Disipador de corriente de precisión para modulación LED

En uno de mis primeros diseños, intento simular un transmisor óptico de alta precisión usando un LED variando el brillo linealmente con la señal entrante. La señal de entrada es BFSK, ya sea 30kHz o 50kHz, y varía de 0V a 5V.

El brillo del LED varía linealmente con la corriente directa. Para este propósito, mi objetivo es tener una corriente directa de 20 mA cuando la entrada es de 0 V y una corriente directa de 80 mA cuando la entrada es de 5 V.

Para hacer esto, he hecho referencia a esta guía para la modulación de LED de corriente más alta: Moduladores de corriente lineal para LED de alta potencia . Mi circuito implementa el mismo disipador de corriente de precisión. Mi circuito se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Para obtener el valor de R5, elegí que la corriente del LED en reposo (entrada de 2,5 V) debería ser de 50 mA (entre 20 mA y 80 mA). Por lo tanto,

2.5V=(0.050A)R_5 -> R_5= 50 ohmios

Esto me lleva a mi primera pregunta: a 5 V, la corriente directa, usando una resistencia de 50 ohmios, sería de 100 mA, no de los 80 mA deseados. ¿Cómo puedo configurar correctamente el rango de 20mA-80mA usando solo R_5?

Creo que, teóricamente, el voltaje de entrada (verde) y la corriente directa a través del LED (azul) deberían parecerse a una onda sinusoidal ya que la entrada es CA. Sin embargo, el resultado que obtengo es diferente, como se muestra a continuación:ingrese la descripción de la imagen aquí

Parece que la corriente directa no supera los 50 mA diseñados. Mirando la entrada no inversora del opamp (azul) frente a la salida del opamp (verde), la salida se limita a 3.5V:ingrese la descripción de la imagen aquí

Esta operación general de este circuito se desvía de lo que esperaba, ya que la salida se limita en lugar de variar linealmente. ¿Qué puedo agregar o cambiar sobre este diseño para lograr la linealidad?

Respuestas (4)

De acuerdo con la hoja de datos del LM324 , su voltaje de entrada de modo común solo puede llegar a 1,5 V por debajo de VCC y su voltaje de salida solo puede llegar a 1,5 V por debajo de VCC:

Fragmento de hoja de datos de LM324

Cualquiera de los siguientes cambios solucionará el problema:

  1. Colocar R 5 a un valor más bajo para que la entrada solo necesite ser de 3,5 V (o menos) para producir una salida de 80 mA.
  2. Reemplace el LM324 con un amplificador operacional que es entrada y salida de riel a riel.
  3. Alimente el LM324 con un suministro de al menos 6,5 V.
¡Muchas gracias! Me perdí estos parámetros y tiene sentido que la entrada tenga que ser inferior a 3,5 V. ¡Lo he alimentado con 9V ya que eso también estará disponible en este sistema y la salida se ve genial!
@JacobAbramow ¡Feliz de ayudar!
Esto se puede hacer fácilmente para que funcione con un LM324 con algunas pequeñas modificaciones en R5 y R de entrada para compensación y ganancia y sin cambios en Vdd
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 De hecho, la solución sugerida #1 es modificar R5. Cada solución es independiente, por lo que el LM324 se usaría en la solución n.º 1 con VCC = 5 V.
Pero eso no resuelve la compensación con 5 ~ 0 de entrada y 20 ~ 80 mA de salida.
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 Me perdí la pequeña pregunta sobre la ganancia/compensación en el medio del cuerpo de la pregunta y pensé que el OP solo preguntaba sobre el recorte cuando la entrada se acerca a 5V. OP necesitaría decirnos más sobre la señal de entrada para sugerir adecuadamente la mejor solución para la función de transferencia deseada: ¿puede la entrada usar una compensación de 2.5 V o el sumidero actual debe tener en cuenta la compensación en sí misma, es la entrada DC o aire acondicionado, etc? OP parecía satisfecho con mi respuesta en su comentario, por lo que puede que no sea tan importante para él.
sí, parece que ambos se perdieron ese detalle :)

La hoja de datos del LM324 especifica el voltaje de salida máximo como Vsuministro - 1,5 V, por lo que dada su fuente de alimentación de 5 V, 3,5 V de salida (máx.) es exactamente lo que esperaría. El LM324 debería poder controlar el MOSFET a bajas frecuencias, aunque la puerta es una carga capacitiva, por lo que la estabilidad puede ser un problema.

Lo hará mejor usando un opamp de salida de riel a riel, aunque incluso esos no llegan hasta la salida de 5V en su circuito.

El LM324 funciona con 5 voltios y está siendo impulsado por una fuente de voltaje centrada en 2,5 voltios con un pico positivo que lo lleva hasta 5 voltios y este es su problema básico. El LM324 no tiene un rango de voltaje de entrada que esté cerca del riel positivo. Además, el LM324 no puede producir voltajes de salida que sean suficientes para impulsar el MOSFET a la corriente máxima que desea.

mi objetivo es tener una corriente directa de 20 mA cuando la entrada es de 0 V y una corriente directa de 80 mA cuando la entrada es de 5 V.

Esto no sucederá con una fuente de resistencia de 50 ohm porque, con un flujo de 80 mA, el voltaje a través de ella es de 4 voltios y esto consume totalmente el voltaje máximo que puede producir el LM324 de aproximadamente 3 voltios cuando se alimenta con 5 voltios. . Todavía tiene que encender el MOSFET haciendo que la puerta tenga un voltaje más alto que la fuente, así que piense nuevamente en usar este amplificador operacional con un suministro tan limitado. Si lo alimentaste con (digamos) 8 voltios, estarías dentro con un grito.

En el otro extremo de la escala, el circuito que tiene producirá prácticamente 0 mA cuando la entrada esté a 0 voltios, por lo que, si necesita una compensación, debe asegurarse de que su señal de entrada no caiga por debajo de 1 voltio.

El circuito tiene una función de transferencia simple cuando opera cómodamente dentro del riel de suministro positivo: la corriente de salida es V1/R5.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esto funcionará después de conocer el LED Vf a 20 ~ 80 mA para calcular R

Disipador de corriente de precisión para modulación LED
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