kategorier: Praktisk elektronik, Alt om lysdioder
Antal visninger: 72770
Kommentarer til artiklen: 2
Brug af lysdioder i elektroniske kredsløb
Alle kender lysdioder nu. Uden dem er moderne teknologi ganske enkelt ikke tænkelig. Dette er LED-lys og lamper, en indikation af driftsformer for forskellige husholdningsapparater, belysning af skærme på computerskærme, fjernsyn og mange andre ting, som du ikke engang husker med det samme. Alle disse enheder indeholder lysdioder i det synlige strålingsområde i forskellige farver: rød, grøn, blå (RGB), gul, hvid. Moderne teknologi giver dig mulighed for at få næsten enhver farve.
Foruden lysdioderne i det synlige interval er der infrarøde og ultraviolette lysdioder. Det vigtigste anvendelsesområde for sådanne LED'er er automatiserings- og kontrolenheder. Bare husk Fjernbetjening af forskellige husholdningsapparater. Hvis de første fjernbetjeningsmodeller udelukkende blev brugt til styring af tv'er, kan de nu bruges til at styre vægvarmere, klimaanlæg, ventilatorer og endda køkkenmaskiner, såsom crock potter og brødmaskiner.
Så hvad er en LED?
Faktisk lysdiode ikke meget forskellig fra sædvanligt ensretterdiode, - alle de samme p-n-kryds, og alle den samme basale egenskab, envejs-ledningsevne. Da vi studerede p-n-krydset, viste det sig, at udover ensidig konduktivitet har netop dette kryds også flere yderligere egenskaber. I udviklingen af halvlederteknologi er disse egenskaber blevet undersøgt, udviklet og forbedret.
Et stort bidrag til udviklingen af halvledere blev ydet af den sovjetiske radiofysiker Oleg Vladimirovich Losev (1903 - 1942). I 1919 trådte han ind i det berømte og stadig kendte Nizhny Novgorod radiolaboratorium, og siden 1929 arbejdede han på Leningrad Physics and Technology Institute. En af forskernes aktiviteter var undersøgelsen af en svag, lidt synlig glød af halvlederkrystaller. Det er på denne effekt, at alle moderne LED'er fungerer.
Denne svage luminescens opstår, når strømmen ledes gennem pn-krydset i retning fremad. Men på nuværende tidspunkt er dette fænomen blevet undersøgt og forbedret så meget, at lysstyrken på nogle LED'er er sådan, at det ganske enkelt kan blændes.
Farveskemaet til LED'er er meget bredt, næsten alle regnbuens farver. Men farven opnås slet ikke ved at ændre farven på LED-huset. Dette opnås ved det faktum, at dopanter føjes til pn-krydset. For eksempel giver introduktionen af en lille mængde fosfor eller aluminium dig farverne rød og gul, og gallium og indium udsender lys fra grønt til blåt. LED-huset kan være transparent eller mat, hvis huset er farvet, er det bare et lysfilter svarende til glødefarven i p-n-krydset.
En anden måde at opnå den ønskede farve er introduktionen af en phosphor. Fosfor er et stof, der giver synligt lys, når det udsættes for det af anden stråling, endda infrarødt. Et klassisk eksempel er lysstofrør. I tilfælde af lysdioder opnås hvid ved at tilføje en fosfor til den blå krystal.
For at øge strålingsintensiteten har næsten alle lysdioder en fokuserende linse. Ofte bruges slutfladen af et gennemsigtigt legeme med en sfærisk form som en linse. I infrarøde lysdioder ser undertiden linsen ud til at være uigennemsigtig, røget grå. Selvom infrarøde LED'er i de senere år er tilgængelige ganske enkelt i en gennemsigtig sag, er det dem, der bruges i forskellige fjernbetjeninger.
Bi-farve LEDs
Også kendt for næsten alle. For eksempel en oplader til en mobiltelefon: under opladning lyser indikatoren rødt, og ved afslutningen af opladningen bliver den grøn.En sådan indikation er mulig på grund af eksistensen af tofarvede LED'er, der kan være af forskellige typer. Den første type er tre-output LED'er. Et hus indeholder to lysdioder, for eksempel grøn og rød, som vist i figur 1.
Figur 1. Forbindelsesdiagram over en tofarvet LED
Figuren viser et fragment af et kredsløb med en tofarvet LED. I dette tilfælde vises en tre-output LED med en fælles katode (der er også med en fælles anode) og dens forbindelse til mikrocontroller. I dette tilfælde kan du tænde for den ene eller den anden LED eller begge på én gang. For eksempel vil det være rødt eller grønt, og når du tænder for to lysdioder på en gang, bliver det gult. Hvis du samtidig bruger PWM-modulering til at justere lysstyrken for hver LED, kan du få flere mellemliggende nuancer.
I dette kredsløb skal du være opmærksom på, at de begrænsende modstande er inkluderet separat for hver LED, selvom det ser ud til, at du kun kan gøre en ved at inkludere den i det generelle output. Men med denne inkludering ændres lysstyrken på lysdioderne, når en eller to lysdioder tændes.
Hvilken spænding er der behov for lysdioden? Dette spørgsmål kan høres ganske ofte, det stilles af dem, der ikke er bekendt med specifikationerne i lysdioden eller bare folk, der er langt fra elektricitet. På samme tid må jeg forklare, at LED'en er en enhed, der styres af strøm, og ikke af spænding. Du kan tænde lysdioden mindst 220V, men strømmen gennem den bør ikke overstige det maksimalt tilladte. Dette opnås ved at tænde forkoblingsmodstanden i serie med LED.
Men alligevel, når man husker spændingen, skal det bemærkes, at det også spiller en stor rolle, fordi lysdioderne har en stor forspænding. Hvis denne spænding for en konventionel siliciumdiode er i størrelsesordenen 0,6 ... 0,7 V, begynder denne tærskelværdi for en LED fra to volt og derover. Derfor fra en galvanisk celle Med en spænding på 1,5 V lyser LED'en ikke.
Men med denne inkludering, mener vi 220V, skal vi ikke glemme, at LED's bagspænding er ret lille, ikke mere end adskillige titusind volt. Derfor træffes der særlige forholdsregler for at beskytte lysdioden mod høj reversspænding. Den nemmeste måde er en modparallel forbindelse af en beskyttelsesdiode, som muligvis heller ikke er særlig højspænding, f.eks. KD521. Under påvirkning af vekslende spænding åbner dioderne skiftevis, hvorved de beskytter hinanden mod høj reversspænding. Det beskyttende diodeomskiftningskredsløb er vist i figur 2.
Figur 2 Ledningsdiagramparallelt med LEDbeskyttelsesdiode
To-farve LED'er fås også i en to-polet pakke. En ændring i glødens farve sker i dette tilfælde, når retning af strømmen ændres. Et klassisk eksempel er en indikation af rotationsretningen for en jævnstrømsmotor. Samtidig skal man ikke glemme, at den begrænsende modstand nødvendigvis er tændt i serie med LED.
For nylig er en begrænsende modstand simpelthen indbygget i LED, og derefter skriver de for eksempel blot på prismærkerne i butikken, at denne LED er 12V. Blinkende LED'er markeres også med spænding: 3V, 6V, 12V. Inde i sådanne lysdioder er der en mikrokontroller (den kan endda ses gennem en gennemsigtig sag), så ethvert forsøg på at ændre den blinkende frekvens giver ikke resultater. Med denne markering kan du tænde LED'en direkte til strømforsyningen ved den specificerede spænding.
Udviklingen af japansk amatørradio
Det viser sig, at radioamatør ikke kun er engageret i landene i den tidligere Sovjetunionen, men også i et så "elektronisk land" som Japan. Selv en japansk almindelig amatørradioamatør kan selvfølgelig ikke skabe meget komplekse enheder, men individuelle kredsløbsløsninger fortjener opmærksomhed. Du ved aldrig i hvilket skema disse løsninger kan komme godt med.
Her er en oversigt over relativt enkle enheder, der bruger LED'er.I de fleste tilfælde udføres kontrol fra mikrokontrollere, og du kan ikke komme nogen steder. Selv for et simpelt kredsløb er det lettere at skrive et kort program og lodde controlleren i DIP-8-pakken end at lodde flere mikrokredsløb, kondensatorer og transistorer. Det er også attraktivt, at nogle mikrokontrollere kan arbejde uden vedhæftede filer overhovedet.
To-farvet LED-kontrolkredsløb
Et interessant skema til styring af en kraftig tofarvet LED tilbydes af japanske skinker. Mere præcist bruges to kraftige LED'er med en strøm på op til 1A her. Men det må antages, at der er kraftige tofarvede LED'er. Diagrammet er vist i figur 3.
Figur 3. Kraftigt tofarvet LED-kontrolkredsløb
Chip TA7291P er designet til at styre jævnstrømsmotorer med lille effekt. Det giver flere tilstande, nemlig: drejning fremad, bagud, stop og bremsning. Udgangstrinnet til mikrokredsløbet samles i henhold til brokredsløbet, som giver dig mulighed for at udføre alle ovenstående operationer. Men det var værd at skabe fantasi, og nu, mikrokredsløbet har et nyt erhverv.
Logikken i chippen er ganske enkel. Som det kan ses i figur 3, har mikrokredsløbet 2 indgange (IN1, IN2) og to udgange (OUT1, OUT2), hvortil to kraftige LED'er er forbundet. Når logikniveauerne ved indgange 1 og 2 er de samme (uanset 00 eller 11), så er potentialerne for udgangene lige, begge lysdioder er slukket.
På forskellige logiske niveauer ved indgange fungerer mikrokredsløbet som følger. Hvis en af inputene, f.eks. IN1, har et lavt logisk niveau, er output OUT1 forbundet til en fælles ledning. Katoden af HL2 LED gennem modstanden R2 er også forbundet til en fælles ledning. Spændingen ved udgangen OUT2 (hvis der er en logisk enhed ved indgang IN2) afhænger i dette tilfælde af spændingen ved indgangen V_ref, som giver dig mulighed for at justere lysstyrken på LED HL2.
I dette tilfælde opnås spændingen V_ref fra PWM-impulser fra mikrokontrolleren ved hjælp af integreringskæden R1C1, der styrer lysstyrken på den LED, der er tilsluttet udgangen. Mikrokontrolleren styrer også input IN1 og IN2, som giver dig mulighed for at få en lang række lysskygger og algoritmer til styring af LED'er. Modstanden for modstanden R2 beregnes ud fra den maksimalt tilladte strøm for LED'erne. Hvordan man gør dette vil blive beskrevet nedenfor.
Figur 4 viser den interne struktur af TA7291P-chippen, dens strukturelle diagram. Kredsløbet blev hentet direkte fra databladet, derfor vises en elektrisk motor som en belastning på det.
Figur 4Intern enhedschip TA7291P
I henhold til strukturskemaet er det let at spore de aktuelle stier gennem belastningen og metoderne til styring af udgangstransistorer. Transistorer tændes parvis langs diagonalen: (øverste venstre + nederste højre) eller (øverste højre + nederste venstre), som giver dig mulighed for at ændre motorens retning og hastighed. I vores tilfælde skal du tænde en af LED'erne og kontrollere dens lysstyrke.
De nedre transistorer styres af signalerne IN1, IN2 og er designet til blot at tænde / slukke for diagonalerne på broen. De øvre transistorer styres af Vref-signalet, de regulerer udgangsstrømmen. Kontrolkredsløbet, der blot vises som en firkant, indeholder også et kortslutningsbeskyttelseskredsløb og andre uforudsete omstændigheder.
Sådan beregnes en begrænsende modstand
Ohms lov vil altid hjælpe i disse beregninger. De oprindelige data til beregningen lader dem være som følger: forsyningsspændingen (U) er 12V, strømmen gennem lysdioden (I_HL) er 10mA, lysdioden er forbundet til en spændingskilde uden nogen transistorer og mikrokredsløb som indikator for inkludering. Spændingsfald på LED (U_HL) 2V.
Derefter er det helt åbenlyst, at spændingen (U-U_HL) vil være nødvendig for den begrænsende modstand - selve LED'en "spiste" to volt. Så er modstanden for den begrænsende modstand
R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 - 2) / 0.010 = 1000 (Ω) eller 1KΩ.
Glem ikke SI-systemet: spænding i volt, strøm i ampere, resultatet i Ohms. Hvis LED'en tændes af transistoren, skal spændingen i den åbne transistorsektion i den åbne transistor trækkes fra forsyningsspændingen i den første beslag. Men som regel er der aldrig nogen, der gør dette, nøjagtighed op til hundrededele af en procent er ikke nødvendig her, og det vil ikke fungere på grund af spredningen i detaljerne om delene. Alle beregninger i elektroniske kredsløb giver omtrentlige resultater, resten skal opnås ved debugging og tuning.
Tri-farve LED'er
Foruden to-tone for nylig, udbredt tri-farve RGB LED'er. Deres hovedformål er dekorativ belysning på scener, til fester, til nytårsfeiringer eller på diskoteker. Sådanne lysdioder har et firpindet hus, hvoraf den ene er en fælles anode eller katode, afhængigt af den specifikke model.
Men en eller to lysdioder, endda tri-farve, er til lille nytte, så du er nødt til at kombinere dem i kranser, og til at kontrollere kranserne skal du bruge alle slags kontrolenheder, som oftest kaldes controllere.
Det er kedeligt at samle girlander fra individuelle LED'er. Derfor begyndte industrien i de senere år at producere LED-strimler i forskellige farversåvel som bånd baseret på tri-farve (RGB) LED'er. Hvis der produceres enfarvet bånd ved en spænding på 12V, er driftsspændingen for bånd med tre farver ofte 24V.
LED-strimler er markeret med spænding, fordi de allerede indeholder grænsemodstande, så de kan forbindes direkte til en spændingskilde. Kilder til strømledningsstrimmel sælges på samme sted som båndet.
Til kontrol af tre-farve LED'er og bånd, for at skabe forskellige lyseffekter, bruges specielle controllere. Med deres hjælp er det muligt at skifte lysdioder let, justere lysstyrken, skabe forskellige dynamiske effekter samt tegne mønstre og endda billeder. Oprettelsen af sådanne controllere tiltrækker mange skinker, naturligvis dem, der kan skrive programmer til mikrokontrollere.
Ved hjælp af en trefarvet LED kan du få næsten enhver farve, fordi farven på tv-skærmen også opnås ved kun at blande tre farver. Her er det passende at huske en anden udvikling af japansk amatørradio. Dets kredsløbsdiagram er vist i figur 5.
Figur 5. Forbindelsesdiagram over en tre-farvet LED
Kraftig 1W tre-farve LED indeholder tre udsendere. Når modstande er angivet på diagrammet, er glødens farve hvid. Ved at vælge værdierne for modstande er en lille ændring i skygge mulig: fra hvid til hvid til varm hvid. I forfatterens design er lampen designet til at belyse interiøret i bilen. Vil de (japanerne) være triste! For ikke at bekymre dig om at observere polariteten er der tilvejebragt en diodebro ved indgangen til enheden. Enheden er monteret på en brødbræt og vist i figur 6.
Figur 6. Udviklingsforum
Den næste udvikling af japanske radioamatører er også bilindustrien. Denne enhed til selvfølgelig at belyse rummet på hvide lysdioder er vist i figur 7.
Figur 7. Skema med enheden til at fremhæve antallet på hvide LED'er
Konstruktionen brugte 6 kraftige ultralys lyse LED'er med en begrænsningsstrøm på 35 mA og en lysstrøm på 4 lm. For at øge pålideligheden af lysdioderne er strømmen gennem dem begrænset til 27 mA ved hjælp af en spændingsregulatorchip, inkluderet i strømstabilisatorkredsløbet.
Lysdioder EL1 ... EL3, modstand R1 sammen med DA1-chip danner en strømstabilisator. En stabil strøm gennem modstanden R1 understøtter et spændingsfald på 1,25V på den. Den anden gruppe af LED'er er forbundet til stabilisatoren gennem nøjagtigt den samme modstand R2, så strømmen gennem gruppen af LED'er EL4 ... EL6 vil også blive stabiliseret på samme niveau.
Figur 8 viser et konverteringskredsløb til strømforsyning af en hvid LED fra en enkelt galvanisk celle med en spænding på 1,5V, hvilket helt klart ikke er nok til at antænde lysdioden. Konverteringskredsløbet er meget enkelt og styres af en mikrokontroller. Faktisk er mikrokontrolleren det almindelig multivibrator med en pulsfrekvens på ca. 40 KHz. For at øge belastningskapaciteten er mikrokontrollerens udgange parret parallelt.
Figur 8Konverteringskredsløb til at tænde en hvid LED
Ordningen fungerer som følger. Når output PB1, PB2 er lave, er output PB0, PB4 høje. På dette tidspunkt lades kondensatorerne Cl, C2 gennem dioderne VD1, VD2 til ca. 1,4V. Når status på regulatorudgangene vendes, vil summen af spændingerne for to opladede kondensatorer plus spændingen på batteriet blive anvendt på LED'en. Således vil næsten 4,5V blive påført lysdioden i retning fremad, hvilket er nok til at antænde lysdioden.
En lignende konverter kan samles uden en mikrocontroller, bare på en logisk chip. Et sådant kredsløb er vist i figur 9.
Figur 9
En rektangulær svingningsgenerator er samlet på elementet DD1.1, hvis frekvens bestemmes af værdierne af R1, C1. Det er med denne frekvens, LED'en blinker.
Når output fra element DD1.1 er højt, er output fra DD1.2 naturligt høj. På dette tidspunkt lades kondensatoren C2 gennem dioden VD1 fra strømkilden. Opladningsstien er som følger: plus strømkilden - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - minus strømkilden. På dette tidspunkt anvendes kun batterispændingen til den hvide LED, hvilket ikke er nok til at tænde LED'en.
Når niveauet bliver lavt ved udgangen fra elementet DD1.1, vises et højt niveau ved udgangen fra DD1.2, hvilket fører til blokering af dioden VD1. Derfor tilføjes spændingen over kondensator C2 til batteriets spænding, og denne mængde anvendes til modstand R1 og LED HL1. Denne sum af spændinger er nok til at tænde HL1 LED. Dernæst gentages cyklussen.
Sådan kontrolleres LED'en
Hvis lysdioden er ny, er alt simpelt: den konklusion, der er lidt længere, er et plus eller en anode. Det er det, der skal inkluderes i plusens strømforsyning, naturligvis ikke at glemme den begrænsende modstand. Men i nogle tilfælde er for eksempel lysdioden fjernet fra det gamle bord, og konklusionerne er af samme længde, et opkald kræves.
Multimetre i denne situation opfører sig noget uforståeligt. For eksempel kan en DT838-multimeter i halvledertesttilstand ganske enkelt oplyse lysdioden under test, men samtidig vises et åbent kredsløb på indikatoren.
I nogle tilfælde er det derfor bedre at kontrollere lysdioderne ved at forbinde dem gennem den begrænsende modstand til strømkilden, som vist i figur 10. Modstandens værdi er 200 ... 500 Ohm.
Figur 10. LED-testkredsløb
LED-sekvens
Figur 11. Sekventiel inkludering af LED'er
Det er ikke vanskeligt at beregne modstanden for den begrænsende modstand. For at gøre dette skal du tilføje den direkte spænding til alle lysdioder, trække den fra spændingen i strømkilden og dele den resulterende rest med den givne strøm.
R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I
Antag, at spændingen i strømforsyningen er 12V, og spændingsfaldet over lysdioderne er 2V, 2.5V og 1.8V. Selv hvis lysdioderne er taget fra en kasse, kan der stadig være en sådan spredning!
Efter opgavens tilstand indstilles en strøm på 20 mA. Det gjenstår at erstatte alle værdier i formlen og lære svaret.
R = (12– (2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285Ω
LED parallel
Figur 12. Parallel aktivering af lysdioder
På det venstre fragment er alle tre lysdioder forbundet via en strømbegrænsende modstand. Men hvorfor overskrides denne ordning, hvad er dens ulemper?
Det påvirker spredningen af lysdioderne. Den største strøm går gennem LED'en, hvor spændingsfaldet er mindre, dvs. den interne modstand er mindre.Derfor vil det med denne inkludering ikke være muligt at opnå en ensartet glød af lysdioderne. Derfor skal skemaet vist i figur 12 til højre genkendes som det rigtige kredsløb.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: