Употреба ЛЕД диода у електронским круговима

Сви су сада упознати са ЛЕД лампицама. Без њих је савремена технологија једноставно незамислива. То су ЛЕД светла и лампе, индикација начина рада разних кућанских апарата, осветљење екрана рачунарских монитора, телевизора и многе друге ствари којих се не можете одмах сјетити. Сви ови уређаји садрже ЛЕД у видљивом распону зрачења разних боја: црвена, зелена, плава (РГБ), жута, бела. Савремена технологија омогућава вам да добијете скоро било коју боју.

Поред ЛЕД-ова у видљивом опсегу, постоје и ЛЕД за инфрацрвену и ултраљубичасту светлост. Главно поље примене таквих ЛЕД-ова су уређаји за аутоматизацију и управљање. Само се сети Даљинско управљање разним кућанским апаратима. Ако су се први модели даљинског управљања користили искључиво за управљање телевизорима, сада се могу користити за контролу зидних грејача, клима уређаја, вентилатора, па чак и кухињских уређаја, као што су лонци и машине за хлеб.

Па шта је ЛЕД?

У суштини ЛЕД није много другачије од уобичајеног исправљачка диода, - све исто п-н спајање и све исто основно својство, једнострана проводљивост. Док смо проучавали пн спој, показало се да поред једностране проводљивости, тај сам спој има и неколико додатних својстава. У процесу еволуције полуводичке технологије, ова својства су проучавана, развијена и побољшана.

Велики допринос развоју полуводича дао је совјетски радиофизичар Олег Владимирович Лосев (1903 - 1942). 1919. године ушао је у чувену и још увек добро познату радио-лабораторију Нижњи Новгород, а од 1929. године радио је у физичком и технолошком институту Лењинград. Једна од активности научника била је проучавање слабог, помало приметног сјаја полуводичких кристала. Управо на тај ефекат раде све модерне ЛЕД диоде.

Ова слаба луминисценција настаје када струја пролази кроз пн спој у смеру према напријед. Али тренутно је овај феномен толико проучаван и побољшан да је светлина неких ЛЕД-овака таква да се једноставно може заслепити.

Шема боја ЛЕД-ова је врло широка, скоро све боје дуге. Али боја се уопште не добија променом боје ЛЕД кућишта. То се постиже чињеницом да се допуњавају додају у пн спој. На пример, уношење мале количине фосфора или алуминијума омогућава добијање боја црвене и жуте, а галијум и индијум емитују светлост од зелене до плаве. Кућиште ЛЕД може бити прозирно или мат, ако је кућиште обојено, то је само светлосни филтер који одговара сјајној боји п-н спајања.

Други начин да се добије жељена боја је уношење фосфора. Фосфор је супстанца која даје видљиву светлост ако је излаже другом зрачењу, чак и инфрацрвеном. Класичан пример су флуоресцентне сијалице. У случају ЛЕД-ова, бела се добија додавањем фосфора у плави кристал.

Да би повећали интензитет зрачења, скоро све ЛЕД диоде имају фокусирајуће сочиво. Често се као сочиво користи завршно лице провидног тела сферичног облика. У инфрацрвеним диодама, понекад је сочиво непрозирно, димно сиво. Иако су последњих година инфрацрвени ЛЕД доступни једноставно у провидном кућишту, ово су они који се користе у разним даљинским управљачима.

Двобојне ЛЕД

Такође познат скоро свима. На пример, пуњач за мобилни телефон: током пуњења индикатор светли црвеном бојом, а на крају пуњења постаје зелено.Таква индикација је могућа због постојања двобојних ЛЕД-ова, која могу бити различитих врста. Прва врста су три излазне ЛЕД диоде. Једно кућиште садржи две ЛЕД диоде, на пример, зелену и црвену, као што је приказано на слици 1.

Слика 1. Дијаграм повезивања двобојне ЛЕД

На слици је приказан фрагмент кола са двобојном ЛЕД. У овом случају је приказан ЛЕД са три излаза са заједничком катодом (постоје и са заједничком анодом) и његова веза са микроконтролер. У том случају можете укључити један или други ЛЕД или оба одједном. На пример, биће црвена или зелена, а када укључите два ЛЕД-а одједном, он постане жут. Ако истовремено користите ПВМ модулацију за подешавање светлине сваког ЛЕД-а, можете да добијете неколико интермедијарних нијанси.

У овом кругу треба обратити пажњу на чињеницу да су ограничавајући отпорници укључени одвојено за сваки ЛЕД, мада би изгледало да можете направити само један укључивањем у општи излаз. Али са овим укључивањем, светлина ЛЕД ће се променити када се укључе једна или две ЛЕД.

Колики је напон потребан за ЛЕД? Ово питање се може чути прилично често, постављају га они који нису упознати са специфичностима ЛЕД-а или су само људи јако далеко од струје. Истовремено морам објаснити да је ЛЕД уређај који се контролише струјом, а не напоном. ЛЕД можете укључити најмање 220В, али струја кроз њега не би требало да пређе максимално дозвољену. То се постиже укључивањем баластног отпорника у низу са ЛЕД-ом.

Али ипак, сећајући се напона, треба имати на уму да он такође игра велику улогу, јер ЛЕД диоде имају велики напредни напон. Ако је за конвенционалну силиконску диоду овај напон реда 0,6 ... 0,7 В, онда за ЛЕД овај праг почиње од два волта и више. Стога од једна галванска ћелија Са напоном од 1,5 В, ЛЕД не светли.

Али уз ово укључивање, мислимо на 220В, не треба заборавити да је повратни напон ЛЕД-а прилично мали, не више од неколико десетина волти. Због тога се ради заштите ЛЕД од високог повратног напона предузимају посебне мере. Најлакши начин је контра-паралелно спајање заштитне диоде, која на пример, КД521, такође не може бити веома високонапонска. Под утицајем наизменичног напона, диоде се наизменично отварају и на тај начин се међусобно штите од високог обрнутог напона. Прекидачки круг заштитне диоде приказан је на слици 2.

Слика 2 Дијаграм ожичењапаралелно са ЛЕД-омзаштитна диода

Двобојне ЛЕД диоде су доступне и у дводелном паковању. Промјена боје сјаја у овом случају се догађа када се промијени тренутни смјер. Класичан пример је приказ смера ротације истосмјерног мотора. Истовремено, не треба заборавити да је гранични отпорник обавезно серијски укључен са ЛЕД.

Недавно се ограничавајући отпорник једноставно уграђује у ЛЕД, а онда, на пример, на ценовницима у продавници једноставно напишу да је овај ЛЕД 12В. Такође, трепереће ЛЕД означене су напоном: 3В, 6В, 12В. Унутар таквих ЛЕД-ова налази се микроконтролер (може се видети и кроз прозирни кућиште), тако да било какви покушаји промене фреквенције треперења не дају резултате. Овом ознаком можете укључити ЛЕД директно на напајање на наведеном напону.

Развој јапанског аматерског радија

Изгледа да је радиоаматер ангажован не само у земљама бившег СССР-а, већ иу таквој "електронској земљи" као што је Јапан. Наравно, чак ни јапански обични аматерски радиоаматер не може створити веома сложене уређаје, али појединачна решења за кола заслужују пажњу. Никад не знате у којој шеми та рјешења могу бити корисна.

Ево прегледа релативно једноставних уређаја који користе ЛЕД.У већини случајева контрола се врши преко микроконтролера, а не можете нигде. Чак и за једноставни круг, лакше је написати кратак програм и лемити контролер у ДИП-8 пакету него лемљење неколико микро кругова, кондензатора и транзистора. Такође је атрактивно да неки микроконтролери могу радити без икаквих прикључака.

Двобојни ЛЕД управљачки круг

Јапанска шунка нуди занимљиву шему за контролу моћног двобојног ЛЕД-а. Прецизније, овде се користе две снажне ЛЕД диоде са струјом до 1А. Али, мора се претпоставити да постоје снажне двобојне ЛЕД. Дијаграм је приказан на слици 3.

Слика 3. Снажни двобојни ЛЕД управљачки круг

Чип ТА7291П дизајниран је за управљање истосмјерним моторима мале снаге. Омогућује неколико модова, и то: ротацију према напријед, натраг, заустављање и кочење. Излазни степен микро круга састављен је у складу са кругом моста, који вам омогућава да изводите све горе наведене операције. Али исплатило се мало маште и сада, молим вас, микровезје има нову професију.

Логика чипа је прилично једноставна. Као што се види на слици 3, микроциркула има 2 улаза (ИН1, ИН2) и два излаза (ОУТ1, ОУТ2) на која су прикључена два моћна ЛЕД-а. Ако су нивои логике на улазима 1 и 2 исти (без обзира на 00 или 11), потенцијали излаза су једнаки, обе ЛЕД диоде су искључене.

На различитим логичким нивоима на улазима, микроциркула ради на следећи начин. Ако један од улаза, на примјер, ИН1 има низак логички ниво, тада је излаз ОУТ1 повезан на заједничку жицу. Катода ХЛ2 ЛЕД кроз отпорник Р2 је такође повезана на заједничку жицу. Напон на излазу ОУТ2 (ако постоји логичка јединица на улазу ИН2) у овом случају овиси о напону на улазу В_реф, који вам омогућава подешавање свјетлине ЛЕД ХЛ2.

У овом случају, напон В_реф се добија из ПВМ импулса из микроконтролера помоћу интегрирајућег ланца Р1Ц1, који контролише светлост ЛЕД диоде која је повезана на излаз. Микроконтролер такође контролише улазе ИН1 и ИН2, што вам омогућава да добијете широк избор светлосних нијанси и алгоритме за контролу ЛЕД-ова. Отпор отпорника Р2 израчунава се на основу највеће дозвољене струје ЛЕД-ова. Како то учинити биће описано у наставку.

Слика 4 приказује унутрашњу структуру ТА7291П чипа и његов структурни дијаграм. Круг је узет директно из таблице података, па је електромотор приказан као оптерећење на њему.

Слика 4Чип унутрашњег уређаја ТА7291П

Према структурној шеми, лако је пратити тренутне путање кроз оптерећење и методе за контролу излазних транзистора. Транзистори су укључени у паровима, дуж дијагонале: (горњи леви + доњи десни) или (горњи десни + доњи леви), што вам омогућава да промените смер и брзину мотора. У нашем случају осветлите један од ЛЕД-ова и контролишите његову осветљеност.

Доњи транзистори управљају се сигналима ИН1, ИН2 и дизајнирани су једноставно да укључе / искључе дијагонале моста. Горњим транзисторима управља Вреф сигнал, они регулишу излазну струју. Управљачки круг, приказан једноставно у облику квадрата, такође садржи заштитни круг кратког споја и друге непредвиђене околности.

Како израчунати ограничавајући отпорник

Охмов закон ће увек помоћи у овим прорачунима. Почетни подаци за прорачун требају бити сљедећи: напон напајања (У) је 12 В, струја кроз ЛЕД (И_ХЛ) је 10мА, ЛЕД је спојен на извор напона без икаквих транзистора и микро кругова као показатеља укључивања. Пад напона на ЛЕД (У_ХЛ) 2В.

Тада је сасвим очигледно да ће напон (У-У_ХЛ) бити потребан за ограничавајући отпорник - ЛЕД је сама "појела" два волта. Тада је отпор ограничавајућег отпора

Р_о = (У-У_ХЛ) / И_ХЛ = (12 - 2) / 0,010 = 1000 (Ω) или 1КΩ.

Не заборавите на СИ систем: напон у волтима, струја у амперима, резултат у Охма. Ако је транзистор укључен ЛЕД, тада се у првом носачу напон одсека колектор - емитер отвореног транзистора треба одузети од напона напајања. Али ово по правилу нико никад не ради, тачност стотина процената овде није потребна, а то неће успети због ширења детаља о деловима. Сви прорачуни у електронским круговима дају приближне резултате, остатак треба постићи дебугирањем и подешавањем.

Тробојне ЛЕД

Поред двотонске у последње време, распрострањена је тробојни РГБ ЛЕД. Њихова главна намена је декоративно осветљење на бинама, забавама, новогодишњим прославама или у дискотекама. Такве ЛЕД диоде имају кућиште са четири пина, од којих је једна уобичајена анода или катода, зависно од конкретног модела.

Али једна или две ЛЕД-ове, чак и тробојне, су од мале користи, па их морате комбиновати у вијенцима, а за контролу над вијенцима користите све врсте управљачких уређаја, које најчешће називамо контролерима.

Састављање вијенца са појединих ЛЕД диода је досадно и мало занима. Стога је последњих година индустрија почела да се производи ЛЕД траке у различитим бојамакао и траке засноване на тробојним (РГБ) ЛЕД. Ако се једнобојне траке производе на напону од 12 В, тада је радни напон тробојних трака често 24В.

ЛЕД траке су означене напоном, јер већ садрже граничне отпорнике, тако да се могу директно повезати са извором напона. Извори за трака за напајање продаје се на истом месту као и трака.

За контролу тробојних ЛЕД и трака, за креирање различитих светлосних ефеката користе се посебни контролери. Уз њихову помоћ можете лако пребацити ЛЕД диоде, подесити осветљеност, створити различите динамичке ефекте, као и цртати узорке, па чак и слике. Стварање таквих контролера привлачи многе шунке, наравно оне који могу да пишу програме за микроконтролере.

Коришћењем тробојне ЛЕД, можете добити готово било коју боју, јер се боја на ТВ екрану такође добија мешањем само три боје. Овде је примерено подсетити се на још један развој јапанског аматерског радија. Његов дијаграм кола приказан је на слици 5.

Слика 5. Дијаграм повезивања тробојног ЛЕД-а

Моћни 1В тробојни ЛЕД садржи три одашиљача. Кад су отпорници на дијаграму назначени, боја сјаја је бела. Одабиром вриједности отпорника могућа је мала промјена сјене: од бијеле до бијеле до топле бијеле. По ауторском дизајну, лампа је намењена осветљавању унутрашњости аутомобила. Хоће ли они (Јапанци) бити тужни! Како се не би бринули о посматрању поларитета, на улазу уређаја је предвиђен диодни мост. Уређај је монтиран на плочи и приказан на слици 6.

Слика 6. Развојна табла

Следећи развој јапанских радиоаматера такође је аутомобилски. Овај уређај за осветљавање просторије, природно, на белим ЛЕД-има приказан је на слици 7.

Слика 7. Шема уређаја за истицање броја на белим ЛЕД-има

Дизајн је користио 6 јако светлих ЛЕД диода са ограниченом струјом од 35 мА и светлосним током 4 лм. Да би се повећала поузданост ЛЕД диода, струја кроз њих је ограничена на 27 мА коришћењем чипа регулатора напона који је укључен у круг стабилизатора струје.

ЛЕД-и ЕЛ1 ... ЕЛ3, отпорник Р1 заједно са ДА1 чипом формирају стабилизатор струје. Стабилна струја кроз отпорник Р1, подржава пад напона од 1,25 В на њему. Друга група ЛЕД-ова повезана је на стабилизатор кроз потпуно исти отпорник Р2, тако да ће се струја кроз групу ЛЕД-а ЕЛ4 ... ЕЛ6 такође стабилизовати на истом нивоу.

На слици 8 приказан је склоп претварача за напајање белог ЛЕД-а из једне галванске ћелије са напоном од 1,5 В, што очигледно није довољно за паљење ЛЕД-а. Круг претварача је врло једноставан и управља га микроконтролером. У ствари, микроконтролер је обични мултивибратор са фреквенцијом пулса око 40КХз. Да бисте повећали капацитет оптерећења, излази микроконтролера се паралелно упарују.

Слика 8Конектор претварача за напајање беле ЛЕД

Шема делује на следећи начин. Када су излази ПБ1, ПБ2 мали, излази ПБ0, ПБ4 су високи. У овом тренутку кондензатори Ц1, Ц2 се напуне кроз диоде ВД1, ВД2 до око 1.4В. Када се статус излаза регулатора преокрене, зброј напона два напуњена кондензатора плус напон батерије ће се применити на ЛЕД. Тако ће се скоро 4,5 В применити на ЛЕД у смеру напред, што је довољно за паљење ЛЕД-а.

Сличан претварач се може саставити без микроконтролера, само на логичком чипу. Такав склоп је приказан на слици 9.

Слика 9

Правоугаони генератор осцилација састављен је на елементу ДД1.1, чија је фреквенција одређена вредностима Р1, Ц1. Са овом фреквенцијом ће ЛЕД трептати.

Када је излаз елемента ДД1.1 велик, излаз ДД1.2 је природно висок. У овом тренутку кондензатор Ц2 се пуни преко диоде ВД1 из извора напајања. Пут пуњења је сљедећи: плус извор напајања - ДД1.1 - Ц2 - ВД1 - ДД1.2 - минус извор напајања. У овом тренутку на бели ЛЕД се поставља само напон акумулатора, што није довољно за осветљење ЛЕД-а.

Када ниво постаје низак на излазу елемента ДД1.1, на излазу ДД1.2 појављује се висок ниво, што доводи до блокирања диоде ВД1. Због тога се напону преко кондензатора Ц2 додаје напону батерије и та количина се примењује на отпорнике Р1 и ЛЕД ХЛ1. Ова сума напона је довољна да укључите ХЛ1 ЛЕД. Затим се циклус понавља.

Како проверити ЛЕД

Ако је ЛЕД нови, онда је све једноставно: тај закључак, који је мало дужи, је плус или анода. То мора бити укључено у плус напајања, наравно не заборављајући на ограничавајући отпорник. Али у неким случајевима, на пример, ЛЕД је уклоњен са старе плоче и закључци су исте дужине, потребан је позив.

Мултиметри се у овој ситуацији понашају помало неразумљиво. На пример, мултиметар ДТ838 у режиму полупроводничког теста може једноставно мало осветлити ЛЕД који се тестира, али истовремено се приказује отворени круг на индикатору.

Због тога је у неким случајевима боље проверити ЛЕД тако што ћете их преко ограничавајућег отпора повезати са извором напајања, као што је приказано на слици 10. Вредност отпорника је 200 ... 500 Охм.

Слика 10. ЛЕД испитни круг

ЛЕД секвенцијални

Слика 11. Секвенцијално укључивање ЛЕД диода

Отпор ограничавајућег отпорника није тешко израчунати. Да бисте то учинили, додајте директан напон свим ЛЕД-има, одузмите га од напона извора напајања и поделите резултирајући остатак заданом струјом.

Р = (У - (У_ХЛ_1 + У_ХЛ_2 + У_ХЛ_3)) / И

Претпоставимо да је напон напајања 12В, а пад напона преко ЛЕД диода 2В, 2,5В и 1,8В. Чак и ако се ЛЕД узимају из једне кутије, и даље може доћи до таквог ширења!

Условом задатка поставља се струја од 20 мА. Остаје да замените све вредности у формули и научите одговор.

Р = (12– (2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285Ω

ЛЕД паралелна

Слика 12. Паралелно активирање ЛЕД-ова

На левом уломку су све три ЛЕД диоде повезане преко једног отпорника који ограничава струју. Али зашто је ова шема прекрижена, који су њени недостаци?

Утјече на ширење ЛЕД диода. Највећа струја ће проћи кроз ЛЕД, у којој је пад напона мањи, односно унутрашњи отпор је мањи.Стога, са овим укључивањем неће бити могуће постићи једноличан сјај ЛЕД-ова. Стога схему приказану на слици 12 с десне стране треба препознати као исправан круг.

 

Борис Аладисхкин