Zaloguj się
Wszystkie
20 czerwca 2024
56
Przykład z życia wzięty: klient życzy sobie, aby wokół pokrętła regulacji głośności w nowym sterowniku wzmacniacza znajdowała się świecąca „otoczka”. W zamyśle będzie to pierścień z mlecznobiałego, półprzejrzystego poliwęglanu, który od spodu muszę podświetlić kilkunastoma diodami LED w obudowach SMD (w celu uzyskania możliwie równomiernego podświetlenia pierścienia na całym jego obwodzie). Jak zaznaczył klient, efekt świetlny ma mieć kolor zielony, a do tego musi być subtelny, lekko dostrzegalny, absolutnie nieodwracający wzroku słuchacza od wyeksponowanych lamp elektronowych. Trzeba uwzględnić ponadto możliwość jego załączania i wyłączania wraz z całym wzmacniaczem.
Jak jasno potrafią świecić diody LED, wiemy chyba wszyscy. Nawet małe, niepozorne „pipki” w obudowach 0603 potrafią (odpowiednio wycelowane) nieźle oślepić. Oczywiście dzieje się tak ze względu na budowę samej struktury półprzewodnikowej – obudowa ma tutaj drugorzędne znaczenie, zwłaszcza w przypadku diod tzw. sygnalizacyjnych, czyli ukierunkowanych na niską cenę jednostkową i wysoką trwałość, nie zaś na spektakularną jasność.
W wielu typowych zastosowaniach zasilamy diody LED prądem o natężeniu kilku lub kilkunastu miliamperów. Świecą wtedy bardzo jasno, ich parametry maksymalne nie zostają przekroczone, pobór mocy okazuje się z reguły pomijalny (zwłaszcza w urządzeniach sieciowych). W opisanym przykładzie jednak myślenie należy „odwrócić”, bowiem trzeba doprowadzić do sytuacji, w której kilkanaście diod będzie świeciło ze stosunkowo niską (i możliwie jednakową) jasnością. Na warsztat wziąłem diody typu HL-PC-3216U70GC od producenta Honglitronic, które świecą barwą zieloną, a zamknięte są w obudowach 1206 (ze względu na wygodę ich ustawienia na powierzchni płytki). Szeroki kąt świecenia 120° umożliwia ładne rozproszenie światła w całej objętości podświetlanego pierścienia. Dziesięć takich diod rozłożonych równomiernie po okręgu powinno wystarczyć.
Testy wykazały, że pożądana jasność pojedynczej diody jest uzyskiwana przy natężeniu prądu zasilającego równym 10 μA. Nie należy się temu przesadnie dziwić, wszak ludzkie oko jest szczególnie wyczulone właśnie na barwę zieloną. Z kolei jasność diody zależy od natężenia prądu przez nią płynącego (rysunek 1), więc regulując prąd, uzyskujemy bezpośredni wpływ na jasność światła. Prąd płynący przez diodę najprościej byłoby ograniczyć za pomocą rezystora włączonego z nią w szereg – zwłaszcza że moc na nim tracona będzie znikoma z racji bardzo małego natężenia prądu. Wprawdzie pokazany na rysunku 1 wykres dotyczy prądu przewodzenia rzędu miliamperów, lecz z samej zasady działania diody LED można domniemywać, iż zależność ta powinna być liniowa (lub chociaż quasi-liniowa) w szerokim zakresie prądu przewodzenia.
Jednak zamieszczony w nocie katalogowej wykres odzwierciedlający charakterystykę prądowo-napięciową tejże diody – rysunek 2 – okazuje się w obszarze tak niskich prądów zupełnie nieprzydatny. Ma on charakter wybitnie poglądowy, toteż trzeba choćby zgrubnie oszacować napięcie przewodzenia wspomnianej diody w tym obszarze pracy. I tu kolejna niespodzianka – jedna dioda miała w takich warunkach napięcie przewodzenia równe 2,05 V, druga 1,86 V, zaś trzecia 2,23 V. Pomiaru dokonano woltomierzem o rezystancji wewnętrznej 100 MΩ, więc jego wpływ na dokładność tych pomiarów można uznać za pomijalny.
Rozbieżności pomiędzy poszczególnymi egzemplarzami są więc doskonale widoczne i niepodważalne, przekraczają 10%. Wpływ na ten stan rzeczy mają zapewne rozrzuty technologiczne, bowiem temperatura elementów podczas próby była niemal jednakowa. Pierwszy wniosek jest taki, że połączenie tych diod równolegle i zasilanie ze wspólnego rezystora ograniczającego ich prąd to pomysł kompletnie nietrafiony, bowiem będą one świecić z zupełnie różną jasnością. Nie pomaga tutaj również charakterystyka czułości oka ludzkiego, która jest zakrzywiona logarytmicznie – inaczej mówiąc: przy niewielkich poziomach jasności różnice są doskonale widoczne, zaś zacierają się dopiero przy znacznie jaśniejszym świetle. Trzeba mieć to na uwadze i naprawdę dobrze zadbać o wyrównanie prądów diod.
Drugi wniosek: najlepiej byłoby opisywane diody zasilać ze źródła prądowego, aby układ stał się niewrażliwy na rozrzuty napięć przewodzenia poszczególnych diod. Można to jednak uznać za strzelanie z armaty do muchy, bowiem w omawianym układzie mamy aż dziesięć diod, zaś najwyższe napięcie, jakim dysponuje zastosowana płytka sterownika, wynosi 12 V. Zatem opcja połączenia wszystkich diod szeregowo i zasilania z jednego precyzyjnego źródła prądowego odpada, gdyż do zasilenia całego obwodu wymagane byłoby zarezerwowanie napięcia rzędu 30 V. Trzeba by zatem podzielić komponenty na np. pięć łańcuchów po dwie diody, co komplikuje i rozbudowuje cały układ, który – podkreślam – ma jedynie podświetlać niewielki pierścionek wokół pokrętła. Znacznie lepszy pomysł stanowiłoby „zasymulowanie” źródła prądowego za pomocą odpowiednio dobranego rezystora. Jak to zrobić?
Rysunek 3 wyraża znaną z teorii obwodów zależność – nieidealne źródło prądowe może zostać zastąpione przez nieidealne źródło napięciowe, przy czym owa „nieidealność” jest w rzeczywistości rezystancją wewnętrzną. W przypadku źródeł prądowych nosi ona nazwę upływności. Każde rzeczywiste źródło prądowe ma upływność, którego wartość to kiloomy lub megaomy, zależnie od przyjętej topologii, w tym istnienia w układzie np. sprzężenia zwrotnego. Dlatego rezystor o rezystancji równej upływności takiego źródła będzie się zachowywał właśnie jak samo źródło.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
