Einfache LED-Fade-Schaltung

Zuerst die Warnung: -

Das Problem ist, dass ich nicht die volle Helligkeit der LED erreichen kann, die sie erreicht, wenn sie einfach an eine 12-V-Stromversorgung angeschlossen wird

Schließen Sie eine Standard-LED nicht direkt an eine Spannungsversorgung an, es sei denn, Sie möchten riskieren, dass sie kaputt geht - verwenden Sie immer einen Strombegrenzungswiderstand.

Zurück zu Ihrem Schaltplan; Sie verwenden einen Emitterfolger, um mehrere Serien-LEDs anzusteuern, und dies verliert natürlich etwa 0,7 Volt zwischen Eingang (Basis) und Ausgang (Emitter), was einen gewissen Helligkeitsverlust erklären könnte. Um den Strom wiederherzustellen, versuchen Sie, den Widerstand in Reihe mit der LED-Kette zu senken, aber beachten Sie die Warnung, dass es sich um einen Strombegrenzungswiderstand handelt, und machen Sie ihn nicht so niedrig, dass Sie die LEDs beschädigen.

Sie verwenden auch einen Potentialteiler, um die Basis anzusteuern, und dies reduziert natürlich die Basisspannung und dies wiederum reduziert natürlich die Emitterspannung. Ich würde R2 nach links von R1 verschieben und seinen Wert niedriger als R1 machen. Wenn beispielsweise R1 10 kOhm beträgt, sollte das neu positionierte R2 etwa 1 kOhm betragen.

Die LED-Bestrahlungsstärke ist grob gesagt eine Funktion des Stroms. Die LED-Beleuchtungsstärke ist eher eine logarithmische Funktion der Bestrahlungsstärke. Um also eine ungefähr "lineare" Zunahme oder Abnahme der wahrgenommenen Helligkeit zu erreichen, möchten Sie, dass der Strom in den LEDs einer groben Annäherung an die RC-Ladekurve folgt (die exponentiell ist). Leider reicht es nicht aus, LEDs nur mit einer sich exponentiell ändernden Spannung anzusteuern Mach den Trick nicht. Möglicherweise möchten Sie den LED- Strom in Abhängigkeit von der Ladespannung steuern .

Die folgende Schaltung wird dies in angemessener Näherung erreichen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Der Stromspiegel bildet sich aus$Q_2$Und$Q_3$wird ziemlich gut bis in eine flache Sättigung hinein funktionieren$Q_3$. Das bedeutet, dass Sie fast das Ganze erreichen können$V_\text{CC}$Spannung über Ihren LEDs, weniger vielleicht ein halbes Volt oder so. Und sie kontrollieren auch die ganze Zeit über den LED-Strom.

$Q_1$arbeitet als Emitterfolger. Wenn die Kondensatorspannung ansteigt, steigt auch der Emitter - in relativ engem Gleichschritt. Dies bedeutet, dass die Spannung an$C_1$setzt den Strom ein$R_\text{SET}$, als Sammler von$Q_2$wird immer nur etwa ein Diodenabfall über dem Boden sein.

Der einzige Trick bei all dem ist das$Q_1$benötigt zum Betrieb einen Basisrekombinationsstrom. Dies "schleppt" die steigende Rate von$C_1$'s Spannung und beschleunigt ebenfalls die Fallrate. Diese Schaltung verwendet jedoch nur$R_2$zum Aufladen aber die Summe von$R_2+R_3$zum entladen. Der größere Wert von$R_2+R_3$(was andernfalls eine längere Entladezeit erfordern würde) wird durch den Rekombinations-Basisstrom für kompensiert$Q_1$, die auch entlädt$C_1$. Wenn Sie also das Verhältnis dieser beiden Widerstände ein wenig anpassen, erhalten Sie ungefähr gleiche Anstiegs- und Abfallzeiten für die Ströme in den LEDs.

Wenn Sie eine verwenden$12\:\text{V}$liefern und wollen eine Spitze von etwa$20\:\text{mA}$in den LEDs, dann würden Sie mit der obigen Schaltung so etwas bekommen$R_\text{SET}\approx 390\:\Omega$(vorausgesetzt$Q_1$'S$\beta\approx 240$.) Natürlich könnte es auch weniger sein, aber dies erhält zunächst einen ungefähren Widerstandswert, unabhängig davon. (Nur mit$5\:\text{V}$,$R_\text{SET}\approx 39\:\Omega$.)

Jedenfalls ist es einfach, es auszuprobieren. Solange der LED-Strom bescheiden ist (in der Nähe von$20\:\text{mA}$oder weniger) sollte die Verlustleistung in den drei Transistoren innerhalb der Spezifikation liegen, ohne dass Kühlkörper benötigt werden.$R_\text{SET}$sollte zumindest sein$\frac14\:\text{W}$, obwohl. Stellen Sie sicher, dass Sie überprüfen, was ich sage, indem Sie die Temperaturänderung aller drei BJTs testen und fühlen$R_\text{SET}$, obwohl. Überprüfen Sie immer und nehmen Sie Anpassungen vor, wo Sie das Gefühl haben, dass es besser ist.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Bei dieser Schaltung gibt es eine Spannungsteilerschaltung mit R1 und R2, was bedeutet, dass Sie an der Basis Ihres Transistors nur ein Verhältnis Ihrer Eingangsspannung sehen.
$V_{BASE} = (R_{2}/(R_{1}+R_{2}))/V_{IN}$

Dies bedeutet, dass Ihre Basisspannung je nach den Werten, die Sie für R1 und R2 verwenden, geringer ist als die Ihrer Kollektorspannung. Dies bedeutet, dass Ihr Transistor nicht vollständig gesättigt wird, was bedeutet, dass an Ihrem Transistor ein größerer Spannungsabfall auftritt ($V_{CE}$)

Selbst im besten Fall verlieren Sie an Ihrem Transistor ~ 0,7 V, selbst wenn er vollständig gesättigt ist. Sie denken, Ihre LED ist immer noch an 12 V angeschlossen, wenn die Realität so ist, dass es nach dem Transistor eher so ist, als würde die LED an ~ 10-11 V angeschlossen (abhängig von Ihren Werten für R1 und R2).

Dann ist es anhand des Ohmschen Gesetzes einfach zu erkennen, warum Ihre LED nicht so hell wird, weniger Spannung bei gleichem Widerstand = weniger Strom.
Was Sie tun müssen, ist zu berechnen, wie hoch der Spannungsabfall Ihres Transistors sein wird, und dann einen neuen Wert für Ihren Strombegrenzungswiderstand basierend auf Ihrer neuen Spannung ($V_{IN}-V_{CE}$)

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Abbildung 1. Bewegen Sie R2 in die gezeigte Position.

Sie können den potenziellen Teilereffekt Ihrer ersten Schaltung vermeiden, indem Sie R2 zum Schalter bewegen. Es hat dann keine Wirkung, wenn SW1 eingeschaltet ist, stellt aber einen Entladungsweg bereit, wenn SW1 ausgeschaltet ist. Sein Wert könnte etwa 1/10 von R1 betragen, um die Lade- und Entladeströme ähnlich zu halten.

Werfen Sie einen Blick auf Ihre zweite Schaltung ...

Wie Sie auf den Spuren im Bild oben sehen können, erhält Q1 nie genug Spannung, um sich vollständig einzuschalten. Die rote Spur befindet sich am Schalter, die grüne in der Mitte des Widerstandsteilers und die blaue an der Basis des Transistors. Bei dieser Simulation wird der Schalter 2 Sekunden lang gedrückt gehalten und dann 3 Sekunden lang losgelassen.

Ihre Widerstände sind zu hoch (und befinden sich in einem unnötig komplizierten Netzwerk). Ich würde versuchen, den Wert Ihrer Widerstände zu reduzieren. Die Ladegeschwindigkeit des Kondensators wird mithilfe der Gleichungen für die Kondensatorzeitkonstante gesteuert . Stellen Sie sicher, dass Sie einen Blick darauf geworfen und die gewünschten Zahlen dort eingefügt haben. Ein größerer Kondensator braucht länger zum vollständigen Aufladen (bei konstantem Widerstand).

Anstatt RC zu verwenden, könnten Sie PWM verwenden. Moderne Autos verwenden PWM-Schaltungen, um die Innen- und Instrumentenbeleuchtung zu dimmen oder auszublenden. Ich habe Innenkuppellichter gesehen, die im Theaterstil ein- und ausblenden.