Эта схема, состоящая всего из нескольких компонентов, питается от двух батареек типа АА и имеет режим экономии энергии.
Представьте себе умный выключатель, который не только автоматически включается с наступлением темноты, но и регулирует уровень освещенности, чтобы компенсировать окружающий уровень темноты. Например, если бы такой выключатель использовался в фарах автомобиля, то фары автоматически включались бы в сумерках и постепенно становились ярче по мере того, как темнеет вокруг автомобиля. Эту функцию выполняет схема, показанная на Рисунке 1; она автоматически регулирует яркость светодиода в зависимости от условий внешней освещенности, определяемых фоторезистором (LDR).
 |
|
| Рисунок 1. | Схема автоматической регулировки яркости светодиода. |
В схеме используется маломощный, малошумящий операционный усилитель ADA4807 с обратной связью по напряжению, фоторезистор, светодиод (LED) и несколько пассивных компонентов. Фоторезистор является основным датчиком схемы, в то время как операционный усилитель, включенный генератором прямоугольных импульсов, одновременно служит драйвером светодиодов, поскольку типовое значение его втекающего или вытекающего выходного тока в линейном режиме составляет достаточные для схемы ±40 мА. Светодиод включается, если его прямое смещение превышает 2 В. Сопротивление фоторезистора изменяется в зависимости от интенсивности падающего света. Сопротивление фоторезистора, составляющее несколько мегаом в темноте, уменьшается до нескольких сотен ом при ярком свете (Рисунок 2). Это позволяет схеме отличать прямой солнечный свет от полной темноты, а также различать все промежуточные уровни освещенности.
 |
|
| Рисунок 2. | Характеристика фоторезистора. |
Усилитель включен как генератор, колебаться который заставляют петли положительной и отрицательной обратной связи. Когда напряжение на конденсаторе достигает каждого порога, источник зарядного тока переключается с отрицательной шины питания на положительную, и наоборот.
Между инвертирующим входом и выходом усилителя включена RC-цепочка, благодаря которой напряжение на инвертирующем входе усилителя асимптотически приближается к выходному напряжению с постоянной времени RC. Эта постоянная времени RC определяет частоту колебаний:
Коэффициент заполнения сигнала можно регулировать, изменяя отношение сопротивления резистора R1 к сопротивлению фоторезистора LDR. Если эти два сопротивления равны, выходной сигнал симметричен (коэффициент заполнения равен 50%). Однако сопротивление фоторезистора чувствительно к свету; следовательно, изменения окружающего освещения будут изменять значение его сопротивления, что напрямую влияет на коэффициент заполнения. Частота прямоугольных импульсов выше той, которую может воспринимать человеческий глаз, поэтому вы не увидите, как светодиод мигает при включении и выключении. Яркость светодиода наблюдается только как функция количества окружающего света и зависит коэффициента заполнения прямоугольных колебаний.
Размах выходного сигнала драйвера при типовом значении постоянного выходного тока 50 мА примерно на 40 мВ не достигает напряжений положительной и отрицательной шин питания.
Для экономии энергии, когда схема не используется, ее можно перевести в «режим спячки», установив низкий уровень сигнала на входе ЗАПРЕТ, который отключит операционный усилитель в течение нескольких сотен наносекунд. После отключения схемы оставшийся рабочий ток системы в основном поступает от резисторного делителя R1-LDR, поэтому ток потребления снижается с 1 мА до 2 мкА. Выход микросхемы переходит в высокоимпедансное состояние, однако для его повторного включения требуется менее половины микросекунды.
В активном состоянии мощность, потребляемая операционным усилителем, составляет 3 мВт. В спящем режиме типовой ток потребления резко снижается до 2 мкА, а потребляемая мощность – до 6 мкВт. Таким образом, экономия энергии достигает 500:1. Вывод отключения позволяет легко переключаться между двумя режимами. Благодаря чрезвычайно быстрому включению и выключению, время ожидания при переключении между двумя режимами практически отсутствует.
На Рисунке 3 показаны выходные сигналы схемы для трех различных условий освещения. Когда окружающего света много, выходной сигнал имеет постоянный низкий уровень, показанный зеленой кривой, помеченной как «Яркий свет», и, конечно же, светодиод не горит. Когда начинает темнеть, как показано синей кривой с обозначением «Сумерки», коэффициент заполнения составляет примерно 15%, и светодиод светится тускло. Когда вокруг очень темно, чему соответствует красная кривая, обозначенная как «Темнота», светодиод находится во включенном состоянии дольше, чем в выключенном, и светится очень ярко.
 |
|
| Рисунок 3. | Формы выходных сигналов при различных уровнях освещенности. |
Схему такого типа можно применять во многих приложениях освещения. Благодаря низкому энергопотреблению, rail-to-rail входам и выходу и полезному режиму отключения, эта схема может питаться всего от двух батареек AA, что позволяет использовать ее в очень чувствительных к потребляемой мощности приложениях. Для более мощных приложений освещения можно добавить силовой транзистор, способный управлять более тяжелой нагрузкой, состоящей из массива светодиодов.
Купить ADA4807-1 на РадиоЛоцман.Цены
