Wie kann ich einen 9-Positionen-Schalter so verdrahten, dass in jeder Position eine LED mehr als zuvor leuchtet?

Ich habe einen 9-Wege-Schalter wie diesen:

Und ich versuche herauszufinden, wie ich eine LED mit Position 1, 2 mit Position 2 bis zu allen 9 in Position 9 einschalten kann.

Natürlich kann ich die gesamte Verkabelung für die LEDs an jeder Position wiederholen, aber das scheint albern.

Meine Idee ist, dass bei einem Layout wie unten der Schalter die eingekreiste rote Linie (in Position 3 gezeigt) darstellt, die sich in jeder nachfolgenden Position nach rechts verlängert, bis alle Lichter verbunden sind. Wie kann ich das machen?

Hier ist eine Low-Tech-Lösung, die viele Teile benötigt. Nur 4 Positionen gezeigt, benötigen Sie 45 Dioden für 9 Positionen.

Sunyskyguy hat eine clevere Lösung, wenn Sie eine Hochspannung zur Verfügung haben.

Verdrahten Sie die LEDs mit einer geregelten Stromquelle in Reihe und schließen Sie das Segment kurz, das dunkel sein soll.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Sie können möglicherweise einen Buck-Boost-Wandler verwenden, um die 30 V zu erzeugen, wenn Sie noch keine geeignete Spannung haben.

Hier ist eine einfache Möglichkeit, eine mit einem LM2596S-Modul zu erstellen:

1. Entfernen Sie das Potentiometer und beide großen Kondensatoren
2. Schließen Sie einen der geborgenen Kondensatoren zwischen + in und + out (positiv zu + in) an und montieren Sie einen 1uF Keramikkondensator an der Stelle, an der sich der Ausgangskondensator befand.
3. Schließen Sie einen 100-Ohm-Widerstand vom Ausgang an die Klemme des mittleren Potentiometers an.

Auf diese Weise modifiziert, erzeugt es eine negative Spannung an den -out-Klemmen und wirkt als 12,5-mA-Stromsenke an der mittleren Potentiometer-Klemme (mit Quelle an + out), wenn die Spannung zwischen + in und + out angelegt wird.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

oder ein XL6009-Buck-Boost-Modul kann geändert werden. Dieses Mal einfach das Potentiometer entfernen und einen 100-Ohm-Widerstand hinzufügen, 3-30 V an die nirmalen Eingangsanschlüsse anschließen und den LED-String mit dem Ausgang und dem Widerstand verbinden.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Wenn Sie nicht an einen bestimmten Schalter gebunden sind, können Sie diesen durch einen „Progressive Shorting-Drehschalter“ ersetzen. Das funktioniert genauso wie beim Zeichnen.

Eine Möglichkeit, das progressive Aufleuchten der LEDs beim Drehen des Drehschalters zu erzielen, besteht darin, eine Stromsenke an der Masse des Schalters zu verwenden und die LEDs dann wie unten gezeigt über die Wahlschalterklemmen zu verdrahten. Die gezeigte Konstantstromsenke ist eine kostengünstige Möglichkeit, eine 20-mA-Senke für die LEDs zu erhalten, sodass es keine Helligkeitsschwankungen gibt, wenn sich die Anzahl der leuchtenden LEDs ändert. Dieses Schema erfordert eine ausreichend hohe Versorgungsspannung, die den Durchlassspannungsabfall des Serienstrings von bis zu neun LEDs überwindet.

Oldfart und Mattman944 ​​geben sehr ähnliche Antworten für komplexe Diodennetzwerke. Wenn Helligkeitsschwankungen akzeptabel sind, reicht eine einfache Diodenleiter aus. Rote LEDs haben typischerweise einen Spannungsabfall von 2 V und Dioden einen Spannungsabfall von 0,6 V, so dass der kombinierte Effekt der Diodenspannungsabfälle in einer Leiter signifikant sein kann.

Bei einer 9-V-Batterie und dem Schalter in Position 9 wird für den Strombegrenzungswiderstand für LED 9 9-2 = 7 V und für den Strombegrenzungswiderstand für LED 1 9-2- (0,6 * 8) = 2,2 V angezeigt führen zu einer mehr als dreifachen Stromdifferenz durch die LEDs, wenn die Strombegrenzungswiderstände den gleichen Wert haben.

Wenn Sie auf gleicher Helligkeit bestehen, müssen Sie alle von Oldfart und Mattman944 ​​empfohlenen Dioden einbeziehen. Mit nur wenigen zusätzlichen Dioden können Sie die Helligkeitsschwankungen jedoch auf ein hoffentlich nicht wahrnehmbares Maß reduzieren. Durch Hinzufügen von drei weiteren Dioden links wie in der obigen Abbildung wird sichergestellt, dass bei Schalterstellung 9 LED 5 die gleiche Spannung wie LED 8 anzeigt. Die tatsächlichen Spannungen an den Strombegrenzungswiderständen sind wie folgt. Beachten Sie, dass eine zusätzliche Diode zwischen den LEDs 5 und 2 (in der folgenden Tabelle nicht berücksichtigt) die Schaltung weiter verbessern würde.

LED  Voltage across current limiting resistor
9             7
8    7-0.6   =6.4
7    7-0.6*2 =5.8
6    7-0.6*3 =5.2
5    7-0.6   =6.4
4    7-0.6*2 =5.8
3    7-0.6*3 =5.2
2    7-0.6*4 =4.6
1    7-0.6*5 =4

Eine andere Möglichkeit, die Helligkeit auszugleichen, besteht darin, Dioden in den Leitungen einiger LEDs zu installieren, um den Spannungsabfall absichtlich zu erhöhen. In der obigen Zeichnung ist eine zusätzliche Diode in die Leitung von Schaltkontakt 1 zu LED 1 eingefügt, so dass LED 1 die gleiche Spannung sieht, unabhängig davon, ob sich der Schalter in Position 1 oder 2 befindet. Der Strombegrenzungswiderstand für LED 1 kann dann sein ein kleinerer Wert als die anderen, um die Helligkeit dieser LED mit den anderen abzugleichen.

Dies sind nur Ideen - für diese Art von Projekt lässt sich das beste Gleichgewicht zwischen Helligkeit und Komplexität am besten durch Experimentieren finden.

Sie können einen solchen Puffer pro LED verwenden.

In diesem Diagramm sind R1 bis R3 Pullup-Widerstände. Wenn Sie einen der Schalter schließen, wird der direkt daran angeschlossene Puffer auf 0 gesetzt, wodurch alle darunter liegenden Puffer auf Low geschaltet werden. 4050 hat 6 Puffer. Sie benötigen 2 davon für 9 LEDs.

Diese Lösung benötigt nur eine Spannung, um den 4050 mit Strom zu versorgen (3 V bis 20 V für den CD4050B). Sie können beliebig viele 4050er verketten.

Wenn Sie sich einen weiteren Abfall von 0,5 V leisten können, können Sie eine massive Anordnung von Dioden verwenden. Hier ist ein Beispiel mit drei LEDs, die 6 Dioden benötigen.
(Sorry für die SW, SW2 .., Circuit Lab hat kein Drehschaltersymbol)

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Es mag wie ein Overkill erscheinen, aber es wären weniger Teile und möglicherweise weniger teuer als bei einigen anderen Lösungen, einen Mikrocontroller zu verwenden. Viele Ardunio-Boards haben über 9 digitale Ausgangs-Pins - Sie können eine LED mit jeweils neun Pins ansteuern. Indem der Schalter verschiedene Punkte eines Spannungsteilers auswählt und ihn einem analogen Pin zuführt, können Sie die Schalterposition bestimmen und aufleuchten, was auch immer Sie beschlossen haben, sollte aufleuchten.

Ich würde dies nur empfehlen, wenn Sie die Lernkurve für FPGAs (einschließlich des Kaufs eines Programmier-Pods und des Umgangs mit einem SMT-Teil mit vielen Pins) unbedingt überwinden möchten, aber Sie könnten eine Lattice LCMXO2-Serie mit internem Blitz und Oszillator verwenden. Die Schaltung würde folgendermaßen aussehen (plus einige Stromversorgungsanschlüsse, einen Programmieranschluss und Überbrückungskappen):

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Die Programmiersoftware (Lattice Diamond) unterstützt VHDL und Verilog.

Wenn Sie Glück haben, können Sie die Ausgänge auf Minimum Current Drive einstellen und die Widerstände weglassen.

Ein alternativer Ansatz ist die Verwendung eines LM3914 zur Ansteuerung der LEDs mit einer externen 10-Widerstands-Leiter, die aus der Referenzspannung gespeist wird. Dann wählt der Drehschalter einfach eine Spannung von der Leiter aus, die die erforderliche Anzahl von LEDs aufleuchten lässt.

Dies ist nur eine Übersicht; Zum Beispiel würde der oberste Widerstand der Leiter ausgewählt, um die Schrittspannungen innerhalb der Toleranz (die meiner Erfahrung nach ziemlich eng ist) der LM3914-Komparatoren einzustellen.

Außerdem läuft das Ganze über eine 3,3V-Versorgung

Ähnlich wie beim Mikrocontroller-Verfahren können auch OP-Verstärker-ICs verwendet werden. Die positiven Eingänge sind alle miteinander verbunden und werden an ein Potentiometer angeschlossen, das anstelle eines Schalters eine unterschiedliche Spannung erzeugt. Die negativen Anschlüsse sind mit einer Reihe von Widerständen verbunden, um jedem eine andere Spannung zu geben. Wenn der Knopf gedreht wird, gehen die Lichter nacheinander an.

Diese Art von Schaltung wird in Wechselrichtern verwendet, die über diese 10-Segment-LED-Streifen verfügen, um anzuzeigen, wie viele Ampere der Wechselrichter abgibt. Ich glaube, sie haben alle Operationsverstärker in einem IC.

Ich weiß, dass es keine exakte Antwort auf die Frage ist, da es keinen Schalter verwendet, aber wahrscheinlich das erreicht, was Sie wollen.

Edit 2: Es ist weiterhin möglich, einen normalen Schalter zu verwenden, der jeweils nur einen Kontakt verbindet. Verbinden Sie alle negativen Eingänge des Operationsverstärkers mit einer niedrigen Spannung wie 1V. Verbinden Sie dann jeden Schaltausgang mit jedem positiven Eingang des Operationsverstärkers. Stecken Sie einen großen Widerstand wie 100k in den Schaltereingang und verbinden Sie diesen mit der positiven Stromversorgung. Es muss ein großer Widerstand sein, um nicht genügend Strom durchzulassen, damit die LED oben spürbar aufleuchtet, da die positiven Eingänge mit einer LED-Anode eines anderen Operationsverstärkers verbunden werden. Wenn Sie nun den Schalter drehen, leuchtet jeweils eine LED auf. Damit auch alle LEDs daneben leuchten, verbinden Sie einfach den Ausgang jedes Operationsverstärkers mit dem positiven Eingang des darunter liegenden. Der Vorwärtsspannungsabfall der LEDs ist im Vergleich zur 1-V-Referenzspannung viel zu hoch, um dem positiven Eingang des darunter liegenden Operationsverstärkers genügend Spannung zu entziehen, sodass die LED das Einschalten des Operationsverstärkers nicht verhindert, andere jedoch nicht LED lädt möglicherweise. Dies setzt voraus, dass es sich bei den Operationsverstärkern nur um die aktuelle Quelle handelt. Stromquellen- und Senken-Operationsverstärker können nicht verwendet werden, da dies verhindert, dass der positive Eingang des anderen Operationsverstärkers hoch wird. Viele Operationsverstärker sind nur Stromsenken. In diesem Fall müssten die LEDs so angeordnet werden, dass die Kathoden an die Eingänge der Operationsverstärker angeschlossen werden und der Rest des Stromkreises umgeschaltet wird. Vergessen Sie nicht, Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstände für die mit dem Schalter verbundenen OP-Amp-Eingänge zu verwenden. Der gleiche Widerstandswert, der zum Anschließen des Schalters an die positive Spannungsversorgung verwendet wurde, sollte in Ordnung sein.

Bearbeiten 3: Es sieht so aus, als hätte jemand anderes eine ähnliche, aber einfachere Lösung mit Puffer-ICs anstelle von Operationsverstärkern veröffentlicht.