Circuit pentru comanda in cascada a diodelor electroluminescente

Circuit pentru comanda in cascada a diodelor electroluminescente

Prezentarea circuitului

Este un circuit capabil sa comande o bareta de diode electroluminescente LED astfel incat diodele sa se aprinda sub forma de bara luminoasa, a carei lungime depinde de valoarea tensiunii aplicate la intrare.

Asemenea sisteme de afisaj sunt folosite in locul instrumentelor electromecanice, acolo unde precizia nu reprezinta un factor decisiv. Fiabilitatea unor astfel de afisaje este mult sporita fata de dispozitivele electromecanice cu ac, nu au inertie mecanica, suprafata ocupata este mica si in plus ofera o mare flexibilitate designer-lui de platou.

Majoritatea circuitelor de acest gen au doua legi de variatie pentru lungimea baretei luminoase in functie de tensiunea de intrare; una lineara si alta logaritmica, ultima utilizata frecvent in afisarea nivelului audio in decibeli.

Circuitul prezentat poate fi adaptat cu usurinta, la cerere, oricaror surse de semnal, ca termistori neliniari, traductoare diverse, afisarea numai a unei zone utile din intreg domeniul de variatie al parametrului de interes.

Circuitul integrat pentru comanda in cascada a diodelor electroluminescente βL100 contine tot ce este necesar pentru a comanda o bareta compusa din 5 LED-uri; acest circuit este prezentat in mai multe variante dupa cum reiese din tabelul urmator :

Caracteristicile principale ale circuitelor din familia βL100

Nota 1. Aceste circuite sunt comparabile cu variantele incapsulate intr-o capsula    cu 8 terminale dar fata de acestea ofera urmatoarele facilitati suplimentare : accesul la tensiunea de referinta interna, disponibilitatea unui terminal de control al stralucirii LED-urilor un amplificator operational independent destinat prelucrarii semnalului analogic ce urmeaza a fi afisat.

Schema electrica interna este astfel construita incat variantele incapsulate in 8 terminale sa poata fi echivalate functional si terminal la terminal cu modelele produse de firma AEG-TELEFUNKEN listate in tabelul 1, dar sa permita si extensiile cuprinse in acelasi tabel. Aceste extensii aduc aplicatiilor un plus de flexibilitate si un mai mare coeficient de integrare.

Modul de functionare

Inainte de a comenta schema bloc a circuitului integrat pentru comanda in cascada a diodelor electroluminiscente βL100 este util sa se prezinte modul de comanda a LED-urilor. Principal, circuitul integrat βL100 este o sursa de curent constant, avand valoarea tipica de 20 mA si o serie de comutatoare care sunt inchise sau deschise in functie de valoarea tensiunii de intrare figura de mai jos :

Atunci cand toate aceste comutatoare sunt deschise generatorul de curent injecteaza un curent ce strabate toate LED-urile, aprinzandu-le; bareta lumineaza pe toata lungimea ei.

Cunoscut fiind faptul ca LED-urile de diferite culori obtin aceeasi stralucire aparenta pentru tensiuni diferite de polarizare in direct (important este curentul injectat in ele) se observa ca astfel de sistem de conectare permite formarea unei barete din LED-uri de culori diferite, dar care vor avea o stralucire aparent egala (un LED tipic de culoare rosie are o stralucire normala pentru o polarizare de circa 1,6V; un LED de culoare verde are aceeasi stralucire la circa 2,1V).

Daca se inchide comutatorul K₅, atunci LED-ul numarul 5 se stinge, deoarece tot curentul ce ar trece prin el este deviat de catre comutator la masa. Lungimea barei luminoase se micsoreaza. Inchiderea comutatorului K₄ stinge LED-urile 5 si 4 si asa mai departe. Cazul limita il reprezinta inchiderea comutatorului K₁ care va stinge toate LED-urile. Acest ultim caz se intampla pentru o tensiune de intrare nula. O data un comutator inchis, de pilda K₃, pozitia comutatorului de rang inferior (K₄ si K₅) nu mai influenteaza cu nimic starea impusa de K₃. La circuitul integrat pentru comanda in cascada a diodelor electroluminiscente βL100 comutatoarele de sub cel care impune lungimea baretei luminoase, sunt toate inchise.

Schema bloc a circuitului integrat pentru comanda in

cascada a diodelor electroluminiscente βL100

Schema bloc din figura de mai sus pune in evidenta organizarea globala din interiorul circuitului integrat βL100. O astfel de reprezentare este de mare utilitate pentru intelegerea functionarii circuitului integrat si a utilizarii lui corecte, fie in aplicatii tipice, fie pentru imaginarea unor utilizari ulterioare neconventionale, fara a intra in detaliu de circuit decat in masura unor cazuri mai delicate.

Blocul central este referinta de tensiune V_fer, care trebuie sa genereze o valoare bine definita si constanta cu alimentarea; timp, temperatura si tehnologie. Aceasta tensiune de referinta este in principal utilizata pentru constructia pragurilor de basculare ale celor cinci comutatoare (comparator + tranzistor de comutare); in variantele incapsulate in plastic cu 14 terminale ea este utilizabila si in exterior.

In schema bloc desenata in figura 2 sunt reprezentate cele 5 comparatoare de tensiune care comanda tranzistoarele comutatoare Q₁ - Q₅. Intrarile inversoare ale tuturor comparatoarelor sunt legate impreuna si pe ele se aplica tensiunea de intrare, a carei valoare urmeaza sa fie afisata pe bareta de LED-uri. Cealalta intrare a comparatorului este conectata intern la o tensiune derivata din tensiunea de referinta, in jurul careia comparatorul va bascula, pentru ca sa aprinda sau sa stinga LED-ul corespunzator.

Comparatorul de tensiune propriu-zis comanda in final un tranzistor compus de tip Darlington. Colectorul acestui combinatii este de tip colector in gol si se conecteaza direct pe bareta de LED-uri.

Pentru oricare dintre comparatoare pentru tensiuni de intrare mai mici decat pragul de referinta, aplicate intrarii inversoare, tranzistorul comutator este saturat. Tensiunea lui de saturatie la curentul maxim de 20 mA ce strabate bareta de LED-uri, este mai mica decat tensiunea de aprindere a unui LED rosu si de aceea practic tot curentul va fi derivat de comutator la masa. LED-urile sau LED-ul, ,,de sub el", vor fi stinse; raman aprinse numai LED-urile sau LED-ul, ,,de deasupra" (vezi figura 1).

Pentru intreg circuitul atunci cand tensiunea de intrare este nula toate tranzistoarele comutatoare sunt saturate comutatoarele K₁ - K₅ sunt inchise) si astfel bareta este stinsa. Cand tensiunea de intrare este maxima (circa 1V pentru variantele lineare si aproximativ 2 V pentru cele logaritmice) toate tranzistoarele comutatoare sunt blocate si intreaga bareta este aprinsa.

Curentul care aprinde LED-urile este debitat de un circuit care asigura un curent constant indiferent de numarul de LED-uri conectate, de starea comutatoarelor K, sau a culorii LED-urilor. Valoarea generatorului de curent constant depinde de curentul injectat din exterior in terminalul de control al intensitatiide aprindere.

Daca terminalul de control este lasat in aer sau scurtcircuitat la masa curentul care strabate LED-urile este maxim si are valoarea tipica de 20 mA. Terminalul de control se comporta ca o dioda cu catodul conectat la masa. Injectandu-se din exterior un curent de comanda, I_COM, generatorul de curent va debita in LED-uri un curentegal cu : I_LED = 20 mA - 40 I_COM    (unde I_COM este exprimat in mA). Cand in terminalul de control al intensitatii se va introduce un curent >0,5 mA generatorul de curent va fi inhibat (I_LED = 0).

Aceasta facilitate este disponibila numai pentru circuitele βL100 incapsulate in plastic cu 14 terminale, iar aplicatia tipica o constituie modulatia stralucirii LED-urilor in functie de iluminarea ambianta.

In interiorul circuitului integrat βL100 se afla un bloc complet separat de restul circuitului si accesibil din exterior in cazul capsulei de 14 terminale. El este un amplificator operational adaptat functionarii in fata circuitului de comanda propriu-zisa a LED-urilor. Acest amplificator operational a fost inclus din cauza aplicatiei tipice a circuitului βL100 - aceea de a afisa valoarea medie sau de varf a unei tensiuni alternative din domeniul frecventelor audio.

Utilizarea directa a circuitului integrat pentru comanda in cascada a diodelor electroluminiscente βL100 (Afisaj cu 5 LED-uri)

Circuitele integrate βL100 incapsulate in capsula minidip MP 48     (8 terminale) sunt destinate unor utilizari directe.

Schema cea mai simpla de utilizare este desenata in figura urmatoare :

Atunci cand tensiunea de intrare de curent continuu este mica dar depaseste primul prag va lumina numai LED-ul numarul 1. Daca tensiunea de intrare de curent continuu depaseste 1V (varianta lineara) sau 2V (varianta logaritmica), atunci va lumina intreaga bareta de LED-uri.

Cand sursa de semnal aplica la terminalul de intrare o tensiune alternativa fara componenta de curent continuu si plasata in domeniul frecventelor audio, atunci se petrec doua efecte

Apare o redresare inerenta caracteristicii de intrare a afisajului. Tensiunile de valoare pozitiva beneficiaza de o impedanta de intrare ridicata si alternanta pozitiva aprinde proportional bareta cu LED-uri. In schimb alternantele negative nu vor fi afisate, iar in intrare curentul debitat de sursa de semnal va fi limitat la o valoare care nu pune in pericol integritatea circuitului integrat sau eventual a sursei de semnal

Constanta de timp de integrare asociata perceptiei vizuale integreaza valorile instantanee ale lungimii baretei luminoase.

In consecinta circuitul desenat in figura 3 va afisa valoarea medie integrata) a amplitudinei semnalului alternativ aplicat la intrare.

Pentru acest afisaj cu 5 diode electroluminiscente se pot utiliza oricare din variantele circuitului βL100, de preferinta cele incapsulate in minidip. De asemeni in sirul de LED-uri se pot intercala exemplare de culori diferite deoarece in acest lant se injecteaza un curent de polarizare constant.

Daca bareta este formata numai din LED-uri rosii atunci alimentarea de 12V este suficienta. In cazul in care se folosesc LED-uri cu tensiune de functionare mai ridicata verzi, galbene) alimentarea circuitului trebuie fixata la circa 16V. In toate cazurile, pentru a asigura o functionare corecta a generatorului de curent se recomanda a pastra o rezerva de circa 2V intre valoarea alimentarii si tensiunea corespunzatoare tuturor LED-urilor din bareta aprinsa complet.

Afisaj cu 10 LED-uri

Din descrierea anterioara (tabelul 1) se observa ca exista doua categorii de circuite cu pragurile decalate unul in golul celuilalt. Astfel βL101 are pragurile 0,1/0,3/0,5/0,7/0,9V pe cand βL102 comuta pentru 0,2/0,4/0,6/0,8/1V. Combinand aceste doua circuite intr-o schema tandem va rezulta un afisaj cu 10 LED-uri, avand praguri din 0,1V in 0,1V pentru un domeniu cuprins intre 0V si 1V. Schema de realizare a acestui afisaj este desenata in figura alaturata .

Aceeasi tehnica se poate utiliza si pentru variantele logaritmice, rezultand un afisaj in domeniul -20 dB+6dB.