Нелинейное управление интенсивностью освещения с помощью линейного потенциометра

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2017

Stephan Goldstein, Analog Devices

EDN

Нелинейность реакции человеческого глаза на уровни освещенности создает проблемы для разработчиков регулируемых источников света. Простые аппаратные или программные способы линейного управления сжимают большую часть видимого изменения интенсивности до относительно небольшого диапазона регулировки. Характеристика управления должна быть сильно нелинейной. Такая характеристика расширяет диапазон управления яркостью и дает более естественные ощущения.

Поводом послужил понадобившийся мне фотофонарь. Простейший светодиодный фонарь для фотопечати вы можете собрать из компонентов, найденных в коробке со старым барахлом, но если бы уровень яркости мог регулироваться, риск засвечивания фотобумаги можно было бы свести к минимуму. Однако потенциометры с логарифмической характеристикой, применяемые в аудиотехнике, достаточно дороги, и хотелось бы избежать их использования. В статье показано, как решить эту задачу, используя недорогой линейный потенциометр.

Рисунок 1.	Эта несложная схема обеспечивает линейную регулировку яркости фотолабораторного фонаря.

Упрощенный вариант решения показан на Рисунке 1. Включенный диодом транзистор Q₁ и микросхема AD589 источника опорного напряжения 1.235 В (IC₁) формируют в узле A напряжение, равное 1.235 В + V_BE(Q1), где V_BE(Q1) – напряжение база-эмиттер транзистора Q₂. Линейный потенциометр R₂ и резистор R₃, включенные между узлом A и эмиттером Q₂, управляют эмиттерным и коллекторным токами Q₂ в соответствии с выражением

Это неточное соотношение, поскольку напряжения V_BE транзисторов Q₁ и Q₂ слегка изменяются при вращении потенциометра, однако на практике эта если не логарифмическая, то нелинейная характеристика работает вполне хорошо.

Падение напряжения на R₄ от коллекторного тока транзистора Q₂ создает управляющее напряжение для IC₃, а, поскольку Q₂ всегда находится в состоянии, близком к насыщению, компоненты ограничивают напряжение между его коллектором и базой на приемлемом уровне порядка 200 мВ. В положении движка, когда сопротивление R₂ минимально, и яркость света максимальна, резистор R₃ ограничивает ток светодиодов, а при максимальном сопротивлении R₂, соответствующем минимальной яркости, R₁ ограничивает ток через IC₁.

Опорное напряжение на коллекторе транзистора Q₂ управляет стандартным интегрирующим усилителем обратной связи, состоящим из rail-to-rail операционного усилителя IC₂ (AD8031), маломощного MOSFET Q₃ (IRFD010) и элементов R₅, R₆, C₂. Эта следящая система устанавливает ток через резистор R₅, который в R₄/R₅ раз больше, чем ток через R₄. Резистор R₇ изолирует емкость затвора Q₃, предотвращая самовозбуждение IC₂ из-за нестабильности нагрузки. Для питания схемы используется стандартный модульный источник 12 В, позволяющий включить четыре светодиодных цепочки с общим падением напряжения в каждой строке порядка 8 В. Для защиты от перегрузки и поддержания максимального тока каждой светодиодной цепочки на уровне около 20 мА включены резисторы R₈ … R₁₁, делящие ток стока Q₃ на четыре. Напряжение, падающее на каждом резисторе, равно 1 В, в результате чего между стоком и истоком транзистора Q₃ остаются 3 В, при которых рассеваемая на нем мощность составляет примерно 250 мВт. При увеличении количества светодиодов или напряжения источника питания, возможно, вам потребуется заменить Q₃ более мощным МОП транзистором.

Материалы по теме