kategória: Praktická elektronika, Všetko o LED
Počet zobrazení: 72770
Komentáre k článku: 2
Využitie LED v elektronických obvodoch
Teraz sú všetci oboznámení s diódami LED. Bez nich je moderná technológia jednoducho nemysliteľná. Sú to LED svetlá a žiarovky, indikácia prevádzkových režimov rôznych domácich spotrebičov, osvetlenie obrazoviek počítačových monitorov, televízorov a mnoho ďalších vecí, na ktoré si ani nepamätáte. Všetky tieto zariadenia obsahujú LED v rozsahu viditeľného žiarenia rôznych farieb: červená, zelená, modrá (RGB), žltá, biela. Moderná technológia umožňuje získať takmer akúkoľvek farbu.
Okrem LED vo viditeľnom rozsahu existujú aj LED pre infračervené a ultrafialové svetlo. Hlavnou oblasťou použitia takýchto LED sú automatizačné a kontrolné zariadenia. Len si pamätajte Diaľkové ovládanie rôznych domácich spotrebičov, Ak sa prvé modely diaľkového ovládania používali výlučne na ovládanie televízorov, teraz ich možno použiť na ovládanie nástenných ohrievačov, klimatizačných zariadení, ventilátorov a dokonca aj kuchynských spotrebičov, ako sú napríklad hrnce na chlieb a chlieb.
Čo je to LED?
V skutočnosti, svetlo-emitujúca dióda príliš sa nelíši od obvyklých usmerňovacia dióda, - všetky rovnaké prechody p-n a všetky rovnaké základné vlastnosti, jednostranná vodivosť. Keď sme študovali križovatku pn, ukázalo sa, že okrem jednostrannej vodivosti má aj táto križovatka niekoľko ďalších vlastností. V procese vývoja polovodičovej technológie sa tieto vlastnosti študovali, vyvíjali a zlepšovali.
Veľkým prínosom k rozvoju polovodičov bol sovietsky rádiofyzik Oleg Vladimirovič Losev (1903 - 1942). V roku 1919 vstúpil do známeho a stále známeho rádiového laboratória Nižného Novgorodu a od roku 1929 pôsobil v Leningradskom fyzikálnom a technologickom ústave. Jednou z aktivít vedca bolo štúdium slabej, mierne viditeľnej žiaru polovodičových kryštálov. Z tohto dôvodu fungujú všetky moderné LED.
Táto slabá luminiscencia nastáva, keď prúd prechádza cez pn križovatku v smere dopredu. V súčasnosti sa však tento jav študoval a zlepšil natoľko, že jas niektorých diód LED je taký, že ho možno jednoducho oslepiť.
Farebná schéma LED je veľmi široká, takmer všetky farby dúhy. Farba sa však nezíska vôbec zmenou farby krytu LED. To sa dosahuje skutočnosťou, že do pn križovatky sa pridávajú dopujúce látky. Napríklad zavedenie malého množstva fosforu alebo hliníka vám umožní získať farby červenej a žltej a gálium a indium vyžarovať svetlo zo zelenej na modrú. LED puzdro môže byť priehľadné alebo matné, ak je puzdro zafarbené, potom je to iba svetelný filter, ktorý zodpovedá farbe žiary p-n spojenia.
Ďalším spôsobom, ako získať požadovanú farbu, je zavedenie fosforu. Fosfor je látka, ktorá poskytuje viditeľné svetlo, keď je vystavené inému žiareniu, dokonca infračervenému žiareniu. Klasickým príkladom sú žiarivky. V prípade diód LED sa biela získa pridaním fosforu do modrého kryštálu.
Na zvýšenie intenzity žiarenia majú takmer všetky LED diódy zaostrovacie šošovky. Ako šošovka sa často používa koncová strana priehľadného telesa s guľovým tvarom. V diódach vyžarujúcich infračervené svetlo sa niekedy šošovka javí ako nepriehľadná, zakalená šedá. Hoci v posledných rokoch sú infračervené LED diódy k dispozícii jednoducho v priehľadnom prípade, tieto sa používajú v rôznych diaľkových ovládačoch.
Dvojfarebné LED
Tiež známy takmer každému. Napríklad nabíjačka pre mobilný telefón: počas nabíjania sa indikátor rozsvieti načerveno a na konci nabíjania sa zmení na zelenú.Takáto indikácia je možná kvôli existencii dvojfarebných LED diód, ktoré môžu byť rôznych typov. Prvý typ sú tri výstupné LED. Jedno puzdro obsahuje dve LED, napríklad zelenú a červenú, ako je znázornené na obrázku 1.
Obrázok 1. Schéma zapojenia dvojfarebnej LED
Obrázok ukazuje fragment obvodu s dvojfarebnou LED. V tomto prípade je zobrazená trojstupňová LED dióda so spoločnou katódou (sú tiež so spoločnou anódou) a jej pripojenie k mikroradič, V takom prípade môžete zapnúť jednu alebo druhú LED alebo obidve LED súčasne. Napríklad bude červená alebo zelená a keď zapnete dve LED diódy naraz, žltne. Ak súčasne pomocou modulácie PWM nastavíte jas každej LED, môžete získať niekoľko prechodných odtieňov.
V tomto obvode by ste mali venovať pozornosť skutočnosti, že obmedzovacie odpory sú zahrnuté osobitne pre každú LED, hoci sa zdá, že môžete urobiť iba jeden jeho zahrnutím do všeobecného výstupu. S týmto zahrnutím sa však jas LED diód zmení, keď sa zapne jedna alebo dve LED.
Aké napätie je potrebné pre LED? Túto otázku je možné počuť dosť často, kladú ju tí, ktorí nie sú oboznámení so špecifikami LED, alebo iba ľudia veľmi vzdialení od elektriny. Zároveň musím vysvetliť, že LED je zariadenie ovládané prúdom a nie napätím. Môžete zapnúť LED najmenej 220V, ale prúd, ktorý prechádza, by nemal prekročiť maximálnu povolenú hodnotu. To sa dosiahne zapnutím predradníka v sérii s LED diódou.
Napriek tomu treba pamätať na napätie, treba však poznamenať, že tiež hrá veľkú úlohu, pretože LED diódy majú veľké predné napätie. Ak je pre konvenčnú kremíkovú diódu toto napätie rádovo 0,6 ... 0,7 V, potom pre LED tento prah začína od dvoch voltov a viac. Preto od jeden galvanický článok Pri napätí 1,5 V nesvieti LED.
Ale s týmto zahrnutím máme na mysli 220 V, nemali by sme zabúdať, že spätné napätie LED je dosť malé, nie viac ako niekoľko desiatok voltov. Preto sa na ochranu LED pred vysokým spätným napätím prijímajú osobitné opatrenia. Najjednoduchším spôsobom je protiľahlé paralelné pripojenie ochrannej diódy, ktorá nemusí byť tiež veľmi vysokého napätia, napríklad KD521. Pod vplyvom striedavého napätia sa diódy striedavo otvárajú, čím sa navzájom chránia pred vysokým spätným napätím. Spínací obvod ochrannej diódy je znázornený na obrázku 2.
Obrázok 2 Schéma zapojeniaparalelne s LEDochranná dióda
Dvojfarebné LED diódy sú k dispozícii aj v dvojpólovom balení. V tomto prípade nastane zmena farby žiara, keď sa zmení smer prúdu. Klasickým príkladom je označenie smeru otáčania jednosmerného motora. Zároveň by sme nemali zabúdať, že obmedzovací odpor je nevyhnutne zapnutý v sérii s LED diódou.
Nedávno je do LED jednoducho zabudovaný obmedzujúci odpor a potom napríklad na cenovkách v obchode jednoducho píšu, že táto LED je 12V. Blikajúce LED diódy sú tiež označené napätím: 3V, 6V, 12V. Vo vnútri týchto diód LED je mikrokontrolér (možno ho vidieť aj cez priehľadné puzdro), takže akékoľvek pokusy o zmenu frekvencie blikania neprinášajú výsledky. Týmto označením môžete zapnúť LED priamo do napájacieho zdroja pri určenom napätí.
Vývoj japonského amatérskeho rádia
Ukazuje sa, že amatérsky rozhlas je zapojený nielen do krajín bývalého ZSSR, ale aj do takej „elektronickej krajiny“, akou je Japonsko. Samozrejme ani japonský bežný amatérsky amatérsky amatér nemôže vytvoriť veľmi zložité zariadenia, ale individuálne riešenia obvodov si zaslúžia pozornosť. Nikdy neviete, v ktorej schéme sa tieto riešenia môžu hodiť.
Tu je prehľad relatívne jednoduchých zariadení, ktoré používajú LED.Vo väčšine prípadov sa kontrola vykonáva z mikrokontrolérov a nikam sa nemôžete dostať. Aj pri jednoduchom obvode je ľahšie napísať krátky program a spájkovať ovládač v balení DIP-8 ako spájkovať niekoľko mikroobvodov, kondenzátorov a tranzistorov. Je tiež atraktívne, že niektoré mikrokontroléry môžu pracovať bez akýchkoľvek príloh.
Dvojfarebný riadiaci obvod LED
Zaujímavú schému ovládania výkonnej dvojfarebnej LED ponúkajú japonské šunky. Presnejšie povedané, tu sa používajú dve výkonné LED diódy s prúdom do 1A. Je však potrebné predpokladať, že existujú silné dvojfarebné LED diódy. Schéma je znázornená na obrázku 3.
Obrázok 3. Výkonný dvojfarebný riadiaci obvod LED
Čip TA7291P je určený na riadenie jednosmerných motorov malého výkonu. Poskytuje niekoľko režimov, a to: otáčanie dopredu, dozadu, zastavenie a brzdenie. Výstupná fáza mikroobvodu je zostavená podľa mostíkového obvodu, ktorý vám umožňuje vykonávať všetky vyššie uvedené operácie. Ale stálo za to urobiť si nejakú fantáziu a teraz, prosím, mikroobvod má novú profesiu.
Logika čipu je pomerne jednoduchá. Ako je možné vidieť na obrázku 3, mikroobvod má 2 vstupy (IN1, IN2) a dva výstupy (OUT1, OUT2), ku ktorým sú pripojené dve výkonné LED. Keď sú logické úrovne na vstupoch 1 a 2 rovnaké (bez ohľadu na 00 alebo 11), potom sú potenciály výstupov rovnaké, obe LED diódy sú vypnuté.
Na rôznych logických úrovniach na vstupoch funguje mikroobvod nasledovne. Ak má jeden zo vstupov napríklad IN1 nízku logickú úroveň, potom je výstup OUT1 pripojený k spoločnému vodiču. Katóda HL2 LED cez odpor R2 je tiež spojená s bežným drôtom. Napätie na výstupe OUT2 (ak existuje logická jednotka na vstupe IN2) v tomto prípade závisí od napätia na vstupe V_ref, ktoré vám umožňuje nastaviť jas LED HL2.
V tomto prípade je napätie V_ref získavané z impulzov PWM z mikrokontroléra pomocou integračného obvodu R1C1, ktorý riadi jas LED pripojenej k výstupu. Mikrokontrolér tiež ovláda vstupy IN1 a IN2, čo vám umožní získať širokú škálu odtieňov svetla a algoritmy na ovládanie LED diód. Odpor rezistora R2 sa počíta na základe maximálneho povoleného prúdu LED. Ako to urobiť bude opísané nižšie.
Obrázok 4 zobrazuje vnútornú štruktúru čipu TA7291P a jeho štrukturálnu schému. Okruh bol prevzatý priamo z údajového listu, preto je elektrický motor zobrazený ako zaťaženie.
Obrázok 4Čip interného zariadenia TA7291P
Podľa štruktúrnej schémy je ľahké sledovať súčasné cesty záťažou a spôsoby riadenia výstupných tranzistorov. Tranzistory sa zapínajú v pároch diagonálne: (horná ľavá + spodná pravá) alebo (horná pravá + dolná ľavá), čo vám umožňuje zmeniť smer a frekvenciu otáčania motora. V našom prípade rozsvietite jednu z LED a ovládajte jej jas.
Spodné tranzistory sú ovládané signálmi IN1, IN2 a sú navrhnuté tak, aby zapínali / vypínali uhlopriečky mostíka. Horné tranzistory sú riadené signálom Vref, regulujú výstupný prúd. Riadiaci obvod, znázornený jednoducho ako štvorec, obsahuje tiež obvod na ochranu pred skratom a ďalšie nepredvídané okolnosti.
Ako vypočítať limitný odpor
Ohmov zákon pri týchto výpočtoch vždy pomôže. Počiatočné údaje pre výpočet sú nasledujúce: napájacie napätie (U) je 12 V, prúd cez LED (I_HL) je 10 mA, LED je pripojená k zdroju napätia bez akýchkoľvek tranzistorov a mikroobvodov ako indikátor inklúzie. Pokles napätia na LED (U_HL) 2V.
Potom je celkom zrejmé, že na obmedzovací odpor bude potrebné napätie (U-U_HL), - samotná LED dióda „jedla“ dva volty. Potom je odpor obmedzovacieho odporu
R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 - 2) / 0,010 = 1 000 (Ω) alebo 1 KΩ.
Nezabudnite na systém SI: napätie vo voltoch, prúd v ampéroch, výsledok v ohmoch. Ak je LED zapnutá pomocou tranzistora, potom v prvej zátvorke by sa malo napätie kolektor - emitorovej časti otvoreného tranzistora odpočítať od napájacieho napätia. Ale spravidla to nikto nikdy neurobí, tu nie je potrebná presnosť na stotiny percenta a nebude to fungovať kvôli rozšíreniu detailov častí. Všetky výpočty v elektronických obvodoch poskytujú približné výsledky, zvyšok sa musí dosiahnuť ladením a ladením.
Trojfarebné LED
Okrem dvojtónových v poslednej dobe rozšírených trojfarebné LED RGB, Ich hlavným účelom je dekoratívne osvetlenie na pódiách, na večierkoch, na Silvestra alebo na diskotékach. Takéto LED diódy majú štvorpólové puzdro, z ktorých jedna je spoločnou anódou alebo katódou, v závislosti od konkrétneho modelu.
Jedna alebo dve LED, dokonca aj trojfarebné, sú málo užitočné, takže ich musíte kombinovať do girlandy a na ovládanie girlandy sa používajú všetky druhy ovládacích zariadení, ktoré sa najčastejšie nazývajú ovládače.
Zostavenie vencov z jednotlivých LED je nudné a málo zaujímavé. Preto sa v posledných rokoch priemysel začal vyrábať LED pásky v rôznych farbáchako aj pásky založené na trojfarebných (RGB) LED. Ak sa vyrábajú jednofarebné pásky pri napätí 12V, potom je prevádzkové napätie trojfarebných pások často 24V.
LED pásy sú označené napätím, pretože už obsahujú limitné odpory, takže sa dajú pripojiť priamo na zdroj napätia. Zdroje pre elektricky vedený pásik predáva sa na rovnakom mieste ako páska.
Na ovládanie trojfarebných LED a pások, na vytváranie rôznych svetelných efektov sa používajú špeciálne regulátory. S ich pomocou môžete ľahko prepínať LED, upravovať jas, vytvárať rôzne dynamické efekty, ako aj kresliť vzory a dokonca aj maľovať. Vytvorenie takýchto regulátorov priťahuje mnoho šuniek, samozrejme tých, ktorí môžu písať programy pre mikrokontroléry.
Pomocou trojfarebnej LED môžete získať takmer akúkoľvek farbu, pretože farba na televíznej obrazovke sa získa aj zmiešaním iba troch farieb. Tu je vhodné pripomenúť ďalší vývoj japonského amatérskeho rádia. Jeho schéma zapojenia je znázornená na obrázku 5.
Obrázok 5. Schéma zapojenia trojfarebnej LED
Výkonná 1 W trojfarebná LED obsahuje tri žiariče. Ak sú na obrázku vyznačené odpory, farba žiara je biela. Výberom hodnôt odporov je možná malá zmena odtieňa: z bielej na bielu až teplú bielu. Podľa návrhu autora je lampa navrhnutá tak, aby osvetlila interiér vozidla. Budú (Japonci) smutní! Aby nedošlo k obavám z pozorovania polarity, je na vstupe zariadenia usporiadaný diódový mostík. Zariadenie je namontované na doštičke na varenie a je znázornené na obrázku 6.
Obrázok 6. Vývojová doska
Ďalším vývojom japonských rádioamatérov je automobilový priemysel. Toto zariadenie na osvetlenie miestnosti, samozrejme, na bielych LED diódach, je znázornené na obr.
Obrázok 7. Schéma zariadenia na zvýraznenie čísla na bielych diódach LED
Pri návrhu sa použilo 6 vysoko výkonných ultra-jasných LED diód s obmedzujúcim prúdom 35 mA a svetelným tokom 4 lm. Aby sa zvýšila spoľahlivosť diód LED, je ich prúd obmedzený na 27 mA pomocou čipu regulátora napätia, ktorý je súčasťou obvodu stabilizátora prúdu.
LED diódy EL1 ... EL3, rezistor R1 spolu s čipom DA1 tvoria stabilizátor prúdu. Stabilný prúd cez rezistor R1 podporuje pokles napätia 1,25 V. Druhá skupina LED diód je pripojená k stabilizátoru pomocou presne toho istého odporu R2, takže prúd zo skupiny LED diód EL4 ... EL6 bude tiež stabilizovaný na rovnakej úrovni.
Obrázok 8 zobrazuje obvod meniča na napájanie bielej LED z jedného galvanického článku s napätím 1,5 V, čo zjavne nestačí na zapálenie LED. Obvod prevodníka je veľmi jednoduchý a ovládateľný mikrokontrolérom. Mikrokontrolér je v skutočnosti bežný multivibrátor s pulznou frekvenciou asi 40 kHz. Aby sa zvýšila nosnosť, sú výstupy mikrokontroléra spárované paralelne.
Obrázok 8Obvod meniča na napájanie bielej LED
Schéma funguje takto. Keď sú výstupy PB1, PB2 nízke, výstupy PB0, PB4 sú vysoké. V tomto okamihu sa kondenzátory C1, C2 nabijú cez diódy VD1, VD2 na približne 1,4 V. Keď je stav výstupov regulátora obrátený, na LED sa pripíše súčet napätí dvoch nabitých kondenzátorov plus napätie batérie. Tak bude takmer 4,5 V aplikovaných na LED v smere dopredu, čo je dostatočné na zapálenie LED.
Podobný prevodník môže byť zostavený bez mikrokontroléra iba na logický čip. Takýto obvod je znázornený na obr.
Obrázok 9
Generátor pravouhlého kmitania je zostavený na prvku DD1.1, ktorého frekvencia je určená hodnotami R1, C1. S touto frekvenciou bude LED blikať.
Keď je výstup prvku DD1.1 vysoký, výstup DD1.2 je prirodzene vysoký. V tomto okamihu sa kondenzátor C2 nabíja cez diódu VD1 zo zdroja energie. Nabíjacia cesta je nasledovná: plus zdroj energie - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - mínus zdroj energie. V súčasnosti je na bielu LED privádzané iba napätie batérie, ktoré nestačí na rozsvietenie LED.
Keď úroveň klesne na výstupe prvku DD1.1, na výstupe DD1.2 sa objaví vysoká úroveň, čo vedie k zablokovaniu diódy VD1. Preto sa napätie na kondenzátore C2 pripočíta k napätiu batérie a toto množstvo sa aplikuje na odpor R1 a LED HL1. Tento súčet napätí stačí na zapnutie LED HL1. Ďalej sa cyklus opakuje.
Ako skontrolovať LED
Ak je LED nová, potom je všetko jednoduché: záver, ktorý je o niečo dlhší, je plus alebo anóda. Je to, že musí byť súčasťou plusu napájacieho zdroja, samozrejme nezabúdať na obmedzujúci odpor. Ale v niektorých prípadoch, napríklad, LED bola odstránená zo starej dosky a závery sú rovnako dlhé, vyžaduje sa volanie.
Multimetre sa v tejto situácii správajú trochu nepochopiteľne. Napríklad multimeter DT838 v polovodičovom testovacom režime môže jednoducho mierne svietiť testovanú LED, ale súčasne sa na indikátore zobrazuje otvorený obvod.
Preto je v niektorých prípadoch lepšie skontrolovať LED diódy ich pripojením cez obmedzujúci odpor k zdroju energie, ako je to znázornené na obrázku 10. Hodnota odporu je 200 ... 500 Ohm.
Obrázok 10. Testovací obvod LED
LED sekvenčné
Obrázok 11. Postupné začlenenie diód LED
Nie je ťažké vypočítať odpor obmedzovacieho odporu. Za týmto účelom pridajte priame napätie do všetkých LED diód, odpočítajte ho od napätia zdroja energie a výsledný zvyšok vydelte daným prúdom.
R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I
Predpokladajme, že napätie napájacieho zdroja je 12V a pokles napätia na LED je 2V, 2,5V a 1,8V. Aj keď sa diódy LED vyberú z jednej škatule, stále sa môže šíriť!
Podľa stavu úlohy je nastavený prúd 20 mA. Zostáva nahradiť všetky hodnoty vo vzorci a naučiť odpoveď.
R = (12 - (2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285 Q
LED paralelná
Obrázok 12. Paralelná aktivácia LED
Na ľavom fragmente sú všetky tri LED diódy spojené prostredníctvom jedného odporu obmedzujúceho prúd. Prečo je však táto schéma prečiarknutá, aké sú jej nevýhody?
Ovplyvňuje šírenie diód LED. Najväčší prúd prechádza LED diódou, pri ktorej je pokles napätia menší, to znamená, že vnútorný odpor je menší.Preto s týmto zahrnutím nebude možné dosiahnuť jednotnú žiaru LED. Schéma znázornená na obrázku 12 vpravo by sa preto mala rozpoznať ako správny obvod.
Boris Aladyshkin
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: