kategoriler: Pratik Elektronik, LED'ler hakkında her şey
Görüntülenme sayısı: 72770
Makaleye yorum: 2
Elektronik devrelerde LED kullanımı
Artık herkes LED'lere aşinadır. Onlar olmadan, modern teknoloji düşünülemez. Bunlar LED ışıklar ve lambalar, çeşitli ev aletlerinin çalışma modlarının bir göstergesi, bilgisayar monitörlerinin ekranlarının, televizyonların ve hemen hatırlayamadığınız diğer birçok şeyin aydınlatılmasıdır. Bu cihazların tümü, çeşitli renklerin görünür radyasyon aralığında LED'ler içerir: kırmızı, yeşil, mavi (RGB), sarı, beyaz. Modern teknoloji neredeyse her renk elde etmenizi sağlar.
Görünür aralıktaki LED'lere ek olarak, kızılötesi ve ultraviyole ışık için LED'ler de vardır. Bu tür LED'lerin ana uygulama alanı otomasyon ve kontrol cihazlarıdır. Sadece hatırla Çeşitli ev aletlerinin uzaktan kontrolü. İlk uzaktan kumanda modelleri yalnızca TV'leri kontrol etmek için kullanıldıysa, şimdi duvar ısıtıcılarını, klimaları, fanları ve hatta güveç ve ekmek makineleri gibi mutfak aletlerini kontrol etmek için kullanılabilirler.
Peki bir LED nedir?
Aslında, ışık yayan diyot normalden çok farklı değil doğrultucu diyot, - hepsi aynı p-n kavşağı ve hepsi aynı temel özellik, tek taraflı iletkenlik. P-n kavşağını incelediğimizde, tek taraflı iletkenliğe ek olarak, bu çok kavşakta birkaç ek özellik daha ortaya çıktı. Yarı iletken teknolojisinin evrimi sürecinde bu özellikler incelenmiş, geliştirilmiş ve iyileştirilmiştir.
Sovyet radyofizikçisi yarı iletkenlerin geliştirilmesine büyük katkıda bulundu Oleg Vladimirovich Losev (1903-1942). 1919'da ünlü ve hala tanınmış Nizhny Novgorod radyo laboratuvarına girdi ve 1929'dan beri Leningrad Fizik ve Teknoloji Enstitüsü'nde çalıştı. Bilim insanının faaliyetlerinden biri, yarı iletken kristallerin zayıf, hafif fark edilebilir bir ışıltısının incelenmesiydi. Tüm modern LED'lerin çalışması bu etkidir.
Bu zayıf lüminesans, akım pn bağlantı noktasından ileri yönde geçtiğinde ortaya çıkar. Ancak şu anda, bu fenomen o kadar çok araştırıldı ve geliştirildi ki, bazı LED'lerin parlaklığı basitçe körleştirilebilecek şekildedir.
LED'lerin renk düzeni çok geniştir, gökkuşağının neredeyse tüm renkleri. Ancak LED muhafazasının rengini değiştirerek renk hiç elde edilmez. Bu, pn bağlantısına katkı maddelerinin eklenmesi ile elde edilir. Örneğin, az miktarda fosfor veya alüminyumun tanıtımı, kırmızı ve sarı renklerini almanızı sağlar ve galyum ve indiyum yeşilden maviye ışık yayar. LED gövde şeffaf veya mat olabilir, eğer gövde renkliyse, o zaman sadece p-n bağlantısının parlaklık rengine karşılık gelen hafif bir filtredir.
İstenen rengi elde etmenin bir başka yolu, bir fosforun sokulmasıdır. Fosfor, diğer radyasyonla, hatta kızılötesiyle maruz kaldığında görünür ışık veren bir maddedir. Klasik bir örnek floresan lambalardır. LED'lerde, mavi kristale bir fosfor eklenerek beyaz elde edilir.
Radyasyon yoğunluğunu arttırmak için hemen hemen tüm LED'lerin bir odaklama merceği vardır. Genellikle, küresel bir şekle sahip şeffaf bir gövdenin uç yüzü bir mercek olarak kullanılır. Kızılötesi ışık yayan diyotlarda, bazen mercek opak, dumanlı gri gibi görünür. Son yıllarda, kızılötesi LED'ler şeffaf bir durumda mevcut olsa da, bunlar çeşitli uzaktan kumandalarda kullanılanlardır.
İki renkli LED'ler
Ayrıca neredeyse herkes tarafından bilinir. Örneğin, bir cep telefonu için şarj cihazı: şarj sırasında gösterge kırmızı renkte yanar ve şarjın sonunda yeşile döner.Böyle bir gösterge, farklı tiplerde olabilen iki renkli LED'lerin varlığı nedeniyle mümkündür. İlk tip üç çıkışlı LED'lerdir. Bir muhafazada, Şekil 1'de gösterildiği gibi yeşil ve kırmızı olmak üzere iki LED bulunur.
Şekil 1. İki renkli LED'in bağlantı şeması
Şekilde, iki renkli LED'li bir devrenin bir parçası gösterilmektedir. Bu durumda, ortak bir katoda sahip üç çıkışlı bir LED gösterilir (ortak bir anot ile de vardır) ve bunun bağlantısı mikrodenetleyici. Bu durumda, birini ya da diğer LED'i ya da her ikisini aynı anda açabilirsiniz. Örneğin, kırmızı veya yeşil olacaktır ve aynı anda iki LED'i açtığınızda sarıya döner. Aynı anda her bir LED'in parlaklığını ayarlamak için PWM modülasyonunu kullanıyorsanız, birkaç ara ton alabilirsiniz.
Bu devrede, sınırlayıcı dirençlerin her bir LED için ayrı olarak dahil edilmesine dikkat etmelisiniz, ancak genel çıkışa dahil ederek sadece bir tane yapabileceğiniz görülüyor. Ancak bu dahil etme ile, bir veya iki LED açıldığında LED'lerin parlaklığı değişecektir.
LED için hangi voltaj gereklidir? Bu soru oldukça sık duyulabilir, LED'in özelliklerine aşina olmayanlar veya sadece elektrikten çok uzak kişiler tarafından sorulur. Aynı zamanda, LED'in voltajla değil, akımla kontrol edilen bir cihaz olduğunu açıklamak zorundayım. LED'i en az 220V açabilirsiniz, ancak içinden geçen akım izin verilen maksimum değeri geçmemelidir. Bu, balast direncini LED ile seri olarak açarak elde edilir.
Ancak yine de, voltajı hatırlayarak, aynı zamanda büyük bir rol oynadığına dikkat edilmelidir, çünkü LED'lerin büyük bir ileri voltajı vardır. Geleneksel bir silikon diyot için bu voltaj 0,6 ... 0,7 V mertebesinde ise, bir LED için bu eşik iki volt ve üzeri başlar. Bu nedenle bir galvanik hücre 1.5V'luk bir voltaj ile LED yanmaz.
Ancak bu dahil etme ile 220V demek istiyoruz, LED'in ters voltajının oldukça küçük olduğunu, birkaç on volttan fazla olmadığını unutmamalıyız. Bu nedenle, LED'i yüksek ters voltajdan korumak için özel önlemler alınır. En kolay yol, çok yüksek voltaj olmayan, örneğin KD521 gibi bir koruyucu diyotun karşı paralel bağlantısıdır. Alternatif voltajın etkisi altında, diyotlar dönüşümlü olarak açılır, böylece birbirlerini yüksek ters voltajdan korurlar. Koruyucu diyot anahtarlama devresi Şekil 2'de gösterilmiştir.
Resim 2 Bağlantı şemasıLED'e paralelkoruyucu diyot
İki renkli LED'ler iki pimli bir pakette de mevcuttur. Bu durumda, akımın yönü değiştiğinde ışıma renginde bir değişiklik meydana gelir. Klasik bir örnek, bir DC motorun dönüş yönünün bir göstergesidir. Aynı zamanda, sınırlama direncinin mutlaka LED ile seri olarak açıldığını unutmamak gerekir.
Son zamanlarda, bir sınırlayıcı direnç basitçe LED'e yerleştirilmiştir ve daha sonra, örneğin, mağazadaki fiyat etiketlerine bu LED'in 12V olduğunu yazmaktadırlar. Ayrıca, yanıp sönen LED'ler voltajla işaretlenir: 3V, 6V, 12V. Bu tür LED'lerin içinde bir mikrodenetleyici vardır (şeffaf bir kasadan bile görülebilir), bu nedenle yanıp sönen frekansı değiştirme girişimleri sonuç vermez. Bu işaretle, LED'i belirtilen voltajda doğrudan güç kaynağına açabilirsiniz.
Japon amatör radyodaki gelişmeler
Radyo amatör, ortaya çıkıyor, sadece eski SSCB ülkelerinde değil, aynı zamanda Japonya gibi bir "elektronik ülkede" de faaliyet gösteriyor. Tabii ki, bir Japon sıradan amatör radyo amatör bile çok karmaşık cihazlar oluşturamaz, ancak bireysel devre çözümleri dikkati hak eder. Bu çözümlerin hangi şemada kullanışlı olabileceğini asla bilemezsiniz.
LED kullanan nispeten basit cihazlara genel bakış.Çoğu durumda, kontrol mikrodenetleyicilerden gerçekleştirilir ve hiçbir yere ulaşamazsınız. Basit bir devre için bile, kısa bir program yazmak ve denetleyiciyi DIP-8 paketine lehimlemek, birkaç mikro devreyi, kapasitörü ve transistörü lehimlemekten daha kolaydır. Bazı mikrodenetleyicilerin herhangi bir ek olmadan çalışabilmesi de caziptir.
İki renkli LED kontrol devresi
Güçlü bir iki renkli LED'i kontrol etmek için ilginç bir şema Japon jambonları tarafından sunulmaktadır. Daha kesin olarak, 1A'ya kadar akımla iki güçlü LED burada kullanılır. Ancak, güçlü iki renkli LED'lerin olduğu varsayılmalıdır. Diyagram Şekil 3'te gösterilmektedir.
Şekil 3. Güçlü iki renkli LED kontrol devresi
Chip TA7291P küçük güçteki DC motorları kontrol etmek için tasarlanmıştır. İleri, geri, durma ve frenleme gibi çeşitli modlar sağlar. Mikro devrenin çıkış aşaması, yukarıdaki işlemlerin tümünü gerçekleştirmenizi sağlayan köprü devresine göre monte edilir. Ama biraz hayal gücü yapmaya değdi ve şimdi, lütfen mikro devrenin yeni bir mesleği var.
Çipin mantığı oldukça basit. Şekil 3'te görülebileceği gibi, mikro devrede 2 giriş (IN1, IN2) ve iki güçlü LED'in bağlı olduğu iki çıkış (OUT1, OUT2) vardır. Giriş 1 ve 2'deki mantık seviyeleri aynı olduğunda (00 veya 11 olursa olsun), çıkışların potansiyelleri eşit olur, her iki LED de söner.
Girişlerdeki farklı mantıksal seviyelerde, mikro devre aşağıdaki gibi çalışır. Girişlerden biri, örneğin IN1 düşük bir mantık seviyesine sahipse, OUT1 çıkışı ortak bir kabloya bağlanır. Direnç R2 üzerinden HL2 LED'in katodu da ortak bir kabloya bağlanır. Bu durumda OUT2 çıkışındaki voltaj (IN2 girişinde mantıksal bir birim varsa), LED HL2'nin parlaklığını ayarlamanıza izin veren V_ref girişindeki voltaja bağlıdır.
Bu durumda, V_ref voltajı, çıkışa bağlı LED'in parlaklığını kontrol eden entegre zincir R1C1 kullanılarak mikrodenetleyiciden PWM darbelerinden elde edilir. Mikrodenetleyici ayrıca LED'leri kontrol etmek için çok çeşitli ışık tonları ve algoritmalar elde etmenizi sağlayan IN1 ve IN2 girişlerini de kontrol eder. Direnç R2'nin direnci, LED'lerin izin verilen maksimum akımına göre hesaplanır. Bunun nasıl yapılacağı aşağıda açıklanacaktır.
Şekil 4, TA7291P yongasının iç yapısını, yapısal diyagramını göstermektedir. Devre doğrudan veri sayfasından alınmıştır, bu nedenle bir elektrik motoru üzerinde bir yük olarak gösterilmektedir.
Resim 4Dahili cihaz çipi TA7291P
Yapısal şemaya göre, yükteki akım yollarını ve çıkış transistörlerini kontrol etme yöntemlerini izlemek kolaydır. Transistörler, diyagonal boyunca çiftler halinde açılır: (sol üst + sağ alt) veya (sağ üst + sol alt), motorun yönünü ve hızını değiştirmenizi sağlar. Bizim durumumuzda, LED'lerden birini aydınlatın ve parlaklığını kontrol edin.
Alt transistörler IN1, IN2 sinyalleri tarafından kontrol edilir ve köprünün köşegenlerini açmak / kapatmak için tasarlanmıştır. Üst transistörler Vref sinyali tarafından kontrol edilir, çıkış akımını düzenler. Basitçe kare şeklinde gösterilen kontrol devresi, kısa devre koruma devresi ve öngörülemeyen diğer koşulları da içerir.
Sınırlayıcı bir direnç nasıl hesaplanır
Ohm yasası bu hesaplamalarda her zaman yardımcı olacaktır. Hesaplama için ilk veriler aşağıdakileri sağlar: besleme gerilimi (U) 12V, LED (I_HL) üzerinden akım 10mA, LED herhangi bir transistör ve mikro devreler içermeyen bir gösterge olarak bir voltaj kaynağına bağlanır. LED'deki voltaj düşüşü (U_HL) 2V.
Daha sonra sınırlayıcı direnç için voltajın (U-U_HL) gerekli olacağı oldukça açıktır - LED'in kendisi iki volt “yedi”. Daha sonra sınırlama direncinin direnci
R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12-2) / 0.010 = 1000 (Ω) veya 1KΩ.
SI sistemini unutmayın: volt cinsinden voltaj, amper cinsinden akım, Ohm sonucu. LED transistör tarafından açılırsa, ilk brakette, açık transistörün toplayıcı verici bölümünün voltajı besleme voltajından çıkarılmalıdır. Ancak, kural olarak, hiç kimse bunu yapmaz, burada yüzde yüzde bir doğruluğa ihtiyaç duyulmaz ve parçaların detaylarının yayılması nedeniyle işe yaramaz. Elektronik devrelerdeki tüm hesaplamalar yaklaşık sonuçlar verir, geri kalanı hata ayıklama ve ayarlama ile yapılmalıdır.
Üç renkli LED'ler
Son zamanlarda iki tona ek olarak, yaygın üç renkli RGB LED'ler. Ana amaçları, sahnelerde, partilerde, Yeni Yıl kutlamalarında veya diskolarda dekoratif aydınlatmadır. Bu tür LED'ler, belirli bir modele bağlı olarak, biri ortak bir anot veya katot olan dört pimli bir gövdeye sahiptir.
Ancak bir veya iki LED, hatta üç renkli olanlar bile çok az kullanılır, bu yüzden onları çelenklerle birleştirmeniz ve çelenkleri kontrol etmek için, çoğunlukla kontrolör olarak adlandırılan her türlü kontrol cihazını kullanmanız gerekir.
Bireysel LED'lerden çelenk montajı sıkıcı ve çok az ilgi çekicidir. Bu nedenle, son yıllarda sanayi Farklı renklerde LED şeritlerüç renkli (RGB) LED'lere dayanan bantların yanı sıra. Tek renkli bantlar 12V voltajda üretilirse, üç renkli bantların çalışma voltajı genellikle 24V'dir.
LED şeritleri voltajla işaretlenir, çünkü zaten sınır dirençleri içerirler, böylece doğrudan bir voltaj kaynağına bağlanabilirler. İçin kaynaklar güç led şerit bantla aynı yerde satılıyor.
Üç renkli LED'leri ve şeritleri kontrol etmek, çeşitli aydınlatma efektleri oluşturmak için özel kontrolörler kullanılır. Onların yardımıyla LED'leri kolayca değiştirebilir, parlaklığı ayarlayabilir, çeşitli dinamik efektler oluşturabilir, desen ve hatta resimler çizebilirsiniz. Bu tür denetleyicilerin oluşturulması, doğal olarak mikrodenetleyiciler için programlar yazabilenler gibi birçok jambonu çeker.
Üç renkli bir LED kullanarak hemen hemen her rengi elde edebilirsiniz, çünkü TV ekranındaki renk de sadece üç renk karıştırılarak elde edilir. Burada Japon radyo amatörlerinin başka bir gelişimini hatırlamak uygundur. Devre şeması Şekil 5'te gösterilmektedir.
Şekil 5. Üç renkli LED'in bağlantı şeması
Güçlü 1W üç renkli LED üç yayıcı içerir. Dirençler diyagramda belirtildiğinde, ışıma rengi beyazdır. Dirençlerin değerlerini seçerek, gölgede hafif bir değişiklik mümkündür: beyazdan beyaza sıcak beyaz. Yazarın tasarımında, lamba otomobilin iç kısmını aydınlatmak için tasarlanmıştır. (Japonlar) üzülecekler mi? Kutupluluğun gözlemlenmesi konusunda endişelenmemek için, cihazın girişinde bir diyot köprüsü sağlanmıştır. Cihaz bir breadboard üzerine monte edilmiş ve Şekil 6'da gösterilmiştir.
Şekil 6. Geliştirme kurulu
Japon radyo amatörlerinin bir sonraki gelişimi de otomotiv. Tabii ki beyaz LED'lerde odayı aydınlatmak için bu cihaz Şekil 7'de gösterilmiştir.
Şekil 7. Beyaz LED'lerde sayıları vurgulamak için cihazın şeması
Tasarım, 35 mA sınırlama akımı ve 4 lm ışık akısı ile 6 yüksek güçlü ultra parlak LED kullandı. LED'lerin güvenilirliğini artırmak için, akım stabilizatör devresinde bulunan bir voltaj regülatör çipi kullanılarak, akımlar 27 mA ile sınırlıdır.
LED EL1 ... EL3, direnç R1, DA1 yongası ile birlikte bir akım dengeleyici oluşturur. Direnç R1 boyunca kararlı bir akım, üzerinde 1.25V'luk bir voltaj düşüşünü destekler. İkinci LED grubu, aynı direnç R2 ile stabilizatöre bağlanır, bu nedenle EL4 ... EL6 LED gruplarından geçen akım da aynı seviyede stabilize edilir.
Şekil 8, 1.5 V voltajlı tek bir galvanik hücreden beyaz bir LED'i beslemek için dönüştürücü devresini göstermektedir; bu, LED'i ateşlemek için açıkça yeterli değildir. Dönüştürücü devresi çok basittir ve bir mikrodenetleyici tarafından kontrol edilir. Aslında, mikrodenetleyici sıradan multivibratör yaklaşık 40KHz darbe frekansı ile. Yük kapasitesini arttırmak için mikrodenetleyicinin çıkışları paralel olarak eşleştirilir.
Resim 8Beyaz bir LED'e güç sağlamak için dönüştürücü devresi
Şema aşağıdaki gibi çalışır. PB1, PB2 çıkışları düşük olduğunda, PB0, PB4 çıkışları yüksektir. Bu sırada, C1, C2 kapasitörleri VD1, VD2 diyotları ile yaklaşık 1.4V arasında şarj edilir. Kontrolör çıkışlarının durumu tersine çevrildiğinde, iki şarjlı kapasitörün gerilimi artı pil voltajı LED'e uygulanacaktır. Böylece, ileriye doğru LED'e neredeyse 4.5V uygulanacaktır, bu da LED'i ateşlemek için yeterlidir.
Benzer bir dönüştürücü, bir mikrodenetleyici olmadan, sadece bir mantık çipine monte edilebilir. Böyle bir devre Şekil 9'da gösterilmiştir.
Resim 9
DD1.1 elemanı üzerine, frekansı R1, C1 değerleri ile belirlenen bir dikdörtgen salınım jeneratörü monte edilir. Bu frekansta LED yanıp söner.
DD1.1 elemanının çıktısı yüksek olduğunda, DD1.2 çıktısı doğal olarak yüksektir. Bu sırada, kapasitör C2, güç kaynağından VD1 diyotu üzerinden şarj edilir. Şarj yolu aşağıdaki gibidir: artı güç kaynağı - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - eksi güç kaynağı. Şu anda, LED'i yakmak için yeterli olmayan beyaz LED'e yalnızca akü voltajı uygulanır.
DD1.1 elemanının çıkışında seviye düştüğünde, DD1.2 çıkışında VD1 diyotunun bloke olmasına yol açan yüksek bir seviye belirir. Bu nedenle, kapasitör C2'deki voltaj akünün voltajına eklenir ve bu miktar direnç R1 ve LED HL1'e uygulanır. Bu voltaj toplamı HL1 LED'ini açmak için yeterlidir. Ardından, döngü tekrar eder.
LED nasıl kontrol edilir
LED yeniyse, o zaman her şey basittir: biraz daha uzun olan sonuç bir artı veya anottur. Güç kaynağının artısına dahil edilmesi gereken, doğal olarak sınırlayıcı direnci unutmamak gerekir. Ancak bazı durumlarda, örneğin, LED eski karttan çıkarıldı ve sonuçlar aynı uzunlukta, bir çağrı gerekiyor.
Bu durumda multimetreler biraz anlaşılmaz bir şekilde davranır. Örneğin, yarı iletken test modundaki bir DT838 multimetre, test edilen LED'i hafifçe aydınlatabilir, ancak aynı zamanda göstergede açık bir devre gösterilir.
Bu nedenle, bazı durumlarda, Şekil 10'da gösterildiği gibi LED'leri sınırlama direnci üzerinden güç kaynağına bağlayarak kontrol etmek daha iyidir. Direnç değeri 200 ... 500 Ohm'dur.
Şekil 10. LED test devresi
LED sıralı
Şekil 11. LED'lerin sıralı olarak dahil edilmesi
Sınırlama direncinin direncini hesaplamak zor değildir. Bunu yapmak için, tüm LED'lere doğrudan voltaj ekleyin, güç kaynağının voltajından çıkarın ve ortaya çıkan kalıntıyı verilen akımla bölün.
R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I
Güç kaynağının voltajının 12V olduğunu ve LED'lerdeki voltaj düşüşünün 2V, 2.5V ve 1.8V olduğunu varsayalım. LED'ler bir kutudan alınsa bile, böyle bir yayılma olabilir!
Görevin durumuna göre, 20 mA'lık bir akım ayarlanır. Formüldeki tüm değerleri değiştirmek ve cevabı öğretmek kalır.
R = (12– (2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285Ω
LED paralel
Şekil 12. LED'lerin paralel aktivasyonu
Sol parçada, her üç LED de bir akım sınırlayıcı direnç üzerinden bağlanır. Ama bu plan neden kesildi, dezavantajları neler?
LED'lerin yayılmasını etkiler. En büyük akım, voltaj düşüşünün daha az olduğu, yani iç direncin daha az olduğu LED'den geçecektir.Bu nedenle, bu dahil ile, LED'lerin düzgün bir şekilde parlamasını sağlamak mümkün olmayacaktır. Bu nedenle, sağda Şekil 12'de gösterilen şema doğru devre olarak kabul edilmelidir.
Boris Aladyshkin
Ayrıca bkz. electro-tr.tomathouse.com
: