødvendig for begrensningsmotstanden, - selve LEDen "spiste" to volt. Da er motstanden til den begrensende motstanden
R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 - 2) / 0.010 = 1000 (Ω) eller 1KΩ.
Ikke glem SI-systemet: spenning i volt, strøm i ampere, resultatet i Ohms. Hvis lysdioden slås på av transistoren, og i den første braketten, skal spenningen til kollektor - emitterdelen til den åpne transistoren trekkes fra forsyningsspenningen. Men dette er som regel ingen som noen gang gjør, nøyaktighet til hundrelapper av prosent er ikke nødvendig her, og det vil ikke fungere på grunn av spredningen av detaljer om delene. Alle beregninger i elektroniske kretsløp gir omtrentlige resultater, resten må oppnås ved feilsøking og innstilling.
Tri-farge LED
I tillegg til to-tone i det siste, utbredt tri-farge RGB LED. Hovedformålet deres er dekorativ belysning på scener, på fester, ved nyttårsfeiringer eller på diskoteker. Slike lysdioder har et firpinners hus, hvorav den ene er en vanlig anode eller katode, avhengig av den spesifikke modellen.
Men en eller to lysdioder, til og med trefarger, nytter lite, så du må kombinere dem i kranser, og for å kontrollere kranser bruker du alle slags kontrollenheter, som oftest kalles kontrollere.
Å montere girlander fra individuelle lysdioder er kjedelig og av liten interesse. Derfor de siste årene begynte industrien å produsere LED-strips i forskjellige fargerså vel som bånd basert på trefargede (RGB) lysdioder. Hvis det produseres enfarget bånd med en spenning på 12V, er driftsspenningen til trefargede bånd ofte 24V.
LED-strips er merket med spenning, fordi de allerede inneholder grensemotstander, slik at de kan kobles direkte til en spenningskilde. Kilder for strømledd stripe selges på samme sted som båndet.
For å kontrollere trefargede LED og bånd, for å skape forskjellige lyseffekter, brukes spesielle kontrollere. Med deres hjelp kan du enkelt skifte lysdioder, justere lysstyrken, skape forskjellige dynamiske effekter, i tillegg til å tegne mønstre og til og med malerier. Opprettelsen av slike kontrollere tiltrekker seg mange skinker, naturlig nok de som kan skrive programmer for mikrokontrollere.
Ved å bruke en trefarget LED, kan du få nesten hvilken som helst farge, fordi fargen på TV-skjermen også oppnås ved å blande bare tre farger. Her er det på sin plass å minne om en annen utvikling av japansk amatørradio. Kretsskjemaet er vist på figur 5.
Figur 5. Tilkoblingsskjema for en trefarget LED
Kraftig 1W trefarget LED inneholder tre sendere. Når motstandene er indikert på diagrammet, er glødens farge hvit. Ved å velge verdiene på motstandene er en liten skyggeendring mulig: fra hvitt til hvitt til varmt hvitt. I forfatterens design er lampen designet for å belyse interiøret i bilen. Vil de (japanerne) være triste! For ikke å bekymre deg for å observere polariteten, er det anordnet en diodebro ved inngangen til enheten. Enheten er montert på en brødplate og vist på figur 6.
Figur 6. Utviklingsstyre
Den neste utviklingen av japanske radioamatører er også bilindustrien. Denne enheten for selvfølgelig å belyse rommet på hvite lysdioder er vist i figur 7.
Figur 7. Skjema for enheten for å utheve tallet på hvite lysdioder
Designet brukte 6 kraftige ultralyse LED-er med en begrensende strøm på 35 mA og en lysstrøm på 4 lm. For å øke påliteligheten til lysdiodene er strømmen gjennom dem begrenset til 27 mA ved bruk av en spenningsregulatorbrikke som er inkludert i strømstabilisatorkretsen.
Lysdioder EL1 ... EL3, motstand R1 sammen med DA1-brikken danner en strømstabilisator. En stabil strøm gjennom motstanden R1, støtter et spenningsfall på 1,25V på den. Den andre gruppen av lysdioder er koblet til stabilisatoren gjennom nøyaktig den samme motstanden R2, så strømmen gjennom gruppen av lysdioder EL4 ... EL6 vil også bli stabilisert på samme nivå.
Figur 8 viser en omformerkrets for å drive en hvit LED fra en enkelt galvanisk celle med en spenning på 1,5V, noe som tydeligvis ikke er nok til å tenne LED. Konverteringskretsen er veldig enkel og kontrollert av en mikrokontroller. Det er faktisk mikrokontrolleren vanlig multivibrator med en pulsfrekvens på omtrent 40KHz. For å øke lastekapasiteten er utgangene til mikrokontrolleren parret parallelt.
Figur 8Konverteringskrets for strømforsyning av en hvit LED
Ordningen fungerer som følger. Når utgangene PB1, PB2 er lave, er utgangene PB0, PB4 høye. På dette tidspunktet blir kondensatorene Cl, C2 ladet gjennom diodene VD1, VD2 til omtrent 1,4V. Når statusen til regulatorutgangene reverseres, vil summen av spenningene til to ladede kondensatorer pluss batteriets spenning tilføres LED. Dermed vil nesten 4,5V bli påført lysdioden i retning fremover, noe som er nok til å tenne lysdioden.
En lignende omformer kan settes sammen uten mikrokontroller, bare på en logisk brikke. En slik krets er vist på figur 9.
Figur 9
En rektangulær svingningsgenerator er satt sammen på elementet DD1.1, hvis frekvens bestemmes av verdiene til R1, C1. Det er med denne frekvensen LED-en vil blinke.
Når utgangen til elementet DD1.1 er høy, er utgangen til DD1.2 naturlig høy. På dette tidspunktet blir kondensatoren C2 ladet gjennom dioden VD1 fra strømkilden. Ladebanen er som følger: pluss strømkilden - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - minus strømkilden. På dette tidspunktet blir bare batterispenningen påført den hvite LED, som ikke er nok til å lyse LED.
Når nivået blir lavt ved utgangen til elementet DD1.1, vises et høyt nivå ved utgangen fra DD1.2, noe som fører til blokkering av dioden VD1. Derfor blir spenningen over kondensatoren C2 lagt til spenningen til batteriet, og denne mengden blir brukt til motstanden R1 og LED HL1. Denne summen av spenninger er nok til å slå på HL1 LED. Deretter gjentas syklusen.
Slik kontrollerer du LED
Hvis lysdioden er ny, er alt enkelt: Den konklusjonen, som er litt lengre, er et pluss eller en anode. Det er det som må inkluderes i pluss strømforsyningen, naturlig nok ikke glemme den begrensende motstanden. Men i noen tilfeller, for eksempel, er LED fjernet fra det gamle brettet og konklusjonene er like lange, er en samtale nødvendig.
Multimetre i denne situasjonen oppfører seg noe uforståelig. For eksempel kan en DT838-multimeter i halvledertestmodus ganske enkelt opplyse lysdioden under test, men samtidig vises en åpen krets på indikatoren.
Derfor er det i noen tilfeller bedre å sjekke lysdiodene ved å koble dem gjennom begrensningsmotstanden til strømkilden, som vist i figur 10. Motstandens verdi er 200 ... 500 Ohm.
Figur 10. LED-testkrets
LED sekvensiell
Figur 11. Sekvensiell inkludering av lysdioder
Det er ikke vanskelig å beregne motstanden til den begrensende motstanden. For å gjøre dette, legg direkte spenning til alle lysdioder, trekk den fra spenningen til strømkilden, og del den resulterende resten med den gitte strømmen.
R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I
Anta at spenningen til strømforsyningen er 12V, og spenningsfallet over lysdiodene er 2V, 2.5V og 1.8V. Selv om lysdiodene er hentet fra en boks, kan det fortsatt være en slik spredning!
Avhengig av oppgaven er det satt en strøm på 20 mA. Det gjenstår å erstatte alle verdiene i formelen og lære svaret.
R = (12– (2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285Ω
LED parallell
Figur 12. Parallell aktivering av lysdioder
På venstre fragment er alle tre lysdioder koblet gjennom en strømbegrensende motstand. Men hvorfor er denne ordningen krysset ut, hva er ulempene?
Det påvirker spredningen av lysdiodene. Den største strømmen vil gå gjennom LED, der spenningsfallet er mindre, det vil si den interne motstanden er mindre.Derfor, med denne inkluderingen, vil det ikke være mulig å oppnå en jevn lysdiode. Derfor bør skjemaet vist på figur 12 til høyre gjenkjennes som riktig krets.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: