Плавна зміна яскравості світіння світлодіодів (стрічок)

  • Час 26-08-2015, 11:28
  • Автор admin
  • Коментарів 0 Комент.
  • Силка url

Конструкція призначена для управління плавним розпалом і погасанием двох світлодіодних стрічок, з чергуванням яскравості їх світіння. Не містить мікроконтролерів, які потребують програмування і виконана на деталях широкого застосування (інтегральних таймерах 555 і дешевому операційному підсилювачі в режимі компаратора), завдяки чому може бути легко повторена початківцями. Областями застосування можуть бути тюнінг автомобіля/скутера, підсвічування рекламних щитів/вивісок, світяться сувеніри і т. п. Схема наведена на рис. 1.

Плавна зміна яскравості світіння світлодіодів (стрічок)

Рис.1 Схема електрична принципова

Конструкція містить два генератора лінійно змінюється напруги (ГЛИН), виконаних на таймерах 555 (КР1006ВИ1) DA2 і DA3. Перший ГЛИН (DA2) - трикутного напруги (відхилення від шпаруватості 2 складаємо менше 1%) з низькою частотою (0,35...0,7 Гц). Другий ГЛИН (DA3) - пилкоподібної напруги з істотно більш високою частотою (400 Гц). Виходи 3 таймерів залишаються вільними, а вихідні сигнали обох генераторів безпосередньо знімаються з времязадающіх конденсаторів С5 і С7 і поступають на входи компараторів, виконаних на здвоєному операційному підсилювачі (ОП) широкого застосування LM358 (DA4). Причому, якщо неінвертуючий вхід першого компаратора (DA4.1) підключений до виходу першого (низькочастотного) ГЛИН, а інвертується - до виходу другого (високочастотного) ГЛИН, то входи другого компаратора (DA4.2) - навпаки. Виходи компараторів підключені до затворам польових транзисторів VT1 і VT2, що працюють у ключовому режимі, стоки яких, в свою чергу, навантажені світлодіодними стрічками. Стабільно напруга живлення керуючої частини забезпечується інтегральним стабілізатором DA1, хоча, за великим рахунком, він опційний (необов'язковий) і може бути застосований, якщо тільки основне живлення "зашумлено" перешкодами (наприклад, у авто з поганим електричним контактом з акумуляторною батареєю) і викликає збої в роботі. Світлодіодні стрічки живляться безпосередньо від вхідної напруги.

Пилкоподібні вихідні напруги генераторів порівнюються між собою компараторами, формують на своїх виходах широтно-модульовані імпульсів, шпаруватість яких пропорційна рівню вихідної напруги першого ГЛИН. На Рис. 2 показані епюри напруг на входах і виходах компаратора DA4.1. На виході компаратора DA4.2 сигнал буде інверсним по відношенню до нижньої епюрі.

Плавна зміна яскравості світіння світлодіодів (стрічок)

Рис. 2 Епюри електричних сигналів на виході компаратора DA4.1

Схема отсимулирована в Мультисиме (оскільки така цяцька особисто мені не потрібна - так, "гімнастика для розуму"). Результат симуляції показаний на рис. 3.

Плавна зміна яскравості світіння світлодіодів (стрічок)

Рис. 3 Епюри протифазних вихідних напруг обох компараторів (результат симуляції в Мультисиме)

Частота роботи першого ГЛИН регулюється змінним резистором R2. Якщо регулювання не потрібно, його можна виключити. Якщо потрібна інша частота, ніж вказана, вона забезпечується пропорційним зміною ємності С5. Точне підтримання частоти другого ГЛИН саме 400 Гц, в принципі, також не важливо. Вона обрана такою тільки з тих міркувань, що і строб-ефект внаслідок імпульсного керування яскравістю буде непомітний і вихід компараторів (DA4) не буде сильно навантажувати перезарядженням затворної ємності польових транзисторів. Цілком можливий діапазон 100...600 Гц. 

Тепер кілька міркувань з приводу можливих змін конструкції в залежності від конкретних вимог до неї. 

1) Замість польових транзисторів (їх досить широка номенклатура і обумовлена лише "доставабельностью") цілком можливе використання потужних біполярних. Для цього потрібно лише збільшити опір резисторів R5 і R8 до 0,47...1 кОм. Єдиним недоліком такої заміни є неповне використання напруги живлення внаслідок наявності напруги насичення між колектором і емітером, становить від 1,5 В (в транзисторах старих розробок) до 0,3...0,5 В (нових розробок). Як відносного переваги можна відзначити хіба що можливість вийняти з "схованки" і поставити в схему.

2) Два окремих таймера 555 можна замінити одним здвоєним 556 в 14-вивідному корпусі. Жодних змін у схемі це не зажадає. Хіба що нумерація висновків буде іншою.

3) При стаціонарному харчуванні світлодіодних стрічок від понижуючого трансформатора з 12-вольтової вторинною обмоткою випрямлена і відфільтроване напругу ДО стабілізатора DA1 (в цьому випадку він бажаний) складе 15 В, що істотно підвищить струм через світлодіодну стрічку аж до різкого скорочення часу її працездатності. Можна, звичайно, поставити ще один стабілізатор для живлення стрічок, але можна піти й іншим шляхом: застосувати замість ключових транзисторів VT1 і VT2 керовані стабілізатори струму. Вони можуть бути виконані як на біполярних (Рис. 4 а), так і на польових транзисторах (Рис. 4 в). Таке ж схемотехнічне рішення застосовується і якщо потрібно управляти не світлодіодними стрічками, вже містять у своєму складі струмообмежувальні транзистори, а ланцюжками окремих світлодіодів, наприклад, потужними 1...5 Вт. Вхід однієї з цих схем підключається безпосередньо до виходів компараторів (замість резисторів R5 і R8).

Плавна зміна яскравості світіння світлодіодів (стрічок)

Рис. 4 Керований стабілізатор струму для світлодіодів. Схема електрична принципова

Власне стабілізатор струму виконаний на регулюючому транзисторі VT4(6). Напруга на його базі (затворі) при наявності керуючого напруги на вході (лівий висновок резистора R3/R6) задається таким, щоб на його эмиттерном (истоковом) резисторі R5(8) падіння напруги становило 0,7 В, яке відкриває додатковий транзистор VT3(5), між колектором і емітером якого підтримується напруга, що забезпечує потрібний рівень відчинення транзистора VT4(6). Т. о., номінал емітерного (истокового) резистора R5(8) в Омах визначається за законом Ома R = U / I, де U - напруга на резисторі R5(8) = 0,7 В, а I - потрібний струм через навантаження в амперах.

Оскільки дана конструкція призначена в основному для початківців, слід звернути особливу увагу на її налаштування. Інакше виходить анекдотична ситуація: плата протравлена, розпаяна але не працює, як треба. Осцилографа немає. Мультиметр - добре, якщо є. Досвіду - нуль (майже). І на форумах лунає слізний крик про допомогу...

Отже, починаємо "з кінця".

1) Упаюємо ключовий транзистор (польовий або біполярний) і затворный (базовий) резистор, підключаємо до його стоку (колектору) світлодіодну стрічку. Подаємо харчування. Перемикання вільного виведення затворного (базового) резистора по черзі на загальний мінус і на шину живлення добиваємося згасання і запалювання стрічки.

2) Упаюємо компаратор. На одному з його входів (неважливо, якого) тимчасово подпаиваем середню точку резистивного дільника з резисторів рівних номіналів (у діапазоні від 1 до 100 кОм - не принципово), включеного між харчуванням і загальною шиною , що забезпечує подачу на цей вхід компаратора половини напруги живлення. До другого входу також подпаиваем тимчасовий резистор 1...10 кОм. Подаємо харчування. Вільний вивід цього додаткового резистора підключаємо до загальної шини, або до харчування. Стрічка також повинна гаснути (запалюватися) / запалюватися (гаснути).

3) Упаюємо перший таймер з його обв'язкою (R1R2R3C5C6). Отпаиваем тимчасовий резистор, який в п. 2 перемыкали на загальний/харчування. На другому вході ще залишається тимчасовий дільник! Підключаємо харчування. Стрічка повинна мигати з частотою роботи першого ГЛИН (гаснути або загорятися повністю!).

4) Упаюємо другий таймер з його обв'язкою (R4C7C8). Прибираємо тимчасовий дільник. Включаємо харчування. Милуємося результатом (плавним зміною яскравості стрічки з частотою роботи першого генератора).

Якщо на якомусь з етапів описані вище результати не спостерігаються - шукаємо допущені косяки саме в цьому каскаді. А косяків в електротехніці може бути лише два: а) відсутність контакту там, де він має бути (непропай, обрив резистора, неробочий компонент, протрав доріжки) і б) наявність контакту там, де він повинен бути (перемичка з припою, пробій конденсатора тощо). 

Друкована плата під цю конструкцію не розроблялася, оскільки її топологія дуже сильно залежить від а) геометричних розмірів застосованих деталей; б) корпусу, призначеного для "упаковки" плати. Ну, і самому треба ж над чим попрацювати, а не тупо "копіпаст".

Успіхів!

Список радіоелементів

Позначення Тип Номінал Кількість DA1 DA2, DA3 DA4 VT1, VT2 C1, C4 C2 C3 С5 C6 C7 R1, R4 R2 R3 R5, R8
Лінійний регуляторLM78L091
Програмований таймер і осциляториNE5552 Або один сдвоеный 556 таймер
Операційний підсилювачLM3581
MOSFET-транзисторБудь2 Можна замінити на могутні біполярні
Конденсатор0.1 мкФ2
Електролітичний конденсатор470 мкФ1
Електролітичний конденсатор100 мкФ1
Електролітичний конденсатор10 мкФ1
Конденсатор0.01 мкФ1
Конденсатор0.022 мкФ1
Резистор100 кОм2
Змінний резистор100 кОм1
Резистор1 кОм1
Резистор47 Ом2
Tags

Коментарі до новини