Penggunaan LED dalam litar elektronik

Semua orang sudah biasa dengan LED sekarang. Tanpa mereka, teknologi moden tidak dapat difikirkan. Ini adalah lampu dan lampu LED, petunjuk mod operasi pelbagai peralatan rumah, pencahayaan skrin monitor komputer, televisyen, dan banyak perkara lain yang anda tidak dapat mengingati dengan segera. Semua peranti ini mengandungi LED dalam pelbagai radiasi yang boleh dilihat dari pelbagai warna: merah, hijau, biru (RGB), kuning, putih. Teknologi moden membolehkan anda mendapatkan hampir apa-apa warna.

Di samping LED dalam julat yang kelihatan, terdapat LED untuk cahaya inframerah dan ultraviolet. Bidang utama aplikasi seperti LED adalah peranti automasi dan kawalan. Ingatlah Kawalan jauh pelbagai perkakas rumah. Jika model kawalan jauh pertama digunakan secara eksklusif untuk mengawal TV, kini mereka boleh digunakan untuk mengawal pemanas dinding, penghawa dingin, peminat, dan peralatan dapur, seperti mesin panci dan mesin roti.

Jadi apa yang LED?

Pada dasarnya LED tidak jauh berbeza dari biasanya diod penerus, - semua persimpangan p-n yang sama, dan semua harta asas yang sama, kekonduksian satu sisi. Semasa kami mengkaji persimpangan p-n, ternyata sebagai tambahan kepada kekonduksian satu sisi, persimpangan ini juga mempunyai beberapa sifat tambahan. Dalam proses evolusi teknologi semikonduktor, sifat-sifat ini telah dikaji, dibangunkan dan bertambah baik.

Sumbangan besar kepada pembangunan semikonduktor telah dibuat oleh radiophysicist Soviet Oleg Vladimirovich Losev (1903 - 1942). Pada tahun 1919, beliau memasuki makmal radio Nizhny Novgorod yang terkenal dan masih terkenal, dan sejak tahun 1929 beliau bekerja di Institut Fizik dan Teknologi Leningrad. Salah satu aktiviti saintis ialah kajian terhadap kristal semikonduktor yang lemah, yang agak ketara dan terang. Ini adalah kesan bahawa semua LED moden berfungsi.

Pendaraban lemah ini berlaku apabila arus dilalui melalui simpang pn di arah hadapan. Tetapi pada masa kini, fenomena ini telah dikaji dan diperbaiki sehingga kecerahan beberapa LED adalah sedemikian rupa sehingga hanya dapat dibutakan.

Skema warna LED sangat luas, hampir semua warna pelangi. Tetapi warna tidak diperoleh sama sekali dengan menukar warna perumahan LED. Ini dicapai dengan fakta bahawa dopan ditambahkan ke simpang pn. Sebagai contoh, pengenalan sedikit fosforus atau aluminium membolehkan anda mendapatkan warna merah dan kuning, dan gallium dan indium memancarkan cahaya dari hijau ke biru. Perumahan LED boleh telus atau matte, jika perumahan berwarna, maka ia hanya penapis cahaya yang sepadan dengan warna cahaya persimpangan p-n.

Satu lagi cara untuk mendapatkan warna yang dikehendaki ialah pengenalan fosfor. Phosphor adalah bahan yang memberikan cahaya yang kelihatan apabila terdedah kepadanya oleh sinaran lain, bahkan inframerah. Contoh klasik adalah lampu pendarfluor. Dalam kes LED, putih diperolehi dengan menambah fosfor kepada kristal biru.

Untuk meningkatkan keamatan sinaran, hampir semua LED mempunyai kanta fokus. Selalunya, wajah akhir badan telus yang mempunyai bentuk sfera digunakan sebagai kanta. Di dalam cahaya inframerah memancarkan diod, kadang-kadang lensa kelihatan kabus, kelabu berasap. Walaupun pada tahun-tahun kebelakangan ini, LED inframerah hanya tersedia dalam kes telus, ini adalah yang digunakan dalam pelbagai kawalan jauh.

LED warna-dua

Juga diketahui hampir semua orang. Sebagai contoh, pengecas untuk telefon mudah alih: semasa mengecas, penunjuk menyala dengan warna merah, dan pada akhir pengecasan, ia menjadi hijau.Petunjuk seperti ini mungkin disebabkan oleh adanya LED dua warna, yang boleh menjadi jenis yang berbeza. Jenis pertama ialah LED tiga output. Satu perumahan mengandungi dua LED, sebagai contoh, hijau dan merah, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1. Rangkai sambungan dua warna LED

Angka itu menunjukkan serpihan litar dengan LED dua warna. Dalam kes ini, LED tiga output dengan katod biasa ditunjukkan (terdapat juga dengan anod biasa) dan sambungannya ke mikropengawal. Dalam kes ini, anda boleh menghidupkan salah satu atau LED yang lain, atau kedua-duanya sekali. Sebagai contoh, ia akan menjadi merah atau hijau, dan apabila anda menghidupkan dua LED sekaligus, ia menjadi kuning. Jika pada masa yang sama menggunakan modulasi PWM untuk menyesuaikan kecerahan setiap LED, anda boleh mendapatkan beberapa warna perantaraan.

Dalam litar ini, anda harus memberi perhatian kepada hakikat bahawa perintang yang terhad dimasukkan secara berasingan untuk setiap LED, walaupun nampaknya anda boleh melakukan satu dengan memasukkannya dalam output umum. Tetapi dengan kemasukan ini, kecerahan LED akan berubah apabila satu atau dua LED dihidupkan.

Apakah voltan yang diperlukan untuk LED? Soalan ini boleh didengar dengan kerap, ia ditanya oleh mereka yang tidak biasa dengan spesifik LED atau orang yang sangat jauh dari elektrik. Pada masa yang sama, saya perlu menjelaskan bahawa LED adalah peranti yang dikawal oleh arus, dan bukan dengan voltan. Anda boleh menghidupkan LED sekurang-kurangnya 220V, tetapi arus melaluinya tidak boleh melebihi maksimum yang dibenarkan. Ini dicapai dengan menghidupkan perintang balast secara bersiri dengan LED.

Tetapi, masih ingat voltan itu, harus diperhatikan bahawa ia juga memainkan peranan yang besar, kerana LED mempunyai voltan ke hadapan yang besar. Jika bagi diod silikon konvensional voltan ini adalah pada perintah 0.6 ... 0.7 V, maka untuk LED ambang ini bermula dari dua volt dan ke atas. Oleh itu dari satu sel galvanik Dengan voltan 1.5V, LED tidak menyala.

Tetapi dengan kemasukan ini, kita bermaksud 220V, kita tidak boleh lupa bahawa voltan terbalik LED agak kecil, tidak lebih daripada beberapa puluh volt. Oleh itu, untuk melindungi LED daripada voltan terbalik tinggi, langkah-langkah khas diambil. Cara yang paling mudah adalah sambungan kaunter selari diod pelindung, yang mungkin juga tidak menjadi voltan yang sangat tinggi, contohnya, KD521. Di bawah pengaruh voltan gantian, dioda terbuka secara bergantian, dengan itu melindungi satu sama lain dari voltan terbalik yang tinggi. Litar suis perlindungan diod ditunjukkan dalam Rajah 2.

Rajah 2 Rajah rajah pendawaianselari dengan LEDdiod pelindung

LED dua warna juga boleh didapati dalam pakej dua pin. Perubahan dalam warna cahaya dalam kes ini berlaku apabila arah perubahan semasa. Contoh klasik adalah petunjuk arah putaran motor DC. Pada masa yang sama, seseorang tidak boleh lupa bahawa perintang yang terhad semestinya dihidupkan secara bersiri dengan LED.

Baru-baru ini, penghalang yang terhad hanya dibina ke dalam LED, dan kemudian, sebagai contoh, pada tanda harga di kedai mereka hanya menulis bahawa LED ini adalah 12V. Juga, LED berkelip ditandakan dengan voltan: 3V, 6V, 12V. Di dalam LED seperti itu terdapat pengawal mikrokontroler (ia boleh dilihat melalui kes telus), jadi apa-apa percubaan untuk mengubah kekerapan berkedip tidak memberi hasil. Dengan tanda ini, anda boleh menghidupkan LED langsung ke bekalan kuasa pada voltan yang dinyatakan.

Perkembangan radio amatur Jepun

Amatur radio, ternyata, tidak hanya terlibat di negara-negara bekas USSR, tetapi juga dalam "negara elektronik" seperti Jepun. Sudah tentu, walaupun amatur radio amatur biasa Jepun tidak boleh membuat peranti yang sangat kompleks, tetapi penyelesaian litar individu sepatutnya mendapat perhatian. Anda tidak pernah tahu di mana skema penyelesaian ini dapat berguna.

Berikut adalah gambaran keseluruhan peranti mudah yang menggunakan LED.Dalam kebanyakan kes, kawalan dilakukan dari mikrokontroler, dan anda tidak boleh ke mana-mana sahaja. Walaupun untuk litar mudah, lebih mudah untuk menulis program pendek dan solder pengawal dalam pakej DIP-8 daripada untuk memateri beberapa mikrosirkuit, kapasitor dan transistor. Ia juga menarik bahawa sesetengah mikrokontroler boleh bekerja tanpa sebarang lampiran sama sekali.

Litar kawalan LED dua warna

Satu skema menarik untuk mengawal LED dua warna yang kuat ditawarkan oleh hams Jepun. Lebih tepat lagi, dua LED berkuasa dengan arus sehingga 1A digunakan di sini. Tetapi, ia mesti diandaikan bahawa terdapat dua warna LED berkuasa. Rajah ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3. Litar kawalan LED berkuasa dua warna

Chip TA7291P direka untuk mengawal motor DC kuasa kecil. Ia menyediakan beberapa mod, iaitu: putaran ke hadapan, ke belakang, berhenti dan brek. Tahap keluaran dari mikrokircuit dipasang berdasarkan litar jambatan, yang membolehkan anda melakukan semua operasi di atas. Tetapi ia bernilai membuat beberapa imaginasi dan sekarang, microcircuit mempunyai profesion baru.

Logik cip itu agak mudah. Seperti yang dapat dilihat dalam Rajah 3, mikrokircuit mempunyai 2 input (IN1, IN2) dan dua keluaran (OUT1, OUT2), yang mana dua LED yang kuat disambungkan. Apabila tahap logik pada input 1 dan 2 adalah sama (tidak kira 00 atau 11), maka potensi output adalah sama, kedua-dua LED dimatikan.

Pada tahap logik yang berlainan pada input, microcircuit berfungsi seperti berikut. Jika salah satu daripada input, sebagai contoh, IN1 mempunyai tahap logik yang rendah, maka output OUT1 disambungkan kepada wayar biasa. Katoda HL2 LED melalui resistor R2 juga disambungkan kepada wayar biasa. Voltan pada output OUT2 (jika terdapat unit logik pada input IN2) dalam kes ini bergantung kepada voltan pada input V_ref, yang membolehkan anda menyesuaikan kecerahan HL2 LED.

Dalam kes ini, voltan V_ref diperolehi daripada denyutan PWM dari mikropengawal menggunakan R1C1 rantai yang mengintegrasikan, yang mengawal kecerahan LED disambungkan ke output. Mikrokontroler ini juga mengawal input IN1 dan IN2, yang membolehkan anda mendapatkan pelbagai jenis cahaya dan algoritma untuk mengawal LED. Rintangan perintang R2 dikira berdasarkan arus maksimum yang dibenarkan oleh LED. Bagaimana untuk melakukan ini akan diterangkan di bawah.

Rajah 4 menunjukkan struktur dalaman cip TA7291P, gambarajah strukturnya. Litar itu diambil secara langsung dari lembar data, oleh itu, motor elektrik digambarkan sebagai beban di atasnya.

Rajah 4Cip peranti dalaman TA7291P

Menurut skema struktur, mudah untuk mengesan laluan semasa melalui beban dan kaedah untuk mengawal transistor output. Transistor dihidupkan secara berpasangan, di sepanjang pepenjuru: (kiri atas + kanan bawah) atau (kanan atas + kiri bawah), yang membolehkan anda menukar arah dan kelajuan enjin. Dalam kes kami, cahaya salah satu daripada LED dan mengawal kecerahannya.

Transistor bawah dikawal oleh isyarat IN1, IN2 dan direka hanya untuk menghidupkan / mematikan pepenjuru jambatan. Transistor atas dikawal oleh isyarat Vref, mereka mengawal arus keluaran. Litar kawalan, ditunjukkan hanya sebagai segi empat, juga mengandungi litar perlindungan litar pintas dan keadaan lain yang tidak diduga.

Bagaimana mengira perintang yang mengehadkan

Undang-undang Ohm akan sentiasa membantu dalam pengiraan ini. Data awal bagi pengiraan membolehkan mereka seperti berikut: voltan bekalan (U) adalah 12V, arus melalui LED (I_HL) adalah 10mA, LED disambungkan kepada sumber voltan tanpa sebarang transistor dan mikrosirkuit sebagai penunjuk kemasukan. Penurunan voltan pada LED (U_HL) 2V.

Kemudian agak jelas bahawa voltan (U-U_HL) diperlukan untuk perintang yang mengehadkan, - LED itu sendiri "makan" dua volt. Kemudian rintangan perintang yang mengehadkan adalah

R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 - 2) / 0.010 = 1000 (Ω) atau 1KΩ.

Jangan lupa tentang sistem SI: voltan dalam volt, semasa dalam amperes, hasil dalam Ohms. Jika LED dihidupkan oleh transistor, maka dalam pendakap pertama, voltan pengumpul - bahagian pemancar transistor terbuka harus dikurangkan daripada voltan bekalan. Tetapi ini, sebagai peraturan, tidak ada siapa pun, ketepatan untuk seratus peratus peratus tidak diperlukan di sini, dan ia tidak akan berfungsi kerana penyebaran butir-butir bahagian. Semua pengiraan dalam litar elektronik memberikan anggaran hasil, selebihnya perlu dicapai dengan penyahpepijat dan penalaan.

LED warna Tri

Selain dua nada akhir-akhir ini, tersebar luas tiga warna RGB LED. Tujuan utama mereka adalah pencahayaan dekoratif pada peringkat, pada pesta, pada perayaan Tahun Baru atau pada diskotik. LED sedemikian mempunyai perumahan empat pin, salah satunya adalah anod biasa atau katod, bergantung pada model tertentu.

Tetapi satu atau dua LED, walaupun tiga warna, tidak banyak digunakan, jadi anda perlu menggabungkannya menjadi kalungan, dan mengawal kalungan menggunakan pelbagai jenis alat kawalan, yang paling sering dipanggil pengawal.

Memasang kalungan dari LED individu adalah membosankan dan sedikit minat. Oleh itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, industri mula menghasilkan Jalur LED dalam warna yang berbezaserta pita berdasarkan LED tiga warna (RGB). Jika pita warna tunggal dihasilkan pada voltan 12V, maka voltan operasi tiga pita warna sering 24V.

Jalur LED ditandai dengan voltan, kerana ia sudah mengandungi perintang had, jadi ia boleh disambungkan secara langsung ke sumber voltan. Sumber untuk jalur yang diketuai kuasa dijual di tempat yang sama sebagai pita.

Untuk mengawal tiga warna LED dan reben, untuk menghasilkan pelbagai kesan pencahayaan, pengawal khusus digunakan. Dengan bantuan mereka, anda boleh dengan mudah menukar LED, menyesuaikan kecerahan, mewujudkan pelbagai kesan dinamik, serta corak lukisan dan juga lukisan. Penciptaan pengawal tersebut menarik banyak hams, secara semulajadi mereka yang boleh menulis program untuk mikrokontroler.

Menggunakan LED tiga warna, anda boleh mendapatkan hampir apa-apa warna, kerana warna pada skrin TV juga diperoleh dengan mencampurkan hanya tiga warna. Di sini adalah sesuai untuk mengingat perkembangan lain radio amatur Jepun. Gambar rajahnya ditunjukkan dalam Rajah 5.

Rajah 5. Rangkaian sambungan tiga warna LED

Tiga warna LED berkuasa 1W mengandungi tiga emitter. Apabila perintang ditunjukkan pada rajah, warna cahaya berwarna putih. Dengan memilih nilai-nilai perintang, sedikit perubahan dalam naungan mungkin: dari putih ke putih untuk memanaskan putih. Dalam reka bentuk pengarang, lampu ini direka untuk menerangi bahagian dalam kereta. Adakah mereka (orang Jepun) sedih! Untuk tidak perlu risau tentang memerhatikan polariti, jambatan diod disediakan pada input peranti. Peranti dipasang di papan roti dan ditunjukkan dalam Rajah 6.

Rajah 6. Lembaga pembangunan

Perkembangan radio amatur Jepun seterusnya adalah automotif. Peranti ini untuk menerangi bilik, sudah tentu, pada LED putih ditunjukkan dalam Rajah 7.

Rajah 7. Skema peranti untuk menyerlahkan nombor pada LED putih

Reka bentuk ini menggunakan 6 LED berkilat tinggi berkuasa tinggi dengan arus yang mengehadkan 35 mA dan fluks bercahaya 4 lm. Untuk meningkatkan kebolehpercayaan LED, arus melalui mereka adalah terhad kepada 27 mA menggunakan cip pengatur voltan yang dimasukkan ke dalam litar penstabil semasa.

LED EL1 ... EL3, perintang R1 bersama-sama dengan cip DA1 membentuk penstabil saat ini. Arus yang stabil melalui perintang R1, menyokong penurunan voltan 1.25V di atasnya. Kumpulan kedua LED disambungkan ke penstabil melalui resistor R2 yang sama, jadi arus melalui kumpulan LED EL4 ... EL6 juga akan stabil pada tahap yang sama.

Rajah 8 menunjukkan litar penukar untuk menyalakan LED putih dari sel galvanik tunggal dengan voltan 1.5V, yang jelas tidak mencukupi untuk menyalakan LED. Litar penukar adalah sangat mudah dan dikawal oleh mikrokontroler. Malah, mikropengawal itu multivibrator biasa dengan frekuensi denyut sekitar 40KHz. Untuk meningkatkan kapasiti beban, output mikropengawal dipasangkan secara selari.

Rajah 8Litar Penukar untuk menyalakan LED putih

Skim ini berfungsi seperti berikut. Apabila output PB1, PB2 adalah rendah, output PB0, PB4 adalah tinggi. Pada masa ini, kapasitor C1, C2 dikenakan melalui diodes VD1, VD2 hingga kira-kira 1.4V. Apabila status output pengawal diterbalikkan, jumlah voltan dua kapasitor yang dikenakan ditambah voltan bateri akan digunakan pada LED. Oleh itu, hampir 4.5V akan digunakan untuk LED di arah hadapan, yang cukup untuk menyalakan LED.

Penukar yang sama boleh dipasang tanpa mikrokontroler, hanya pada cip logik. Litar sedemikian ditunjukkan dalam Rajah 9.

Rajah 9

Penjana ayunan segi empat tepat dipasang pada elemen DD1.1, frekuensi yang ditentukan oleh nilai-nilai R1, C1. Ia adalah dengan kekerapan ini bahawa LED akan berkelip.

Apabila output unsur DD1.1 tinggi, output DD1.2 secara semulajadi tinggi. Pada masa ini, kapasitor C2 dicaj melalui diode VD1 dari sumber kuasa. Laluan caj adalah seperti berikut: ditambah sumber kuasa - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - tolak sumber kuasa. Pada masa ini, hanya voltan bateri dikenakan kepada LED putih, yang tidak mencukupi untuk menyalakan LED.

Apabila tahap menjadi rendah pada output unsur DD1.1, tahap yang tinggi muncul pada output DD1.2, yang membawa kepada penyekatan diode VD1. Oleh itu, voltan merentasi kapasitor C2 ditambah kepada voltan bateri dan jumlah ini digunakan untuk perintang R1 dan LED HL1. Jumlah voltan ini cukup untuk menghidupkan LED HL1. Seterusnya, kitaran berulang.

Bagaimana untuk memeriksa LED

Sekiranya LED baru, maka segala-galanya adalah mudah: kesimpulan itu, yang sedikit lebih lama, adalah tambah atau anod. Ia adalah yang mesti dimasukkan dalam tambah bekalan kuasa, secara semula jadi tidak melupakan perintang yang mengehadkan. Tetapi dalam beberapa kes, contohnya, LED telah dikeluarkan dari papan lama dan kesimpulannya adalah panjang yang sama, panggilan diperlukan.

Multimeter dalam keadaan ini berkelakuan agak tidak masuk akal. Sebagai contoh, multimeter DT838 dalam mod ujian semikonduktor mungkin hanya sedikit menerangi LED di bawah ujian, tetapi pada masa yang sama litar terbuka ditunjukkan pada penunjuk.

Oleh itu, dalam beberapa kes, adalah lebih baik untuk memeriksa LED dengan menyambungkannya melalui perintang yang mengehadkan kepada sumber kuasa, seperti ditunjukkan dalam Rajah 10. Nilai perintang ialah 200 ... 500 Ohm.

Rajah 10. Litar ujian LED

Berurutan LED

Rajah 11. Kemasukan LED secara berkala

Ia tidak sukar untuk mengira rintangan perintang yang mengehadkan. Untuk melakukan ini, tambahkan voltan terus ke semua LED, tolaknya dari voltan sumber kuasa, dan bahagikan baki yang dihasilkan oleh arus yang diberikan.

R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / Saya

Katakan voltan bekalan kuasa adalah 12V, dan kejatuhan voltan merentas LED adalah 2V, 2.5V dan 1.8V. Walaupun LED diambil dari satu kotak, masih terdapat penyebaran!

Dengan syarat tugas, arus 20 mA ditetapkan. Ia tetap menggantikan semua nilai dalam formula dan mengajar jawapannya.

R = (12- (2 + 2.5 + 1.8)) / 0.02 = 285Ω

LED selari

Rajah 12. Pengaktifan LED selari

Pada serpihan kiri, ketiga-tiga LED disambungkan melalui satu perintang yang mengehadkan semasa. Tetapi mengapa skema ini dilangkau, apakah kelemahannya?

Ia memberi kesan kepada penyebaran LED. Arus terbesar akan melalui LED, di mana penurunan voltan kurang, iaitu, rintangan dalaman kurang.Oleh itu, dengan kemasukan ini, tidak mungkin untuk mencapai cahaya seragam LED. Oleh itu, skema yang ditunjukkan dalam Rajah 12 di sebelah kanan harus diiktiraf sebagai litar yang betul.

 

Boris Aladyshkin