Categories: Electrònica pràctica, Tot sobre els LED
Nombre de visualitzacions: 72770
Comentaris sobre l'article: 2
L’ús de LEDs en circuits electrònics
Tothom està familiaritzat amb els LED ara. Sense ells, la tecnologia moderna és senzillament impensable. Es tracta de llums i llums LED, una indicació dels modes de funcionament de diversos electrodomèstics, la il·luminació de pantalles de monitors d’ordinadors, televisors i moltes altres coses que fins i tot no podreu recordar de seguida. Tots aquests dispositius contenen leds de la gamma de radiació visible de diversos colors: vermell, verd, blau (RGB), groc, blanc. La tecnologia moderna permet obtenir gairebé qualsevol color.
A més dels LED de la gamma visible, hi ha leds infraroigs i ultraviolats. El principal camp d'aplicació d'aquests leds són els dispositius d'automatització i control. Només recorda Control remot de diversos electrodomèstics. Si els primers models de control remot s’utilitzaven exclusivament per controlar televisors, ara es poden utilitzar per controlar calefactors de paret, climatitzadors, ventiladors i, fins i tot, electrodomèstics de cuina, com ara vasos i màquines de pa.
Aleshores, què és un LED?
Essencialment LED no molt diferent de l’habitual díode rectificador, - tota la mateixa unió p-n, i tota la mateixa propietat bàsica, conductivitat unilateral. Quan estudiem la unió pn, va resultar que, a més de la conductivitat unilateral, aquesta mateixa unió també té diverses propietats addicionals. En el procés d'evolució de la tecnologia de semiconductors, aquestes propietats han estat estudiades, desenvolupades i millorades.
El radiofísic soviètic va fer una gran contribució al desenvolupament de semiconductors Oleg Vladimirovich Losev (1903 - 1942). El 1919 va ingressar al famós i encara conegut laboratori de ràdio Nizhny Novgorod, i des del 1929 va treballar a l'Institut de Física i Tecnologia de Leningrad. Una de les activitats del científic va ser l'estudi d'un brillo feble i lleugerament perceptible de cristalls semiconductors. És per això que funcionen tots els LEDs moderns.
Aquesta dèbil luminescència es produeix quan es passa el corrent a través de la unió pn en direcció endavant. Actualment, aquest fenomen ha estat estudiat i millorat tant que la brillantor d'alguns LED és tal que es pot cegar simplement.
L’esquema de colors dels LED és molt ampli, gairebé tots els colors de l’arc de Sant Martí. Però el color no s’obté en absolut canviant el color de la carcassa del LED. Això s’aconsegueix amb el fet que s’afegeixen dopants a la unió pn. Per exemple, la introducció d’una petita quantitat de fòsfor o alumini permet obtenir els colors del vermell i el groc, i el gali i l’indi emeten llum del verd al blau. La carcassa del LED pot ser transparent o mat, si la carcassa és acolorida, només és un filtre de llum corresponent al color brillant de la unió p-n.
Una altra forma d’obtenir el color desitjat és la introducció d’un fòsfor. El fòsfor és una substància que dóna llum visible quan s’exposa a ell per altres radiacions, fins i tot per infrarojos. Un exemple clàssic són les làmpades fluorescents. En el cas dels LED, el blanc s’obté afegint un fòsfor al cristall blau.
Per augmentar la intensitat de radiació, gairebé tots els LED tenen un focus de focus. Sovint s’utilitza com a lent la cara final d’un cos transparent que té una forma esfèrica. En els díodes emissors de llum infraroja, de vegades la lent sembla ser opaca i gris fumada. Tot i que en els últims anys, els leds infraroigs estan disponibles simplement en un cas transparent, aquests són els que s’utilitzen en diversos comandaments a distància.
LED bidireccional
També és conegut per gairebé tothom. Per exemple, un carregador per a un telèfon mòbil: mentre carregueu, l’indicador s’il·lumina en vermell i al final de la càrrega es torna verd.Aquesta indicació és possible a causa de l'existència de LED de dos colors, que poden ser de diferents tipus. El primer tipus és LED de tres sortides. Una carcassa conté dos LED, per exemple, verd i vermell, tal com es mostra a la figura 1.
Figura 1. Esquema de connexió d’un LED de dos colors
La figura mostra un fragment d’un circuit amb un LED de dos colors. En aquest cas, es mostra un LED de tres sortides amb un càtode comú (també n'hi ha amb un ànode comú) i la seva connexió a microcontrolador. En aquest cas, podeu encendre un o un altre LED o tots dos alhora. Per exemple, serà vermell o verd i, quan activeu dos LED alhora, es torna de color groc. Si al mateix temps utilitzeu la modulació PWM per ajustar la brillantor de cada LED, podeu obtenir diverses tonalitats intermèdies.
En aquest circuit, heu de parar atenció al fet que les resistències limitants s’inclouen per separat per a cada LED, tot i que sembla que podeu fer-ne una inclosa a la sortida general. Però amb aquesta inclusió, la brillantor dels LED canviarà quan un o dos LED s’encenguin.
Quin voltatge es necessita per al LED? Aquesta pregunta es pot escoltar amb molta freqüència, qui la fa qui no està familiaritzat amb les particularitats del LED o simplement persones molt allunyades de l'electricitat. Al mateix temps, he d’explicar que el LED és un dispositiu controlat per corrent, i no per tensió. Podeu encendre el LED com a mínim de 220V, però el corrent que no passarà hauria de superar el màxim permès. Això s'aconsegueix activant la resistència de llast en sèrie amb el LED.
Però tot i recordant la tensió, cal destacar que també té un paper important, ja que els LED tenen una gran tensió endavant. Si per a un díode de silici convencional, aquesta tensió és de l'ordre de 0,6 ... 0,7 V, llavors per a un LED aquest llindar comença a partir de dos volts i superior. Per tant des de una cèl·lula galvànica Amb una tensió d’1,5 V, el LED no s’il·lumina.
Però amb aquesta inclusió, volem dir 220V, no hem d’oblidar que la tensió inversa del LED és força petita, no més de diverses desenes de volts. Per tant, per protegir el LED d’alta tensió inversa, es prenen mesures especials. La forma més senzilla és la connexió contra-paral·lela d’un díode protector, que també pot ser que no sigui de molt alta tensió, per exemple, KD521. Sota la influència de la tensió alterna, els díodes s’obren alternativament, de manera que es protegeixen els uns dels altres de l’alta tensió inversa. A la figura 2 es mostra el circuit de commutació del díode protector.
Figura 2 Diagrama de cablejatparal·lel al LEDdíode protector
Els LED de dos colors també estan disponibles en un paquet de dos pins. En aquest cas es produeix un canvi en el color de la brillantor quan canvia la direcció del corrent. Un exemple clàssic és una indicació del sentit de gir d’un motor de corrent continu. Al mateix temps, no s'ha d'oblidar que la resistència limitant està necessàriament encesa en sèrie amb el LED.
Recentment, el resistor de limitació s'ha incorporat al LED i, per exemple, simplement escriuen a les etiquetes de preu de la botiga que aquest LED és de 12V. A més, els LED parpellejant estan marcats per tensió: 3V, 6V, 12V. A aquest tipus de leds hi ha un microcontrolador (fins i tot es pot veure amb un estoig transparent), de manera que els intents de canviar la freqüència parpellejant no donen resultats. Amb aquest marcatge, podeu encendre el LED directament a l’alimentació a la tensió especificada.
Novetats de la ràdio amateur japonesa
La ràdio aficionada, segons resulta, es dedica no només als països de l'antiga URSS, sinó també a un país tan "electrònic" com el Japó. Per descomptat, fins i tot una ràdio amateur amateur ordinària japonesa no pot crear dispositius molt complexos, però les solucions de circuits individuals mereixen una atenció. Mai se sap en quin esquema aquestes solucions poden resultar útils.
A continuació, es mostra una visió general dels dispositius relativament senzills que utilitzen leds.En la majoria dels casos, el control es realitza des de microcontroladors i no es pot arribar enlloc. Fins i tot per a un circuit senzill, és més fàcil escriure un programa curt i vendre el controlador al paquet DIP-8 que vendre diversos microcircuits, condensadors i transistors. També és atractiu que alguns microcontroladors puguin funcionar sense fitxers adjunts.
Circuit de control LED de dos colors
Els pernils japonesos ofereixen un interessant esquema per controlar un potent LED de dos colors. Més precisament, aquí s'utilitzen dos potents LED amb corrent de fins a 1A. Cal suposar, però, que hi ha potents LED de dos colors. El diagrama es mostra a la figura 3.
Figura 3. Potent circuit de control LED de dos colors
El xip TA7291P està dissenyat per controlar motors de corrent continu de petita potència. Proporciona diversos modes, a saber: rotació cap endavant, endarrere, parada i frenada. L’estadi de sortida del microcircuit s’assembla segons el circuit pont, el que permet realitzar totes les operacions anteriors. Però valia la pena fer-se una mica d’imaginació i ara, si us plau, el microcircuit té una nova professió.
La lògica del xip és bastant simple. Com es pot veure a la figura 3, el microcircuit compta amb 2 entrades (IN1, IN2) i dues sortides (OUT1, OUT2), a les quals es connecten dos potents LED. Quan els nivells de lògica a les entrades 1 i 2 són els mateixos (no importen 00 o 11), els potencials de les sortides són iguals, ambdós LED estan apagats.
A diferents nivells lògics a les entrades, el microcircuit funciona de la manera següent. Si una de les entrades, per exemple, IN1 té un nivell lògic baix, llavors la sortida OUT1 està connectada a un cable comú. El càtode del LED HL2 a través de la resistència R2 també està connectat a un cable comú. La tensió a la sortida OUT2 (si hi ha una unitat lògica a l’entrada IN2) en aquest cas depèn de la tensió a l’entrada V_ref, que permet ajustar la brillantor del LED HL2.
En aquest cas, la tensió V_ref s’obté dels polsos PWM del microcontrolador mitjançant la cadena integradora R1C1, que controla la brillantor del LED connectat a la sortida. El microcontrolador també controla les entrades IN1 i IN2, que permet obtenir una gran varietat de tons de llum i algoritmes per controlar els LED. La resistència de la resistència R2 es calcula en funció del corrent màxim permès dels LED. Com es fa a continuació es descriurà
La figura 4 mostra l'estructura interna del xip TA7291P, el seu diagrama estructural. El circuit es va treure directament del full de dades, per tant, es representa un motor elèctric com a càrrega.
Figura 4Xip de dispositiu intern TA7291P
Segons l’esquema estructural, és fàcil traçar els recorreguts actuals mitjançant la càrrega i els mètodes per controlar els transistors de sortida. Els transistors s’encenen per parelles, al llarg de la diagonal: (superior esquerra + inferior dreta) o (dreta superior + inferior esquerra), cosa que permet canviar la direcció i la velocitat del motor. En el nostre cas, encén un dels LED i controla la seva brillantor.
Els transistors inferiors estan controlats pels senyals IN1, IN2 i estan dissenyats simplement per encendre / desactivar les diagonals del pont. Els transistors superiors estan controlats pel senyal Vref, regulen el corrent de sortida. El circuit de control, que es mostra simplement com un quadrat, també conté un circuit de protecció de curtcircuit i altres imprevistes.
Com calcular una resistència limitant
La llei d’Ohm sempre ajudarà en aquests càlculs. Les dades inicials per al càlcul són les següents: la tensió d’alimentació (U) és de 12V, la corrent a través del LED (I_HL) és de 10mA, el LED està connectat a una font de tensió sense transistors i microcircuits com a indicador d’inclusió. Baixada de tensió del LED (U_HL) 2V.
Aleshores és força evident que la tensió (U-U_HL) serà necessària per a la resistència limitant, i el mateix LED "va menjar" dos volts. Llavors la resistència de la resistència limitant és
R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 - 2) / 0,010 = 1000 (Ω) o 1KΩ.
No us oblideu del sistema SI: tensió en volts, corrent en amperis, el resultat en Ohms. Si el transistor s'encén el LED, llavors en el primer suport, s'hauria de restar de la tensió de subministrament la tensió de la secció emissor del col·lector del transistor obert. Però, per regla general, ningú no ho fa, precisió fins a centèsimes per cent no és necessària aquí i no funcionarà a causa de la difusió dels detalls de les peces. Tots els càlculs en circuits electrònics donen resultats aproximats, la resta s’ha d’aconseguir mitjançant la depuració i l’afinació.
LED de tres colors
A més de dos tons darrerament, generalitzat LED RGB tri-color. El seu objectiu principal és la il·luminació decorativa en escenaris, en festes, en celebracions de Cap d'Any o en discoteques. Aquests LED tenen una carcassa de quatre pins, un dels quals és un ànode o càtode comú, depenent del model específic.
Però un o dos LED, fins i tot de tres colors, són poc útils, per la qual cosa cal combinar-los en garlandes i per controlar les garlandes utilitzeu tot tipus de dispositius de control, que sovint s’anomenen controladors.
El muntatge de garlandes a partir de LEDs individuals és avorrit i poc d'interès. Per tant, els darrers anys, la indústria va començar a produir Franges LED de diferents colorsaixí com cintes basades en LED tri-color (RGB). Si es produeixen cintes d’un sol color a una tensió de 12V, el voltatge de funcionament de les cintes de tres colors sol ser de 24V.
Les tires LED estan marcades per tensió, ja que ja contenen resistències límit, de manera que es poden connectar directament a una font de tensió. Fonts per a tira de corrent venut al mateix lloc que la cinta.
Per controlar leds i cintes de tres colors, per crear diversos efectes d’il·luminació, s’utilitzen controladors especials. Amb la seva ajuda, podeu canviar fàcilment els LED, ajustar la brillantor, crear diversos efectes dinàmics, així com dibuixar patrons i fins i tot quadres. La creació d'aquests controladors atrau molts pernils, naturalment aquells que poden escriure programes per a microcontroladors.
Mitjançant un LED de tres colors, podeu obtenir gairebé qualsevol color, ja que el color de la pantalla del televisor també s’obté barrejant només tres colors. Aquí convé recordar un altre desenvolupament de la ràdio amateur japonesa. El seu diagrama de circuit es mostra a la figura 5.
Figura 5. Esquema de connexió d’un LED de tres colors
Potent LED de tres colors de 1W conté tres emissors. Quan les resistències estan indicades al diagrama, el color de la brillantor és blanc. Seleccionant els valors de les resistències, és possible un lleuger canvi d'ombra: de blanc a blanc a blanc càlid. En el disseny de l’autor, la làmpada està destinada a il·luminar l’interior del cotxe. Seran tristos (els japonesos)! Per tal de no preocupar-se d’observar la polaritat, a l’entrada del dispositiu es proporciona un pont de díodes. El dispositiu està muntat en una placa de taula i es mostra a la figura 6.
Figura 6. Taula de desenvolupament
El pròxim desenvolupament d’amateurs de ràdio japonesa també serà l’automoció. A la figura 7 es mostra aquest dispositiu per il·luminar la sala, per descomptat, amb leds blancs.
Figura 7. Esquema del dispositiu per ressaltar el nombre de LED blancs
El disseny va utilitzar 6 LED ultra-brillants d’alta potència amb un corrent limitat de 35 mA i un flux lluminós de 4 lm. Per augmentar la fiabilitat dels LED, el corrent que els travessa es limita a 27 mA mitjançant un xip de regulador de tensió inclòs al circuit d’estabilitzador de corrent.
Els LED EL1 ... EL3, la resistència R1 i el xip DA1 formen un estabilitzador de corrent. Un corrent estable a través de la resistència R1, suporta una caiguda de tensió d'1,25V al damunt. El segon grup de leds està connectat a l'estabilitzador mitjançant exactament la mateixa resistència R2, de manera que el corrent a través del grup de LED EL4 ... EL6 també s'estabilitzarà al mateix nivell.
La figura 8 mostra el circuit del convertidor per a subministrar un LED blanc d’una sola cel·la galvànica amb un voltatge d’1,5 V, que clarament no és suficient per encendre el LED. El circuit del convertidor és molt senzill i controlat per un microcontrolador. De fet, el microcontrolador ho és multivibrador ordinari amb una freqüència d’impuls d’uns 40KHz. Per augmentar la capacitat de càrrega, les sortides del microcontrolador es combinen paral·lelament.
Figura 8Circuit convertidor per alimentar un LED blanc
El sistema funciona de la manera següent. Quan les sortides PB1, PB2 són baixes, les sortides PB0, PB4 són altes. En aquest moment, els condensadors C1, C2 es carreguen a través dels díodes VD1, VD2 fins a uns 1.4V. Quan es reverteixi l’estat de les sortides del controlador, s’aplicarà al LED la suma de les tensions de dos condensadors carregats més el voltatge de la bateria. Així, gairebé el LED s’aplicarà al LED en direcció endavant, que és suficient per encendre el LED.
Un convertidor similar es pot muntar sense un microcontrolador, només en un xip lògic. Aquest circuit es mostra a la figura 9.
Figura 9
L'element DD1.1 es munta un generador d'oscil·lació rectangular, la freqüència del qual és determinada pels valors de R1, C1. Amb aquesta freqüència, el LED parpellejarà.
Quan la sortida de l’element DD1.1 és alta, la sortida de DD1.2 és naturalment alta. En aquest moment, el condensador C2 es carrega a través del díode VD1 des de la font d’energia. La ruta de càrrega és la següent: més la font d’energia - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - menys la font d’energia. En aquest moment, només s’aplica el voltatge de la bateria al LED blanc, cosa que no és suficient per encendre el LED.
Quan el nivell es baixa a la sortida de l’element DD1.1, a la sortida de DD1.2 apareix un nivell alt, el que condueix al bloqueig del díode VD1. Per tant, la tensió a través del condensador C2 s’afegeix al voltatge de la bateria i aquesta quantitat s’aplica a la resistència R1 i al LED HL1. Aquesta suma de tensions és suficient per encendre el LED HL1. A continuació, es repeteix el cicle.
Com comprovar el LED
Si el LED és nou, tot és senzill: aquesta conclusió, que és una mica més llarga, és un avantatge o un ànode. És el que s'ha d'incloure en el plus de l'alimentació, naturalment, sense oblidar la resistència limitant. Però en alguns casos, per exemple, el LED s'ha tret de la placa antiga i les conclusions són de la mateixa longitud, és necessària una trucada.
En aquest cas, els mil·límetres es comporten una mica incomprensiblement. Per exemple, un multímetre DT838 al mode de prova de semiconductor pot il·luminar lleugerament el LED en fase de prova, però al mateix temps es mostra un circuit obert a l’indicador.
Per tant, en alguns casos és millor comprovar els LED connectant-los a través de la resistència limitant a la font d’energia, tal com es mostra a la figura 10. El valor de la resistència és de 200 ... 500 Ohm.
Figura 10. Circuit de prova LED
LED seqüencial
Figura 11. Inclusió seqüencial de LEDs
No és difícil calcular la resistència de la resistència limitant. Per fer-ho, afegiu el voltatge directe a tots els LED, resteu-lo del voltatge de la font d’energia i dividiu el residu resultant pel corrent donat.
R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I
Suposem que la tensió de l’alimentació és de 12V i la caiguda de voltatge dels LEDs és de 2V, 2,5V i 1,8 V. Fins i tot si els LED es treuen d’una caixa, encara hi pot haver una difusió com aquesta!
Segons l'estat de la tasca, es defineix un corrent de 20 mA. Resta substituir tots els valors de la fórmula i ensenyar la resposta.
R = (12– (2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285Ω
LED paral·lel
Figura 12. Activació paral·lela de LEDs
Al fragment esquerre, els tres LED estan connectats mitjançant una resistència de límit de corrent. Però, per què es supera aquest esquema, quins són els seus inconvenients?
Afecta la difusió dels LED. El corrent més gran passarà pel LED, en què la caiguda de tensió és menor, és a dir, la resistència interna és menor.Per tant, amb aquesta inclusió, no serà possible aconseguir una brillantor LED uniforme. Per tant, l'esquema que es mostra a la figura 12 de la dreta ha de ser reconegut com el circuit correcte.
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: