A LED-ek használata az elektronikus áramkörökben

Most már mindenki ismeri a LED-eket. Nélkülük a modern technológia egyszerűen elképzelhetetlen. Ezek LED-es lámpák és lámpák, a különféle háztartási készülékek működési módjainak jelzésére, a számítógép-monitorok, a televíziók képernyőinek megvilágítására és még sok más dologra, amelyekre még nem is emlékszel. Ezen eszközök mindegyike LED-eket tartalmaz a különböző színű látható sugárzási tartományban: piros, zöld, kék (RGB), sárga, fehér. A modern technológia lehetővé teszi szinte bármilyen szín elérését.

A látható tartományban lévő LED-ek mellett vannak infravörös és ultraibolya fények LED-jei. Az ilyen LED-ek fő alkalmazási területe az automatizálás és a vezérlés. Csak emlékezz Különböző háztartási készülékek távirányítója. Ha az első távirányító modelleket kizárólag a TV-k vezérlésére használták, akkor ezek a fali fűtőberendezések, légkondicionálók, ventilátorok és még olyan konyhai eszközök, mint pl.

Mi az a LED?

Tény, hogy fénykibocsátó dióda nem sokban különbözik a megszokottól egyenirányító dióda, - azonos p-n csomópont és ugyanaz az alapvető tulajdonság, egyoldalú vezetőképesség. A pn-csomópont tanulmányozásakor kiderült, hogy az egyoldalú vezetőképesség mellett ez a csomópont számos további tulajdonsággal is rendelkezik. A félvezető technológia fejlődésének folyamatában ezeket a tulajdonságokat megvizsgálták, fejlesztették és továbbfejlesztették.

A szovjet rádiofizikus nagyban hozzájárult a félvezetők fejlesztéséhez Oleg Vladimirovich Losev (1903-1942). 1919-ben belépett a híres és még mindig ismert Nizhny Novgorod rádiólaboratóriumba, 1929 óta pedig a Leningrád Fizikai és Technológiai Intézetben dolgozott. A tudós egyik tevékenysége a félvezető kristályok gyenge, kissé észrevehető fényének vizsgálata volt. Ezzel a hatással működik az összes modern LED.

Ez a gyenge lumineszcencia akkor fordul elő, amikor az áram előrehaladás közben halad át a pn-csomóponton. Jelenleg azonban ezt a jelenséget annyira tanulmányozták és fejlesztették, hogy egyes LED-ek olyan fényerősek, hogy egyszerűen elvakíthatók.

A LED-ek színsémája nagyon széles, szinte az összes szivárványszín. A színt azonban a LED-ház színének megváltoztatásával egyáltalán nem érik el. Ezt úgy érik el, hogy adalékanyagokat adják hozzá a pn-csomóponthoz. Például egy kis mennyiségű foszfor vagy alumínium bevezetése lehetővé teszi a vörös és a sárga szín megszerzését, valamint a gallium és az indium fényét zöldről kékre. A LED ház átlátszó vagy matt, ha a ház színes, akkor csak egy fényszűrő, amely megfelel a p-n csomópont ragyogásának.

A kívánt szín elérésének másik módja a foszfor bevitele. A foszfor olyan anyag, amely látható fényt ad, ha más sugárzásnak, akár infravörös sugárzásnak van kitéve. Klasszikus példa a fénycsövek. A LED-ek esetében a fehért foszfor hozzáadásával nyerik a kék kristályhoz.

A sugárzás intenzitásának növelése érdekében szinte minden LED-nek van fókuszlencséje. Gyakran a gömb alakú átlátszó test véglapját lencsékként használják. Infravörös fénykibocsátó diódákban a lencse néha átlátszatlannak, füstszürkenek tűnik. Bár az utóbbi években az infravörös LED-ek egyszerűen átlátszó tokban érhetők el, ezeket használják a különféle távirányítókon.

Kétszínű LED-ek

Szinte mindenki ismeri. Például egy mobiltelefon töltője: töltés közben a jelzőfény pirosan világít, és a töltés végén zöldre vált.Ilyen jelzés lehetséges a kétszínű LED-ek létezése miatt, amelyek különféle típusúak lehetnek. Az első típus a három kimenetű LED. Az egyik ház két LED-et tartalmaz, például zöld és piros, az 1. ábrán látható módon.

1. ábra: Kétszínű LED csatlakoztatási rajza

Az ábra egy kétszínű LED-del ellátott áramkör részletét mutatja. Ebben az esetben egy három kimenetű, közös katódú LED látható (vannak egy közös anóddal is) és annak csatlakoztatása a mikrokontroller. Ebben az esetben bekapcsolhatja az egyik vagy a másik LED-et, vagy egyszerre mindkettőt. Például piros vagy zöld színű lesz, és ha egyszerre két LED-et kapcsol be, sárgára vált. Ha egyidejűleg a PWM modulációt használja az egyes LED-ek fényerejének beállításához, akkor több közbenső árnyalatot kaphat.

Ebben az áramkörben figyelni kell arra, hogy a korlátozó ellenállások minden LED-en külön vannak, bár úgy tűnik, hogy csak egy megteheti, ha beilleszti az általános kimenetbe. De ezzel a beépítéssel a LED-ek fényereje megváltozik, ha egy vagy két LED-et bekapcsolnak.

Milyen feszültségre van szükség a LED-hez? Ezt a kérdést gyakran hallják, azt kérdezik azok, akik nem ismerik a LED specifikációját, vagy csak az emberek nagyon távol vannak az elektromosságtól. Ugyanakkor el kell magyaráznom, hogy a LED egy áram, és nem feszültség által vezérelt eszköz. A LED-et legalább 220 V-ra bekapcsolhatja, de a rajta áthaladó áram nem haladhatja meg a megengedett legnagyobb értéket. Ezt úgy érjük el, hogy a ballaszt ellenállást sorosan bekapcsoljuk a LED-del.

De emlékezve a feszültségre, meg kell jegyezni, hogy az is nagy szerepet játszik, mivel a LED-eknek nagy előremenő feszültsége van. Ha egy hagyományos szilícium-diódánál ez a feszültség 0,6 ... 0,7 V nagyságrendű, akkor egy LED-nél ez a küszöbérték két voltnál kezdődik. Ezért a egy galvanikus cella 1,5 V feszültségnél a LED nem világít.

De ezzel a beillesztéssel 220V-ra gondolunk, nem szabad elfelejteni, hogy a LED hátrameneti feszültsége meglehetősen kicsi, legfeljebb több tíz volt. Ezért a LED-ek magas fordított feszültségtől való védelme érdekében különleges intézkedéseket kell tenni. A legegyszerűbb módszer a védődióda párhuzamos csatlakoztatása, amely szintén nem túl magas feszültség lehet, például a KD521. A váltakozó feszültség hatására a diódák váltakozva nyílnak, ezáltal védik egymást a nagy fordított feszültségtől. A védő dióda kapcsoló áramkörét a 2. ábra mutatja.

2. ábra Kapcsolási rajzpárhuzamosan a LED-delvédődióda

Kétszínű LED-ek két tűs csomagban is kaphatók. Ebben az esetben a fény színe megváltozik, amikor az áram iránya megváltozik. Klasszikus példa az egyenáramú motor forgásirányának jelzése. Ugyanakkor nem szabad elfelejteni, hogy a korlátozó ellenállást szükségszerűen sorosan be kell kapcsolni a LED-del.

A közelmúltban egy korlátozó ellenállást egyszerűen beépítettek a LED-be, majd például a bolt árcéduláján egyszerűen azt írják, hogy ez a LED 12 V-os. A villogó LED-eket feszültség jelzi: 3V, 6V, 12V. Az ilyen LED-ekben van egy mikrovezérlő (akár átlátszó tokban is látható), tehát a villogási frekvencia megváltoztatására tett kísérletek nem adnak eredményt. Ezzel a jelöléssel közvetlenül bekapcsolhatja a LED-et a tápfeszültségre a megadott feszültségnél.

A japán amatőr rádió fejlődése

A rádióamatőr, úgy tűnik, nemcsak a volt Szovjetunió országaiban, hanem olyan „elektronikus országban”, mint Japán is, foglalkozik. Természetesen még egy japán közönséges amatőr rádióamatőr sem tud létrehozni nagyon összetett eszközöket, ám az egyedi áramköri megoldások érdemelnek figyelmet. Soha nem tudhatod, hogy mely megoldásokban hasznosak lehetnek ezek a megoldások.

Itt található a viszonylag egyszerű, LED-eket használó eszközök áttekintése.A legtöbb esetben a vezérlést a mikrovezérlők végzik, és sehova sem juthat el. Még egy egyszerű áramkörnél is egyszerűbb rövid programot írni és a vezérlőt a DIP-8 csomagban forrasztani, mint több mikroáramkör, kondenzátor és tranzisztor forrasztásakor. Az is vonzó, hogy néhány mikrovezérlő egyáltalán nem működik csatlakoztatás nélkül.

Kétszínű LED vezérlőáramkör

A japán sonkák érdekes sémát kínálnak egy erős kétszínű LED vezérlésére. Pontosabban, itt két erős, legfeljebb 1A áramú LED-et használunk. De azt kell feltételezni, hogy vannak erős kétszínű LED-ek. Az ábrát a 3. ábra mutatja.

3. ábra Erőteljes kétszínű LED vezérlőáramkör

A Chip TA7291P-t kis teljesítményű DC motorok vezérlésére tervezték. Több módot kínál, nevezetesen: előre, hátra, megállás és fékezés. A mikroáramkör kimeneti fázisa a hídáram szerint van összeállítva, amely lehetővé teszi a fenti műveletek végrehajtását. De érdemes elképzelést készíteni, és most, kérlek, a mikroáramkör új szakmája van.

A chip logikája nagyon egyszerű. Amint az a 3. ábrán látható, a mikroáramkörnek 2 bemenete (IN1, IN2) és két kimenete (OUT1, OUT2) van, amelyekhez két erős LED csatlakozik. Ha az 1. és 2. bemenet logikai szintje megegyezik (nem számít 00 vagy 11), akkor a kimenetek potenciálja azonos, mindkét LED nem világít.

A bemenetek különböző logikai szintjein a mikroáramkör a következőképpen működik. Ha az egyik bemenet, például az IN1 alacsony logikai szinttel rendelkezik, akkor az OUT1 kimenetet egy közös vezetékhez kell csatlakoztatni. A HL2 LED katódja az R2 ellenálláson keresztül is csatlakozik egy közös vezetékhez. A feszültség az OUT2 kimenetnél (ha logikai egység van az IN2 bemeneten) ebben az esetben a V_ref bemenet feszültségétől függ, amely lehetővé teszi a HL2 LED fényerejének beállítását.

Ebben az esetben a V_ref feszültséget a mikrovezérlő PWM impulzusaiból nyerik az R1C1 integráló lánc segítségével, amely a kimenethez csatlakoztatott LED fényerejét szabályozza. A mikrovezérlő az IN1 és IN2 bemeneteket is vezérli, amely lehetővé teszi a sokféle fény árnyalatának és a LED-ek vezérlésének algoritmusait. Az R2 ellenállás ellenállását a LED-ek legnagyobb megengedett árama alapján számítják ki. Az alábbiakban bemutatjuk, hogyan lehet ezt megtenni.

A 4. ábra a TA7291P chip belső szerkezetét, annak szerkezeti diagramját mutatja. Az áramkört közvetlenül az adatlapból vették, ezért egy elektromos motort ábrázolnak rajta.

4. ábraBelső eszköz chip TA7291P

A szerkezeti séma szerint könnyű nyomon követni az áramvonalakat a terhelésen és a kimeneti tranzisztorok vezérlésének módszereit. A tranzisztorok párosan, átlósan vannak bekapcsolva: (bal felső + jobb alsó) vagy (jobb felső + bal alsó), amely lehetővé teszi a motor irányának és sebességének megváltoztatását. Esetünkben világítsuk meg az egyik LED-et, és ellenőrizzük a fényerőt.

Az alsó tranzisztorokat az IN1, IN2 jelek vezérlik, és egyszerűen a híd átlóinak be- és kikapcsolására szolgálnak. A felső tranzisztorokat a Vref jel vezérli, a kimeneti áramot szabályozzák. A egyszerűen négyzet alakú vezérlőáramkör rövidzárlat-védő áramkört és egyéb váratlan körülményeket is tartalmaz.

Hogyan számolhatunk egy korlátozó ellenállást?

Ohm törvénye mindig segíteni fog ezekben a számításokban. A számítás kezdeti adatai a következők lehetnek: a tápfeszültség (U) 12 V, a LED-en (I_HL) átáramló áram 10mA, a LED feszültségforráshoz van csatlakoztatva, tranzisztorok és mikroáramkörök nélkül, a beillesztés indikátoraként. Feszültségcsökkenés a LED-en (U_HL) 2V.

Akkor nyilvánvaló, hogy a feszültségre (U-U_HL) szükség van a korlátozó ellenálláshoz - maga a LED két voltot evett. Ekkor a korlátozó ellenállás ellenállása

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

Ne felejtsük el az SI rendszert: feszültség voltban, áram amperben, eredmény Ohm-ban. Ha a LED-et a tranzisztor kapcsolja be, akkor az első tartóban a nyitott tranzisztor kollektor-emitter szakaszának feszültségét le kell vonni a tápfeszültségről. De általában ezt soha nem teszi meg, a százalék század pontosságára itt nincs szükség, és az alkatrészek részleteinek elterjedése miatt ez nem fog működni. Az elektronikus áramkörökben végzett összes számítás megközelítő eredményt ad, a többit hibakereséssel és hangolással kell elérni.

Háromszínű LED-ek

A két hang mellett az utóbbi időben széles körben elterjedt háromszínű RGB LED-ek. Fő célja dekoratív világítás a színpadon, partikon, újévi ünnepségen vagy diszkókon. Az ilyen LED-eknek négy pólusú házuk van, amelyek közül az adott modelltől függően közös anód vagy katód van.

De egy vagy két LED-nek, akár háromszínűnek is, kevés hasznos, tehát ezeket össze kell kapcsolnia koszorúkkal, és a girlandok vezérléséhez mindenféle vezérlőeszközt kell használni, amelyeket leggyakrabban vezérlőknek hívnak.

A füzér egyesítése az egyes LED-ekből unalmas és kevés érdeklődésű. Ezért az utóbbi években az ipar termelni kezdett Különböző színű LED csíkokvalamint a háromszínű (RGB) LED-eken alapuló szalagok. Ha az egyszínű szalagok 12 V feszültséggel készülnek, akkor a háromszínű szalagok működési feszültsége gyakran 24 V.

A LED csíkokat feszültség jelöli, mivel már tartalmaznak ellenállásokat, így közvetlenül csatlakoztathatók a feszültségforráshoz. Források tápvezeték ugyanabban a helyen, mint a szalag.

A háromszínű LED-ek és szalagok vezérléséhez, különféle fényhatások létrehozásához speciális vezérlőket használnak. Ezek segítségével könnyedén válthat a LED-ek között, beállíthatja a fényerőt, különféle dinamikus effektusokat hozhat létre, rajzolhat mintákat és akár festményeket is. Az ilyen vezérlők létrehozása sok sonkát vonz, természetesen azokat, akik programokat írhatnak a mikrovezérlők számára.

Háromszínű LED-del szinte bármilyen színt kaphat, mivel a TV-képernyő színét csak három szín keverésével érheti el. Helyénvaló emlékeztetni a japán amatőr rádió újabb fejleményeire. Áramkörét az 5. ábra mutatja.

5. ábra: Háromszínű LED csatlakoztatási rajza

A nagy teljesítményű, 1 W-os háromszínű LED három sugárzót tartalmaz. Ha az ellenállásokat a diagram mutatja, akkor a fény színe fehér. Az ellenállások értékének megválasztásával enyhén változhat az árnyékban: fehértől fehéren fehéren meleg fehéren. A szerző tervében a lámpa célja az autó belsejének megvilágítása. Szomorúak lesznek-e (japánok)! Annak érdekében, hogy ne aggódjon a polaritás megfigyelése miatt, az eszköz bemenetén dióda híd van. Az eszközt kenyérlapra szerelik és a 6. ábrán látható.

6. ábra. Fejlesztő tábla

A japán rádióamatőrök következő fejlesztése szintén az autóipar. Ezt a helyiség megvilágítására szolgáló eszközt, természetesen fehér LED-eken, a 7. ábra mutatja.

7. ábra: A szám fehér LED-ekkel történő kiemelésére szolgáló készülék vázlata

A terv 6 nagy teljesítményű, ultra fényes LED-et használt, 35 mA-es határárammal és 4 lm-es fényárammal. A LED-ek megbízhatóságának növelése érdekében az átmenő áramerősség 27 mA-ra korlátozódik, az áram stabilizáló áramkörében szereplő feszültségszabályozó chip segítségével.

Az EL1 ... EL3 LED-ek, az R1 ellenállás és a DA1 chip együtt áram stabilizátort képeznek. Az R1 ellenálláson keresztüli stabil áram 1,25 V feszültségcsökkenést támogat. A LED-ek második csoportja pontosan ugyanazon R2 ellenálláson keresztül van csatlakoztatva a stabilizátorhoz, így az EL4 ... EL6 LED-ek csoportján keresztüli áram szintén stabilizálódik.

A 8. ábra átalakító áramkört mutat egy fehér LED elindításához egyetlen galvanikus cellából, 1,5 V feszültséggel, amely egyértelműen nem elég a LED meggyújtásához. A konverter áramköre nagyon egyszerű és egy mikrovezérlő vezérelhető. Valójában a mikrovezérlő rendes multivibrator körülbelül 40KHz impulzusfrekvenciával. A terhelhetőség növelése érdekében a mikrokontroller kimenetei párhuzamosan vannak párosítva.

8. ábraÁtalakító áramkör fehér LED táplálására

A séma a következőképpen működik. Ha a PB1, PB2 kimenetek alacsonyak, akkor a PB0, PB4 kimenetek magasak. Ebben az időben a C1, C2 kondenzátorok a VD1, VD2 diódákon keresztül körülbelül 1,4 V-ra vannak töltve. Ha a vezérlő kimeneteinek állapota megfordul, akkor a LEDre két feltöltött kondenzátor feszültségeinek és az akkumulátor feszültségének összegét kell alkalmazni. Így csaknem 4,5 V-os áramot fog alkalmazni a LED-re előre irányban, ami elég ahhoz, hogy a LED meggyulladjon.

Egy hasonló konverter összeszerelhető mikrokontroller nélkül, csak logikai chipre. Egy ilyen áramkört a 9. ábra mutat.

9. ábra

A DD1.1 elemre négyszögletes rezgésgenerátort szereltek fel, amelynek frekvenciáját az R1, C1 értékek határozzák meg. Ezen a frekvencián villog a LED.

Ha a DD1.1 elem kimenete magas, akkor a DD1.2 kimenete természetesen magas. Ebben az időben a C2 kondenzátort a VD1 diódán keresztül töltik az áramforrásról. A töltési út a következő: plusz az energiaforrás - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - mínusz az energiaforrás. Ebben az időben csak az akkumulátor feszültsége van a fehér LED-en, amely nem elég a LED világításához.

Amikor a szint alacsony lesz a DD1.1 elem kimenetén, akkor a DD1.2 kimenetén magas szint jelenik meg, ami a VD1 dióda blokkolásához vezet. Ezért a C2 kondenzátoron keresztüli feszültséget hozzáadjuk az akkumulátor feszültségéhez, és ezt az összeget az R1 ellenállásra és a HL1 LED-re kell alkalmazni. Ez a feszültségösszeg elegendő a HL1 LED bekapcsolásához. Ezután a ciklus megismétlődik.

A LED ellenőrzése

Ha a LED új, akkor minden egyszerű: ez a következtetés, amely kissé hosszabb, plusz vagy anód. Ez az, amelyet be kell vonni az áramellátás pluszába, természetesen nem szabad megfeledkezni a korlátozó ellenállásról. Néhány esetben például a LED-et eltávolították a régi tábláról, és a következtetések azonos hosszúságúak, hívásra van szükség.

A multiméterek ebben a helyzetben kissé érthetetlenül viselkednek. Például egy DT838 multiméter félvezető teszt üzemmódban egyszerűen kismértékben megvilágíthatja a vizsgált LED-et, ugyanakkor egy nyitott áramkör látható a kijelzőn.

Ezért bizonyos esetekben jobb, ha a LED-eket úgy ellenőrzik, hogy a korlátozó ellenálláson keresztül az energiaforráshoz csatlakoztatják, a 10. ábra szerint. Az ellenállás értéke 200 ... 500 Ohm.

10. ábra: LED-teszt áramkör

LED szekvenciális

11. ábra: A LED-ek szekvenciális beépítése

Nem nehéz kiszámítani a korlátozó ellenállás ellenállását. Ehhez add hozzá a közvetlen feszültséget az összes LED-hez, vonjuk le az áramforrás feszültségéből, és osszuk meg a kapott maradékot az adott árammal.

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

Tegyük fel, hogy a tápegység feszültsége 12 V, a LED-ek közötti feszültségcsökkenés 2V, 2,5 V és 1,8 V. Még ha a LED-eket is egy dobozból veszik, akkor is fennállhat ilyen szórás!

A feladat feltételei szerint 20 mA-es áramot kell beállítani. Ez marad a képletben szereplő összes érték helyettesítése és a válasz megtanítása.

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

LED párhuzamos

12. ábra: A LED-ek párhuzamos aktiválása

A bal oldali részen mind a három LED egy áramkorlátozó ellenálláson keresztül kapcsolódik. De miért áthúzzák ezt a rendszert, mi hátrányai?

Ez befolyásolja a LED-ek terjedését. A legnagyobb áram a LED-en megy keresztül, amelyben a feszültségcsökkenés kisebb, vagyis a belső ellenállás kisebb.Ezért ezzel a beépítéssel nem lehet elérni a LED-ek egyenletes ragyogását. Ezért a jobb oldalon a 12. ábrán látható sémát helyes áramkörként kell felismerni.

 

Boris Aladyshkin