Frage:
Einfache Schaltung zum Ausblenden einer LED (keine MCU)
Joshua Burns
2014-08-09 00:11:52 UTC
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Was ist die einfachste Schaltung, die Sie erstellen können, um eine LED von aus zu hell einzublenden, ohne einen Prozessor oder eine MCU zu verwenden? Wäre hier ein Induktor von Nutzen?

Wie wird die LED mit Strom versorgt?Wenn es von einer Spannung mit einem Widerstand ist, um den Strom zu begrenzen.Dann würde ein ausreichend großer Induktor in Reihe mit dem Widerstand funktionieren.Es hätte eine Zeitkonstante von L / R, und ich vermute, Sie würden einen verdammt großen Induktor benötigen, damit es sich etwa eine Sekunde lang einschaltet.
Ich dachte an eine 9-V-Batterie, die eine LED mit einem Ziel von 1,9 V bei 10 mA und einem 750-Ohm-Widerstand versorgt.
OK, mit 750 Ohm benötigen Sie einen 750 Henry-Induktor für eine Zeitkonstante von 1 Sekunde.Ich denke, Sie sollten die Spannung besser langsam einschalten.Wie wäre es also mit Ihrer Batterie, einem 100-Ohm-Serienwiderstand und einer großen Erdungskappe (minus der Batterie)? Für 1 Sekunde benötigen Sie 10 mF.und dann Ihren 750 Ohm Widerstand an die LED.(Das ist immer noch ein großer Kondensator.)
Gibt es irgendwelche Einschränkungen bei der Verwendung eines Transistors?Nur ein Widerstand und ein Kondensator bilden eine exponentielle Rampe an der Basis / dem Gate des Transistors.
Ich bin nicht ganz gegen einen Transistor, das Ziel war es, ihn so primitiv wie möglich zu halten und die am besten zugänglichen Arten von Teilen zu verwenden.
Das Problem ohne Transistor ist, dass 750 \ $ \ Omega \ $ sehr niedrig ist, um eine Zeitkonstante von 1s zu erreichen.
Möchten Sie eine Lösung, die die niedrigsten Kosten aufweist, am einfachsten zu bauen ist oder die einfachste / niedrigste Anzahl von Teilen, unabhängig von den Kosten?
Fünf antworten:
#1
+10
Phil Frost
2014-08-09 03:52:50 UTC
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Wäre hier ein Induktor von Nutzen?

Ja! So wie ein Kondensator Spannungsänderungen widersteht, widersteht eine Induktivität Stromänderungen. Da die Helligkeit eine Funktion des Stroms ist, ändern Sie die Helligkeit langsam, wenn Sie den Strom langsam ändern. Sie können dies tun:

schematic

diese Schaltung simulieren - Schema erstellt mit CircuitLab sup >

Hier ist R1 nur der übliche Strombegrenzungswiderstand, der wie üblich berechnet wird. D2 ist erforderlich, damit beim Öffnen von SW1 noch ein Pfad für den Stromfluss vorhanden ist, damit die LED ausgeblendet werden kann.

Die definierende Funktion eines idealen Induktors lautet nun:

$$ v (t) = L \ frac {\ mathrm di} {\ mathrm dt} $$

Im Englischen ist die Spannung am Induktor gleich der Änderungsrate des Stroms (in Ampere pro Sekunde) mal die Induktivität (in Henry).

Nehmen wir nun an, wir wollten, dass die LED über einen Zeitraum von etwa 1 Sekunde von Ein zu Aus (oder von Aus zu Ein) wechselt. Wir könnten diese Differentialgleichung lösen, aber es ist ein bisschen schmerzhaft, denn wenn der Strom durch L1 zunimmt, steigt auch der Strom durch R1. Nach dem Ohmschen Gesetz bedeutet dies, dass auch die Spannung an R1 ansteigt, und da die Spannung an D1, R1 und L1 insgesamt 9 V betragen muss, bedeutet mehr Spannung an R1 weniger Spannung an L1.

Zum Glück nur Wie bei Widerstands-Kondensator-Schaltungen haben Widerstands-Induktor-Schaltungen eine Zeitkonstante. Dies ist die Zeit, die der Strom benötigt, um 63% seines Endwerts zu erreichen (der durch R1 eingestellt wird, den Sie wahrscheinlich ausgewählt haben, um den Endstrom gemäß den Spezifikationen Ihrer LED unter 20 mA zu bringen).

Die Zeitkonstante ist einfach die Induktivität mal der Widerstand. Auf Kosten einer gewissen Genauigkeit werden wir die Diode ignorieren, um die Dinge zu vereinfachen. Nehmen wir also an, wir möchten, dass die LED etwa 1 Sekunde für den Übergang benötigt. Das heißt, wir brauchen etwas in der Größenordnung von:

$$ L_1 \ cdot R_1 = 1 \: \ mathrm s $$

Wenn wir also 15 mA in unserer LED haben möchten, muss R1 (wiederum Annäherungen, die D1 ignorieren) in der Größenordnung von \ $ 9 \: \ mathrm V / 0.015 \: \ mathrm A = 600 \: \ Omega \ $ liegen. Aufrunden auf den nächsten Standardwert: 680Ω. Also:

$$ L_1 \ cdot 680 \: \ Omega = 1 \: \ mathrm s \\ L_1 = 1.47 \: \ mathrm {mH} $$

Dies ist vollständig machbar, aber ein guter Ingenieur weiß, dass ein Induktor mit dieser Induktivität, der bei 15 mA Strom nicht gesättigt wird, groß und teuer ist. Induktoren sind im Allgemeinen nur ein Schmerz im Arsch. Es ist schön, dass diese Schaltung einfache, vollständig passive Komponenten sind, aber selbst wenn wir einige aktive Komponenten einbauen, wird das Endergebnis wahrscheinlich billiger sein, wenn wir stattdessen Kondensatoren verwenden können.

Einführung: der Gyrator. Dies ist ein ordentliches Konzept, das viele Dinge tun kann, aber eine sehr häufige Anwendung und Implementierung ist der simulierte Induktor. Es nimmt einen Kondensator und lässt ihn wie einen Induktor aussehen, wie folgt:

gyrator equivalent circuit

Wir haben bereits berechnet, dass wir \ $ R_L = 680 \: \ Omega \ $ und wollen \ $ L = 1.47 \: \ mathrm {mH} \ $, damit wir nach \ $ RC \ $:

$$ 1.47 \: \ mathrm {mH} = (680 \: \ Omega) auflösen können ) RC \\ RC = 2.16 \ cdot 10 ^ {- 6} $$

Wir können jeden Widerstand und jeden Kondensator so auswählen, dass ihre Zeitkonstante \ $ 2.16 \ cdot 10 ^ {- 6} \ ist $. Das gibt uns viel Flexibilität. Es bedeutet auch, dass wir nicht einmal einen großen Elektrolytkondensator benötigen. Wir können einen billigen Keramikkondensator verwenden.

Sagen wir einfach, weil wir viele davon in unserer Teileschublade haben, dass wir \ $ R = 10 \: \ Omega \ $ wollen. Dann:

$$ (10 \: \ Omega) C = 2,16 \ cdot 10 ^ {- 6} \\ C = 216 \: \ mathrm {nF} $$

Runden wir das auf den nächsten Standardwert von 220nF. Die endgültige Schaltung sieht also folgendermaßen aus:

schematic

simulieren diese Schaltung sup>

Wenn Sie einen idealen Operationsverstärker haben, funktioniert diese Schaltung genauso wie die obige Induktorversion. Das größte Problem, das Sie mit einem echten Operationsverstärker haben werden, ist, dass dessen Ausgänge nicht bis zu den Versorgungsschienen reichen können. Wählen Sie also eine Rail-to-Rail-Variante, die mindestens so nahe an die positive Schiene heranreicht, dass die LED ausgeschaltet wird. Wenn dies die Auswahl Ihres Operationsverstärkers erleichtert, können Sie die LED auch so bewegen, dass sie sich am Ausgang des Operationsverstärkers befindet. Der Operationsverstärker muss sich dann der negativen Schiene nähern, um die LED auszuschalten.

Wirklich, dies ist keine ideale Lösung, aber hoffentlich zumindest lehrreich. Sie können so etwas wie diesen simulierten Induktor natürlich mit fast allem mit Verstärkung erreichen, wie einem einzelnen BJT. Tatsächlich kann dies einige Vorteile haben: Es kann einfacher sein, und Sie stoßen möglicherweise nicht auf das Problem von Schiene zu Schiene. Diese Schaltung gibt einen Einblick, wie ein aktives Gerät einen Kondensator durch Rückkopplung wie einen Induktor aussehen lassen kann. Wenn Sie einige der anderen BJT-Lösungen in anderen Antworten untersuchen, haben sie möglicherweise ähnliche Feedback-Konfigurationen.

#2
+9
ACD
2014-08-09 01:24:16 UTC
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Mit einer einfachen RC-Zeitkonstante können Sie die LED langsam einschalten lassen, indem Sie einen großen Kondensator aufladen.

Um die wenigsten Komponenten zu verwenden, wäre der Netzschalter einfach, ob die 9-V-Batterie angeschlossen ist oder nicht. Die Zeitkonstante wird mit R * C berechnet. In meinem Beispiel würde es also ungefähr dauern:

$$ 710 \: \ Omega \ cdot 47 \: \ mathrm {\ mu F} = 33,4 \: \ mathrm {ms} $$

enter image description here

Um mehr Kontrolle über die Zeitkonstante zu haben, können Sie einen BJT verwenden und etwas Ähnliches tun:

enter image description here

Jetzt können Sie ein größeres R verwenden, anstatt es als LED-Strombegrenzer zu verwenden. Durch langsames Hochfahren des BJT-Basisstroms wird der Kollektorstrom langsam eingeschaltet, in diesem Beispiel etwa 1 s.

Ihre Lösung benötigt einen Widerstand über C1, um diesen BJT in endlicher Zeit auszuschalten
OP war nicht genau detailliert mit den Anforderungen, die er brauchte, aber ich stimme zu.Ich habe das schnell ausgepeitscht.
Ja, ich habe auch schnell kommentiert, ich weiß, dass ich manchmal ein bisschen hart klinge, ich liebe es einfach, Antworten zu verbessern, meine oder nicht.
@VladimirCravero, Wie würde sich ein Widerstand über C1 auf die Zeitkonstante zum Laden des Kondensators auswirken? ?
Nun, Sie sollten das Netz lösen und herausfinden.Wenn es einen Widerstand mit dem Wert Null gibt, wird die Ladezeit gegen unendlich gehen, wenn der Wert von R unendlich ist, beträgt die Ladezeit 3 \ $ \ tau \ $, wobei die Ladezeit so etwas wie "Laden von C auf 90%" ist.Wenn also 0
@sherrellbc siehe meine bearbeitete Antwort über die Zeitkonstante
Die Zeitkonstante ist einfach R * C (nicht R * C * .63), und es ist die Zeit, die die Spannung benötigt, um 63% des Endwerts zu erreichen.Ihre Lösung wird auch durch den nichtlinearen D1 kompliziert.Wenn Sie sich Ihre erste Simulation ansehen, durchläuft der Diodenstrom den größten Teil seines Bereichs in etwa 2 ms.Intuitiv wird ein Großteil der "Verzögerung", die durch das Laden des Kondensators bereitgestellt wird, damit verbracht, den Kondensator bis zur Durchlassspannung der Diode zu laden, und während dieser ganzen Zeit ist die LED effektiv aus.
Ohne genau zu wissen, was das OP wollte, ist Ihr Kommentar nicht konstruktiv.Sein einziges erklärtes Ziel war es, "so primitiv wie möglich zu sein und die zugänglichsten Arten von Teilen zu verwenden".Was ist einfacher und zugänglicher als ein Widerstand und eine Kappe.Mit Sicherheit kein Induktor und Opamp.Ich bin auch nicht einverstanden mit Ihnen RC Kommentar.Der Wiki-Artikel besagt ausdrücklich, dass die Zeitkonstante "die Zeit ist, die erforderlich ist, um den Kondensator über den Widerstand um ≈ 63,2 Prozent der Differenz zwischen dem Anfangswert und dem Endwert aufzuladen".
@ACD ja, genau das steht.Die Zeitkonstante (R * C) ist die Zeit, die erforderlich ist, um den Kondensator über den Widerstand um ≈ 63,2 Prozent der Differenz zwischen dem Anfangswert und dem Endwert aufzuladen.Was Sie gesagt haben, ist, dass die Zeitkonstante (R * C * .63) ist, was dreiundsechzig Prozent der Zeitkonstante entspricht.
@Phil sehe ich jetzt.Du hast recht.Es ist schon eine Weile her, dass ich eine RC-Zeitkonstante als Verzögerung verwendet habe, haha.
#3
+5
Vladimir Cravero
2014-08-09 01:18:40 UTC
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Mit dieser Schaltung können Sie Ihr Ziel erreichen:

schematic

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

Ich habe es geschafft, ohne etwas zu dimensionieren, damit Verbesserungspotenzial besteht, aber mit den angezeigten Werten leuchtet die LED in etwa 1 s vollständig auf (simulieren Sie es!).

Wenn V1 hoch geht, ist der Transistor ausgeschaltet, sodass die LED aus ist. In R3 beginnt etwas Strom zu fließen und C2 wird aufgeladen. Bitte beachten Sie, dass der Transistor nicht eingeschaltet sein kann, bis die Spannung am oberen Ende von C2 weniger als etwa 0,7 V beträgt, sodass der Strom in R4 Null ist. Sie können diese Informationen verwenden, um die Differentialgleichung zu lösen und zu berechnen, wie lange es dauert, bis die Spannung 0,7 V erreicht. Denken Sie daran, dass R2 Strom stiehlt, der den Prozess etwas verlangsamt.

Wenn Vc2 etwa 0,7 V beträgt Der Transistor beginnt sich einzuschalten. Bitte beachten Sie, dass er sich nicht nur vollständig einschaltet, sondern im aktiven Bereich startet. Da IR4 langsam ansteigt, weil die Spannung an C2 langsam ansteigt, steigt auch der Strom in der LED langsam an und Sie haben Ihre Dimmung.

Die Spieler sind also:

  • R3 , C2: Sie entscheiden, wie lange es dauert, bis die LED aufleuchtet: Je größer, desto länger.
  • R2: Entlädt C2, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Ein kleinerer Wert wäre besser und würde die Einschaltzeit verlangsamen, was einen kleineren C2 ermöglicht. Beachten Sie jedoch, dass die Spannung an R2 hoch genug sein muss, um den BJT einzuschalten.
  • R4 begrenzt den BJT-Basisstrom Vc2 wird höher als 0,7 V (dies ist der Fall).
  • R1 begrenzt den LED-Strom.
  • D1 ist die LED.
  • Q1 kann ein beliebiges kleines Signal sein

Das kam mir aus dem Kopf, es sollte funktionieren, lässt aber Raum für Verbesserungen.

Zweite Iteration

Ich dachte nur, dass das Verschieben des bjt oben auf der R-LED-Q-Ausgangsreihe die Schaltung einfacher machen würde:

schematic

simulieren Sie diese Schaltung sup>

Was ist jetzt besser? Zunächst einmal ist die Einschaltspannung an der Basis gestiegen, da die LED und der Begrenzungswiderstand an der Basis des Transistors angebracht sind. Sie benötigen keinen Basiswiderstand mehr, da R3 vorhanden ist und die Spannung am Kondensator nicht über die vom Transistor zugelassenen Werte ansteigen muss, bevor wir sie benötigten, da der Transistor 0,7 V zulässt. Jetzt sind es ungefähr die vollen 9 V.

Die Werte in meinem Schaltplan sind ziemlich roh: Sie sollten R1 etwas verringern, da 0,2 V auf den Transistor fallen sollen. R2 ist nach "viel größer als R1" dimensioniert und dient zum Entladen der Kondensator. Dies sind ohnehin gute Startwerte und sollten Ihnen ein paar Einblendungen geben.

Endgültiger Nachtrag

Ein Benutzer hat dies in den Kommentaren gefragt, aber jetzt scheint es Alles ist weg, jedenfalls passiert hier was mit der Zeitkonstante, wenn ein Widerstand parallel zum Kondensator hinzugefügt wird:

i'm no artist

über den magischen mathematischen Teil werfen Sie einen Blick hier

Das ist ziemlich klug.
@NickWilliams danke, aber das ist überhaupt nicht klug.Das bjt sollte auf die Oberseite gehen und die Schaltung würde sooooo besser werden
Ich kann mich irren, aber fehlt C1?
@JYelton, das auftritt, wenn Sie eine Kappe löschen und lesen.Das ist nur eine schlechte Anmerkung
Ich hätte es nicht erwähnt, außer Ihr Text bezieht sich in verschiedenen Teilen sowohl auf C1 als auch auf C2.
Entschuldigung, ich korrigiere gerade meine Antwort.
Wenn das Eingangssignal niedrig ist, würde sich C1 dann nicht über R2 * und * R3 entladen?
@sherrellbc ja, oder besser, es kommt darauf an.Wenn das Eingangssignal ein Schalter ist, denke ich, dass es kein SPDT sein wird, also würde "niedrig" gleich "offen" sein.Die Rechteckwelle ist nur zur Simulation da.
Ist die Annahme einer langsamen Rechteckwellenquelle nicht eher ein Betrug?Wenn Sie das haben, können Sie wahrscheinlich einen Knopf darauf drücken, damit es eine Rampenwellenform erzeugt und einen einfachen Transistorstromverstärker verwendet.
@JamieHanrahan die Rechteckwelle ist nur da, um den Tastendruck zu simulieren.Ich verstehe nicht, was Sie unter "Drücken einer Taste" verstehen, aber ich denke, Sie beziehen sich auf einen Funktionsgenerator: Das ist nicht das, was dieser Rechteckwellengenerator darstellt.
#4
+2
Roddy
2018-02-19 03:21:38 UTC
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Dies ist Teil einer Schaltung, die ich für LEDs in einem Strahlenmuster entwickelt habe, die einen sogenannten Kometen-Trail-Effekt ermöglichen.Die vollständige Schaltung besteht aus 10 Strahlen, die von einem Dekadenzähler (4017B) über Transistoren (MPSA42) angesteuert werden, um die 12 V vom Zähler zu isolieren.Das Taktsignal wird von einem PIC erzeugt.Das vollständige Display sieht so aus.Hier ist es von hinten beleuchtet, um alle LEDs anzuzeigen. enter image description here LED Ray Fader

Ihr Schaltplan stimmt nicht wirklich mit Ihrem Text überein.- Ihr Text allein ist eine gute Information.
Dies beantwortet nicht die Frage des OP nach der automatisierten Intensitätssteuerung einer LED.Wenn Ihre Antwort den PIC als Generator für Muster mit variabler Intensität enthalten würde, wäre Ihre Antwort viel besser.Auf dieser Site zählen diese Details.
#5
  0
Conundrum
2018-10-10 13:40:09 UTC
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Eine Art Phasenverschiebung oder Twin-T-Oszillator.

Ich würde so etwas wie einen 2N3904 und vielleicht fünf diskrete Komponenten ausprobieren. Wenn Sie eine derzeit begrenzte Versorgung wie eine 3-V-Knopfzelle verwenden, würde dies die Dinge erheblich vereinfachen.

Schalten Sie die rote oder orangefarbene LED für maximale Wirkung in Reihe mit dem Transistor.Wenn Sie es richtig machen, kann die Taste Ihren Oszillator starten und mit der richtigen Timing-Konfiguration stoppen.

Eine Variante davon wird tatsächlich in flackernden LEDs (IIRC) verwendet, wobei eine Rückkopplungsmethode verwendet wird, sodass abhängig vom Eingangszustand einer von n Oszillatoren ausgewählt wird.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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