Инфракрасные светодиоды на микроконтроллере

March 17, 2014 by admin Комментировать »

Если проанализировать характер изменения ВАХ у светодиодов разного цвета, то можно заметить любопытную закономерность — прямое напряжение Un? изменяется пропорционально цветовой гамме радуги. На краях видимой части спектра находятся светодиоды красного (1.6 В) и синего (3.5 В) цвета. Между ними располагаются светодиоды остальных цветовых оттенков. Прямые напряжения на светодиодах математически возрастают согласно известной скороговорке: «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан» (красный-оранжевый-жёлто/зелёный-голубой-синий-фиолетовый). Связано это с физикой полупроводниковых материалов, точнее, с разной шириной запрещённой зоны у применяемых в излучателях сплавах.

Логично предположить, что светодиоды, генерирующие излучение в «невидимом» инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн, должны иметь прямое напряжение Unp в районе 0.9…1.2 В. Действительно, применяемые в обычных телевизионных ПДУ инфракрасные светодиоды имеют ВАХ с точкой подъёма характеристики Unp = 1 В. Особенностью этих светодиодов являются большие допустимые постоянные (25…100 мА) и импульсные (0.5…1 А) прямые токи. Как следствие, для коммутации ИК-светодиодов требуются мощные ключи.

На Рис. 2.32, a…x показаны схемы подключения ИК-светодиодов к MK. В большинстве случаев используется импульсный режим работы и транзисторные ключи. Это необходимо для увеличения мощности излучения, дальности действия, а также для улучшения помехозащищённости от внешних световых пульсаций, создаваемых, например, электрическими лампами.

Рис. 2.32. Схемы подключения ИК-светодиодов к MK (начало):

а) прямое подключение ИК-светодиода HL1 к MK. Параллельное соединение двух и более линий облегчает токовую нагрузку. Дальность действия 1…2 м (регулируется резистором R1)\

б) увеличение числа резисторов нивелирует разброс ВАХ линий MK, которые должны работать синхронно во времени. Дальность действия 2…3 м (регулируется резисторами R1…Rn)\

в)типовая схема включения ИК-светодиода HL1 через мощный транзистор VT1 структуры п—р—п. Резистор R2 определяет ток в импульсе порядка нескольких сотен миллиампер. «Крейсерская» дальность действия до 6 м. Встречаются схемы с применением транзистора VT1 2SC1652, при этом надо установить Rx = 470 Ом и R2 = 1 Ом; О

О Рис. 2.32. Схемы подключения ИК-светодиодов к MK (продолжение):

г)         стабилизация тока через ИК-светодиод HL1 производится элементами VD1, VD2, VT1, R2. Прямой ток через светодиод вычисляется по формуле /ПР[мА] = 700 / Л2[Ом], где число «700» означает разницу в милливольтах между падением напряжения на двух диодах VD1, VD2 и на переходе «база — эмиттер» транзистора VT1;

д)         шунтирование ИК-светодиода HL1 сравнительно низкоомным резистором R2 увеличивает крутизну фронтов передаваемых сигналов. Происходит это из-за более быстрого разряда внутренней ёмкости светодиода HL1\

е)         стабилизация тока через ИК-светодиод HL1 производится элементами VD1, R1 VT1, R3. Резистором R1 регулируется ток через светодиод HL1. Аналогичную регулировку можно осуществить и резистором R3, но физически это сделать намного труднее из-за дефицитности подборного ряда дробных омических сопротивлений;

ж) подключение ИК-светодиода HL1 через мощный транзистор VT1 структуры р—п—р. Питание батарейное 3 В, поэтому в цепи коллектора VT1 допускается отсутствие токо ограничительного резистора. Степень насыщения транзистора VT1 (а значит и быстродействие) можно регулировать резистором R1. Конденсаторы C1…C3 накапливают энергию. Параллельное соединение трёх конденсаторов эффективно снижает их общее динамическое сопротивление;

з)аналогично Рис. 2.32, ж, но с другим способом включения резистора R1, который обеспечивает запирание транзистора VT1 при рестарте MK или в случае, когда линия порта имеет выход с открытым стоком. В некритичных ситуациях резистор R1 может отсутствовать; О

О Рис. 2.32. Схемы подключения ИК-светодиодов к MK (продолжение):

и)         накопительная цепочка R2, C1 увеличивает амплитуду импульса тока, протекающего через светодиод HL1 Это полезно при большом внутреннем сопротивлении источника питания. Транзисторы K77, VT2 обеспечивают высокий общий коэффициент усиления, чтобы гарантированно пропускать большой коллекторный ток и снизить нагрузку на выход MK;

к) увеличение излучаемой мощности при помощи последовательного включения двух светодиодов HL1, HL2. Накопительный конденсатор C1 обязателен при батарейном питании. Резистор R3 ограничивает импульсный ток и определяет дальность действия излучения;

л) схема Т. Гизбертса. Малая длительность фронта спада и нарастания излучаемых импульсов 40 нс достигается за счёт применения быстродействующих ИК-светодиодов HL1, HL2 и шунтирования их низкоомными резисторами R2, R3. Выходные линии MK запараллелены, чтобы ускорить разряд ёмкости полевого транзистора VT1\

м) аналогично Рис. 2.32, к, но с транзистором VT1 структуры р—п—р. Желательно подобрать транзистор с максимально высоким коэффициентом передачи Л21Э* Если поставить транзистор VT1 KT972, то сопротивление резистора R1 надо увеличить до 2…4 кОм;

н) двух транзисторный электронный ключ позволяет использовать транзистор КГ2структуры р—п—р с низким коэффициентом усиления Н21Э. Резистор R2 закрывает транзистор VT1 в момент рестарта MK, а резистор R3 закрывает транзистор VT2 при НИЗКОМ уровне на выходе MK; О

О Рис. 2.32. Схемы подключения ИК-светодиодов к MK {продолжение):

о) обычный «видимый» светодиод HL1 визуально индицирует невидимые вспышки, излучаемые ИК-светодиодами HL2, HL3. Цепочка R2, C1 накапливает энергию между вспышками. Резистор R3 ограничивает импульсный ток через транзистор VT2. Резистор R4 выбирается так, чтобы обеспечить полное открывание транзистора VT2 при включении транзистора VT1 ВЫСОКИМ уровнем с выхода MK;

п) транзисторы K77, VT2 образуют логическую схему «И», что используется для программной модуляции излучения ИК-светодиода HL1. Модулирующие импульсные сигналы могут формироваться на верхнем и на нижнем выходе MK как раздельно, так и одновременно;

р)дискретная регулировка тока через ИК-светодиод HL1 при помощи четырёхразрядного ЦАП на транзисторах VT1… VT4 и резисторах R5…R8. Сопротивления резисторов R5…R8отличаются друг от друга в 2 раза, следовательно можно получить 16 градаций яркости излучения;

с) увеличение излучаемой мощности происходит благодаря параллельно-последовательному включению ИК-светодиодов HL . Их количество в каждой из двух веток ориентировочно 2…8, что определяется напряжением питания и сопротивлением резисторов R3, R4\ О

О Рис. 2.32. Схемы подключения ИК-светодиодов к MK (окончание):

т)оптоэлектронное реле на основе ИК-светодиодов. Излучатели HL1…HL5 и фотоприёмники BLL..BL5 применяются абсолютно одинаковые, что указывает на их физическую обратимость. Ток через открытый транзистор VT1 выбирается резистором R2 в пределах 20…50 мА;

у)двухступенчатое управление ИК-светодиодами HL1, HL2. Сначала открывается транзистор VT1 НИЗКИМ уровнем на верхней линии MK, а затем транзистор VT2 (импульсно);

ф) качественное управление быстродействующим ИК-светодиодом HL1 требует специальной схемотехники. В частности, применяются транзисторные ключи VT1..VT4, рабочие точки которых стабилизируются при помощи ОУ DA1\

x) выходная часть имитатора пульта ДУ. Импульсы информационной огибающей формируются на выходе MK. Высокочастотное заполнение 36…40 кГц обеспечивает таймер DA1. Резистор R2 настраивается методом вилки по безошибочной передаче ИК-сигналов.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты