2016年4月25日 星期一

霹靂燈設計(帶尾) K.I.T.T Scanner Light

這次的霹靂燈製作式為了接下來的霹靂車模型製作的,因為模型比例不大,車體空間又非常小,所以盡量找零件最少的來製作,而且希望使用CR2032當電源。雖然使用PLC是最少,但麻煩的是要Codding,也要一定產量(回想當初我在手機店改裝Motorola CD928的時候,老闆訂PLC粒都是以條為單位的,每條約30顆)。因此對於只需要少少一組的使用者來說,真的不實用。

也許網路上都找得到的霹靂燈套件,最早最傳統的莫過555+74193+74154的電路,但是要做出帶尾效果,加上要塞到模型加上希望使用鈕扣電池,這個74系列的設計完全就出局了,那就更不用說要用8051來設計的霹靂燈了。

而外面買的霹靂燈條大都是汽車用,所以光是電力就out了。

後來在逛電子街的時候看到了祥昌電子的OK-154套件,發現它只使用2顆IC,而且都是MOSFET為主的驅動+40系列IC,而且只需要2顆AAA乾電池。已經非常接近我所需要的規格了;原本套件使用了25顆LED,但實際上只有5組(5組*5顆)而已。所以我便把他做了一點修改(如下圖)。

我把LED改成純5顆,然後在555端的電容器C1旁併上了一顆1uf的電容,以稍微降低一點速度(這個很重要,在接下來的改造都會有很直接的關連了)。

這裡有一件不得不注意到的事,是它們的555震盪器的設計方式真是少見啊!!
居然把output當成discharge來使用,這樣的話就不需要在discharge上裝設一顆電阻(Rn),而頻率公式就從原本的
f = 1 / (0.693 x C x (Rn + 2 x R7))
變成
f = 1 / (0.693 x C x (2 x R7))
而且上下弦波時間也都一樣,真是太棒了!
不過前提是,輸出必須加上覆載電阻,當然電流會變小,不可以直接當成驅動使用,當訊號使用是非常OK的。

霹靂燈帶尾

來說說這個故事吧,當年霹靂遊俠李麥克盛行的年代,LED大燈泡是不存在的,當時的LED真的只是很小的指示燈的燈源而已(亮度不是很夠),所以霹靂車前面的Scanner Light是真的邏輯電路+燈泡帶來的效果,而那個帶尾的效果,很單純的是燈泡熄滅後的餘光Fade out(我的學長就做過)。

直到LED光源近年來大放異彩,取代了燈泡,當然LED的特性就顯現出來的,光源點滅速度極快,就沒了帶尾現象。當然老霹靂迷總會覺得霹靂燈失去了原來的感覺。

因此,接下來再對電路進行改造,讓LED燈有 fade out 現象。
其實這個電路只需要Q1~Q5閘級增加一顆電容器,以便在訊號結束後以放電特性對閘極提供電壓,就可以讓LED產生fade out效果了。

而這個C3~C7,就我的測試結果使用4.7uf、3.3uf、2.2uf都可以的,因為fade out 有時間差,所以如果555的震盪速度太快,則可能造成在兩側燈光反向運行時,前一顆LED燈尚未熄滅,變成光源跑向兩側時,fade out效果不見了的感覺。

底下是我得實際測試影片,可一親身感覺一下有何差異

未改前:
C3~C7使用4.7uf:
C3~C7使用3.3uf:
C3~C7使用2.2uf:

===以下廢文,請斟酌觀賞===

邏輯效果

加個電容就成功這麼簡單?若要說簡單其實也不簡單。
這個成功的原因要歸功到MOSFET的特性了,如果一開始使用是一般電晶體,就沒這麼好搞了。

我們把LED驅動這段電路拿出來看,就會像下面的電路。
你可以發現trigger觸發時施加的電壓會驅動Q1導通使LED發亮,同時順便對C1充電。
當trigger不觸發時C1的電壓會對R2放電。
而因為MOSFET的閘極屬於級高阻抗狀態,消耗電流非常小,所以幾乎可以忽略,讓C1放電電路等同下面的電路結構。

然而,如果把MOSFET電晶體改成一般NPN電晶體的話,其效果基本上就是"沒效果",
因為trigger觸發使Q1導通,C1充電;但當trigger不提供訊號時,C1就會對Q1的b、e直接放電,因此C1電壓直接下降到Vbe,Q1馬上不導通。變得沒有fade out效果
當然,一般電晶體電路不是沒有解決方式,例如下圖在電晶體基級串入電阻,讓C1不會快速放電。但是這樣的缺點也顯而易見,就是Q1不容易設計在飽和區。
下面這種設計方式則是把LED線留電阻下移到射級端,當成C1的放電電阻,這是一種方法,但是缺點是,原本的1顆限流電阻會變成每一堆,增加零件數。其次是C1的容量不好設計,也不易尋找適當的大小,這些都是問題。
若不然,以下面這種設計來看,LED點亮會變成fade in的狀態了。
結論是,這類的電路,我發現用MOSFET來設計是真的比較簡單也比較恰當。當然此類的電路LED數量少,做在小東西上還蠻適合的。

1 個回應:

King Wu 提到...

如何增加燈數....謝謝