El uso de LED en circuitos electrónicos.

Todos están familiarizados con los LED ahora. Sin ellos, la tecnología moderna es simplemente impensable. Estas son luces y lámparas LED, una indicación de los modos de funcionamiento de varios electrodomésticos, la iluminación de pantallas de monitores de computadora, televisores y muchas otras cosas que ni siquiera puede recordar de inmediato. Todos estos dispositivos contienen LED en el rango de radiación visible de varios colores: rojo, verde, azul (RGB), amarillo, blanco. La tecnología moderna le permite obtener casi cualquier color.

Además de los LED en el rango visible, hay LED infrarrojos y ultravioleta. El campo principal de aplicación de tales LED es la automatización y los dispositivos de control. Solo recuerda Control remoto de varios electrodomésticos.. Si los primeros modelos de control remoto se usaron exclusivamente para controlar televisores, ahora se pueden usar para controlar calentadores de pared, aires acondicionados, ventiladores e incluso electrodomésticos de cocina, como ollas de barro y máquinas de pan.

Entonces, ¿qué es un LED?

Esencialmente LED no muy diferente de lo habitual diodo rectificador, - todos la misma unión p-n, y la misma propiedad básica, conductividad unilateral. A medida que estudiamos la unión pn, resultó que además de la conductividad unilateral, esta misma unión también tiene varias propiedades adicionales. En el proceso de evolución de la tecnología de semiconductores, estas propiedades han sido estudiadas, desarrolladas y mejoradas.

El radiofísico soviético hizo una gran contribución al desarrollo de semiconductores. Oleg Vladimirovich Losev (1903-1942). En 1919 ingresó al famoso y aún conocido laboratorio de radio Nizhny Novgorod, y desde 1929 trabajó en el Instituto de Física y Tecnología de Leningrado. Una de las actividades del científico fue el estudio de un brillo débil, ligeramente notable, de cristales semiconductores. Es en este efecto que todos los LED modernos funcionan.

Esta luminiscencia débil ocurre cuando la corriente pasa a través de la unión pn en la dirección hacia adelante. Pero en la actualidad, este fenómeno se ha estudiado y mejorado tanto que el brillo de algunos LED es tal que simplemente se puede cegar.

La combinación de colores de los LED es muy amplia, casi todos los colores del arco iris. Pero el color no se obtiene cambiando el color de la carcasa del LED. Esto se logra por el hecho de que los dopantes se agregan a la unión pn. Por ejemplo, la introducción de una pequeña cantidad de fósforo o aluminio le permite obtener los colores rojo y amarillo, y el galio y el indio emiten luz de verde a azul. La carcasa del LED puede ser transparente o mate, si la carcasa es de color, entonces es solo un filtro de luz correspondiente al color brillante de la unión p-n.

Otra forma de obtener el color deseado es la introducción de un fósforo. El fósforo es una sustancia que proporciona luz visible cuando se expone a ella por otra radiación, incluso infrarroja. Un ejemplo clásico son las lámparas fluorescentes. En el caso de los LED, el blanco se obtiene agregando un fósforo al cristal azul.

Para aumentar la intensidad de la radiación, casi todos los LED tienen una lente de enfoque. A menudo, la cara final de un cuerpo transparente que tiene una forma esférica se usa como lente. En los diodos emisores de luz infrarroja, a veces la lente parece ser opaca, gris ahumado. Aunque en los últimos años, los LED infrarrojos están disponibles simplemente en un estuche transparente, estos son los que se usan en varios controles remotos.

LED bicolores

También conocido por casi todos. Por ejemplo, un cargador para un teléfono móvil: mientras se carga, el indicador se ilumina en rojo y al final de la carga se vuelve verde.Tal indicación es posible debido a la existencia de LED de dos colores, que pueden ser de diferentes tipos. El primer tipo son los LED de tres salidas. Una carcasa contiene dos LED, por ejemplo, verde y rojo, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Diagrama de conexión de un LED de dos colores

La figura muestra un fragmento de un circuito con un LED de dos colores. En este caso, se muestra un LED de tres salidas con un cátodo común (también hay un ánodo común) y su conexión a microcontrolador. En este caso, puede encender uno u otro LED, o ambos a la vez. Por ejemplo, será rojo o verde, y cuando enciende dos LED a la vez, se vuelve amarillo. Si al mismo tiempo utiliza la modulación PWM para ajustar el brillo de cada LED, puede obtener varios tonos intermedios.

En este circuito, debe prestar atención al hecho de que las resistencias limitantes se incluyen por separado para cada LED, aunque parece que puede hacer solo una al incluirla en la salida general. Pero con esta inclusión, el brillo de los LED cambiará cuando uno o dos LED estén encendidos.

¿Qué voltaje se necesita para el LED? Esta pregunta se puede escuchar con bastante frecuencia, la hacen quienes no están familiarizados con los detalles del LED o solo personas muy alejadas de la electricidad. Al mismo tiempo, debo explicar que el LED es un dispositivo controlado por corriente y no por voltaje. Puede encender el LED al menos 220V, pero la corriente a través de él no debe exceder el máximo permitido. Esto se logra al encender la resistencia de lastre en serie con el LED.

Pero aún así, recordando el voltaje, debe tenerse en cuenta que también juega un papel importante, porque los LED tienen un gran voltaje directo. Si para un diodo de silicio convencional este voltaje es del orden de 0.6 ... 0.7 V, entonces para un LED este umbral comienza desde dos voltios y más. Por lo tanto de una celda galvánica Con un voltaje de 1.5V, el LED no se enciende.

Pero con esta inclusión, queremos decir 220V, no debemos olvidar que el voltaje inverso del LED es bastante pequeño, no más de varias decenas de voltios. Por lo tanto, para proteger el LED del alto voltaje inverso, se toman medidas especiales. La forma más fácil es la conexión en paralelo de un diodo protector, que también puede no ser de muy alto voltaje, por ejemplo, KD521. Bajo la influencia del voltaje alterno, los diodos se abren alternativamente, protegiéndose entre sí del alto voltaje inverso. El circuito de conmutación del diodo protector se muestra en la Figura 2.

Figura 2 Diagrama de cableadoparalelo al LEDdiodo protector

Los LED de dos colores también están disponibles en un paquete de dos pines. Un cambio en el color del brillo en este caso ocurre cuando cambia la dirección de la corriente. Un ejemplo clásico es una indicación de la dirección de rotación de un motor de CC. Al mismo tiempo, no se debe olvidar que la resistencia limitadora se conecta necesariamente en serie con el LED.

Recientemente, una resistencia limitadora simplemente está integrada en el LED, y luego, por ejemplo, simplemente escriben en las etiquetas de precio en la tienda que este LED es de 12V. Además, los LED parpadeantes están marcados por voltaje: 3V, 6V, 12V. Dentro de dichos LED hay un microcontrolador (incluso se puede ver a través de una carcasa transparente), por lo que cualquier intento de cambiar la frecuencia de parpadeo no da resultados. Con esta marca, puede encender el LED directamente a la fuente de alimentación al voltaje especificado.

Desarrollos de la radioafición japonesa

Resulta que la radioafición participa no solo en los países de la antigua URSS, sino también en un "país electrónico" como Japón. Por supuesto, incluso un radioaficionado aficionado japonés común no puede crear dispositivos muy complejos, pero las soluciones de circuitos individuales merecen atención. Nunca se sabe en qué esquema estas soluciones pueden ser útiles.

Aquí hay una descripción general de dispositivos relativamente simples que usan LED.En la mayoría de los casos, el control se lleva a cabo desde microcontroladores y no se puede acceder a ningún lado. Incluso para un circuito simple, es más fácil escribir un programa corto y soldar el controlador en el paquete DIP-8 que soldar varios microcircuitos, condensadores y transistores. También es atractivo que algunos microcontroladores puedan funcionar sin ningún accesorio.

Circuito de control LED de dos colores.

Los jamones japoneses ofrecen un esquema interesante para controlar un potente LED de dos colores. Más precisamente, aquí se utilizan dos potentes LED con una corriente de hasta 1A. Pero, se debe suponer que hay potentes LED de dos colores. El diagrama se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Potente circuito de control LED de dos colores

El chip TA7291P está diseñado para controlar motores de CC de pequeña potencia. Proporciona varios modos, a saber: rotación hacia adelante, hacia atrás, detener y frenar. La etapa de salida del microcircuito se ensambla de acuerdo con el circuito del puente, lo que le permite realizar todas las operaciones anteriores. Pero valió la pena hacer un poco de imaginación y ahora, por favor, el microcircuito tiene una nueva profesión.

La lógica del chip es bastante simple. Como se puede ver en la Figura 3, el microcircuito tiene 2 entradas (IN1, IN2) y dos salidas (OUT1, OUT2), a las cuales se conectan dos LED potentes. Cuando los niveles lógicos en las entradas 1 y 2 son iguales (no importa 00 u 11), entonces los potenciales de las salidas son iguales, ambos LED están apagados.

En diferentes niveles lógicos en las entradas, el microcircuito funciona de la siguiente manera. Si una de las entradas, por ejemplo, IN1 tiene un nivel lógico bajo, entonces la salida OUT1 está conectada a un cable común. El cátodo del LED HL2 a través de la resistencia R2 también está conectado a un cable común. La tensión en la salida OUT2 (si hay una unidad lógica en la entrada IN2) en este caso depende de la tensión en la entrada V_ref, que le permite ajustar el brillo del LED HL2.

En este caso, el voltaje V_ref se obtiene de los pulsos PWM del microcontrolador utilizando la cadena integradora R1C1, que controla el brillo del LED conectado a la salida. El microcontrolador también controla las entradas IN1 e IN2, lo que le permite obtener una amplia variedad de tonos de luz y algoritmos para controlar los LED. La resistencia de la resistencia R2 se calcula en función de la corriente máxima permitida de los LED. Cómo hacerlo se describirá a continuación.

La Figura 4 muestra la estructura interna del chip TA7291P, su diagrama estructural. El circuito se tomó directamente de la hoja de datos, por lo tanto, un motor eléctrico se representa como una carga en él.

Figura 4Chip de dispositivo interno TA7291P

Según el esquema estructural, es fácil rastrear las rutas de corriente a través de la carga y los métodos para controlar los transistores de salida. Los transistores se encienden en pares, a lo largo de la diagonal: (superior izquierda + inferior derecha) o (superior derecha + inferior izquierda), que le permite cambiar la dirección y la velocidad del motor. En nuestro caso, encienda uno de los LED y controle su brillo.

Los transistores inferiores están controlados por las señales IN1, IN2 y están diseñados simplemente para activar / desactivar las diagonales del puente. Los transistores superiores están controlados por la señal Vref, regulan la corriente de salida. El circuito de control, que se muestra simplemente como un cuadrado, también contiene un circuito de protección contra cortocircuitos y otras circunstancias imprevistas.

Cómo calcular una resistencia limitadora

La ley de Ohm siempre ayudará en estos cálculos. Los datos iniciales para el cálculo les permiten ser los siguientes: el voltaje de suministro (U) es de 12 V, la corriente a través del LED (I_HL) es de 10 mA, el LED está conectado a una fuente de voltaje sin transistores y microcircuitos como indicador de inclusión. Caída de tensión en el LED (U_HL) 2V.

Entonces es bastante obvio que el voltaje (U-U_HL) será necesario para la resistencia limitadora, el LED mismo "comió" dos voltios. Entonces la resistencia de la resistencia limitadora es

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

No se olvide del sistema SI: voltaje en voltios, corriente en amperios, el resultado en ohmios. Si el transistor enciende el LED, entonces en el primer soporte, el voltaje de la sección del colector - emisor del transistor abierto se debe restar del voltaje de suministro. Pero esto, como regla, nadie lo hace nunca, no se necesita una precisión de centésimas de porcentaje aquí, y no funcionará debido a la difusión de los detalles de las partes. Todos los cálculos en circuitos electrónicos dan resultados aproximados, el resto debe lograrse mediante depuración y ajuste.

LED tricolores

Además de dos tonos últimamente, generalizado LED RGB tricolores. Su objetivo principal es la iluminación decorativa en escenarios, fiestas, celebraciones de Año Nuevo o en discotecas. Dichos LED tienen una carcasa de cuatro pines, uno de los cuales es un ánodo o cátodo común, según el modelo específico.

Pero uno o dos LED, incluso los de tres colores, son de poca utilidad, por lo que debe combinarlos en guirnaldas, y para controlar las guirnaldas use todo tipo de dispositivos de control, que a menudo se llaman controladores.

Ensamblar guirnaldas a partir de LED individuales es aburrido y de poco interés. Por lo tanto, en los últimos años, la industria comenzó a producir Tiras de LED en diferentes coloresasí como cintas basadas en LED tricolores (RGB). Si las cintas de un solo color se producen a un voltaje de 12V, entonces el voltaje de funcionamiento de las cintas de tres colores es a menudo de 24V.

Las tiras de LED están marcadas por voltaje, porque ya contienen resistencias límite, por lo que pueden conectarse directamente a una fuente de voltaje. Fuentes para tira de led de alimentación vendido en el mismo lugar que la cinta.

Para controlar LED y cintas de tres colores, para crear varios efectos de iluminación, se utilizan controladores especiales. Con su ayuda, puede cambiar fácilmente los LED, ajustar el brillo, crear diversos efectos dinámicos, así como dibujar patrones e incluso pinturas. La creación de tales controladores atrae a muchos aficionados, naturalmente aquellos que pueden escribir programas para microcontroladores.

Con un LED de tres colores, puede obtener casi cualquier color, porque el color en la pantalla del televisor también se obtiene mezclando solo tres colores. Aquí es apropiado recordar otro desarrollo de la radioafición japonesa. Su diagrama de circuito se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Diagrama de conexión de un LED tricolor

El potente LED tricolor de 1 W contiene tres emisores. Cuando las resistencias se indican en el diagrama, el color del brillo es blanco. Al seleccionar los valores de las resistencias, es posible un ligero cambio en el tono: de blanco a blanco a blanco cálido. En el diseño del autor, la lámpara está diseñada para iluminar el interior del automóvil. ¿Estarán ellos (los japoneses) tristes? Para no preocuparse por observar la polaridad, se proporciona un puente de diodos en la entrada del dispositivo. El dispositivo está montado en una placa de pruebas y se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Tablero de desarrollo

El próximo desarrollo de los radioaficionados japoneses también es automotriz. Este dispositivo para iluminar la habitación, por supuesto, con LED blancos se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Esquema del dispositivo para resaltar el número en LED blancos

El diseño utilizó 6 LED ultrabrillantes de alta potencia con una corriente limitante de 35 mA y un flujo luminoso de 4 lm. Para aumentar la confiabilidad de los LED, la corriente a través de ellos se limita a 27 mA utilizando un chip regulador de voltaje incluido en el circuito estabilizador de corriente.

Los LED EL1 ... EL3, la resistencia R1 junto con el chip DA1 forman un estabilizador de corriente. Una corriente estable a través de la resistencia R1, soporta una caída de voltaje de 1.25V. El segundo grupo de LED está conectado al estabilizador a través de la misma resistencia R2, por lo que la corriente a través del grupo de LED EL4 ... EL6 también se estabilizará al mismo nivel.

La Figura 8 muestra un circuito convertidor para alimentar un LED blanco desde una sola celda galvánica con un voltaje de 1.5V, que claramente no es suficiente para encender el LED. El circuito convertidor es muy simple y controlado por un microcontrolador. De hecho, el microcontrolador es multivibrador ordinario con una frecuencia de pulso de aproximadamente 40 kHz. Para aumentar la capacidad de carga, las salidas del microcontrolador se emparejan en paralelo.

Figura 8Circuito convertidor para alimentar un LED blanco

El esquema funciona de la siguiente manera. Cuando las salidas PB1, PB2 son bajas, las salidas PB0, PB4 son altas. En este momento, los condensadores C1, C2 se cargan a través de los diodos VD1, VD2 a aproximadamente 1.4V. Cuando se invierte el estado de las salidas del controlador, la suma de los voltajes de dos condensadores cargados más el voltaje de la batería se aplicará al LED. Por lo tanto, se aplicarán casi 4.5V al LED en la dirección hacia adelante, lo cual es suficiente para encender el LED.

Se puede ensamblar un convertidor similar sin un microcontrolador, solo en un chip lógico. Tal circuito se muestra en la Figura 9.

Figura 9

Un generador de oscilación rectangular está montado en el elemento DD1.1, cuya frecuencia está determinada por las clasificaciones R1, C1. Es con esta frecuencia que el LED parpadeará.

Cuando la salida del elemento DD1.1 es alta, la salida de DD1.2 es naturalmente alta. En este momento, el condensador C2 se carga a través del diodo VD1 desde la fuente de alimentación. La ruta de carga es la siguiente: más la fuente de alimentación - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - menos la fuente de alimentación. En este momento, solo el voltaje de la batería se aplica al LED blanco, que no es suficiente para encender el LED.

Cuando el nivel se vuelve bajo en la salida del elemento DD1.1, aparece un nivel alto en la salida de DD1.2, lo que conduce al bloqueo del diodo VD1. Por lo tanto, el voltaje a través del condensador C2 se agrega al voltaje de la batería y esta cantidad se aplica a la resistencia R1 y al LED HL1. Esta suma de voltajes es suficiente para encender el LED HL1. Luego, el ciclo se repite.

Cómo verificar el LED

Si el LED es nuevo, entonces todo es simple: esa conclusión, que es un poco más larga, es un plus o ánodo. Es lo que debe incluirse en la fuente de alimentación plus, naturalmente, sin olvidar la resistencia limitadora. Pero en algunos casos, por ejemplo, el LED se retiró de la placa anterior y las conclusiones son de la misma longitud, se requiere una llamada.

Los multímetros en esta situación se comportan de manera algo incomprensible. Por ejemplo, un multímetro DT838 en el modo de prueba de semiconductores puede simplemente iluminar ligeramente el LED que se está probando, pero al mismo tiempo se muestra un circuito abierto en el indicador.

Por lo tanto, en algunos casos, es mejor verificar los LED conectándolos a través de la resistencia limitadora a la fuente de alimentación, como se muestra en la Figura 10. El valor de la resistencia es 200 ... 500 Ohm.

Figura 10. Circuito de prueba de LED

LED secuencial

Figura 11. Inclusión secuencial de LED

No es difícil calcular la resistencia de la resistencia limitadora. Para hacer esto, agregue el voltaje directo a todos los LED, reste el voltaje de la fuente de alimentación y divida el residuo resultante por la corriente dada.

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

Suponga que el voltaje de la fuente de alimentación es de 12 V y que la caída de voltaje a través de los LED es de 2 V, 2,5 V y 1,8 V. Incluso si los LED se toman de una caja, ¡todavía puede haber tanta propagación!

Por condición de la tarea, se establece una corriente de 20 mA. Queda por sustituir todos los valores en la fórmula y enseñar la respuesta.

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

LED paralelo

Figura 12. Activación paralela de LED

En el fragmento izquierdo, los tres LED están conectados a través de una resistencia limitadora de corriente. Pero, ¿por qué se tacha este esquema, cuáles son sus inconvenientes?

Afecta la propagación de los LED. La mayor corriente pasará por el LED, en el cual la caída de voltaje es menor, es decir, menor resistencia interna.Por lo tanto, con esta inclusión, no será posible lograr un brillo uniforme de los LED. Por lo tanto, el esquema que se muestra en la Figura 12 a la derecha debe reconocerse como el circuito correcto.

 

Boris Aladyshkin