Σπίτι · Φωτισμός · Δίχρωμη δίοδος. Εφαρμογή LED σε ηλεκτρονικά κυκλώματα

Δίχρωμη δίοδος. Εφαρμογή LED σε ηλεκτρονικά κυκλώματα

Κάποτε μου ζήτησαν να φτιάξω ένα φωτιστικό που να αλλάζει χρώματα, γιατί ένα μονόχρωμο μπορεί να βαρεθεί αρκετά γρήγορα: με λίγα λόγια, κάτι σαν νυχτερινό φως. Φυσικά, η μέθοδος φωτισμού που περιγράφεται σε αυτό το άρθρο είναι επίσης κατάλληλη εσωτερικό φωτισμόυπολογιστή, επομένως αυτό το άρθρο μπορεί να είναι ενδιαφέρον τόσο από την άποψη των ιδεών σχεδιασμού όσο και για τους λάτρεις του modding.

Κατά κάποιο τρόπο δεν ήθελα να φτιάξω μια κανονική λάμπα τριών χρωμάτων χρησιμοποιώντας διακόπτες εναλλαγής και τρία LED, γιατί είναι πολύ πιο ενδιαφέρον όταν ο αριθμός των χρωμάτων δεν περιορίζεται από τον αριθμό των LED.

Απαραίτητα υλικά:

  1. Τρίχρωμο σούπερ φωτεινό RGB LED με διάμετρο 8 mm με φωτεινότητα περίπου 4000 mCd (ή 3 υπερφωτεινά LED με διάμετρο 3 - 5 mm: μπλε, πράσινο, κόκκινο).
  2. Μεταβλητές αντιστάσεις 0 - 1,5 kOhm με απενεργοποίηση φορτίου - 3 τεμ.
  3. Τετράσυρμα σύρμα
  4. Κύβος πλεξιγκλάς 30x30x30 mm
  5. Περίβλημα ραδιοφώνου
  6. 3 πόμολα για ρύθμιση
  7. Εξώφυλλο από πλαστικό μπουκάλι(ή μαγνήτης από ηχείο υπολογιστή)
  8. Ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό (εάν τροφοδοτείτε αυτήν τη συσκευή από υπολογιστή, πάρτε είτε ένα καλώδιο USB είτε ένα διαχωριστή ρεύματος (molex))
  9. Θερμοσυστελλόμενα ή μονωτικά κάμπρια
  10. Μαύρη ηλεκτρική ταινία

Εργαλεία:

  1. Χαράκτης (γνωστός και ως Dremel) - κατ 'αρχήν, μπορείτε να το κάνετε χωρίς αυτό
  2. Πιστόλι κόλλας
  3. Σύνολο αρχείων
  4. Τρυπάνι
  5. Αρχεία
  6. Γυαλόχαρτο
  7. Πένσα
  8. Πλευρικοί κόφτες
  9. Πιστόλι μαχαίρι
  10. Αναπτήρας
  11. Λίγη φαντασία

Ας ξεκινήσουμε λοιπόν.

Αρχικά, ας δούμε ένα LED τριών χρωμάτων. Διαθέτει 4 καρφίτσες: κοινές (+) και 3 καρφίτσες υπεύθυνες για το χρώμα. Συνδέοντας το μείον σε ένα από τα πόδια, το LED θα ανάψει είτε μπλε, πράσινο ή κόκκινο. Μοιάζει με αυτό:

Αν κοιτάξετε προσεκτικά, μπορείτε να δείτε ότι ένα από τα πόδια μέσα στο περίβλημα LED έχει σχήμα Τ- αυτό είναι το γενικό (+). Στη φωτογραφία, τα πόδια είναι από αριστερά προς τα δεξιά: κόκκινο (-), γενικό (+), μπλε (-), πράσινο (-). Εάν δεν βρείτε ένα LED τριών χρωμάτων στην πώληση, μπορείτε να το αντικαταστήσετε με τρία μονόχρωμα LED συγκολλώντας τα θετικά τους πόδια μεταξύ τους.

Ουσιαστικά, το επιθυμητό χρώμα του λαμπτήρα μπορεί να επιτευχθεί αλλάζοντας τη φωτεινότητα καθενός από τα τρία χρώματα του LED, το οποίο θα λάμπει ταυτόχρονα από κάτω από ένα αμπαζούρ και, συγχωνεύοντας σε ένα χρώμα, θα δώσει αυτό που χρειαζόμαστε.

Η ρύθμιση της φωτεινότητας θα πραγματοποιηθεί από μεταβλητές αντιστάσεις, καθεμία από τις οποίες θα συνδεθεί σε σειρά με τα έγχρωμα πόδια του LED.

Η μεταβλητή αντίσταση έχει 3 ακροδέκτες:

Το κεντρικό σκέλος είναι το γενικό συμπέρασμα. Περιστρέφοντας το πόμολο δεξιόστροφα, η αντίσταση μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου σκέλους (κεντρικό πόδι) θα αυξηθεί και μεταξύ του δεύτερου και του τρίτου θα μειωθεί. Είναι πιο βολικό να χρησιμοποιείτε το δεύτερο και το τρίτο σκέλος - περιστρέφοντας το κουμπί δεξιόστροφα, η φωτεινότητα του χρώματος στο οποίο θα συνδεθεί η αντίσταση θα αυξηθεί.

Δεδομένου ότι αποφάσισα να κάνω τη μονάδα ελέγχου χρώματος απομακρυσμένη, έπρεπε να αγοράσω ένα περίβλημα για συσκευές ραδιοφώνου. Το μέγεθός του θα πρέπει να είναι τέτοιο ώστε να είναι αρκετό για να φιλοξενήσει 3 μεταβλητές αντιστάσεις. Για παράδειγμα, η διάμετρος του στρογγυλού τμήματος των αντιστάσεων μου ήταν 15 mm, οπότε επιλέχθηκε μια μικρή θήκη ανάλογα. Οι αντιστάσεις χαμηλής ισχύος έχουν μικρά μεγέθη, μόνο τέτοια θα είναι αρκετά. Το σώμα είναι πλαστικό κουτίμε κάλυμμα που είναι στερεωμένο σε βίδες με αυτοκόλλητη τομή:

Αρχικά, πρέπει να επιλέξετε τη θέση των λαβών και να αποφασίσετε από ποια πλευρά θα εισέλθει το καλώδιο στη μονάδα ελέγχου χρώματος και από ποια πλευρά θα εξέλθει. Στη συνέχεια σημειώνουμε τα κέντρα των οπών (είναι πολύ βολικό να το κάνετε αυτό με ένα σουβλί). Πριν από τη διάτρηση πρέπει να σημειώσετε τα σημάδια. Αυτό μπορεί να γίνει με ένα τρυπάνι διαμέτρου 3 mm, γυρίζοντάς το με το χέρι μερικές φορές. Τώρα ανοίγουμε τρύπες για το σύρμα με ένα τρυπάνι σε χαμηλές ταχύτητες. Αν τρυπήσετε σε μεγάλα, το πλαστικό θα λιώσει και θα πρέπει να το αφαιρέσετε. Το μέγεθος της οπής θα εξαρτηθεί φυσικά από τη διάμετρο των συρμάτων.

Πριν ανοίξουμε τρύπες για τα πόμολα ρύθμισης, αποφασίζουμε για τη μέθοδο εγκατάστασης μεταβλητών αντιστάσεων. Ένας τρόπος είναι να το εγκαταστήσετε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματοςκαι μετά στερεώστε το με συνδετήρες στα εσωτερικά τοιχώματα της θήκης. Σε αυτή την περίπτωση, οι λαβές βαθαίνουν στο σώμα και γίνονται τρύπες για αυτές. Οι λαβές που χρησιμοποίησα μοιάζουν με αυτό:

Εάν το κάνετε επιτοίχια εγκατάσταση, τότε μπορείτε απλά να ανοίξετε τρύπες στη θήκη για την τοποθέτηση μεταβλητών αντιστάσεων, κάτι που έκανα στην πραγματικότητα. Για παράδειγμα, είναι πιο βολικό για μένα εάν η λαβή είναι εντελώς ανοιχτή. Όταν τρυπηθούν όλες οι τρύπες, αφαιρούμε τα γρέζια με λίμες βελόνας.

Όσον αφορά την πηγή ρεύματος - εδώ μπορείτε να πάρετε, για παράδειγμα, μια ρυθμιζόμενη τροφοδοσία από 1,5 έως 12 V σε βήματα του 1,5 V.

Η τάση πρέπει να ρυθμιστεί ώστε να ταιριάζει με το LED. Συνήθως αυτά τα LED είναι 3V, επομένως δεν χρειάζεται να εγκαταστήσετε πρόσθετη αντίσταση. Προσωπικά, επέλεξα τη φόρτιση από ένα Motorola C350 ως πηγή ενέργειας και τοποθέτησα μια αντίσταση 150 Ohm σε κάθε αρνητικό σκέλος της διόδου.

Εάν συνδέσετε τη συσκευή μας σε υπολογιστή, τότε μπορεί να τροφοδοτηθεί είτε από splitter (molex) είτε από καλώδιο USB.

Για όσους δεν γνωρίζουν, το κόκκινο καλώδιο στο Molex είναι +5 V, το μαύρο καλώδιο είναι γείωση. Ή πάρτε το καλώδιο USB και κόψτε το περιττό βύσμα, αφήνοντας μόνο την έξοδο USB. Καθάρισέ το. Θα υπάρχουν 4 καλώδια: μαύρο (γείωση), κόκκινο (+5 V), πράσινο και λευκό (φροντίστε να τα μονώσετε: δεν θα τα χρειαστούμε). Δεδομένου ότι το τροφοδοτικό είναι 5 V και το LED είναι 3 V, βάζουμε μια αντίσταση σε κάθε έγχρωμο σκέλος του LED. Σε αυτή την περίπτωση, είναι 150 Ohms (καλύτερα να πάρετε λίγο με περιθώριο).

Κάθε LED έχει το δικό του χρώμα λάμψης. Εξαρτάται από το υλικό ημιαγωγών και δεν αλλάζει κατά τη λειτουργία της συσκευής. Για να φτιάξετε πολύχρωμα LED, πρέπει να συναρμολογήσετε πολλούς κρυστάλλους που εκπέμπουν διαφορετικά χρώματα.

Πώς λειτουργεί ένα δίχρωμο LED;

Το όνομα δίχρωμο LED δεν προέρχεται από το γεγονός ότι η συσκευή είναι χρωματισμένη με ιδιαίτερο τρόπο, αλλά επειδή μπορεί να λάμπει σε δύο χρώματα. Ενεργοποιούνται ξεχωριστά. Για παράδειγμα, αν μιλάμε για μια κόκκινη-πράσινη λάμπα, στην αρχή ανάβει μόνο κόκκινο, μετά σβήνει το κόκκινο και ανάβει το πράσινο. Αυτή η δυνατότητα σχετίζεται με τη σχεδίαση της συσκευής.

Όλα τα δίχρωμα LED είναι κατασκευασμένα με δύο καλώδια. Το χρώμα αλλάζει ανάλογα με την κατεύθυνση που ρέει το ρεύμα μέσα από τη λάμπα. Το διάγραμμα μιας τέτοιας συσκευής είναι αρκετά σαφές. Περιέχει μια αντίσταση και δύο διόδους συνδεδεμένες μεταξύ τους. Οι δίοδοι συνδέονται παράλληλα. Όταν το ρεύμα ρέει προς τα εμπρός, η μία δίοδος είναι κλειδωμένη και δεν ανάβει. Όταν το ρεύμα κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, όλα επαναλαμβάνονται ακριβώς το αντίθετο.

Τα LED έχουν περιορισμένη γκάμα καθαρών χρωμάτων. Με μεγάλη προσπάθεια, οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν κρυστάλλους που παράγουν χρώματα παρόμοια με αυτά του ουράνιου τόξου. Υπάρχει:

  • το κόκκινο;
  • πορτοκαλί (κεχριμπαρένιο)?
  • κίτρινος;
  • πράσινος;
  • μπλε

Και πόσες ακόμη αποχρώσεις. Το λευκό, όπως και εκατομμύρια άλλοι τόνοι, είναι το αποτέλεσμα του συνδυασμού τους.

Αρχή λειτουργίας ενός LED τριών χρωμάτων

Για τα LED τριών χρωμάτων παρέχεται ένα ελαφρώς διαφορετικό κύκλωμα. Διακρίνεται από μια κοινή κάθοδο και δύο ακροδέκτες ανόδου. Μπορεί να ανάψει δύο LED ταυτόχρονα. Σε αυτή την περίπτωση, το κόκκινο και το πράσινο φως θα ανάβουν ταυτόχρονα και θα δούμε το αποτέλεσμα τους συνεργασία- κίτρινο.

Χρησιμοποιώντας έναν διαμορφωτή παλμών ( ειδική συσκευή) αλλάζει την ένταση της λάμψης και αυτό αλλάζει τον χρωματικό τόνο του LED. Για την αποφυγή υπερφόρτωσης, κάθε δίοδος έχει τη δική της αντίσταση.

Ένα σχέδιο τριών χρωμάτων έχει μεγαλύτερη ζήτηση από ένα σχέδιο δύο χρωμάτων, και αυτό είναι κατανοητό. Με το ίδιο σύνολο πηγών, προκύπτουν σημαντικά περισσότερες ευκαιρίες. Αυτό το σχέδιο σας επιτρέπει να συλλέξετε φθηνοί λαμπτήρες, αλλάζοντας το φως σε ένα ευρύ φάσμα.

Ακόμη περισσότεροι τόνοι, συμπεριλαμβανομένου του λευκού φωτός, λαμβάνονται με τη συναρμολόγηση ενός κυκλώματος με τρία πολύχρωμα LED. Αυτό είναι ένα διάσημο RGB -κύκλωμα με κοινή άνοδο. Εξωτερικά, μια λυχνία τριών χρωμάτων είναι άμεσα αναγνωρίσιμη από την παρουσία τεσσάρων ακροδεκτών και πρέπει επίσης να επισημαίνεται ανάλογα.

Θεωρητικά, είναι δυνατός ο συνδυασμός πολλών κρυστάλλων σε μία συσκευασία ή σε μία πλακέτα και να αποκτηθούν πολύχρωμα φωτεινά LED. Αλλά στην πράξη, χρησιμοποιείται ένα από τα σχέδια τριών χρωμάτων που αναφέρονται παραπάνω.

Εφαρμογή

Παρά το όχι πολύ ευρύ φάσμα εκπομπών τους, τα δίχρωμα LED βρίσκουν τη δική τους θέση στην κατασκευή οργάνων. Χρησιμοποιούνται για φωτεινή σηματοδότηση, στη διακόσμηση δωματίου και στη διαφήμιση. Τα δίχρωμα LED είναι ενδείξεις περιστροφής του κινητήρα που τροφοδοτείται από συνεχές ρεύμα. Δείχνουν προς ποια κατεύθυνση συμβαίνει η περιστροφή.

Τα τρίχρωμα LED που λειτουργούν σε δύο κρυστάλλους βρίσκουν παρόμοιες εφαρμογές. Το πλεονέκτημά τους έναντι των λαμπτήρων τριών κρυστάλλων είναι το σχετικά χαμηλό κόστος τους. Ταυτόχρονα, οι δυνατότητες των συσκευών είναι αρκετά μεγάλες.

Η λειτουργία ενός τέτοιου LED φαίνεται καλά από μια ενδεικτική λυχνία. Φορτιστήςτις κάμερες, τα τηλέφωνα, τα tablet και πολλές άλλες συσκευές μας. Όταν η μπαταρία είναι χαμηλή, ανάβει κόκκινο και όταν φορτιστεί πλήρως ανάβει πράσινο.

Όλοι είναι πλέον εξοικειωμένοι με τα LED. Χωρίς αυτούς είναι απλά αδιανόητο μοντέρνα τεχνολογία. Αυτό φώτα ledκαι λαμπτήρες, ένδειξη τρόπων λειτουργίας διαφόρων οικιακές συσκευές, φωτισμός των οθονών των οθονών υπολογιστών, των τηλεοράσεων και πολλών άλλων πραγμάτων που δεν μπορείτε να θυμηθείτε αμέσως. Όλες οι συσκευές που αναφέρονται περιέχουν ορατές δίοδοι εκπομπής φωτός διαφόρων χρωμάτων: κόκκινο, πράσινο, μπλε (RGB), κίτρινο, λευκό. Σύγχρονες τεχνολογίεςσας επιτρέπουν να πάρετε σχεδόν οποιοδήποτε χρώμα.

Εκτός από τα ορατά LED, υπάρχουν υπέρυθρες και υπεριώδεις λυχνίες LED. Ο κύριος τομέας εφαρμογής τέτοιων LED είναι οι συσκευές αυτοματισμού και ελέγχου. Αρκετά για να θυμάστε. Αν τα πρώτα μοντέλα τηλεχειριστηρίου χρησιμοποιούνταν αποκλειστικά για τον έλεγχο τηλεοράσεων, τώρα χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των θερμοσίφωνων τοίχου, των κλιματιστικών, των ανεμιστήρων και ακόμη συσκευές κουζίνας, για παράδειγμα, πολυκουζίνες και αρτοπαρασκευαστές.

Τι είναι λοιπόν ένα LED;

Στην πραγματικότητα, δεν διαφέρει πολύ από το συνηθισμένο - εξακολουθεί να είναι το ίδιο διασταύρωση p-n, και εξακολουθεί να είναι η ίδια βασική ιδιότητα - αγωγιμότητα μονής κατεύθυνσης. Οπως και μελετώντας π-νμετάβαση, αποδείχθηκε ότι εκτός από τη μονόδρομη αγωγιμότητα, αυτή η ίδια η μετάβαση έχει αρκετές πρόσθετες ιδιότητες. Κατά την εξέλιξη της τεχνολογίας των ημιαγωγών, αυτές οι ιδιότητες μελετήθηκαν, αναπτύχθηκαν και βελτιώθηκαν.

Ο Σοβιετικός ραδιοφυσικός (1903 - 1942) συνέβαλε πολύ στην ανάπτυξη των ημιαγωγών. Το 1919 μπήκε στο διάσημο και γνωστό μέχρι σήμερα Ραδιοεργαστήριο του Νίζνι Νόβγκοροντ και από το 1929 εργάστηκε στο Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας του Λένινγκραντ. Ένας από τους τομείς δραστηριότητας του επιστήμονα ήταν η μελέτη της αδύναμης, ελάχιστα αισθητής λάμψης των κρυστάλλων ημιαγωγών. Σε αυτό το εφέ λειτουργούν όλα τα σύγχρονα LED.

Αυτή η αμυδρή λάμψη εμφανίζεται όταν το ρεύμα διέρχεται από τη διασταύρωση pn προς την εμπρός κατεύθυνση. Τώρα όμως αυτό το φαινόμενο έχει μελετηθεί και βελτιωθεί τόσο πολύ που η φωτεινότητα ορισμένων LED είναι τέτοια που μπορείς απλά να τυφλωθείς.

Η χρωματική γκάμα των LED είναι πολύ μεγάλη, σχεδόν όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου. Αλλά το χρώμα δεν λαμβάνεται αλλάζοντας το χρώμα του περιβλήματος LED. Αυτό επιτυγχάνεται με την προσθήκη προσμίξεων στη διασταύρωση pn. Για παράδειγμα, η εισαγωγή μικρής ποσότητας φωσφόρου ή αλουμινίου παράγει χρώματα κόκκινων και κίτρινων αποχρώσεων, ενώ το γάλλιο και το ίνδιο εκπέμπουν φως από πράσινο σε πράσινο. μπλε χρώμα. Το περίβλημα LED μπορεί να είναι διαφανές ή ματ· εάν το περίβλημα είναι έγχρωμο, τότε είναι απλώς ένα φίλτρο φωτός που ταιριάζει με το χρώμα λάμψη p-nμετάβαση.

Ένας άλλος τρόπος για να αποκτήσετε το επιθυμητό χρώμα είναι η εισαγωγή ενός φωσφόρου. Ο φώσφορος είναι μια ουσία που παράγει ορατό φως όταν εκτίθεται σε άλλη ακτινοβολία, ακόμα και στο υπέρυθρο. Ένα κλασικό παράδειγμα αυτού είναι οι λαμπτήρες. φως ημέρας. Στην περίπτωση των LED - άσπρο χρώμαΑποδεικνύεται εάν προσθέσετε έναν φώσφορο σε έναν κρύσταλλο με μπλε λάμψη.

Για να αυξήσετε την ένταση εκπομπής, σχεδόν όλα τα LED διαθέτουν φακό εστίασης. Συχνά το άκρο ενός διαφανούς σώματος, το οποίο έχει σφαιρικό σχήμα, χρησιμοποιείται ως φακός. Σε υπέρυθρες λυχνίες LED, μερικές φορές ο φακός εμφανίζεται αδιαφανής, καπνιστό γκρι χρώμα. Αν και σε ΠρόσφαταΟι υπέρυθρες λυχνίες LED παράγονται απλώς σε ένα διαφανές περίβλημα· αυτές είναι αυτές που χρησιμοποιούνται σε διάφορα τηλεχειριστήρια.


Δίχρωμα LED

Επίσης γνωστό σχεδόν σε όλους. Για παράδειγμα, ένας φορτιστής για κινητό τηλέφωνο: Ενώ η φόρτιση είναι σε εξέλιξη, η ένδειξη ανάβει με κόκκινο χρώμα και όταν ολοκληρωθεί η φόρτιση, ανάβει με πράσινο χρώμα. Αυτή η ένδειξη είναι δυνατή χάρη στην ύπαρξη δίχρωμων LED, τα οποία μπορούν να είναι ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ. Ο πρώτος τύπος είναι LED τριών ακροδεκτών. Μια συσκευασία περιέχει δύο LED, για παράδειγμα, πράσινο και κόκκινο, όπως φαίνεται στην Εικόνα 1.

Εικόνα 1. Δίχρωμο διάγραμμα σύνδεσης LED

Το σχήμα δείχνει ένα θραύσμα ενός κυκλώματος με δίχρωμο LED. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται ένα LED τριών ακροδεκτών με κοινή κάθοδο (μερικές φορές με κοινή άνοδο) και η σύνδεσή του με. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να ενεργοποιήσετε είτε το ένα είτε το άλλο LED ή και τα δύο ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, θα είναι κόκκινο ή πράσινο χρώμα, και όταν ανάψουν δύο LED ταυτόχρονα, θα γίνει κίτρινο. Εάν χρησιμοποιείτε διαμόρφωση PWM για να ρυθμίσετε τη φωτεινότητα κάθε LED, μπορείτε να λάβετε πολλές ενδιάμεσες αποχρώσεις.

Σε αυτό το κύκλωμα, θα πρέπει να δώσετε προσοχή στο γεγονός ότι οι περιοριστικές αντιστάσεις περιλαμβάνονται ξεχωριστά για κάθε LED, αν και φαίνεται ότι μπορείτε να τα βγάλετε πέρα ​​με μόνο μία, συμπεριλαμβάνοντάς την στην κοινή έξοδο. Αλλά με αυτήν την ενεργοποίηση, η φωτεινότητα των LED θα αλλάξει όταν ένα ή δύο LED είναι ενεργοποιημένα.

Τι τάση χρειάζεται για ένα LED Αυτή η ερώτηση μπορεί να ακούγεται αρκετά συχνά, από όσους δεν είναι εξοικειωμένοι με τις ιδιαιτερότητες της λειτουργίας LED ή απλά από άτομα που είναι πολύ μακριά από την ηλεκτρική ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να εξηγήσουμε ότι το LED είναι μια συσκευή που ελέγχεται από το ρεύμα και όχι από την τάση. Μπορείτε να ανάψετε τη λυχνία LED τουλάχιστον στα 220 V, αλλά το ρεύμα που τη διέρχεται δεν πρέπει να υπερβαίνει το μέγιστο επιτρεπόμενο. Αυτό επιτυγχάνεται με τη σύνδεση μιας αντίστασης έρματος σε σειρά με το LED.

Ωστόσο, θυμόμαστε την τάση, πρέπει να σημειωθεί ότι παίζει επίσης μεγάλο ρόλο, επειδή τα LED έχουν υψηλή τάση προς τα εμπρός. Εάν για μια συμβατική δίοδο πυριτίου αυτή η τάση είναι περίπου 0,6...0,7V, τότε για ένα LED αυτό το όριο ξεκινά από δύο βολτ και πάνω. Επομένως, το LED δεν μπορεί να ανάψει με τάση 1,5 V.

Αλλά με αυτή τη σύνδεση, δηλαδή 220 V, δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι η αντίστροφη τάση του LED είναι αρκετά μικρή, όχι περισσότερο από μερικές δεκάδες βολτ. Επομένως, λαμβάνονται ειδικά μέτρα για την προστασία του LED από υψηλή αντίστροφη τάση. Ο ευκολότερος τρόπος είναι το αντίθετο - παράλληλη σύνδεσημια προστατευτική δίοδος, η οποία μπορεί επίσης να μην είναι ιδιαίτερα υψηλής τάσης, για παράδειγμα KD521. Υπό επιρροή AC τάσηΟι δίοδοι ανοίγουν εναλλάξ, προστατεύοντας έτσι η μία την άλλη από την υψηλή αντίστροφη τάση. Το διάγραμμα κυκλώματος για τη σύνδεση της προστατευτικής διόδου φαίνεται στο σχήμα 2.

Σχήμα 2. Διάγραμμα σύνδεσης παράλληλα με το LEDπροστατευτική δίοδος

Τα δίχρωμα LED διατίθενται και σε συσκευασία με δύο ακροδέκτες. Σε αυτή την περίπτωση, το χρώμα της λάμψης αλλάζει όταν αλλάζει η κατεύθυνση του ρεύματος. Κλασικό παράδειγμα- ένδειξη της φοράς περιστροφής του κινητήρα συνεχούς ρεύματος. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι μια περιοριστική αντίσταση πρέπει να συνδεθεί σε σειρά με το LED.

Πρόσφατα, μια περιοριστική αντίσταση είναι απλώς ενσωματωμένη στο LED και στη συνέχεια, για παράδειγμα, στις ετικέτες τιμών στο κατάστημα γράφουν απλώς ότι αυτό το LED έχει ονομαστική τάση 12V. Τα LED που αναβοσβήνουν επισημαίνονται επίσης με τάση: 3V, 6V, 12V. Υπάρχει ένας μικροελεγκτής μέσα σε αυτές τις λυχνίες LED (μπορείτε να το δείτε ακόμη και μέσα από τη διαφανή θήκη), οπότε οποιεσδήποτε προσπάθειες αλλαγής της συχνότητας αναβοσβήνει δεν παράγουν αποτελέσματα. Με αυτή τη σήμανση, μπορείτε να ενεργοποιήσετε το LED απευθείας στην παροχή ρεύματος στην καθορισμένη τάση.

Εξελίξεις Ιαπωνικών ραδιοερασιτεχνών

Αποδεικνύεται ότι το ερασιτεχνικό ραδιόφωνο δεν ασκείται μόνο σε χώρες πρώην ΕΣΣΔ, αλλά και σε μια τέτοια «ηλεκτρονική χώρα» όπως η Ιαπωνία. Φυσικά, ακόμη και ένας συνηθισμένος Ιάπωνας ραδιοερασιτέχνης δεν είναι σε θέση να δημιουργήσει πολύ περίπλοκες συσκευές, αλλά οι μεμονωμένες λύσεις κυκλωμάτων αξίζουν προσοχή. Ποτέ δεν ξέρεις σε ποιο σχήμα μπορεί να είναι χρήσιμες αυτές οι λύσεις.

Ακολουθεί μια επισκόπηση σχετικά απλών συσκευών που χρησιμοποιούν LED. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο έλεγχος πραγματοποιείται από μικροελεγκτές και δεν υπάρχει διαφυγή από αυτό. Ακόμη και για ένα απλό κύκλωμα, είναι ευκολότερο να γράψετε ένα σύντομο πρόγραμμα και να κολλήσετε τον ελεγκτή σε πακέτο DIP-8 παρά να συγκολλήσετε πολλά μικροκυκλώματα, πυκνωτές και τρανζίστορ. Ένα άλλο ελκυστικό στοιχείο σχετικά με αυτό είναι ότι ορισμένοι μικροελεγκτές μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς καθόλου συνδεδεμένα μέρη.

Δίχρωμο κύκλωμα ελέγχου LED

Ένα ενδιαφέρον σχέδιο για τον έλεγχο ενός ισχυρού δίχρωμου LED προσφέρεται από Ιάπωνες ραδιοερασιτέχνες. Πιο συγκεκριμένα, εδώ χρησιμοποιούνται δύο ισχυρά LEDμε ρεύμα έως 1Α. Όμως, πρέπει να υποθέσουμε ότι υπάρχουν και ισχυρά δίχρωμα LED. Το διάγραμμα φαίνεται στο σχήμα 3.

Εικόνα 3. Κύκλωμα ελέγχου για ένα ισχυρό δίχρωμο LED

Το τσιπ TA7291P έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει κινητήρες DC χαμηλής ισχύος. Παρέχει πολλούς τρόπους λειτουργίας, και συγκεκριμένα: περιστροφή προς τα εμπρός, αντίστροφη περιστροφή, στάση και πέδηση. Το στάδιο εξόδου του μικροκυκλώματος συναρμολογείται χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα γέφυρας, το οποίο σας επιτρέπει να εκτελέσετε όλες τις παραπάνω λειτουργίες. Αλλά άξιζε να εφαρμόσετε λίγη φαντασία και, ιδού, το μικροκύκλωμα έχει ένα νέο επάγγελμα.

Η λογική του μικροκυκλώματος είναι αρκετά απλή. Όπως φαίνεται στο σχήμα 3, το μικροκύκλωμα έχει 2 εισόδους (IN1, IN2) και δύο εξόδους (OUT1, OUT2), στις οποίες συνδέονται δύο ισχυρά LED. Όταν τα λογικά επίπεδα στις εισόδους 1 και 2 είναι τα ίδια (το 00 ή το 11 δεν κάνει διαφορά), τότε τα δυναμικά εξόδου είναι ίσα, και τα δύο LED είναι σβηστά.

Σε διαφορετικά λογικά επίπεδα στις εισόδους, το μικροκύκλωμα λειτουργεί ως εξής. Εάν μία από τις εισόδους, για παράδειγμα, IN1, έχει χαμηλό λογικό επίπεδο, τότε η έξοδος OUT1 συνδέεται με κοινό σύρμα. Η κάθοδος του LED HL2 συνδέεται επίσης με το κοινό καλώδιο μέσω της αντίστασης R2. Η τάση στην έξοδο OUT2 (εάν υπάρχει λογική στην είσοδο IN2) σε αυτήν την περίπτωση εξαρτάται από την τάση στην είσοδο V_ref, η οποία σας επιτρέπει να ρυθμίσετε τη φωτεινότητα του LED HL2.

Σε αυτήν την περίπτωση, η τάση V_ref λαμβάνεται από παλμούς PWM από τον μικροελεγκτή χρησιμοποιώντας την αλυσίδα ενσωμάτωσης R1C1, η οποία ρυθμίζει τη φωτεινότητα του LED που είναι συνδεδεμένο στην έξοδο. Ο μικροελεγκτής ελέγχει επίσης τις εισόδους IN1 και IN2, γεγονός που σας επιτρέπει να αποκτήσετε μια μεγάλη ποικιλία αποχρώσεων φωτός και αλγορίθμων ελέγχου LED. Η αντίσταση της αντίστασης R2 υπολογίζεται με βάση τη μέγιστη επιτρεπόμενο ρεύμα LED. Πώς να το κάνετε αυτό θα περιγραφεί παρακάτω.

Το σχήμα 4 δείχνει εσωτερική οργάνωσηΜικροκύκλωμα TA7291P, το μπλοκ διάγραμμα του. Το διάγραμμα λαμβάνεται απευθείας από το φύλλο δεδομένων, επομένως δείχνει έναν ηλεκτροκινητήρα ως φορτίο.


Εικόνα 4.

Χρησιμοποιώντας το μπλοκ διάγραμμα, είναι εύκολο να εντοπιστούν οι διαδρομές ρεύματος μέσω του φορτίου και οι μέθοδοι ελέγχου των τρανζίστορ εξόδου. Τα τρανζίστορ ενεργοποιούνται σε ζεύγη, διαγώνια: (πάνω αριστερά + κάτω δεξιά) ή (πάνω δεξιά + κάτω αριστερά), γεγονός που σας επιτρέπει να αλλάξετε την κατεύθυνση και την ταχύτητα του κινητήρα. Στην περίπτωσή μας, ανάψτε ένα από τα LED και ελέγξτε τη φωτεινότητά του.

Τα κάτω τρανζίστορ ελέγχονται από τα σήματα IN1, IN2 και έχουν σχεδιαστεί απλά για να ενεργοποιούν και να απενεργοποιούν τις διαγώνιες της γέφυρας. Τα άνω τρανζίστορ ελέγχονται από το σήμα Vref, ρυθμίζουν το ρεύμα εξόδου. Το κύκλωμα ελέγχου, που εμφανίζεται απλώς ως τετράγωνο, περιέχει επίσης ένα κύκλωμα προστασίας έναντι βραχυκύκλωμακαι άλλες απρόβλεπτες περιστάσεις.

Ο νόμος του Ohm, όπως πάντα, θα βοηθήσει σε αυτούς τους υπολογισμούς. Έστω ότι τα αρχικά δεδομένα για τον υπολογισμό είναι τα εξής: τάση τροφοδοσίας (U) 12V, ρεύμα μέσω του LED (I_HL) 10mA, το LED είναι συνδεδεμένο σε μια πηγή τάσης χωρίς τρανζίστορ ή μικροκυκλώματα ως ένδειξη ενεργοποίησης. Η πτώση τάσης στο LED (U_HL) είναι 2V.

Τότε είναι προφανές ότι η αντίσταση περιορισμού θα λάβει τάση (U-U_HL), - δύο βολτ «έφαγαν» από το ίδιο το LED. Τότε η αντίσταση της περιοριστικής αντίστασης θα είναι

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

Μην ξεχνάτε το σύστημα SI: τάση σε βολτ, ρεύμα σε αμπέρ, αποτέλεσμα σε Ohms. Εάν το LED ανάβει από ένα τρανζίστορ, τότε στο πρώτο στήριγμα η τάση του τμήματος συλλέκτη-εκπομπού του ανοιχτού τρανζίστορ πρέπει να αφαιρεθεί από την τάση τροφοδοσίας. Αλλά, κατά κανόνα, κανείς δεν το κάνει ποτέ αυτό· ακρίβεια μέχρι τα εκατοστά του τοις εκατό δεν χρειάζεται εδώ και δεν θα λειτουργήσει λόγω της διασποράς των παραμέτρων των εξαρτημάτων. Όλοι οι υπολογισμοί σε ηλεκτρονικά κυκλώματαδίνουν κατά προσέγγιση αποτελέσματα, τα υπόλοιπα πρέπει να επιτευχθούν μέσω εντοπισμού σφαλμάτων και διαμόρφωσης.

Τρίχρωμα LED

Εκτός από τα δίχρωμα LED, τα LED τριών χρωμάτων (RGB) έχουν γίνει πρόσφατα ευρέως διαδεδομένα. Ο κύριος σκοπός τους είναι ο διακοσμητικός φωτισμός σε σκηνές, σε πάρτι, σε πρωτοχρονιάτικους εορτασμούς ή σε ντίσκο. Τέτοια LED έχουν σώμα με τέσσερις ακροδέκτες, ο ένας από τους οποίους είναι κοινή άνοδος ή κάθοδος, ανάλογα με το συγκεκριμένο μοντέλο.

Αλλά ένα ή δύο LED, ακόμη και τρίχρωμα, είναι ελάχιστα χρήσιμα, επομένως πρέπει να τα συνδυάσετε σε γιρλάντες και για να ελέγξετε τις γιρλάντες χρησιμοποιήστε όλα τα είδη συσκευών ελέγχου, που συνήθως ονομάζονται ελεγκτές.

Η συναρμολόγηση γιρλάντες μεμονωμένων LED είναι βαρετή και χωρίς ενδιαφέρον. Επομένως σε τα τελευταία χρόνιαη βιομηχανία άρχισε να παράγει λωρίδες βασισμένες σε LED τριών χρωμάτων (RGB). Εάν παράγονται μονοχρωματικές ταινίες για τάση 12 V, τότε η τάση λειτουργίας των τρίχρωμων ταινιών είναι συχνά 24 V.

Οι λωρίδες LED επισημαίνονται με τάση επειδή περιέχουν ήδη περιοριστικές αντιστάσεις, επομένως μπορούν να συνδεθούν απευθείας σε μια πηγή τάσης. Οι πηγές για πωλούνται στο ίδιο μέρος με τις κασέτες.

Ειδικοί ελεγκτές χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο τρίχρωμων LED και λωρίδων για τη δημιουργία διαφόρων εφέ φωτισμού. Με τη βοήθειά τους, είναι δυνατή η απλή εναλλαγή LED, η προσαρμογή της φωτεινότητας, η δημιουργία διαφόρων δυναμικών εφέ, καθώς και η σχεδίαση μοτίβων και ακόμη και ζωγραφικής. Η δημιουργία τέτοιων ελεγκτών προσελκύει πολλούς ραδιοερασιτέχνες, φυσικά αυτούς που ξέρουν να γράφουν προγράμματα για μικροελεγκτές.

Χρησιμοποιώντας ένα LED τριών χρωμάτων, μπορείτε να πάρετε σχεδόν οποιοδήποτε χρώμα, επειδή το χρώμα στην οθόνη της τηλεόρασης λαμβάνεται επίσης με την ανάμειξη μόνο τριών χρωμάτων. Εδώ είναι σκόπιμο να θυμηθούμε μια άλλη εξέλιξη των Ιάπωνων ραδιοερασιτεχνών. Αυτήν διάγραμμα κυκλώματοςφαίνεται στο σχήμα 5.

Εικόνα 5. Τρίχρωμο διάγραμμα σύνδεσης LED

Ένα ισχυρό τρίχρωμο LED 1W περιέχει τρεις πομπούς. Με τις τιμές της αντίστασης που υποδεικνύονται στο διάγραμμα, το χρώμα λάμψης είναι λευκό. Επιλέγοντας τιμές αντίστασης, είναι δυνατή μια μικρή αλλαγή στη σκιά: από ψυχρό λευκό σε θερμό λευκό. Στο σχέδιο του συγγραφέα, η λάμπα έχει σχεδιαστεί για να φωτίζει το εσωτερικό ενός αυτοκινήτου. Σίγουρα αυτοί (οι Ιάπωνες) θα έπρεπε να είναι στεναχωρημένοι! Για να μην ανησυχείτε για τη διατήρηση της πολικότητας, παρέχεται μια γέφυρα διόδου στην είσοδο της συσκευής. Η συσκευή είναι τοποθετημένη σε ένα breadboard και φαίνεται στο σχήμα 6.

Εικόνα 6. Πίνακας ανάπτυξης

Η επόμενη εξέλιξη των Ιάπωνων ραδιοερασιτεχνών είναι επίσης αυτοκινητοβιομηχανίας. Αυτή η συσκευή για το φωτισμό της πινακίδας κυκλοφορίας, φυσικά, με λευκές λυχνίες LED φαίνεται στο σχήμα 7.

Εικόνα 7. Διάγραμμα συσκευής φωτισμού πινακίδας κυκλοφορίας σε λευκά LED

Ο σχεδιασμός χρησιμοποιεί 6 ισχυρά, εξαιρετικά φωτεινά LED με μέγιστο ρεύμα 35mA και φωτεινή ροή 4lm. Για να αυξηθεί η αξιοπιστία των LED, το ρεύμα μέσω αυτών περιορίζεται στα 27 mA χρησιμοποιώντας ένα τσιπ σταθεροποιητή τάσης συνδεδεμένο ως κύκλωμα σταθεροποιητή ρεύματος.

Οι λυχνίες LED EL1...EL3, η αντίσταση R1, μαζί με το μικροκύκλωμα DA1 σχηματίζουν σταθεροποιητή ρεύματος. Ένα σταθερό ρεύμα μέσω της αντίστασης R1 διατηρεί μια πτώση τάσης κατά 1,25V. Η δεύτερη ομάδα LED συνδέεται με τον σταθεροποιητή μέσω ακριβώς της ίδιας αντίστασης R2, οπότε το ρεύμα μέσω της ομάδας LED EL4...EL6 θα σταθεροποιηθεί επίσης στο ίδιο επίπεδο.

Το σχήμα 8 δείχνει ένα κύκλωμα μετατροπέα για την τροφοδοσία ενός λευκού LED από ένα γαλβανικό στοιχείομε τάση 1,5V, που σαφώς δεν αρκεί για να ανάψει το LED. Το κύκλωμα του μετατροπέα είναι πολύ απλό και ελέγχεται από μικροελεγκτή. Στην πραγματικότητα, ο μικροελεγκτής είναι μια συχνότητα παλμού περίπου 40KHz. Για να αυξηθεί η χωρητικότητα φορτίου, οι ακίδες του μικροελεγκτή συνδέονται σε ζεύγη παράλληλα.

Εικόνα 8.

Το σχήμα λειτουργεί ως εξής. Όταν οι ακίδες PB1, PB2 είναι χαμηλές, οι έξοδοι PB0, PB4 είναι υψηλές. Αυτή τη στιγμή, οι πυκνωτές C1, C2 φορτίζονται σε περίπου 1,4 V μέσω των διόδων VD1, VD2. Όταν η κατάσταση των εξόδων του ελεγκτή αλλάξει προς το αντίθετο, το άθροισμα των τάσεων δύο φορτισμένων πυκνωτών συν την τάση της μπαταρίας θα εφαρμοστεί στο LED. Έτσι, σχεδόν 4,5 V θα εφαρμοστούν στο LED προς τα εμπρός, που είναι αρκετά για να ανάψει το LED.

Ένας τέτοιος μετατροπέας μπορεί να συναρμολογηθεί χωρίς μικροελεγκτή, απλά σε ένα λογικό τσιπ. Ένα τέτοιο διάγραμμα φαίνεται στο σχήμα 9.

Εικόνα 9.

Μια γεννήτρια τετραγωνικών κυμάτων συναρμολογείται στο στοιχείο DD1.1, η συχνότητα της οποίας καθορίζεται από τις ονομασίες R1, C1. Σε αυτή τη συχνότητα το LED θα αναβοσβήνει.

Όταν η έξοδος του στοιχείου είναι DD1.1 υψηλό επίπεδοη έξοδος του DD1.2 είναι φυσικά υψηλή. Αυτή τη στιγμή, ο πυκνωτής C2 φορτίζεται μέσω της διόδου VD1 από την πηγή ισχύος. Η διαδρομή φόρτισης είναι η εξής: συν το τροφοδοτικό - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - μείον το τροφοδοτικό. Αυτή τη στιγμή, μόνο τάση μπαταρίας εφαρμόζεται στο λευκό LED, το οποίο δεν αρκεί για να ανάψει το LED.

Όταν η στάθμη στην έξοδο του στοιχείου DD1.1 γίνει χαμηλή, εμφανίζεται ένα υψηλό επίπεδο στην έξοδο του DD1.2, το οποίο οδηγεί στο μπλοκάρισμα της διόδου VD1. Επομένως, η τάση στον πυκνωτή C2 αθροίζεται με την τάση της μπαταρίας και αυτό το άθροισμα εφαρμόζεται στην αντίσταση R1 και το LED HL1. Αυτή η ποσότητα τάσης είναι αρκετή για να ανάψει το LED HL1. Στη συνέχεια ο κύκλος επαναλαμβάνεται.

Πώς να δοκιμάσετε ένα LED

Εάν το LED είναι καινούργιο, τότε όλα είναι απλά: ο ακροδέκτης που είναι ελαφρώς μεγαλύτερος είναι ο θετικός ή η άνοδος. Είναι αυτό που πρέπει να συνδεθεί με το θετικό της πηγής ισχύος, χωρίς φυσικά να ξεχνάμε την περιοριστική αντίσταση. Αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, για παράδειγμα, το LED συγκολλήθηκε από μια παλιά πλακέτα και οι αγωγοί του έχουν το ίδιο μήκος, απαιτείται δοκιμή συνέχειας.

Τα πολύμετρα συμπεριφέρονται κάπως ακατανόητα σε μια τέτοια κατάσταση. Για παράδειγμα, ένα πολύμετρο DT838 σε λειτουργία δοκιμής ημιαγωγών μπορεί απλώς να ανάψει ελαφρώς το υπό δοκιμή LED, αλλά η ένδειξη δείχνει ένα σπάσιμο.

Επομένως, σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι καλύτερο να ελέγξετε τα LED συνδέοντάς τα μέσω μιας περιοριστικής αντίστασης σε μια πηγή ισχύος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 10. Η τιμή της αντίστασης είναι 200...500 Ohm.

Εικόνα 10. Δοκιμαστικό κύκλωμα LED

Εικόνα 11. Ακολουθία LED

Ο υπολογισμός της αντίστασης της περιοριστικής αντίστασης είναι εύκολος. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να προσθέσετε την μπροστινή τάση σε όλα τα LED, να την αφαιρέσετε από την τάση της πηγής ισχύος και να διαιρέσετε το υπόλοιπο που προκύπτει με το δεδομένο ρεύμα.

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

Ας υποθέσουμε ότι η τάση τροφοδοσίας είναι 12V και η πτώση τάσης στα LED είναι 2V, 2,5V και 1,8V. Ακόμα κι αν τα LED είναι παρμένα από το ίδιο κουτί, μπορεί να υπάρχει τέτοια διασπορά!

Σύμφωνα με τις συνθήκες του προβλήματος, το ρεύμα ρυθμίζεται στα 20 mA. Το μόνο που μένει είναι να αντικαταστήσετε όλες τις τιμές στον τύπο και να μάθετε την απάντηση.

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



Εικόνα 12. Παράλληλη σύνδεση LED

Στο αριστερό τμήμα, και τα τρία LED συνδέονται μέσω μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος. Γιατί όμως διαγράφεται αυτό το σχήμα, ποιες είναι οι ελλείψεις του;

Εδώ παίζει ρόλο η διακύμανση των παραμέτρων LED. Το μεγαλύτερο ρεύμα θα διαρρέει το LED του οποίου η πτώση τάσης είναι μικρότερη, δηλαδή μικρότερη και εσωτερική αντίσταση. Επομένως, με αυτήν την ενεργοποίηση, δεν θα είναι δυνατό να επιτευχθεί ομοιόμορφη λάμψη των LED. Να γιατί το σωστό σχήμαθα πρέπει να αναγνωριστεί το διάγραμμα που φαίνεται στο Σχήμα 12 στα δεξιά.