kategorier: Praktisk elektronik, Allt om lysdioder
Antal visningar: 72770
Kommentarer till artikeln: 2

Användning av lysdioder i elektroniska kretsar

 

Användning av lysdioder i elektroniska kretsarAlla är bekanta med lysdioder nu. Utan dem är modern teknologi helt enkelt tänkbar. Det här är LED-lampor och lampor, en indikation på driftsätt för olika hushållsapparater, belysning av skärmar på datorskärmar, TV-apparater och många andra saker som du inte ens kommer ihåg med en gång. Alla dessa enheter innehåller lysdioder i det synliga strålningsområdet för olika färger: röd, grön, blå (RGB), gul, vit. Med modern teknik kan du få nästan vilken färg som helst.

Förutom lysdioder i det synliga området finns lysdioder för infrarött och ultraviolett ljus. Det huvudsakliga användningsområdet för sådana lysdioder är automations- och styrenheter. Kom bara ihåg Fjärrkontroll av olika hushållsapparater. Om de första modellerna för fjärrkontroll uteslutande användes för att styra TV: er, kan de nu användas för att styra väggvärmare, luftkonditioneringsapparater, fläktar och till och med köksapparater, till exempel lerkärl och brödmaskiner.


Så vad är en LED?

I själva verket, Ijusemitterande diod inte mycket annorlunda än vanligt likriktningsdiod, - alla samma p-n-korsning, och alla samma grundläggande egenskap, ensidig konduktivitet. När vi studerade pn-korsningen visade det sig att utöver den ensidiga konduktiviteten, har just denna korsning flera ytterligare egenskaper. Vid utvecklingen av halvledarteknologi har dessa egenskaper studerats, utvecklats och förbättrats.

Ett sovjetiskt radiofysiker gjorde ett stort bidrag till utvecklingen av halvledare Oleg Vladimirovich Losev (1903 - 1942). 1919 kom han in i det berömda och fortfarande välkända Nizhny Novgorod radiolaboratorium, och sedan 1929 arbetade han vid Leningrad Physics and Technology Institute. En av forskarnas aktiviteter var studien av en svag, något märkbar glöd av halvledarkristaller. Det är på denna effekt som alla moderna lysdioder fungerar.

Denna svaga luminescens inträffar när strömmen passerar genom pn-korsningen i framåtriktningen. Men för närvarande har detta fenomen studerats och förbättrats så mycket att ljusstyrkan för vissa lysdioder är sådan att det helt enkelt kan förblindas.

Användning av lysdioder i elektroniska kretsarFärgschemat för lysdioder är väldigt brett, nästan alla regnbågens färger. Men färgen erhålls inte alls genom att ändra färgen på LED-huset. Detta uppnås genom det faktum att dopmedel läggs till pn-korsningen. Till exempel, införandet av en liten mängd fosfor eller aluminium gör att du kan få färgerna i rött och gult, och gallium och indium avger ljus från grönt till blått. LED-höljet kan vara transparent eller matt, om höljet är färgat är det bara ett ljusfilter som motsvarar glödfärgen i p-n-korsningen.

Ett annat sätt att erhålla den önskade färgen är införandet av en fosfor. Fosfor är ett ämne som ger synligt ljus när den utsätts för den av annan strålning, till och med infraröd. Ett klassiskt exempel är lysrör. När det gäller lysdioder erhålls vit genom att lägga till en fosfor till den blå kristallen.

För att öka strålningsintensiteten har nästan alla lysdioder en fokuseringslins. Ofta används ändytan på en transparent kropp med en sfärisk form som en lins. I infraröda ljusdioder verkar ibland linsen vara ogenomskinlig, rökig grå. Trots att de senaste åren är infraröda lysdioder tillgängliga helt enkelt i ett transparent fodral, men det är de som används i olika fjärrkontroller.

Användning av lysdioder i elektroniska kretsar

Tvåfärgade lysdioder

Också känd för nästan alla. Till exempel en laddare för en mobiltelefon: under laddning lyser indikatorn rött och i slutet av laddningen blir den grön.En sådan indikation är möjlig på grund av förekomsten av tvåfärgade lysdioder som kan vara av olika typer. Den första typen är tre-utgångs-lysdioder. Ett hus innehåller två lysdioder, till exempel grönt och rött, som visas i figur 1.

Tvåfärgs LED-anslutningsdiagram

Bild 1. Anslutningsdiagram för en tvåfärgad LED

Figuren visar ett fragment av en krets med en tvåfärgad LED. I detta fall visas en tre-utgångs LED med en gemensam katod (det finns också med en gemensam anod) och dess anslutning till mikrokontroller. I det här fallet kan du slå på den ena eller den andra lysdioden, eller båda på en gång. Till exempel kommer den att vara röd eller grön, och när du slår på två lysdioder på en gång blir den gul. Om du samtidigt använder PWM-modulering för att justera ljusstyrkan för varje lysdiod, kan du få flera mellanliggande nyanser.

I den här kretsen bör du vara uppmärksam på att begränsningsmotståndet ingår separat för varje lysdiod, även om det verkar som om du bara kan göra en genom att inkludera den i den allmänna utgången. Men med denna inkludering kommer lysdiodernas ljusstyrka att förändras när en eller två lysdioder är på.

Vilken spänning behövs för lysdioden? Denna fråga hörs ganska ofta, den ställs av dem som inte är bekanta med LED: s detaljer eller bara människor som är mycket långt ifrån el. Samtidigt måste jag förklara att lysdioden är en enhet styrd av ström och inte av spänning. Du kan slå på lysdioden minst 220V, men strömmen genom den bör inte överskrida det maximalt tillåtna. Detta uppnås genom att slå på ballastmotståndet i serie med lysdioden.

Men ändå, ihåg spänningen, bör det noteras att den också spelar en stor roll, eftersom lysdioderna har en stor framspänning. Om för en konventionell kiseldiod är denna spänning i storleksordningen 0,6 ... 0,7 V, börjar för en LED denna tröskel från två volt och högre. Därför från en galvanisk cell Med en spänning på 1,5V tänds inte lysdioden.

Men med denna inkludering, menar vi 220V, vi bör inte glömma att lysdiodens bakspänning är ganska liten, inte mer än flera tiotals volt. Därför vidtas speciella åtgärder för att skydda lysdioden från hög backspänning. Det enklaste sättet är motparallell anslutning av en skyddsdiod, som kanske inte är särskilt högspänning, till exempel KD521. Under påverkan av växelspänning öppnar dioderna växelvis och skyddar varandra mot hög bakspänning. Den skyddande diodomkopplingskretsen visas i figur 2.

Anslutningsdiagram parallellt med lysdioden för skyddsdioden

Figur 2 Kopplingsschemaparallellt med lysdiodenskyddsdiod

Tvåfärgade lysdioder finns också i tvåpinnar. En förändring i glödets färg i detta fall inträffar när strömriktningen ändras. Ett klassiskt exempel är en indikation på rotationsriktningen för en likströmsmotor. Samtidigt bör man inte glömma att begränsningsmotståndet nödvändigtvis är påslagen i serie med lysdioden.

Nyligen är ett begränsande motstånd helt enkelt inbyggt i lysdioden, och till exempel skriver de helt enkelt på prislapparna i butiken att denna LED är 12V. Blinkande lysdioder markeras också med spänning: 3V, 6V, 12V. Inuti sådana lysdioder finns en mikrokontroller (den kan till och med ses genom ett genomskinligt fodral), så alla försök att ändra blinkfrekvensen ger inte resultat. Med denna markering kan du slå på lysdioden direkt till strömförsörjningen vid den angivna spänningen.



Utvecklingen av japansk amatörradio

Det visar sig att radioamatör är engagerad inte bara i länderna i före detta Sovjetunionen, utan också i ett så "elektroniskt land" som Japan. Naturligtvis kan inte ens en japansk vanlig amatörradioamatör skapa mycket komplexa enheter, men enskilda kretslösningar förtjänar uppmärksamhet. Du vet aldrig i vilket schema dessa lösningar kan komma till nytta.

Här är en översikt över relativt enkla enheter som använder lysdioder.I de flesta fall utförs kontrollen från mikrokontroller, och du kan inte komma någonstans. Även för en enkel krets är det lättare att skriva ett kort program och löd regulatorn i DIP-8-paketet än att löda flera mikrokretsar, kondensatorer och transistorer. Det är också attraktivt att vissa mikrokontroller kan fungera utan fästdelar.


Tvåfärgad LED-styrkrets

Ett intressant schema för styrning av en kraftfull tvåfärgad LED erbjuds av japanska skinkor. Mer exakt används två kraftfulla lysdioder med en ström på upp till 1A här. Men det måste antas att det finns kraftfulla tvåfärgade lysdioder. Diagrammet visas i figur 3.

Kraftfull LED-styrkrets i två färger

Bild 3. Kraftfull LED-styrkrets i två färger

Chip TA7291P är utformad för att styra likströmsmotorer med liten effekt. Det ger flera lägen, nämligen: rotation framåt, bakåt, stopp och bromsning. Utgångssteget för mikrokretsen monteras enligt bryggkretsen, vilket gör att du kan utföra alla ovanstående operationer. Men det var värt att göra lite fantasi och nu, snälla, mikrokretsen har ett nytt yrke.

Logiken för chipet är ganska enkel. Som framgår av figur 3 har mikrokretsen 2 ingångar (IN1, IN2) och två utgångar (OUT1, OUT2), till vilka två kraftfulla lysdioder är anslutna. När logiknivåerna vid ingångarna 1 och 2 är desamma (oavsett 00 eller 11), så är utgångarnas potential lika, båda lysdioderna är av.

På olika logiska nivåer vid ingångarna fungerar mikrokretsen enligt följande. Om en av ingångarna, till exempel, IN1 har en låg logisk nivå, är utgången OUT1 ansluten till en gemensam tråd. Katoden för HL2 LED genom motståndet R2 är också ansluten till en gemensam tråd. Spänningen vid utgången OUT2 (om det finns en logisk enhet vid ingången IN2) beror i detta fall på spänningen vid ingången V_ref, vilket gör att du kan justera ljusstyrkan på LED HL2.

I detta fall erhålls spänningen V_ref från PWM-pulserna från mikrokontrollern med användning av integreringskedjan R1C1, som styr ljusstyrkan på lysdioden ansluten till utgången. Mikrokontrollen styr också ingångarna IN1 och IN2, vilket gör att du kan få en mängd olika ljusnyanser och algoritmer för styrning av lysdioder. Motståndet för motståndet R2 beräknas baserat på den maximala tillåtna strömmen för lysdioderna. Hur du gör detta kommer att beskrivas nedan.

Figur 4 visar den interna strukturen för TA7291P-chipet, dess strukturdiagram. Kretsen togs direkt från databladet, därför avbildas en elektrisk motor som en belastning på den.

Internt enhetschip TA7291P

Figur 4Internt enhetschip TA7291P

Enligt strukturschemat är det lätt att spåra strömvägarna genom lasten och metoderna för att styra utgångstransistorerna. Transistorer slås på par, längs diagonalen: (övre vänster + nedre höger) eller (övre högra + nedre vänster), vilket gör att du kan ändra motorns riktning och hastighet. I vårt fall ska du tända en av lysdioderna och kontrollera dess ljusstyrka.

De nedre transistorerna styrs av signalerna IN1, IN2 och är utformade helt enkelt för att slå på / stänga av bryggans diagonaler. De övre transistorerna styrs av Vref-signalen, de reglerar utgångsströmmen. Styrkretsen, visad helt enkelt som en fyrkant, innehåller också en kortslutningsskyddskrets och andra oförutsedda omständigheter.


Hur man beräknar ett begränsande motstånd

Ohms lag kommer alltid att hjälpa till i dessa beräkningar. De ursprungliga uppgifterna för beräkningen låter dem vara följande: matningsspänningen (U) är 12V, strömmen genom lysdioden (I_HL) är 10mA, lysdioden är ansluten till en spänningskälla utan några transistorer och mikrokretsar som en indikator på inkludering. Spänningsfall på LED (U_HL) 2V.

Då är det ganska uppenbart att spänningen (U-U_HL) kommer att vara nödvändig för begränsningsmotståndet, - själva lysdioden "åt" två volt. Då är det begränsande motståndets motstånd

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

Glöm inte SI-systemet: spänning i volt, ström i ampère, resultatet i Ohms. Om lysdioden slås på av transistorn bör spänningen på den öppna transistorns del i den öppna transistorn dras från matningsspänningen i den första konsolen. Men som regel gör ingen någonsin detta, noggrannhet upp till hundratals procent behövs inte här, och det fungerar inte på grund av spridningen i detaljerna om delarna. Alla beräkningar i elektroniska kretsar ger ungefärliga resultat, resten måste uppnås genom felsökning och inställning.


Tri-färg lysdioder

Förutom två-ton nyligen, utbredd tri-färg RGB-lysdioder. Deras huvudsakliga syfte är dekorativ belysning på scener, vid fester, vid nyårsfirandet eller på diskotek. Sådana lysdioder har ett hus med fyra ledningar, varav en är en vanlig anod eller katod, beroende på den specifika modellen.

Men en eller två lysdioder, till och med trefärgade, är till liten nytta, så du måste kombinera dem i kransar och för att kontrollera kransar använder du alla typer av styrenheter, som oftast kallas styrenheter.

Att montera kransar från enskilda lysdioder är tråkigt och har lite intresse. Därför började industrin under de senaste åren producera LED-remsor i olika färgersåväl som band baserade på tri-färg (RGB) lysdioder. Om enfärgade band produceras vid en spänning på 12V, är driftspänningen för trefärgade band ofta 24V.

LED-remsor är märkta med spänning eftersom de redan innehåller begränsande motstånd, så att de kan anslutas direkt till en spänningskälla. Källor för kraftledd remsa säljs på samma plats som bandet.

För att styra tre-färgade lysdioder och band, för att skapa olika ljuseffekter, används specialkontroller. Med deras hjälp är det möjligt att enkelt växla lysdioder, justera ljusstyrkan, skapa olika dynamiska effekter, samt rita mönster och till och med bilder. Skapandet av sådana styrenheter lockar många skinkor, naturligtvis de som kan skriva program för mikrokontroller.

Med hjälp av en tre-färgs LED kan du få nästan vilken färg som helst, eftersom färgen på TV-skärmen också erhålls genom att bara blanda tre färger. Här är det lämpligt att erinra om en annan utveckling av japansk amatörradio. Dess kretsschema visas i figur 5.

Anslutningsschema för en tre-färgs LED

Bild 5. Anslutningsdiagram för en tre-färgs LED

Kraftfull 1W tre-färgs LED innehåller tre sändare. När motstånden visas på diagrammet är glödets färg vit. Genom att välja värden på motstånden är en liten förändring i skuggan möjlig: från vit till vit till varm vit. I författarens design är lampan utformad för att belysa bilens inre. Kommer de (japanska) att vara ledsna! För att inte oroa dig för att observera polariteten tillhandahålls en diodbrygga vid ingången till enheten. Enheten är monterad på en brödskiva och visas i figur 6.

prototyper ombord

Bild 6. Utvecklingskort

Nästa utveckling av japanska radioamatörer är också fordon. Denna enhet för naturligtvis att belysa rummet på vita lysdioder visas i figur 7.

Enhetsschema för att markera siffrorna på vita lysdioder

Bild 7. Enhetsschema för att markera antalet på vita lysdioder

Konstruktionen använde 6 högeffektiva ultralika lysdioder med en begränsningsström på 35 mA och ett lysflöde på 4 lm. För att öka tillförlitligheten hos lysdioderna är strömmen genom dem begränsad till 27 mA med hjälp av ett spänningsregulatorchip som ingår i strömstabilisatorkretsen.

Lysdioder EL1 ... EL3, motstånd R1 tillsammans med DA1-chipet utgör en strömstabilisator. En stabil ström genom motståndet R1 stöder ett spänningsfall på 1,25V på det. Den andra gruppen av lysdioder är ansluten till stabilisatorn genom exakt samma motstånd R2, så strömmen genom gruppen av lysdioder EL4 ... EL6 kommer också att stabiliseras på samma nivå.

Figur 8 visar konverterarkretsen för att tillföra en vit LED från en enda galvanisk cell med en spänning på 1,5 V, vilket helt klart inte räcker för att antända lysdioden. Konverterarkretsen är mycket enkel och styrs av en mikrokontroller. I själva verket är mikrokontrollern vanlig multivibrator med en pulsfrekvens på cirka 40KHz. För att öka lastkapaciteten är mikrokontrollerns utgångar parallella.

Konverterarkrets för strömförsörjning av en vit LED

Figur 8Konverterarkrets för strömförsörjning av en vit LED

Schemat fungerar enligt följande. När utgångarna PB1, PB2 är låga, är utgångarna PB0, PB4 höga. Vid denna tidpunkt laddas kondensatorerna Cl, C2 genom dioderna VD1, VD2 till cirka 1,4V. När statusen för styrenhetens utgångar är omvänd, kommer summan av spänningarna för två laddade kondensatorer plus batteriets spänning att appliceras på lysdioden. Således kommer nästan 4,5V att appliceras på lysdioden i riktningen framåt, vilket är tillräckligt för att antända lysdioden.

En liknande omvandlare kan monteras utan en mikrokontroller, bara på ett logiskt chip. En sådan krets visas i figur 9.

LED-anslutningsdiagram

Figur 9

En rektangulär svängningsgenerator är monterad på elementet DD1.1, vars frekvens bestäms av värdena för R1, Cl. Det är med denna frekvens som lysdioden blinkar.

När utgången från elementet DD1.1 är hög är utgången från DD1.2 naturligtvis hög. Vid denna tidpunkt laddas kondensatorn C2 genom dioden VD1 från kraftkällan. Laddningsvägen är som följer: plus strömkällan - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - minus strömkällan. För närvarande appliceras bara batterispänningen på den vita lysdioden, vilket inte räcker för att tända lysdioden.

När nivån blir låg vid utgången från elementet DD1.1 visas en hög nivå vid utgången från DD1.2, vilket leder till blockering av dioden VD1. Därför läggs spänningen över kondensatorn C2 till batteriets spänning och denna mängd appliceras på motståndet R1 och LED HL1. Denna summa spänningar räcker för att slå på HL1 LED. Därefter upprepas cykeln.

Hur man kontrollerar lysdioden

Om lysdioden är ny, är allt enkelt: den slutsatsen, som är något längre, är ett plus eller en anod. Det är det som måste ingå i kraften i strömförsörjningen, naturligtvis inte att glömma bort det begränsande motståndet. Men i vissa fall, till exempel, har lysdioden tagits bort från det gamla kortet och slutsatserna är lika långa, ett samtal krävs.

Multimetrar i denna situation uppför sig något obegripligt. Till exempel kan en DT838-multimeter i halvledartestläget helt enkelt lysa upp lysdioden under test, men samtidigt visas en öppen krets på indikatorn.

Därför är det i vissa fall bättre att kontrollera lysdioderna genom att ansluta dem genom begränsningsmotståndet till strömkällan, som visas i figur 10. Motståndets värde är 200 ... 500 Ohm.

LED-kontrollkrets

Bild 10. LED-testkrets


LED-sekvens

LED-sekvens

Bild 11. Inkludering av lysdioder i följd

Det är inte svårt att beräkna motståndet för det begränsande motståndet. För att göra detta, lägg till direktspänningen i alla lysdioder, dra den från spänningen i strömkällan och dela den resulterande återstoden med den givna strömmen.

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

Anta att spänningen i strömförsörjningen är 12V och spänningsfallet över lysdioderna är 2V, 2.5V och 1.8V. Även om lysdioderna tas från en låda kan det fortfarande vara en sådan spridning!

Efter uppgiften ställs en ström på 20 mA in. Det återstår att ersätta alla värden i formeln och lära svaret.

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


LED parallellt

LED parallellt

Bild 12. Parallell aktivering av lysdioder

På det vänstra fragmentet är alla tre lysdioder anslutna genom ett strömbegränsande motstånd. Men varför korsas detta schema, vilka nackdelar är det?

Det påverkar spridningen av lysdioderna. Den största strömmen går genom lysdioden, där spänningsfallet är mindre, det vill säga det interna motståndet är mindre.Därför kommer det inte att vara möjligt att uppnå en enhetlig glöd av lysdioderna med denna inkludering. Därför bör schemat som visas i figur 12 till höger erkännas som rätt krets.

 

Boris Aladyshkin 

Se även på elektrohomepro.com:

  • Hur man beräknar och väljer ett motstånd för en lysdiod korrekt
  • Om att använda lysdioder, LED-enhet, hur man tänder en lysdiod
  • RGB-lysdioder: hur de fungerar, intern enhet, hur man ansluter, RG ...
  • Bra och dåliga LED-kopplingsmönster
  • Hur man ansluter lysdioden till belysningsnätverket

  •  
     
    kommentarer:

    # 1 skrev: | [Cite]

     
     

    I diagrammet i fig. 7 ska stift 1 på DA1-chipet anslutas till "minus" på kraftkällan. Den andra. Strömförsörjningsspänningen för lysdioderna (stift 2 DA1) är 12 V. Spänningsfallet över spänningsregulatormikrokretsen (ingångsutgång DA1) måste vara minst 3 V. Då måste ingångsspänningen för stabilisatorn vara 15 V, men inte 13 V enligt figuren. Notera

     
    kommentarer:

    # 2 skrev: Edward | [Cite]

     
     

    Röda lysdioder börjar lysa från 1,5 volt.