Verwendung eines variablen Widerstands zum Dimmen einer LED

Meine Frage lautet: Kann ich mit einem variablen Widerstand die Helligkeit einer LED steuern?

Ich hatte ursprünglich vor, ein Potentiometer und eine MCU zu verwenden, um die Helligkeit mit PWM zu steuern, aber das wäre etwas schwieriger :). Könnte ich die LED einfach über einen variablen Widerstand direkt an meine Batterien anschließen, um die Helligkeit zu steuern?

led resistors potentiometer

— Rees
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In welchem Strombereich möchten Sie die LED variieren?

— Jippie

Antworten:

Theoretisch könnte man ja mit einem Topf die Helligkeit einer LED steuern. In der Praxis nicht so sehr.

So starten Sie mit, nehmen wir an , dass die LED hat von 2,0 V, eine von 20 mA, und unsere Stromversorgung hat 5v. Wenn wir einen Standard-Strombegrenzungswiderstand wollten, müssten diese 150 Ohm betragen, um den Strom auf 20 mA zu begrenzen. $V_F$ $I_F$

Mit einem Poti wollen wir auch einen 150 Ohm Festwiderstand in Reihe schalten. Der Grund dafür ist, dass der Pot auf 0 Ohm sinkt und wir in diesem Fall nichts in die Luft jagen wollen. Wenn Sie also den 150-Ohm-Widerstand dort anbringen, fließt ein maximaler Strom von 20 mA durch die LED.

Nehmen wir auch an, wir möchten, dass der LED-Strom auf 1 mA abfällt. Solange der Topf keinen super hohen Widerstand hat, wird er nicht auf 0 mA sinken und 1 mA scheint eine vernünftige Untergrenze zu sein. Damit dies funktioniert, muss unser Topf etwa 2 kOhm betragen.

Die maximale Verlustleistung für den Pot liegt bei 8% und der Widerstand bei 160 Ohm. In diesem Fall beträgt die Verlustleistung im Topf ungefähr 0,016 Watt - was für fast jeden Topf in Ordnung ist. Trotzdem ist es ein wichtiger Schritt, um sicherzustellen, dass Sie Ihren Topf nicht verbrennen.

Aber hier ist das Wichtige: Das menschliche Auge reagiert logarithmisch auf Helligkeit. Nehmen wir an, dass die LED zu 100% mit Strom versorgt wird, und wir möchten den Strom ausschalten. Es muss auf ungefähr 50% gesenkt werden, bevor wir das als vernünftig empfinden. Der nächste Rückgang würde bei 25% usw. liegen.

Anders ausgedrückt, wenn unser Knopf mit 1 bis 10 markiert wäre, wäre 10 100%, 9 wäre 50%, 8 = 25%, 7 = 12%, 6 = 6%, 5 = 3% usw.

Das Problem ist, dass ein Standardtopf das nicht ganz kann. Es wird funktionieren und die LED wird gedimmt. Ein großer Teil des Topfbereichs (vielleicht 50%) ist jedoch im Wesentlichen unbrauchbar und führt zu einer sehr geringen Helligkeitsänderung.

Möglicherweise können Sie einen Audiotopf mit logarithmischer Verjüngung verwenden, aber ich vermute, dass der Log-Teil in die falsche Richtung weist. (Tut mir leid, obwohl ich mit Audio arbeite, verwende ich keine Log-Taper-Potis.)

Also ja, du kannst einen Topf benutzen. Es kann sein, dass Sie nicht die gewünschte Wirkung erzielen.

— Techie
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Wow unglaublich! Ich habe nur eine Antwort erhalten und Sie haben gleichzeitig ein Buch geschrieben. Du bist kein Mensch! +1

— RTOSkit

Wow, danke. Sie sind eindeutig ein elektrischer Meister.

— Rees

Bei einigen LEDs ändert der POT auch die Emissionsfarbe. Oft ist es nicht erkennbar, aber es kann für einige Anwendungen von Bedeutung sein.

— Lucas

Ja, du kannst. David täuscht sich nicht, wenn Sie nur einen variablen Widerstand in Reihe mit dem Widerstand schalten würden, würde die Einstellung in Bezug auf die wahrgenommene Helligkeit nicht sehr linear erscheinen. Wenn Sie jedoch einige Widerstände parallel einführen, ändert sich das Bild:

schematisch

Ich habe diese Werte mit einer roten LED getestet und es funktioniert ziemlich gut. Sie könnten alles nachrechnen, aber es ist wirklich am einfachsten, es auf ein Steckbrett zu kleben und mit den Werten zu spielen, bis Sie die gewünschte Antwort erhalten. Dies funktioniert, weil mit zunehmendem Strom durch die parallele Kombination von R2 und D1 der dynamische Widerstand (dh der Widerstand, den Sie basierend auf dem Ohmschen Gesetz bei der beobachteten Spannung und Stromstärke an einem Punkt errechnen würden) von D1 abnimmt und mehr stiehlt Strom weg von R2. Stellen Sie sie sich wie parallele Widerstände vor. Die Beziehung ist nicht gerade logarithmisch, aber nahe genug, dass niemand sie mit bloßen Augen erkennen kann.

Sie können auch ganz gut die Diode zwischen dem Wischer von R1 und Masse anschließen und R1 über die Stromschienen legen. Effektiv wird die Hälfte von R1 zu R2. Das Problem hierbei ist, dass die Spannung am Wischer im niedrigen Bereich des Potenziometers nicht hoch genug ist, um die LED überhaupt einzuschalten.

Ich habe mir keine Sorgen darüber gemacht, dass R1 auf Null geht, weil die meisten Töpfe das nicht tun. Testen Sie Ihren Topf und fügen Sie einen weiteren hinzu $180\Omega$ oder so in Serie mit R1, wenn es ein Problem ist.

— Phil Frost
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Ich habe gerade TINA TI free simuliert und finde es wirklich interessant, wie das funktioniert. Ich plane, diese Methode zu verwenden, um den LED-Strom mithilfe eines Potentiometers zu optimieren. Ich habe einen Vorwiderstand in Reihe mit der LED geschaltet, um den Strom absolut zu begrenzen, und ich mag es, wie ich jetzt den Strom sicher steuern kann, ohne dass die Leistung die sicheren Grenzen für den Topf überschreitet. Danke dafür.

— BartmanEH

Ich habe gerade einen LED-Treiber mit einstellbarer Helligkeit gezeichnet, der PWM verwendet. Vielleicht übertrieben, aber es funktioniert gut:

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3V liegt unter der Spezifikation des NE555, funktioniert aber trotzdem. Wählen Sie eine CMOS 555-Variante, um dies zu umgehen, oder verwenden Sie mehr als 3 V.

Das Interessante an dieser Schaltung ist, dass sie zumindest theoretisch effizienter ist, als eine LED durch einen Widerstand zu treiben. Ein Widerstand wandelt überschüssige Spannung in Wärme um. Mit einem Induktor können Sie jedoch Energie bei einer Spannung speichern und dann bei einer anderen Spannung (theoretisch) verlustfrei abgeben.

Natürlich ist dies nur ein Proof of Concept, nicht so sorgfältig ausgearbeitet und mit ziemlicher Sicherheit weitaus komplizierter als nötig, aber ich dachte, es wäre interessant, ihn zu teilen, wenn auch nur zu Bildungszwecken.

— Phil Frost
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Sie benötigen die Transistorschaltung nicht, wenn es sich um eine normale LED handelt.

@CamilStaps Er zeigt tatsächlich, wie man einen Buck mit höherer Effizienz für die Steuerung macht und hat eine Dimmer-Steuerung. Es scheint anwendbar, aber nicht für den Benutzer, der gefragt hat, vielleicht für viele andere.

— Kortuk

Ich weiß, und es ist eine gute Lösung. Sie können den 555 aber auch ohne Transistor verwenden, indem Sie die LED direkt an OUT anschließen. Verbraucht dies bei einer Transistorschaltung an Pin 3 weniger Strom als wenn die LED direkt an Pin 3 des IC angeschlossen wird?

@CamilStaps: Der Transistor ist in dieser Anwendung erforderlich, da der 555-Ausgang sowohl Senken- als auch Quellenstrom liefert. Wenn der 555 direkt an L1 und D1 angeschlossen wäre, würde sein Ausgang darum kämpfen, die induktive Last anzutreiben. Sie könnten L1 loswerden und stattdessen einen Widerstand in Reihe mit D1 schalten und ihn dann direkt mit dem 555 betreiben, aber das war nicht der Punkt dieser Schaltung. Wenn der 555 einen Open-Collector-Ausgang hätte, könnte er auch ohne externen Transistor betrieben werden.

— Phil Frost

@CamilStaps Sie haben Recht, und es ist einfacher, aber das ist nicht der Punkt. Ein Widerstand wandelt überschüssige Energie in Wärme um. Ein Induktor speichert es und gibt es dann in die LED frei. Theoretisch ist diese Schaltung effizienter. Ich habe den Wirkungsgrad dieser Schaltung nicht gemessen, daher weiß ich nicht, ob dies tatsächlich der Fall ist, aber das Konzept ist solide, und bei ordnungsgemäßem Design kann der Wirkungsgrad über 90% liegen.

— Phil Frost