Uporaba LED dioda u elektroničkim krugovima

Svi su sada upoznati s LED-ima. Bez njih je moderna tehnologija jednostavno nezamisliva. To su LED svjetla i svjetiljke, indikacija načina rada raznih kućanskih aparata, osvjetljenje ekrana računalnih monitora, televizora i mnoge druge stvari kojih se više ne možete sjetiti. Svi ovi uređaji sadrže LED u vidljivom rasponu zračenja raznih boja: crvena, zelena, plava (RGB), žuta, bijela. Suvremena tehnologija omogućuje vam dobivanje gotovo bilo koje boje.

Pored LED-ova u vidljivom rasponu, postoje i LED za infracrvenu i ultraljubičastu svjetlost. Glavno područje primjene takvih LED dioda su uređaji za automatizaciju i upravljanje. Samo se sjeti Daljinsko upravljanje raznim kućanskim aparatima, Ako su se prvi modeli daljinskog upravljanja koristili isključivo za upravljanje televizorima, sada se mogu koristiti za upravljanje zidnim grijačima, klima uređajima, ventilatorima, pa čak i kuhinjskim aparatima, poput lonca i strojeva za kruh.

Pa što je LED?

U stvari, svjetlećom diodom ne razlikuje se puno od uobičajenog ispravljačka dioda, - sve isto p-n spajanje i sve isto osnovno svojstvo, jednostrana vodljivost. Kako smo proučavali pn spoj, pokazalo se da, osim jednostrane vodljivosti, taj sam spoj ima i nekoliko dodatnih svojstava. U procesu evolucije tehnologije poluvodiča ta su se svojstva proučavala, razvijala i poboljšavala.

Veliki doprinos razvoju poluvodiča dao je sovjetski radiofizičar Oleg Vladimirovič Losev (1903. - 1942.). 1919. ušao je u poznati i još uvijek poznati radio laboratorij Nižnji Novgorod, a od 1929. radio je u fizičkom i tehnološkom institutu Lenjingrad. Jedna od aktivnosti znanstvenika bila je proučavanje slabog, pomalo primjetnog sjaja poluvodičkih kristala. Upravo na taj način djeluju sve moderne LED diode.

Ova slaba luminiscencija nastaje kada struja prolazi kroz pn spoj u smjeru prema naprijed. Ali trenutno je taj fenomen toliko proučavan i poboljšan da je svjetlina nekih LED dioda takva da se jednostavno može zaslijepiti.

Shema boja LED dioda je vrlo široka, gotovo sve boje duge. Ali boja se uopće ne dobiva promjenom boje LED kućišta. To se postiže činjenicom da se dodaci dodaju pn spojnici. Na primjer, unošenje male količine fosfora ili aluminija omogućuje vam dobivanje boja crvene i žute, a galij i indij emitiraju svjetlost od zelene do plave. LED kućište može biti prozirno ili mat, ako je kućište obojeno, to je samo svjetlosni filter koji odgovara žarnoj boji p-n spajanja.

Drugi način dobivanja željene boje je unošenje fosfora. Fosfor je tvar koja daje vidljivu svjetlost kada je izložena drugim zračenjima, čak i infracrvenim. Klasičan primjer su fluorescentne svjetiljke. Kod LED dioda bijela boja se dobiva dodavanjem fosfora plavom kristalu.

Za povećanje intenziteta zračenja, gotovo sve LED diode imaju leću za fokusiranje. Često se kao leća koristi završno lice prozirnog tijela sferičnog oblika. Kod dioda koje emituju infracrveno svjetlo ponekad se čini da su leće neprozirne, dimno sive. Iako su posljednjih godina infracrveni LED dostupni jednostavno u prozirnom kućištu, ovo su oni koji se koriste u raznim daljinskim upravljačima.

Dvobojne LED diode

Također poznat gotovo svima. Na primjer, punjač za mobilni telefon: tijekom punjenja indikator svijetli crveno, a na kraju punjenja svijetli zeleno.Takva je indikacija moguća zbog postojanja dvobojnih LED dioda, koje mogu biti različitih vrsta. Prva vrsta su tri izlazne LED diode. Jedno kućište sadrži dvije LED diode, na primjer, zelenu i crvenu, kao što je prikazano na slici 1.

Slika 1. Dijagram povezivanja dvobojne LED

Na slici je prikazan ulomak kruga s dvobojnom LED. U ovom slučaju je prikazan LED s tri izlaza sa zajedničkom katodom (postoje i sa zajedničkom anodom) i njegova veza s mikrokontrolera, U tom slučaju možete uključiti jedan ili drugi LED ili oba odjednom. Na primjer, bit će crvene ili zelene boje, a kada uključite dvije LED-ove odjednom, postat će žuta. Ako istovremeno upotrebljavate PWM modulaciju za podešavanje svjetline svakog LED-a, možete dobiti nekoliko intermedijarnih nijansi.

U ovom bi krugu trebali obratiti pozornost na činjenicu da su ograničavajući otpornici uključeni odvojeno za svaku LED, iako bi izgledalo da možete učiniti samo jedan ako ga uključite u opći izlaz. Ali s ovim uključivanjem, svjetlina LED dioda će se promijeniti kad su jedna ili dvije LED diode uključene.

Koliki je napon potreban za LED? Ovo se pitanje može čuti prilično često, postavljaju ga oni koji nisu upoznati sa specifičnostima LED-a ili su samo ljudi jako daleko od struje. Istovremeno moram objasniti da je LED uređaj koji se kontrolira strujom, a ne naponom. LED možete uključiti najmanje 220V, ali struja kroz njega ne smije prelaziti maksimalno dopušteno. To se postiže uključivanjem balastnog otpornika u nizu sa LED-om.

Ali ipak, sjećajući se napona, valja napomenuti da on također igra veliku ulogu, jer LED diode imaju veliki napon naprijed. Ako je za konvencionalnu silikonsku diodu taj napon reda 0,6 ... 0,7 V, tada se za LED ovaj prag počinje od dva volta i više. Stoga od jedna galvanska ćelija S naponom od 1,5 V, LED ne svijetli.

Ali s tim uključivanjem, mislim na 220V, ne smijemo zaboraviti da je obrnuti napon LED-a prilično mali, ne veći od nekoliko desetaka volti. Stoga, kako bi se LED zaštitio od visokog povratnog napona, poduzimaju se posebne mjere. Najlakši način je kontra paralelno spajanje zaštitne diode, koja također ne može biti vrlo visokonaponska, na primjer, KD521. Pod utjecajem naizmjeničnog napona, diode se otvaraju naizmjenično, čime se međusobno štite od visokog obrnutog napona. Prekidački krug zaštitne diode prikazan je na slici 2.

Slika 2 Dijagram ožičenjaparalelno s LED-omzaštitna dioda

Dvobojne LED diode dostupne su i u dvo-pinskom paketu. Promjena boje sjaja u ovom se slučaju događa kada se promijeni smjer struje. Klasičan primjer je prikaz smjera vrtnje istosmjernog motora. Istodobno, ne treba zaboraviti da je granični otpornik nužno serijski uključen s LED-om.

Nedavno se ograničavajući otpornik jednostavno ugrađuje u LED, a onda, primjerice, na trgovinama s oznakama cijena u trgovini jednostavno napišu da je ovaj LED 12V. Također, trepereće LED označene su naponom: 3V, 6V, 12V. Unutar takvih LED dioda nalazi se mikrokontroler (može se vidjeti čak i kroz prozirni slučaj), tako da svaki pokušaj promjene frekvencije treptaja ne daje rezultata. Ovom oznakom možete LED uključiti izravno na napajanje na navedenom naponu.

Razvoj japanskog amaterskog radija

Radioamater, ispada, angažiran je ne samo u zemljama bivšeg SSSR-a, već i u takvoj "elektroničkoj zemlji" kao što je Japan. Naravno, čak i japanski obični amaterski radioamater ne može stvoriti vrlo složene uređaje, ali pojedinačna sklopna rješenja zaslužuju pažnju. Nikad ne znate u kojoj shemi ta rješenja mogu biti korisna.

Ovdje je pregled relativno jednostavnih uređaja koji koriste LED-ove.U većini slučajeva kontrola se vrši putem mikrokontrolera, a ne možete nigdje. Čak i za jednostavni krug, lakše je napisati kratki program i lemiti kontroler u DIP-8 paketu nego lemljenje nekoliko mikro krugova, kondenzatora i tranzistora. Također je atraktivno da neki mikrokontroleri mogu raditi bez ikakvih priključaka.

Dvobojni LED upravljački krug

Zanimljivu shemu za kontrolu moćne dvobojne LED kuće nude japanske šunke. Preciznije, ovdje se koriste dvije snažne LED diode sa strujom do 1A. Ali, valja pretpostaviti da postoje snažne LED diode u dvije boje. Dijagram je prikazan na slici 3.

Slika 3. Snažni dvobojni LED upravljački krug

Chip TA7291P dizajniran je za upravljanje istosmjernim motorima male snage. Omogućuje nekoliko načina, naime: zakretanje naprijed, natrag, zaustavljanje i kočenje. Izlazni stupanj mikro kruga sastavljen je prema krugu mosta, koji vam omogućuje da izvodite sve gore navedene operacije. Ali bilo je vrijedno malo mašte i sad, molim vas, mikrovezje ima novu profesiju.

Logika čipa prilično je jednostavna. Kao što se može vidjeti na slici 3, mikro krug ima 2 ulaza (IN1, IN2) i dva izlaza (OUT1, OUT2) na koja su spojena dva snažna LED-a. Kad su logičke razine na ulazima 1 i 2 iste (bez obzira na 00 ili 11), potencijali izlaza su jednaki, obje LED-ove su isključene.

Na različitim logičkim razinama na ulazima mikro krug funkcionira na sljedeći način. Ako jedan od ulaza, na primjer, IN1 ima nisku logičku razinu, tada je izlaz OUT1 povezan na zajedničku žicu. Katoda LED HL2 kroz otpornik R2 također je spojena na zajedničku žicu. Napon na izlazu OUT2 (ako postoji logička jedinica na ulazu IN2) u ovom slučaju ovisi o naponu na ulazu V_ref, koji vam omogućuje podešavanje svjetline LED HL2.

U tom slučaju napon V_ref dobiva se iz PWM impulsa iz mikrokontrolera pomoću integrirajućeg kruga R1C1, koji kontrolira svjetlinu LED-a spojenog na izlaz. Mikrokontroler također kontrolira ulaze IN1 i IN2, što vam omogućava široku paletu svjetlosnih nijansi i algoritme za upravljanje LED-ima. Otpor otpornika R2 izračunava se na temelju najveće dopuštene struje LED-ova. Kako to učiniti bit će opisano u nastavku.

Na slici 4. prikazana je unutarnja struktura čipa TA7291P, njegov strukturni dijagram. Krug je uzet izravno iz podatkovne tablice, stoga je električni motor prikazan kao opterećenje na njemu.

Slika 4Čip unutarnjeg uređaja TA7291P

Prema strukturnoj shemi, lako je pratiti trenutne putove kroz opterećenje i metode upravljanja izlaznim tranzistorima. Tranzistori su uključeni u parovima, dijagonalno: (gornji lijevi + donji desni) ili (gornji desni + donji lijevi), što vam omogućuje promjenu smjera i učestalosti okretaja motora. U našem slučaju osvijetlite jedan od LED-ova i kontrolirajte njegovu svjetlinu.

Donji tranzistori upravljaju se signalima IN1, IN2 i dizajnirani su tako da jednostavno uključe / isključe dijagonale mosta. Gornjim tranzistorima upravlja se Vref signalom, oni reguliraju izlaznu struju. Upravljački krug, prikazan jednostavno u obliku kvadrata, također sadrži zaštitni krug kratkog spoja i ostale nepredviđene okolnosti.

Kako izračunati ograničavajući otpornik

Ohmov zakon će uvijek pomoći u ovim proračunima. Početni podaci za proračun trebaju biti sljedeći: napon napajanja (U) je 12 V, struja kroz LED (I_HL) je 10mA, LED je spojen na izvor napona bez tranzistora i mikro krugova kao pokazatelja uključivanja. Pad napona na LED (U_HL) 2V.

Tada je posve očito da će napon (U-U_HL) biti potreban za ograničavajući otpornik - LED je sama "pojela" dva volta. Tada je otpor ograničavajućeg otpora

R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 - 2) / 0,010 = 1000 (Ω) ili 1KΩ.

Ne zaboravite na SI sustav: napon u voltima, struja u amperima, rezultat u Ohma. Ako LED uključi tranzistor, tada se u prvom nosaču napon odsječka kolektor - odašiljač otvorenog tranzistora mora oduzeti od napajanja. Ali to u pravilu nitko nikad ne radi, točnost stotina posto nije potrebna, a to neće uspjeti zbog širenja detalja o dijelovima. Svi proračuni u elektroničkim krugovima daju približne rezultate, ostatak treba postići ispravljanjem i podešavanjem.

Trobojne LED diode

Osim dvotonske u posljednje vrijeme, široko rasprostranjena trobojne RGB LED, Njihova glavna svrha je dekorativna rasvjeta na pozornicama, zabavama, novogodišnjim proslavama ili u diskotekama. Takve LED diode imaju kućište s četiri pina, od kojih je jedna uobičajena anoda ili katoda, ovisno o konkretnom modelu.

Ali jedna ili dvije LED-ove, čak i trobojne, od male su koristi, pa ih morate kombinirati u vijenčeve, a za upravljanje vijencima koristite sve vrste upravljačkih uređaja, koje najčešće nazivamo kontrolerima.

Sastavljanje vijenca s pojedinih LED dioda je dosadno i malo zanima. Stoga se u posljednjim godinama industrija počela proizvoditi LED trake u različitim bojamakao i vrpce na temelju trobojnih (RGB) LED-ova. Ako se jednobojne trake proizvode na naponu od 12 V, tada je radni napon trobojnih traka često 24V.

LED trake su označene naponom, jer već sadrže granične otpornike, tako da se mogu spojiti izravno na izvor napona. Izvori za traka vodila sa strujom prodaje se na istom mjestu kao i kaseta.

Za kontrolu tri boje LED i vrpce, za stvaranje različitih svjetlosnih efekata koriste se posebni kontroleri. Uz njihovu pomoć možete jednostavno prebaciti LED-ove, prilagoditi svjetlinu, stvoriti različite dinamičke efekte, kao i crtati uzorke, pa čak i slike. Stvaranje takvih kontrolera privlači mnoge šunke, naravno one koji mogu pisati programe za mikrokontrolere.

Korištenjem trobojne LED, možete dobiti gotovo bilo koju boju, jer se boja na TV ekranu također dobiva miješanjem samo tri boje. Ovdje je prikladno podsjetiti se na još jedan razvoj japanskog amaterskog radija. Njegov dijagram kruga prikazan je na slici 5.

Slika 5. Dijagram povezivanja trobojne LED

Snažni 1W trobojni LED sadrži tri odašiljača. Kad su otpornici na dijagramu naznačeni, boja sjaja je bijela. Odabirom vrijednosti otpornika moguća je mala promjena sjene: od bijele do bijele do tople bijele. U autorskom je dizajnu svjetiljka dizajnirana za osvjetljavanje unutrašnjosti automobila. Hoće li oni (Japanci) biti tužni! Kako se ne bi brinuli o promatranju polariteta, na ulazu uređaja predviđen je diodni most. Uređaj je postavljen na ploču i prikazan na slici 6.

Slika 6. Razvojna ploča

Sljedeći razvoj japanskih radioamatera također je automobilski. Ovaj uređaj za osvjetljavanje prostorije, naravno, na bijelim LED-ima prikazan je na slici 7.

Slika 7. Shema uređaja za isticanje broja na bijelim LED-ima

Dizajn je koristio 6 vrlo jakih LED svjetla s ograničenom strujom od 35 mA i svjetlosnim tokom od 4 lm. Da bi se povećala pouzdanost LED dioda, struja kroz njih je ograničena na 27 mA pomoću čipa regulatora napona, uključenog u krug stabilizatora struje.

LED-ovi EL1 ... EL3, otpornik R1 zajedno s DA1 čipom čine stabilizator struje. Stabilna struja kroz otpornik R1, podržava pad napona od 1,25 V na njemu. Druga skupina LED dioda spojena je na stabilizator kroz potpuno isti otpornik R2, tako da će se struja kroz skupinu LED-a EL4 ... EL6 također stabilizirati na istoj razini.

Na slici 8 prikazan je krug pretvarača za napajanje bijele LED diode iz jedne galvanske ćelije s naponom od 1,5 V, što očito nije dovoljno za paljenje LED-a. Krug pretvarača vrlo je jednostavan i upravlja ga mikrokontrolerom. Zapravo je mikrokontroler obični multivibrator s frekvencijom pulsa oko 40KHz. Da biste povećali kapacitet opterećenja, izlazi mikrokontrolera paralelno su upareni.

Slika 8Krug pretvarača za napajanje bijele LED

Shema djeluje na sljedeći način. Kad su izlazi PB1, PB2 niski, izlazi PB0, PB4 su visoki. U to se vrijeme kondenzatori C1, C2 napune kroz diode VD1, VD2 do oko 1,4 V. Kada se status izlaza regulatora preokrene, zbroj napona dva nabijena kondenzatora plus napon baterije primijenit će se na LED. Tako će se gotovo 4,5 V primijeniti na LED u smjeru prema naprijed, što je dovoljno za paljenje LED-a.

Sličan pretvarač može se sastaviti bez mikrokontrolera, samo na logičkom čipu. Takav je krug prikazan na slici 9.

Slika 9

Na element DD1.1 sastavljen je pravokutni generator oscilacija, čija se frekvencija određuje vrijednostima R1, C1. S ovom frekvencijom će treptati LED.

Kada je izlaz elementa DD1.1 velik, izlaz DD1.2 je prirodno velik. U ovom trenutku kondenzator C2 se puni preko diode VD1 iz izvora napajanja. Put punjenja je sljedeći: plus izvor napajanja - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - minus izvor napajanja. U ovom trenutku na bijeli LED se primjenjuje samo napon akumulatora, što nije dovoljno za osvjetljenje LED-a.

Kad razina postane niska na izlazu elementa DD1.1, na izlazu DD1.2 pojavljuje se visoka razina, što dovodi do blokiranja diode VD1. Stoga se naponu preko kondenzatora C2 dodaje napon baterije i taj se iznos primjenjuje na otpornike R1 i LED HL1. Ovaj zbroj napona dovoljan je za uključivanje HL1 LED. Zatim se ciklus ponavlja.

Kako provjeriti LED

Ako je LED novi, tada je sve jednostavno: taj zaključak, koji je malo duži, je plus ili anoda. To mora biti uključeno u plus napajanja, naravno ne zaboravljajući na ograničavajući otpornik. No u nekim je slučajevima, primjerice, LED uklonjen sa stare ploče i zaključci su iste duljine, potreban je poziv.

Multimetri se u ovoj situaciji ponašaju pomalo nerazumljivo. Primjerice, multimetar DT838 u ispitnom modu poluvodiča može jednostavno malo osvijetliti ispitivanu LED, ali istodobno se na otvorenom krugu prikazuje otvoreni krug.

Stoga je u nekim slučajevima bolje provjeriti LED-ove povezivanjem preko ograničavajućeg otpornika na izvor napajanja, kao što je prikazano na slici 10. Vrijednost otpornika je 200 ... 500 Ohm.

Slika 10. LED ispitni krug

LED sekvencijalni

Slika 11. Sekvencijalno uključivanje LED dioda

Nije teško izračunati otpor ograničavajućeg otpora. Da biste to učinili, dodajte izravni napon svim LED-ima, oduzmite ga od napona izvora napajanja i podijelite rezultirajući ostatak zadanom strujom.

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

Pretpostavimo da je napon napajanja 12V, a pad napona preko LED dioda 2V, 2,5V i 1,8V. Čak i ako se LED uzimaju iz jedne kutije, još uvijek može doći do takvog širenja!

Pod uvjetom zadatka postavlja se struja od 20 mA. Ostaje zamijeniti sve vrijednosti u formuli i naučiti odgovor.

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

LED paralela

Slika 12. Paralelno aktiviranje LED dioda

Na lijevom ulomku sve tri LED diode povezane su kroz jedan otpornik koji ograničava struju. Ali zašto je ova shema prekrižena, koji su njezini nedostaci?

Utječe na širenje LED dioda. Najveća struja proći će kroz LED, u kojoj je pad napona manji, odnosno unutarnji otpor je manji.Stoga, s ovim uključivanjem nije moguće postići ujednačen sjaj LED-ova. Stoga shemu prikazanu na slici 12. s desne strane treba prepoznati kao ispravan krug.

 

Boris Aladyskin