קטגוריות: אלקטרוניקה מעשית, הכל על נוריות LED
מספר צפיות: 72770
הערות לכתבה: 2
השימוש בנורות לד במעגלים אלקטרוניים
כולם מכירים נוריות LED עכשיו. בלעדיהן, הטכנולוגיה המודרנית פשוט לא ניתנת להעלות על הדעת. אלה נורות LED ומנורות, אינדיקציה למצבי ההפעלה של מכשירי חשמל ביתיים שונים, תאורה של מסכי צגי מחשב, טלוויזיות, ועוד דברים רבים שאינך זוכר אפילו מייד. כל המכשירים הללו מכילים נוריות LED בטווח הקרינה הנראה לעין בצבעים שונים: אדום, ירוק, כחול (RGB), צהוב, לבן. הטכנולוגיה המודרנית מאפשרת לך להשיג כמעט כל צבע.
בנוסף לנורות LED בטווח הגלוי, ישנם נוריות לד לתאורת אינפרא אדום ואולטרה סגול. תחום היישום העיקרי של נוריות LED כאלה הוא התקני אוטומציה ובקרה. רק תזכרו שליטה מרחוק במכשירים ביתיים שונים. אם דגמי השלט הרחוק הראשונים שימשו באופן בלעדי לשליטה בטלוויזיות, כעת ניתן להשתמש בהם כדי לשלוט על תנורי חימום בקיר, מזגנים, מאווררים ואפילו מכשירי מטבח, כמו סירי חרס ומכונות לחם.
אז מה זה נורית?
בעיקרון לד לא שונה בהרבה מהרגיל דיודה מיישר, - כל אותו צומת p-n, וכל אותו מאפיין בסיסי, מוליכות חד צדדית. כשלמדנו את צומת ה- pn, התברר כי בנוסף למוליכות החד-צדדית, לצומת זה יש גם מספר תכונות נוספות. בתהליך ההתפתחות של טכנולוגיית מוליכים למחצה, תכונות אלה נחקרו, פותחו ומשופרות.
תרומה רבה להתפתחות מוליכים למחצה הועברה על ידי הרדיופיזיקאי הסובייטי אולג ולדימירוביץ 'לוסב (1903 - 1942). בשנת 1919 הוא נכנס למעבדת הרדיו המפורסמת והידועה של ניז'ני נובגורוד, ומאז 1929 עבד במכון לפיזיקה וטכנולוגיה בלנינגרד. אחת מפעולותיו של המדען הייתה מחקר של זוהר חלש, מעט בולט, של גבישים מוליכים למחצה. זה על השפעה זו כל נוריות LED מודרניות פועלות.
זוהר חלש זה מתרחש כאשר הזרם מועבר דרך צומת ה- p לכיוון קדימה. אך נכון לעכשיו, תופעה זו נחקרה ושופרה עד כדי כך שהבהירות של כמה נוריות לד היא כזו שניתן פשוט לסנוור אותה.
ערכת הצבעים של נוריות LED רחבה מאוד, כמעט בכל צבעי הקשת. אך הצבע אינו מתקבל כלל על ידי שינוי הצבע של בית LED. זה מושג על ידי העובדה כי מתווספים טופולים לצומת pn. לדוגמא, הכנסת כמות קטנה של זרחן או אלומיניום מאפשרת לקבל צבעי אדום וצהוב, וגליום ואינדיום פולטים אור מירוק לכחול. דיור ה- LED יכול להיות שקוף או מט, אם הדיור בצבע, אז זהו פשוט מסנן אור המתאים לצבע הזוהר של צומת ה- pn.
דרך נוספת להשיג את הצבע הרצוי היא הכנסת זרחן. זרחן הוא חומר המעניק אור גלוי כאשר הוא נחשף אליו על ידי קרינה אחרת, אפילו אינפרא אדום. דוגמא קלאסית היא מנורות פלורסנט. במקרה של נוריות לד, לבן מתקבל על ידי הוספת זרחן לגביש הכחול.
כדי להגדיל את עוצמת הקרינה, כמעט לכל נורות ה- LED יש עדשת מיקוד. לעתים קרובות, פני הקצה של גוף שקוף בעל צורה כדורית משמשים כעדשה. בדיודות פולטות אור אינפרא אדום לפעמים העדשה נראית אטומה, אפורה מעושנת. למרות שבשנים האחרונות, נוריות אינפרא אדום זמינות בפשטות במקרה שקוף, אך אלה משמשות בשלטים מרחוק שונים.
נוריות דו-צבעוניות
ידוע גם כמעט לכולם. לדוגמה, מטען לטלפון נייד: בזמן טעינה, המחוון נדלק באדום, ובסיום הטעינה הוא הופך לירוק.אינדיקציה כזו אפשרית בגלל קיומם של נוריות לד עם שני צבעים, שיכולים להיות מסוגים שונים. הסוג הראשון הוא נוריות לד עם שלושה פלטים. דיור אחד מכיל שני נוריות לד, למשל ירוק ואדום, כמוצג באיור 1.
איור 1. תרשים חיבור של נורה דו צבעונית
באיור נראה קטע של מעגל עם נורית LED בשני צבעים. במקרה זה מוצג נורית לד עם שלושה פלטים עם קתודה משותפת (יש גם עם אנודה משותפת) והחיבור שלה ל בקר מיקרו. במקרה זה, אתה יכול להדליק נורית LED אחת או אחרת, או את שניהם בבת אחת. לדוגמא, זה יהיה אדום או ירוק וכשמדליכים שני נוריות LED בבת אחת הוא הופך לצהוב. אם במקביל באמצעות אפנון PWM להתאמת הבהירות של כל LED, תוכלו לקבל מספר גווני ביניים.
במעגל זה, עליך לשים לב לעובדה שהנגדים המגבילים כלולים בנפרד עבור כל LED, אם כי נראה שתוכל לעשות רק אחד על ידי הכללתו בפלט הכללי. אך עם הכללה זו, בהירות נוריות ה- LED תשתנה כאשר נדלקים נורית LED אחת או שתיים.
מה המתח הנדרש לדד? השאלה הזו ניתן לשמוע לעתים קרובות למדי, היא נשאלת על ידי מי שלא מכיר את הפרטים הספציפיים של הלד או סתם אנשים רחוקים מאוד מחשמל. יחד עם זאת עלי להסביר כי נורת הלד היא מכשיר הנשלט על ידי זרם ולא על ידי מתח. אתה יכול להדליק את הנורה לפחות 220 וולט, אך הזרם דרכה לא צריך לחרוג מהמקסימום המותר. זה מושג על ידי הדלקת הנגד נטל בסדרה עם ה- LED.
אך בכל זאת, כשיזכור את המתח, יש לציין שהוא גם ממלא תפקיד גדול, מכיוון שלנורות הלד יש מתח קדימה גדול. אם עבור דיודה סיליקון קונבנציונלית מתח זה בסדר גודל של 0.6 ... 0.7 וולט, אז עבור נורית LED סף זה מתחיל משני וולט ומעלה. לכן מ- תא גלווני אחד עם מתח של 1.5 וולט, הנורית אינה נדלקת.
אבל עם הכללה זו, אנו מתכוונים ל 220 וולט, אל לנו לשכוח כי המתח ההפוך של הלד הוא די קטן, לא יותר מכמה עשרות וולט. לכן, על מנת להגן על ה- LED מפני מתח הפוך גבוה, ננקטים אמצעים מיוחדים. הדרך הקלה ביותר היא חיבור מקביל נגדי של דיודה מגן, שאולי גם אינה בעלת מתח גבוה במיוחד, למשל KD521. תחת השפעת מתח מתחלף, הדיודות נפתחות לסירוגין, ובכך מגנות זו על זו מפני מתח הפוך גבוה. מעגל מיתוג הדיודה המגן מוצג באיור 2.
איור 2 תרשים חיווטבמקביל לדדיודה מגן
נוריות LED בשני צבעים זמינות גם באריזה עם שני פינים. שינוי בצבע הזוהר במקרה זה מתרחש כאשר כיוון הזרם משתנה. דוגמה קלאסית היא אינדיקציה לכיוון הסיבוב של מנוע DC. יחד עם זאת, אסור לשכוח כי הנגד המגביל מופעל בהכרח בסדרה עם הנורית.
לאחרונה, נגן מוגבל פשוט מובנה בתוך ה- LED ואז, למשל, הם פשוט כותבים על תגי המחיר בחנות שה- LED הזה הוא 12V. כמו כן, נוריות LED מהבהבות מסומנות על ידי מתח: 3V, 6V, 12V. בתוך נוריות LED כאלה ישנו בקר מיקרו (ניתן אפילו לראות אותו דרך מקרה שקוף), כך שכל ניסיון לשנות את תדירות המהבהב לא נותן תוצאות. בעזרת סימון זה תוכלו להפעיל את הנורית ישירות לספק הכוח במתח שצוין.
פיתוחים של רדיו חובבים יפני
מתברר כי חובב הרדיו עוסק לא רק במדינות ברית המועצות לשעבר, אלא גם ב"ארץ אלקטרונית "כזו כמו יפן. כמובן, אפילו חובב רדיו חובב רגיל יפני אינו יכול ליצור מכשירים מורכבים מאוד, אך פתרונות מעגלים פרטניים ראויים לתשומת לב. לעולם אינך יודע באיזו תכנית פתרונות אלה יכולים להועיל.
להלן סקירה של מכשירים פשוטים יחסית המשתמשים בנורות LED.ברוב המקרים, בקרה מתבצעת מבקרי מיקרו, ולא ניתן להגיע לשום מקום. אפילו עבור מעגל פשוט, קל יותר לכתוב תוכנית קצרה ולהלחם את הבקר בחבילת DIP-8 מאשר להלחם כמה מעגלי מיקרו, קבלים וטרנזיסטורים. זה גם אטרקטיבי שחלק מבקרי המיקרו יכולים לעבוד ללא קבצים מצורפים כלל.
מעגל בקרת לד בשני צבעים
סכמה מעניינת לשליטה על LED חזקה בשני צבעים מוצעת על ידי חמאיות יפניות. ליתר דיוק, משתמשים כאן בשתי נוריות LED חזקות עם זרם של עד 1A. אבל יש להניח שיש נוריות LED חזקות בשני צבעים. התרשים מוצג באיור 3.
איור 3. מעגל בקרת LED חזק בעל שני צבעים
שבב TA7291P מיועד לשליטה במנועי DC עם הספק קטן. הוא מספק מספר מצבים, כלומר: סיבוב קדימה, אחורה, עצירה ובלימה. שלב הפלט של המיקרו מעגל מורכב על פי מעגל הגשר, המאפשר לבצע את כל הפעולות שלעיל. אבל היה שווה לעשות קצת דמיון ועכשיו, בבקשה, למיקרו-מעגל יש מקצוע חדש.
ההיגיון של השבב הוא די פשוט. כפי שניתן לראות בתרשים 3, למעגל המיקרו 2 כניסות (IN1, IN2) ושני יציאות (OUT1, OUT2), שאליהם מחוברים שני נוריות LED חזקות. כאשר רמות ההיגיון בכניסות 1 ו -2 זהות (לא משנה 00 או 11), אז הפוטנציאלים של היציאות שווים, שני נוריות ה- LED כבויות.
ברמות לוגיות שונות בתשומות, מעגל המיקרו עובד כדלקמן. אם לאחת מהכניסות, למשל, IN1 יש רמת היגיון נמוכה, אז הפלט OUT1 מחובר לחוט משותף. הקתודה של LED HL2 דרך הנגד R2 מחוברת גם לחוט משותף. המתח ביציאה OUT2 (אם יש יחידה לוגית בכניסה IN2) במקרה זה תלוי במתח בכניסה V_ref, המאפשר לך להתאים את הבהירות של LED HL2.
במקרה זה, המתח V_ref מתקבל מפולסי ה- PWM מהמיקרו-בקר באמצעות שרשרת השילוב R1C1, השולטת על בהירות הנורית המחוברת לפלט. בקר המיקרו שולט גם בכניסות IN1 ו- IN2, המאפשר לקבל מגוון רחב של גוונים של אור ואלגוריתמים לבקרת נוריות LED. ההתנגדות של הנגד R2 מחושבת על סמך הזרם המירבי המותר של נוריות ה- LED. כיצד לעשות זאת יתואר להלן.
איור 4 מראה את המבנה הפנימי של שבב TA7291P, התרשים המבני שלו. המעגל נלקח ישירות מגליון הנתונים, ולכן מנוע חשמלי מתואר כעומס עליו.
איור 4שבב התקנים פנימיים TA7291P
על פי התוכנית המבנית, קל להתחקות אחר נתיבי הזרם דרך העומס ושיטות השליטה בטרנזיסטורי הפלט. טרנזיסטורים מופעלים בזוגות, לאורך האלכסון: (שמאל עליון + ימין תחתון) או (ימין עליון + שמאל תחתון), המאפשר לשנות את כיוון המנוע ומהירותו. במקרה שלנו, הדליקו את אחת מנורות ה- LED ושלטו על בהירותו.
הטרנזיסטורים התחתונים נשלטים על ידי האותות IN1, IN2 ונועדו פשוט להפעיל / לכבות את אלכסוני הגשר. הטרנזיסטורים העליונים נשלטים על ידי אות Vref, הם מווסתים את זרם היציאה. מעגל הבקרה, המוצג בפשטות כריבוע, מכיל גם מעגל הגנה מקצר ונסיבות בלתי צפויות אחרות.
כיצד לחשב נגד מגביל
החוק של אוהם תמיד יעזור בחישובים אלה. הנתונים הראשוניים לחישוב מאפשרים להם להיות הבאים: מתח האספקה (U) הוא 12 וולט, הזרם דרך ה- LED (I_HL) הוא 10mA, הנורית מחוברת למקור מתח ללא טרנזיסטורים ומעגלי מיקרו כאינדיקטור להכללה. ירידת מתח על הנורה (U_HL) 2V.
ואז ברור למדי שהמתח (U-U_HL) יהיה הכרחי עבור הנגד המגביל, - הלד עצמו "אכל" שני וולט. ואז ההתנגדות של הנגד המגביל היא
R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 - 2) / 0.010 = 1000 (Ω) או 1KΩ.
אל תשכח ממערכת ה- SI: מתח בוולט, זרם באמפר, התוצאה באוהמס. אם הנורית נדלקת על ידי הטרנזיסטור, אז בסוגריים הראשונים, יש להוריד את המתח של קטע האספן - פולט הטרנזיסטור הפתוח ממתח האספקה. אבל זה, ככלל, אף אחד לא עושה מעולם, אין צורך כאן בדיוק למאות אחוזים וזה לא יסתדר בגלל התפשטות הפרטים של החלקים. כל החישובים במעגלים אלקטרוניים נותנים תוצאות משוערות, את השאר יש להשיג באמצעות ניפוי באגים וכוונון.
נוריות תלת-צבעוניות
בנוסף לשני טונים לאחרונה, נפוצה נוריות RGB בשלושה צבעים. מטרתם העיקרית היא תאורה דקורטיבית על במות, במסיבות, בחגיגות השנה החדשה או בדיסקוטקים. לד נוריות כאלה יש מעטה בעל ארבע פינים, שאחד מהם הוא אנודה או קתודה נפוצה, תלוי בדגם הספציפי.
אבל נוריות לדים אחת או שתיים, אפילו פנסיות בשלושה צבעים, אינן מועילות לשימוש מועט, לכן עליכם לשלב אותם לעטרתיים, וכדי לשלוט בזרלנים השתמשו בכל מיני מכשירי בקרה, המכונים לרוב בקרים.
הרכבת זרים מ נוריות LED אינדיבידואלית משעממת ומעניינת מעט. לכן בשנים האחרונות החלה התעשייה לייצר פסי LED בצבעים שוניםוכן קלטות המבוססות על נוריות תלת צבע (RGB). אם מיוצרים קלטות בצבע יחיד במתח של 12 וולט, מתח ההפעלה של קלטות בעלות שלושה צבעים הוא לרוב 24 וולט.
פסי LED מסומנים על ידי מתח, מכיוון שהם כבר מכילים נגדי גבול, כך שניתן לחבר אותם ישירות למקור מתח. מקורות ל רצועת חשמל מובילה נמכר באותו מקום כמו הקלטת.
לשליטה על נוריות LED וסרטים בשלושה צבעים, ליצירת אפקטים של תאורה שונים, משתמשים בבקרים מיוחדים. בעזרתם תוכלו להחליף בקלות את נוריות הלד, להתאים את הבהירות, ליצור אפקטים דינמיים שונים, כמו גם לצייר דפוסים ואפילו ציורים. יצירת בקרים מסוג זה מושכת אליהם חמאות רבות, מטבע הדברים אלו שיכולות לכתוב תוכניות למיקרו-בקרים.
בעזרת LED בעל שלושה צבעים אתה יכול לקבל כמעט כל צבע, מכיוון שהצבע על מסך הטלוויזיה מתקבל גם על ידי ערבוב של שלושה צבעים בלבד. כאן ראוי לזכור התפתחות נוספת של הרדיו החובבני היפני. דיאגרמת המעגל שלה מוצגת באיור 5.
איור 5. תרשים חיבור של נורית LED בצבע
לד חזק בעל עוצמה בצבע 1W בעל שלושה צבעים מכיל שלושה פולטים. כאשר הנגדים מסומנים בתרשים, צבע הזוהר לבן. על ידי בחירת ערכי הנגדים אפשרי שינוי קל בצל: מלבן לבן לבן חם. בעיצוב המחבר, המנורה מיועדת להאיר את פנים המכונית. האם הם (היפנים) יהיו עצובים! על מנת לא לדאוג להתבוננות בקוטביות, מסופק כניסה של דיודה בכניסה של המכשיר. המכשיר מותקן על לוח לחם ומוצג באיור 6.
איור 6. לוח פיתוח
הפיתוח הבא של חובבי הרדיו היפנים הוא גם רכב. התקן זה להארת החדר, כמובן, על נוריות LED לבנות מוצג באיור 7.
איור 7. תרשים של המכשיר להדגשת המספר על נוריות LED לבנות
התכנון השתמש ב 6 נוריות LED חזקות במיוחד בהירות בעלות זרם מגביל של 35 מיליאמפרפר ושטף זוהר של 4 ל"מ. כדי להגדיל את האמינות של נורות הלד, הזרם דרכם מוגבל ל 27 mA באמצעות שבב מווסת מתח הכלול במעגל המייצב הנוכחי.
נוריות EL1 ... EL3, נגן R1 יחד עם שבב DA1 יוצרים מייצב זרם. זרם יציב דרך הנגד R1 תומך בירידת מתח של 1.25 וולט עליו. קבוצת הנוריות השנייה מחוברת למייצב דרך אותו נגן R2 בדיוק, כך שהזרם דרך קבוצת הנורות EL4 ... EL6 יתייצב גם הוא באותה רמה.
איור 8 מציג מעגל ממיר להפעלת LED לבן מתא תא גלווני יחיד עם מתח של 1.5 וולט, וזה בבירור לא מספיק בכדי להצית את הנורית. מעגל הממירים פשוט מאוד ונשלט על ידי מיקרו-בקר. למעשה, המיקרו-בקר הוא מולטיברטור רגיל עם תדר דופק של כ- 40KHz. כדי להגדיל את קיבולת העומס, יציאות המיקרו-בקר משויכות במקביל.
איור 8מעגל ממיר להפעלת LED לבן
התוכנית עובדת כדלקמן. כאשר התפוקות PB1, PB2 נמוכות, התפוקות PB0, PB4 הן גבוהות. בשלב זה, הקבלים C1, C2 נטענים דרך הדיודות VD1, VD2 לערך 1.4V. כאשר המצב של יציאות הבקר מתהפך, סכום המתחים של שני קבלים טעונים בתוספת מתח הסוללה יופעל על הלד. כך, כמעט 4.5V יופעלו על הלחץ בכיוון קדימה, וזה מספיק כדי להצית את הלד.
ניתן להרכיב ממיר דומה ללא מיקרו-בקר, רק על שבב לוגי. מעגל כזה מוצג באיור 9.
איור 9
מחולל תנודות מלבני מורכב על האלמנט DD1.1, אשר התדר שלו נקבע על ידי הערכים של R1, C1. עם התדר הזה הנורית תבהב.
כאשר התפוקה של אלמנט DD1.1 גבוהה, התפוקה של DD1.2 גבוהה באופן טבעי. בשלב זה, הקבל C2 נטען דרך הדיודה VD1 ממקור הכוח. נתיב הטעינה הוא כדלקמן: בתוספת מקור הכוח - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - מינוס מקור הכוח. נכון לעכשיו, רק מתח הסוללה מופעל על הלד הלבן, שאינו מספיק כדי להדליק את הנורית.
כאשר הרמה הופכת לנמוכה בפלט של האלמנט DD1.1, מופיעה רמה גבוהה בפלט של DD1.2, מה שמוביל לחסימת הדיודה VD1. לפיכך, המתח על פני הקבל C2 מתווסף למתח הסוללה וכמות זו מוחלת על הנגד R1 ו- LED HL1. די בסכום המתחים הזה בכדי להדליק את נורית ה- HL1. בשלב הבא המחזור חוזר.
כיצד לבדוק את הנורית
אם הנורית חדשה, הכל פשוט: מסקנה זו, שהיא מעט ארוכה יותר, היא פלוס או אנודה. זה שצריך לכלול את היתרון של ספק הכוח, באופן טבעי לא לשכוח את הנגד המגביל. אבל במקרים מסוימים, למשל, ה- LED הוסר מהלוח הישן והמסקנות באורך זהה, נדרשת קריאה.
מולטימטרים במצב זה מתנהגים בצורה בלתי מובנת במידה מסוימת. לדוגמה, מודד DT838 במצב בדיקת מוליכים למחצה עשוי פשוט להאיר מעט את הנורית הנבדקת, אך במקביל מוצג מעגל פתוח במחוון.
לכן, בחלק מהמקרים, עדיף לבדוק את נורות הלד על ידי חיבורם דרך הנגד המגביל למקור הכוח, כמוצג באיור 10. ערך הנגד הוא 200 ... 500 אוהם.
איור 10. מעגל בדיקת LED
רצף לד
איור 11. הכללה רציפה של נוריות לד
לא קשה לחשב את ההתנגדות של הנגד המגביל. לשם כך, הוסף את המתח הישיר לכל נוריות ה LED, גרעו אותו מהמתח של מקור הכוח וחלקו את המשקעים שהתקבלו בזרם הנתון.
R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I
נניח שהמתח של ספק הכוח הוא 12 וולט, וירידת המתח על נוריות ה LED היא 2 וולט, 2.5 וולט ו -18 וולט. גם אם נורות הלד נלקחות מתיבה אחת, עדיין יכולה להיות התפשטות כזו!
בהתאם למשימה, נקבע זרם של 20 mA. נותר להחליף את כל הערכים בנוסחה וללמד את התשובה.
R = (12– (2 + 2.5 + 1.8)) / 0.02 = 285Ω
LED מקביל
איור 12. הפעלה מקבילה של נוריות לד
בשבר השמאלי, כל שלושת נורות הלד מחוברות דרך נגן אחד המגביל זרם. אך מדוע נחוצה תוכנית זו, מהם חסרונותיה?
זה משפיע על התפשטות נוריות ה- LED. הזרם הגדול ביותר יעבור דרך הלד, בו ירידת המתח פחותה, כלומר ההתנגדות הפנימית פחות.לכן, עם הכללה זו, לא ניתן יהיה להשיג זוהר אחיד של נוריות ה- LED. לכן יש להכיר בתכנית המוצגת באיור 12 מימין כמעגל הנכון.
בוריס אלאדישקין
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: