Iluminat cu LED pentru modelele de cale ferată; Pagina de start a lui Christian
Câteva circuite de bază pentru utilizarea iluminatului cu LED pe căile ferate model
Pe aceasta pagina
Pentru a-mi lumina mașina în mod uniform și fără întreținere, încerc de mai mult timp diferite variante cu LED-uri. Aici trebuie explicate câteva circuite de bază cu ajutorul cărora se poate realiza propria dvs. iluminare.
Circuite de bază
În primul rând, trebuie spus că Mklrklin și sectorul digital nu folosesc tensiunea directă, ci mai mult sau mai puțin chiar tensiunea alternativă. În operație analogică, este o oscilație sinusoidală simplă, uniformă. În funcționarea digitală nu este chiar așa, deoarece datele sunt transmise și prin intermediul tensiunii de funcționare.
Cel mai simplu circuit pentru LED poate fi reprezentat cu o diodă, un rezistor și LED-ul în sine:
Tensiunea de funcționare este aici în stânga și în dreapta, prin care polul pozitiv este întotdeauna alternativ la stânga sau la dreapta datorită curentului alternativ. Dacă este în stânga, dioda conduce, curentul curge prin rezistența și LED-ul din serie, iar LED-ul se aprinde.
Dioda și rezistorul de serie servesc la protejarea diodei emițătoare de lumină. Diodele care emit lumină se aprind numai atunci când curentul curge prin ele în direcția „corectă” - adică de la anod la catod. În direcția opusă se blochează împotriva ei. Spre deosebire de o diodă „normală”, cu toate acestea, diodele emițătoare de lumină o iau rău atunci când sunt acționate în direcție inversă mult timp, adică: o diodă pentru protecție.
Alternativ, puteți utiliza și acest circuit:
Dacă polul pozitiv este în stânga, curentul curge prin dioda emițătoare de lumină. Dacă polul pozitiv este în dreapta, curentul curge prin dioda normală.
Cum recunoașteți „+” (anod) și „-” (catod) pe o diodă emitentă de lumină? Este ușor cu noile diode emițătoare de lumină: piciorul mai lung este +. Trebuie să aruncați o privire mai atentă asupra LED-urilor din cutia de artizanat:
În imagine puteți vedea cum picioarele continuă să ruleze în carcasa LED-ului. Catodul este partea cea mai mare - în imaginea de mai sus catodul este în dreapta, anodul în stânga.
Rezistorul de serie este utilizat pentru a genera curentul corect pentru LED-ul din tensiunea de alimentare. Dimensiunea sa este calculată conform legii lui Ohm folosind formula R = U/I, unde R este valoarea rezistenței, U este tensiunea care ar trebui să scadă peste rezistor și I intensitatea curentă a LED-ului.
Iată un exemplu: Transformatorul de cale ferată furnizează curent alternativ de până la 16 V. Dar LED-ul are nevoie doar de 2 V. Deci, 14 V trebuie să „cadă” la rezistor: U = 14V.
Majoritatea LED-urilor funcționează cu 20 mA, deci I = 20 mA sau 0,02 A.
Întregul inserat în formula noastră oferă rezistență:
Nu depinde de fiecare ohm - deci dacă rezistența noastră de serie are ceva între 650 și 750 ohmi, atunci se va potrivi.
La calcularea diodei în sine nu trebuie uitată. O tensiune de 0,7 volți scade de obicei pe fiecare diodă. Este posibil să fie dedus acest lucru înainte de calcul. Acest lucru este neglijabil pentru exemplul de mai sus, dar trebuie avut în vedere atunci când se fac calcule mai precise.
Dacă un LED este acționat cu o tensiune prea mare, curge prea mult curent prin el. LED-ul se încălzește și se decolorează sau se arde direct. Dacă supratensiunea este scăzută, procesul de îmbătrânire este accelerat: LED-ul devine din ce în ce mai întunecat și în cele din urmă eșuează complet.
Conexiune de serie
Rezistorul transformă electricitatea pe care o „consumă” în căldură. Cu cât căderea de tensiune este mai mare, cu atât devine mai caldă. Mai ales când trebuie furnizate mai multe LED-uri, la fel ca în cazul iluminării interioare, interiorul vagonului ar putea deveni rapid inconfortabil.
Soluția este foarte simplă: conexiune în serie. Să luăm exemplul nostru mai sus: Dacă, în loc de unul, patru LED-uri sunt furnizate de rezistor, care sunt conectate în serie, o tensiune de 2 V cade pe fiecare LED. Deci rezistența trebuie doar să „reducă” 8 V, astfel încât să ajungem la 16V. În loc de 700 ohmi trebuie să aibă 400 ohmi. Circuitul arată astfel:
În locul diodei din circuitul de mai sus, același număr de LED-uri ar putea fi instalate în direcția opusă. Cu curent alternativ normal, ambele rânduri de LED-uri se aprind alternativ și se protejează reciproc.
Desigur, acest circuit nu este potrivit pentru funcționarea digitală. Cu tensiunea analogică de curent alternativ, pâlpâie uniform, dar este încă destul de suportabil. Cu toate acestea, în funcționarea digitală, tensiunea transmite și semnalele către locomotive și curenți, ceea ce înseamnă că cele două părți nu pâlpâie uniform, ci în ritmul datelor. Cel târziu, când unitatea centrală are în memorie comenzile pentru mai multe locomotive și le trimite continuu, devine urâtă. Prin urmare, ar trebui utilizat un circuit cu o diodă suplimentară.
Nu ai putea lua tensiunea digitală și să pui numărul corect de LED-uri între ele, fără un rezistor de serie? În principiu, asta ar funcționa, desigur, dar tensiunea digitală este rareori exact un multiplu al tensiunii directe a LED-ului - chiar dacă la prima vedere arată așa. Dacă tensiunea devine prea mică, LED-urile se întunecă foarte repede. Dacă tensiunea este prea mare, curenții excesiv de mari vor curge foarte repede și LED-ul va fi distrus. Un rezistor de serie poate compensa acest lucru într-o anumită măsură - desigur, LED-ul urmează curba de tensiune, dar modificările sunt doar minore. Deci, nu funcționează fără un rezistor de serie, cu excepția cazului în care vă bazați pe circuite avansate pentru a stabiliza tensiunea - mai multe despre asta mai târziu.
Deci, să revenim la un circuit în care dioda de protecție, rezistorul și LED-ul sunt conectate în serie. Acest circuit poate fi, de asemenea, utilizat digital: impulsurile de curent de la șină (+) la conductorul central (-) sunt destul de uniforme, astfel încât circuitul poate fi utilizat dacă acordați atenție polarității liniilor de alimentare: partea stângă a acestor diagrame de circuit către șină, dreptul la dirijorul central.
Desigur, puteți agăța mai multe „șiruri” cu rezistență de serie și LED în spatele diodei de protecție. Cu acest circuit am proiectat iluminarea simplă a automobilelor de conversie și a automobilelor compartimentate:
Teoretic, o altă variantă ar fi de conceput. Un rezistor ar putea furniza mai multe rânduri de LED-uri:
Desigur, valoarea rezistorului trebuie ajustată corespunzător, deoarece curentul de două ori trebuie să curgă. Rezistența noastră ar avea valoarea 8 V/0,04 A = 200 Ohm. Cu toate acestea, curentul dublu face ca rezistența să devină puțin mai caldă. Există, de asemenea, rezistențe cu capacități de încărcare diferite și cu cât curge mai mult curent prin ele, cu atât rezistența trebuie să fie mai mare. Nu neapărat soluția dacă mai multe mașini trebuie iluminate.
Redresor de pod și netezire
Circuitele anterioare au strălucit prin pâlpâire mai mult sau mai puțin puternică în timpul funcționării. Acest lucru poate funcționa în continuare pentru iluminatul stradal al transformatorului de lumină, dar cel târziu dintr-o dată în sistemul digital puteți vedea foarte clar că iluminatul nu este constant. Un condensator ajută aici. În același timp, servește la amortizarea scurtelor întreruperi de putere. Sursele de lumină convenționale fac acest lucru cu inerția lor înnăscută, dar trebuie să ajutăm cu LED-urile.
Pentru a folosi cu adevărat fiecare curent pe care transformatorul îl pune la dispoziție, înlocuim dioda de protecție simplă cu un circuit redresor real, care constă din patru diode:
Cu acest circuit, se poate realiza o iluminare foarte uniformă. Diodele din stânga asigură că marginea „greșită” a curentului alternativ este inversată. Condensatorul se încarcă și alimentează LED-ul în timpul „pauzelor de tensiune”. Ca orientare, presupun aproximativ 1 µF per mA. În exemplul de mai sus 20 µF când LED-ul atrage 20 mA. Cu cât este mai mare condensatorul, cu atât iluminarea este mai uniformă, chiar dacă nu există contact cu șina - dar: cu cât este mai mare condensatorul, cu atât este mai mare spațiul necesar și cu atât sunt mai mari curenții pe care sistemul îi transmite de la transformator prin linii de alimentare, șine, Grinder și, în cele din urmă, diodele trebuie să reziste.
Și încă o notă: Mai sus am presupus că transformatorul furnizează 16V și apoi am calculat rezistența în serie. Trebuie remarcat faptul că tensiunea efectivă este specificată pe transformatoarele de curent alternativ. Dacă rectificarea se limitează la o diodă simplă, puteți trăi în continuare cu ea.
În spatele circuitului redresor și a condensatorului de netezire, cu toate acestea, tensiunea este mai aproape de tensiunea de vârf, adică nu de 16V, ci de aproximativ 22,6 V. În funcționarea analogică a Mдrklin H0, valoarea maximă este chiar mai mare datorită impulsului de comutare. Acest lucru trebuie bineînțeles luat în considerare la calcularea rezistențelor de serie și în special a condensatoarelor. Condensatoarele ar trebui să poată manevra 35 de volți.
Regulator de voltaj
Cu un LM317 ca sursă de curent constant, LED-urile pot fi făcute să lumineze chiar și atunci când tensiunea se schimbă:
LM317 este de obicei un regulator de tensiune reglabil. Circuitul de mai sus îl transformă și într-o sursă de curent constant: regulatorul de tensiune se reglează singur astfel încât 1,25 V să fie între „Vout” și „Adj”. Pentru a calcula rezistența necesară, introduceți intensitatea de curent dorită în formula R = U/I.
Un exemplu de calcul: LED-urile sunt proiectate pentru 20 mA.
Aici ar trebui să ia următoarea rezistență mai mare. Dacă se folosește un rezistor mai mic, curentul devine mai mare:
Cu alte LED-uri, valoarea poate fi reglată corespunzător - LED-urile ultra-luminoase pot fi uneori operate cu până la 100 mA. Valorile corecte pot fi găsite în fișele tehnice ale LED-ului. Cu expeditori precum Conrad sau Reichelt, aceștia sunt conectați direct la componentele respective pentru descărcare.
Regulatorul de tensiune compensează diferitele tensiuni de intrare. Dacă mașina este alimentată cu puțină putere în modul analog, deoarece trenul se mișcă încet, controlerul se deschide puțin mai mult - iar LED-urile se aprind la maxim. Dacă mașina are probleme de contact, condensatorul amortizează acest lucru și LED-ul continuă să strălucească constant, chiar dacă condensatorul nu mai poate reține tensiunea inițială. Cu circuitul anterior, LED-urile se vor întuneca încet - aici continuă să strălucească constant.
Cu o sursă de curent constantă, nu trebuie să vă faceți griji cu privire la tensiunea nominală a LED-ului. Circuitul funcționează ca un rezistor variabil, care setează automat tensiunea optimă pentru consumatorul conectat.
Trebuie remarcat faptul că și aici tensiunea poate fi redusă doar, la fel ca la un rezistor. Deci, dacă acționați 4 LED-uri în serie, dar tensiunea este de numai 6 volți, atunci LM317 nu îl transformă magic în cei 8 volți de care are cel mai mult nevoie. Dimpotrivă: tensiunea de intrare ar trebui să fie cu 2-3 volți peste tensiunea de intrare, astfel încât să funcționeze în mod fiabil, deoarece controlerul are nevoie și de puțină tensiune pentru sine. Pentru funcționarea digitală aveți 6-7 LED-uri care pot fi acționate în spatele unui LM317.
Regulator de comutare
Ultima opțiune este utilizarea unui regulator de comutare. Aici, excesul de tensiune nu este pur și simplu transformat în căldură, dar regulatorul de tensiune modifică de fapt tensiunea și, astfel, rămâne rece.
Aceasta oferă o serie de avantaje. Cel mai important lucru atunci când se utilizează curent digital „scump” este, desigur, eficiența: circuitul este mult mai economic decât toate alternativele. În același timp, puteți agăța cu ușurință o mulțime de LED-uri individuale cu o rezistență de serie scăzută în paralel cu ieșirea, astfel încât iluminarea să strălucească cu luminozitate maximă chiar și în funcționare analogică la orice viteză.
Dacă rămâneți sub tensiunea nominală a LED-ului utilizat, puteți adăuga chiar și LED-uri fără rezistență de serie, ceea ce în anumite circumstanțe simplifică foarte mult cablarea - la gara mea doar două regulatoare de comutare sunt utilizate pentru sute de LED-uri. Cu toate acestea, nu puteți utiliza puterea maximă a LED-ului, deoarece tensiunea nominală nu trebuie niciodată depășită.
Dezavantajul regulatorului de comutare este complexitatea crescută a circuitului și costurile mai mari. Indiferent dacă acest efort merită depinde de diferiți factori: Cu o mașină pentru funcționare analogică sau când se utilizează benzi LED de 12 V gata făcute cu cuplaje care transportă curent, circuitul poate fi ascuns în portbagaj. Dacă, pe de altă parte, luminați doar o singură mașină care funcționează întotdeauna digital, atunci un astfel de regulator de comutare este probabil exagerat.
Am realizat câteva exemple de planuri pentru iluminarea cu LED-uri cu MC34063A pe pagina regulatorului de comutare.
Toate acestea ar trebui să fie suficiente ca o mică introducere în subiect și pentru primii pași. Deci, fie obțineți mai multă literatură pe această temă, fie pur și simplu încercați-o.
Pot recomanda cartea „Modellbahn-Elektronik” de Burkhard Oerttel de la Alba-Verlag ca o introducere suplimentară: Scrisă de înțeles, ieftină și oferă cele mai importante elemente de bază pentru modelul feroviar - de asemenea, în afară de iluminat.