L'utilisation de LED dans les circuits électroniques

Tout le monde connaît désormais les LED. Sans eux, la technologie moderne est tout simplement impensable. Ce sont des lumières et des lampes à LED, une indication des modes de fonctionnement de divers appareils électroménagers, l'éclairage des écrans des écrans d'ordinateur, des téléviseurs et bien d'autres choses dont vous ne vous souvenez même pas tout de suite. Tous ces appareils contiennent des LED dans la plage de rayonnement visible de différentes couleurs: rouge, vert, bleu (RVB), jaune, blanc. La technologie moderne vous permet d'obtenir presque toutes les couleurs.

En plus des LED dans la plage visible, il existe des LED pour la lumière infrarouge et ultraviolette. Le principal domaine d'application de ces LED est les dispositifs d'automatisation et de contrôle. N'oubliez pas Télécommande de divers appareils électroménagers. Si les premiers modèles de télécommande étaient utilisés exclusivement pour contrôler les téléviseurs, ils peuvent désormais être utilisés pour contrôler les radiateurs muraux, les climatiseurs, les ventilateurs et même les appareils de cuisine, tels que les mijoteuses et les machines à pain.

Alors qu'est-ce qu'une LED?

Essentiellement LED pas très différent de l'habituel diode de redressement, - tout de même jonction p-n, et tout de même propriété de base, conductivité unilatérale. En étudiant la jonction pn, il s'est avéré qu'en plus de la conductivité unilatérale, cette même jonction possède également plusieurs propriétés supplémentaires. Dans le processus d'évolution de la technologie des semi-conducteurs, ces propriétés ont été étudiées, développées et améliorées.

Le radiophysicien soviétique a apporté une grande contribution au développement des semi-conducteurs Oleg Vladimirovich Losev (1903 - 1942). En 1919, il entra dans le célèbre et célèbre laboratoire de radio de Nijni Novgorod, et depuis 1929 il travailla à l'Institut de physique et de technologie de Leningrad. L'une des activités du scientifique a été l'étude d'une faible lueur légèrement perceptible des cristaux semi-conducteurs. C'est sur cet effet que toutes les LED modernes fonctionnent.

Cette faible luminescence se produit lorsque le courant passe à travers la jonction pn dans le sens direct. Mais à l'heure actuelle, ce phénomène a été étudié et amélioré à tel point que la luminosité de certaines LED est telle qu'elle peut simplement être masquée.

La palette de couleurs des LED est très large, presque toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Mais la couleur n'est pas obtenue du tout en changeant la couleur du boîtier LED. Ceci est réalisé par le fait que des dopants sont ajoutés à la jonction pn. Par exemple, l'introduction d'une petite quantité de phosphore ou d'aluminium vous permet d'obtenir les couleurs du rouge et du jaune, et le gallium et l'indium émettent de la lumière du vert au bleu. Le boîtier LED peut être transparent ou mat, si le boîtier est coloré, il ne s'agit que d'un filtre lumineux correspondant à la couleur de lueur de la jonction p-n.

Une autre façon d'obtenir la couleur souhaitée est l'introduction d'un luminophore. Le phosphore est une substance qui donne de la lumière visible lorsqu'elle est exposée à d'autres rayonnements, même infrarouges. Un exemple classique est celui des lampes fluorescentes. Dans le cas des LED, le blanc est obtenu en ajoutant un phosphore au cristal bleu.

Pour augmenter l'intensité du rayonnement, presque toutes les LED ont une lentille de focalisation. Souvent, la face d'extrémité d'un corps transparent ayant une forme sphérique est utilisée comme lentille. Dans les diodes électroluminescentes infrarouges, la lentille semble parfois opaque, gris fumé. Bien que ces dernières années, les LED infrarouges soient disponibles simplement dans un boîtier transparent, ce sont celles utilisées dans diverses télécommandes.

LED bicolores

Aussi connu de presque tout le monde. Par exemple, un chargeur pour téléphone portable: pendant la charge, l'indicateur s'allume en rouge et, à la fin de la charge, il devient vert.Une telle indication est possible grâce à l'existence de LED bicolores, qui peuvent être de types différents. Le premier type est celui des LED à trois sorties. Un boîtier contient deux LED, par exemple verte et rouge, comme illustré à la figure 1.

Figure 1. Schéma de connexion d'une LED bicolore

La figure montre un fragment d'un circuit avec une LED bicolore. Dans ce cas, une LED à trois sorties avec une cathode commune est représentée (il y en a aussi avec une anode commune) et sa connexion à microcontrôleur. Dans ce cas, vous pouvez allumer l'une ou l'autre LED, ou les deux à la fois. Par exemple, il sera rouge ou vert, et lorsque vous allumez deux LED à la fois, il devient jaune. Si en même temps vous utilisez la modulation PWM pour régler la luminosité de chaque LED, vous pouvez obtenir plusieurs teintes intermédiaires.

Dans ce circuit, vous devez faire attention au fait que les résistances de limitation sont incluses séparément pour chaque LED, bien qu'il semble que vous ne puissiez en faire qu'une en l'incluant dans la sortie générale. Mais avec cette inclusion, la luminosité des LED changera lorsqu'une ou deux LED seront allumées.

Quelle tension est nécessaire pour la LED? Cette question peut être entendue assez souvent, elle est posée par ceux qui ne sont pas familiers avec les spécificités de la LED ou par des personnes très éloignées de l'électricité. En même temps, je dois expliquer que la LED est un appareil contrôlé par le courant et non par la tension. Vous pouvez allumer la LED au moins 220V, mais le courant qui la traverse ne doit pas dépasser le maximum autorisé. Ceci est réalisé en activant la résistance de ballast en série avec la LED.

Mais tout de même, en se souvenant de la tension, il convient de noter qu'elle joue également un grand rôle, car les LED ont une grande tension directe. Si pour une diode au silicium conventionnelle cette tension est de l'ordre de 0,6 ... 0,7 V, alors pour une LED ce seuil commence à partir de deux volts et plus. Par conséquent, à partir de une cellule galvanique Avec une tension de 1,5V, la LED ne s'allume pas.

Mais avec cette inclusion, nous voulons dire 220V, nous ne devons pas oublier que la tension inverse de la LED est assez petite, pas plus de plusieurs dizaines de volts. Par conséquent, afin de protéger la LED contre les hautes tensions inverses, des mesures spéciales sont prises. Le moyen le plus simple est la connexion contre-parallèle d'une diode de protection, qui peut également ne pas être à très haute tension, par exemple KD521. Sous l'influence de la tension alternative, les diodes s'ouvrent alternativement, se protégeant ainsi mutuellement de la haute tension inverse. Le circuit de commutation de la diode de protection est illustré à la figure 2.

Figure 2 Schéma de câblageparallèle à la LEDdiode de protection

Les LED bicolores sont également disponibles dans un boîtier à deux broches. Dans ce cas, un changement de couleur de la lueur se produit lorsque la direction du courant change. Un exemple classique est une indication du sens de rotation d'un moteur à courant continu. Dans le même temps, il ne faut pas oublier que la résistance de limitation est nécessairement activée en série avec la LED.

Récemment, une résistance de limitation est simplement intégrée à la LED, puis, par exemple, sur les étiquettes de prix dans le magasin, ils écrivent simplement que cette LED est de 12V. De plus, les LED clignotantes sont marquées par la tension: 3V, 6V, 12V. À l'intérieur de ces LED, il y a un microcontrôleur (il peut même être vu à travers un boîtier transparent), donc toute tentative de changer la fréquence de clignotement ne donne pas de résultats. Avec ce marquage, vous pouvez allumer la LED directement sur l'alimentation à la tension spécifiée.

Développements de la radio amateur japonaise

Il s'avère que le radio-amateur est engagé non seulement dans les pays de l'ex-URSS, mais aussi dans un "pays électronique" comme le Japon. Bien sûr, même un radioamateur amateur japonais ordinaire ne peut pas créer des appareils très complexes, mais les solutions de circuits individuels méritent notre attention. Vous ne savez jamais dans quel schéma ces solutions peuvent être utiles.

Voici un aperçu des appareils relativement simples qui utilisent des LED.Dans la plupart des cas, le contrôle est effectué à partir de microcontrôleurs et vous ne pouvez aller nulle part. Même pour un circuit simple, il est plus facile d'écrire un programme court et de souder le contrôleur dans le boîtier DIP-8 que de souder plusieurs microcircuits, condensateurs et transistors. Il est également intéressant de noter que certains microcontrôleurs peuvent fonctionner sans aucun accessoire.

Circuit de commande LED bicolore

Un schéma intéressant pour contrôler une puissante LED bicolore est proposé par les jambons japonais. Plus précisément, deux LED puissantes avec un courant allant jusqu'à 1A sont utilisées ici. Mais, il faut supposer qu'il existe de puissantes LED bicolores. Le diagramme est illustré à la figure 3.

Figure 3. Puissant circuit de commande à DEL bicolore

La puce TA7291P est conçue pour contrôler les moteurs à courant continu de petite puissance. Il propose plusieurs modes, à savoir: rotation avant, arrière, arrêt et freinage. L'étage de sortie du microcircuit est assemblé selon le circuit en pont, ce qui vous permet d'effectuer toutes les opérations ci-dessus. Mais cela valait la peine de faire preuve d'imagination et maintenant, s'il vous plaît, le microcircuit a un nouveau métier.

La logique de la puce est assez simple. Comme le montre la figure 3, le microcircuit possède 2 entrées (IN1, IN2) et deux sorties (OUT1, OUT2), auxquelles deux LED puissantes sont connectées. Lorsque les niveaux logiques aux entrées 1 et 2 sont identiques (peu importe 00 ou 11), alors les potentiels des sorties sont égaux, les deux LED sont éteintes.

À différents niveaux logiques aux entrées, le microcircuit fonctionne comme suit. Si l'une des entrées, par exemple, IN1 a un niveau logique bas, alors la sortie OUT1 est connectée à un fil commun. La cathode de la LED HL2 à travers la résistance R2 est également connectée à un fil commun. La tension à la sortie OUT2 (s'il existe une unité logique à l'entrée IN2) dépend dans ce cas de la tension à l'entrée V_ref, ce qui permet de régler la luminosité de la LED HL2.

Dans ce cas, la tension V_ref est obtenue à partir des impulsions PWM du microcontrôleur à l'aide du circuit d'intégration R1C1, qui contrôle la luminosité de la LED connectée à la sortie. Le microcontrôleur contrôle également les entrées IN1 et IN2, ce qui vous permet d'obtenir une grande variété de nuances de lumière et d'algorithmes pour contrôler les LED. La résistance de la résistance R2 est calculée sur la base du courant maximal admissible des LED. La procédure à suivre sera décrite ci-dessous.

La figure 4 montre la structure interne de la puce TA7291P, son diagramme structurel. Le circuit a été tiré directement de la fiche technique, par conséquent, un moteur électrique est représenté comme une charge sur celui-ci.

Figure 4Puce de périphérique interne TA7291P

Selon le schéma structurel, il est facile de tracer les chemins de courant à travers la charge et les méthodes de contrôle des transistors de sortie. Les transistors sont activés par paires, en diagonale: (en haut à gauche + en bas à droite) ou (en haut à droite + en bas à gauche), ce qui vous permet de changer le sens et la fréquence de rotation du moteur. Dans notre cas, allumez l'une des LED et contrôlez sa luminosité.

Les transistors inférieurs sont contrôlés par les signaux IN1, IN2 et sont conçus simplement pour activer / désactiver les diagonales du pont. Les transistors supérieurs sont contrôlés par le signal Vref, ils régulent le courant de sortie. Le circuit de commande, représenté simplement par un carré, contient également un circuit de protection contre les courts-circuits et d'autres circonstances imprévues.

Comment calculer une résistance de limitation

La loi d'Ohm aidera toujours dans ces calculs. Les données initiales pour le calcul sont les suivantes: la tension d'alimentation (U) est de 12 V, le courant à travers la LED (I_HL) est de 10 mA, la LED est connectée à une source de tension sans transistors et microcircuits comme indicateur d'inclusion. Chute de tension sur la LED (U_HL) 2V.

Ensuite, il est tout à fait évident que la tension (U-U_HL) sera nécessaire pour la résistance de limitation, - la LED elle-même "a mangé" deux volts. Ensuite, la résistance de la résistance de limitation est

R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12-2) / 0,010 = 1000 (Ω) ou 1KΩ.

N'oubliez pas le système SI: tension en volts, courant en ampères, le résultat en Ohms. Si la LED est allumée par le transistor, alors dans le premier support, la tension de la section collecteur - émetteur du transistor ouvert doit être soustraite de la tension d'alimentation. Mais cela, en règle générale, personne ne le fait jamais, une précision au centième de pour cent n'est pas nécessaire ici, et cela ne fonctionnera pas en raison de la propagation des détails des pièces. Tous les calculs dans les circuits électroniques donnent des résultats approximatifs, le reste doit être réalisé par débogage et réglage.

LED tricolores

En plus du bicolore ces derniers temps, très répandu LED RVB tricolores. Leur objectif principal est l'éclairage décoratif sur les scènes, lors de fêtes, lors des célébrations du Nouvel An ou dans les discothèques. Ces LED ont un boîtier à quatre broches, dont l'une est une anode ou une cathode commune, selon le modèle spécifique.

Mais une ou deux LED, même tricolores, sont peu utiles, vous devez donc les combiner en guirlandes et pour contrôler les guirlandes, utilisez toutes sortes de dispositifs de contrôle, qui sont le plus souvent appelés contrôleurs.

L'assemblage de guirlandes à partir de LED individuelles est ennuyeux et peu intéressant. Par conséquent, ces dernières années, l'industrie a commencé à produire Bandes LED de différentes couleursainsi que des bandes basées sur des LED tricolores (RVB). Si des bandes monochromes sont produites à une tension de 12 V, la tension de fonctionnement des bandes tricolores est souvent de 24 V.

Les bandes de LED sont marquées par la tension, car elles contiennent déjà des résistances de limite, de sorte qu'elles peuvent être connectées directement à une source de tension. Sources pour bande de puissance led vendu au même endroit que la bande.

Pour contrôler les LED et les rubans tricolores, pour créer divers effets d'éclairage, des contrôleurs spéciaux sont utilisés. Avec leur aide, vous pouvez facilement changer les LED, régler la luminosité, créer divers effets dynamiques, ainsi que dessiner des motifs et même des peintures. La création de tels contrôleurs attire de nombreux jambons, naturellement ceux qui peuvent écrire des programmes pour microcontrôleurs.

En utilisant une LED tricolore, vous pouvez obtenir presque toutes les couleurs, car la couleur sur l'écran du téléviseur est également obtenue en mélangeant seulement trois couleurs. Il convient ici de rappeler un autre développement de la radio amateur japonaise. Son schéma de circuit est illustré à la figure 5.

Figure 5. Schéma de connexion d'une LED tricolore

La puissante LED tricolore 1W contient trois émetteurs. Lorsque les résistances sont indiquées sur le schéma, la couleur de la lueur est blanche. En sélectionnant les valeurs des résistances, un léger changement de teinte est possible: du blanc au blanc au blanc chaud. Dans la conception de l'auteur, la lampe est conçue pour éclairer l'intérieur de la voiture. Seront-ils (les Japonais) tristes! Afin de ne pas vous soucier de l'observation de la polarité, un pont de diodes est prévu à l'entrée de l'appareil. Le dispositif est monté sur une planche à pain et illustré à la figure 6.

Figure 6. Carte de développement

Le prochain développement des radio-amateurs japonais est également l'automobile. Cet appareil pour éclairer la pièce, bien sûr, sur des LED blanches est illustré à la figure 7.

Figure 7. Schéma de l'appareil pour mettre en évidence le nombre sur les LED blanches

La conception a utilisé 6 LED ultra-lumineuses haute puissance avec un courant limite de 35 mA et un flux lumineux de 4 lm. Pour augmenter la fiabilité des LED, le courant qui les traverse est limité à 27 mA à l'aide d'une puce de régulateur de tension incluse dans le circuit stabilisateur de courant.

Les LED EL1 ... EL3, la résistance R1 et la puce DA1 forment un stabilisateur de courant. Un courant stable à travers la résistance R1, supporte une chute de tension de 1,25V sur celle-ci. Le deuxième groupe de LED est connecté au stabilisateur via exactement la même résistance R2, donc le courant à travers le groupe de LED EL4 ... EL6 sera également stabilisé au même niveau.

La figure 8 montre un circuit convertisseur pour alimenter une LED blanche à partir d'une seule cellule galvanique avec une tension de 1,5 V, ce qui n'est clairement pas suffisant pour allumer la LED. Le circuit convertisseur est très simple et contrôlé par un microcontrôleur. En fait, le microcontrôleur est multivibrateur ordinaire avec une fréquence d'impulsion d'environ 40 KHz. Pour augmenter la capacité de charge, les sorties du microcontrôleur sont couplées en parallèle.

Figure 8Circuit convertisseur pour alimenter une LED blanche

Le schéma fonctionne comme suit. Lorsque les sorties PB1, PB2 sont basses, les sorties PB0, PB4 sont hautes. A ce moment, les condensateurs C1, C2 sont chargés à travers les diodes VD1, VD2 à environ 1,4V. Lorsque l'état des sorties du contrôleur est inversé, la somme des tensions de deux condensateurs chargés plus la tension de la batterie sera appliquée à la LED. Ainsi, près de 4,5 V seront appliqués à la LED vers l'avant, ce qui est suffisant pour allumer la LED.

Un convertisseur similaire peut être assemblé sans microcontrôleur, juste sur une puce logique. Un tel circuit est illustré à la figure 9.

Figure 9

Un générateur d'oscillation rectangulaire est assemblé sur l'élément DD1.1, dont la fréquence est déterminée par les valeurs de R1, C1. C'est à cette fréquence que la LED clignote.

Lorsque la sortie de l'élément DD1.1 est élevée, la sortie de DD1.2 est naturellement élevée. A ce moment, le condensateur C2 est chargé à travers la diode VD1 depuis la source d'alimentation. Le chemin de charge est le suivant: plus la source d'alimentation - DD1.1 - C2 - VD1 - DD1.2 - moins la source d'alimentation. À ce moment, seule la tension de la batterie est appliquée à la LED blanche, ce qui n'est pas suffisant pour allumer la LED.

Lorsque le niveau devient faible à la sortie de l'élément DD1.1, un niveau élevé apparaît à la sortie de DD1.2, ce qui conduit au blocage de la diode VD1. Par conséquent, la tension aux bornes du condensateur C2 est ajoutée à la tension de la batterie et cette quantité est appliquée à la résistance R1 et à la LED HL1. Cette somme de tensions est suffisante pour allumer la LED HL1. Ensuite, le cycle se répète.

Comment vérifier la LED

Si la LED est neuve, alors tout est simple: cette conclusion, qui est légèrement plus longue, est un plus ou une anode. C'est elle qui doit être incluse dans le plus de l'alimentation, sans oublier bien sûr la résistance de limitation. Mais dans certains cas, par exemple, la LED a été retirée de l'ancienne carte et les conclusions sont de la même longueur, un appel est nécessaire.

Les multimètres dans cette situation se comportent de façon quelque peu incompréhensible. Par exemple, un multimètre DT838 en mode test semi-conducteur peut simplement éclairer légèrement la LED testée, mais en même temps un circuit ouvert est affiché sur l'indicateur.

Par conséquent, dans certains cas, il est préférable de vérifier les LED en les connectant via la résistance de limitation à la source d'alimentation, comme indiqué sur la figure 10. La valeur de la résistance est de 200 ... 500 Ohm.

Figure 10. Circuit de test LED

LED séquentielle

Figure 11. Inclusion séquentielle de LED

Il n'est pas difficile de calculer la résistance de la résistance de limitation. Pour ce faire, ajoutez la tension continue à toutes les LED, soustrayez-la de la tension de la source d'alimentation et divisez le résidu résultant par le courant donné.

R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I

Supposons que la tension de l'alimentation soit de 12 V et que la chute de tension aux DEL soit de 2 V, 2,5 V et 1,8 V. Même si les LED sont prises dans une seule boîte, il peut toujours y avoir une telle propagation!

En fonction de la tâche, un courant de 20 mA est réglé. Il reste à substituer toutes les valeurs de la formule et à enseigner la réponse.

R = (12– (2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285Ω

LED parallèle

Figure 12. Activation parallèle des LED

Sur le fragment de gauche, les trois LED sont connectées via une résistance de limitation de courant. Mais pourquoi ce schéma est-il barré, quels sont ses inconvénients?

Cela affecte la propagation des LED. Le plus grand courant passera par la LED, dans laquelle la chute de tension est moindre, c'est-à-dire que la résistance interne est moindre.Par conséquent, avec cette inclusion, il ne sera pas possible d'obtenir une lueur uniforme des LED. Par conséquent, le schéma illustré à la figure 12 à droite doit être reconnu comme le bon circuit.

 

Boris Aladyshkin