Como conectar um interruptor de 9 posições para que cada posição acenda mais um LED do que o anterior?

Eu tenho um interruptor de 9 vias como esse cara:

E estou tentando descobrir como ligar um LED com a posição 1, 2 com a posição 2, até os 9 na posição 9.

Obviamente, posso repetir toda a fiação dos LEDs em cada posição, mas isso parece bobagem.

Minha ideia é que, com um layout como o abaixo, o comutador represente a linha vermelha circulada (mostrada na posição 3), que se alongaria para a direita em cada posição sucessiva até conectar todas as luzes. Como posso fazer isso?

Aqui está uma solução de baixa tecnologia que requer muitas peças. Apenas 4 posições mostradas, você precisa de 45 diodos para 9 posições.

Sunyskyguy tem uma solução inteligente se você tiver uma alta tensão disponível.

Usando uma fonte de corrente regulada para iluminá-los, conecte os LEDs em série e faça um curto-circuito no segmento que você deseja que fique escuro.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Você pode usar um conversor buck-boost para fazer 30V se você ainda não tiver uma tensão adequada.

Aqui está uma maneira simples de criar uma usando um módulo LM2596S:

1. Remova o potenciômetro e os dois capacitores grandes
2. Conecte um dos capacitores recuperados entre + entrada e saída (positivo para + entrada) e instale um capacitor de cerâmica de 1uF onde estava o capacitor de saída.
3. Conecte um resistor de 100 ohm da saída ao terminal do potenciômetro central.

Modificado dessa maneira, ele criará uma tensão negativa nos terminais de saída e atuará como um coletor de corrente de 12,5mA no terminal do potenciômetro central (com fonte em + saída) se a energia for aplicada entre + entrada e saída.

^{simule este circuito}

ou um módulo XL6009 de reforço de buck pode ser modificado. desta vez, remova o potenciômetro e adicione um resistor de 100 ohm, conecte 3-30V aos terminais de entrada nirmal e conecte a corda do LED à saída e ao resistor.

^{simule este circuito}

Se você não estiver conectado ao comutador específico que possui, obtenha um "comutador rotativo de curto-circuito progressivo" para substituí-lo. Isso funciona exatamente como o seu desenho.

Uma maneira de obter a iluminação progressiva do LED ao girar a chave rotativa é usar um coletor de corrente no comum da chave e depois conectar os LEDs nos terminais da chave seletora, como mostrado abaixo. O coletor de corrente constante mostrado é uma maneira de baixo custo para obter um coletor de 20mA para os LEDs, para que não haja variação de brilho à medida que o número de LEDs acesos muda. Esse esquema exige uma tensão de alimentação alta o suficiente para superar a queda de tensão direta da série de até nove LEDs.

Oldfart e Mattman944 ​​dão respostas muito semelhantes envolvendo redes de diodos complexos. Se a variação de brilho for aceitável, uma escada de diodo simples é suficiente. Os LEDs vermelhos normalmente têm queda de tensão de 2V e os diodos normalmente têm queda de tensão de 0,6V, portanto o efeito combinado da queda de tensão do diodo em uma escada pode ser significativo.

Com uma bateria de 9V e o interruptor na posição 9, o resistor limitador de corrente do LED 9 verá 9-2 = 7V e o resistor limitador de corrente do LED 1 verá 9-2- (0,6 * 8) = 2,2V, o que levar a uma diferença de mais de três vezes a corrente através dos LEDs se os resistores limitadores de corrente tiverem o mesmo valor.

Se você insistir em um brilho igual, seria necessário incluir todos os diodos recomendados por Oldfart e Mattman944, mas com apenas alguns diodos extras, você pode atenuar a variação no brilho para níveis esperançosamente imperceptíveis. Adicionando mais três diodos à esquerda, como no desenho acima, garantimos que, com a chave na posição 9, o LED 5 veja a mesma voltagem que o LED 8. As voltagens reais nos resistores limitadores de corrente são as seguintes. Observe que um diodo adicional entre os LEDs 5 e 2 (não considerado na tabela abaixo) melhoraria ainda mais o circuito.

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

Outra maneira de equilibrar o brilho é instalar diodos nas linhas de alguns LEDs para aumentar deliberadamente a queda de tensão. No desenho acima, um diodo adicional é inserido na linha do contato do interruptor 1 ao LED 1, para que o LED 1 veja a mesma tensão, independentemente de o interruptor estar na posição 1 ou 2. O resistor limitador de corrente do LED 1 pode então ser um valor menor que os outros para equilibrar o brilho deste LED com os outros.

Essas são apenas idéias - para esse tipo de projeto, o melhor equilíbrio entre brilho uniforme e complexidade pode ser melhor encontrado por experimentação.

Você pode usar um buffer por LED como este.

Neste diagrama, R1 a R3 são resistores de pullup. Fechar qualquer um dos comutadores fará com que o buffer diretamente conectado a ele vá para 0, o que reduz todos os buffers abaixo dele. 4050 possui 6 buffers. Você precisará de 2 deles para 9 LEDs.

Esta solução precisa apenas de uma voltagem para alimentar o 4050 (3V a 20V para CD4050B). Você pode encadear quantos 4050 quiser.

Se você puder pagar outra queda de 0,5V, poderá usar uma enorme variedade de diodos. Aqui está um exemplo com três LEDS que requer 6 diodos.
(Desculpe, o laboratório de circuitos SW, SW2 .., não possui um símbolo de chave rotativa)

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Pode parecer um exagero, mas seriam menos peças e possivelmente menos caras do que algumas outras soluções para usar um microcontrolador. Muitas placas Ardunio têm mais de 9 pinos de saída digital - você pode acionar um LED com cada um dos nove pinos. Ao fazer com que o comutador escolha pontos diferentes de um divisor de tensão e o alimente com um pino analógico, você pode determinar a posição do comutador e acender o que quer que tenha decidido que deve ser iluminado.

Eu não sugeriria isso, a menos que você esteja ansioso para subir na curva de aprendizado dos FPGAs (incluindo comprar um pod de programação e lidar com uma peça SMT com muitos pinos), mas você pode usar uma série Lattice LCMXO2 com flash interno e oscilador. O circuito ficaria assim (mais algumas conexões de fonte de alimentação, um conector de programação e tampas de desvio):

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

O software de programação (Lattice Diamond) suporta VHDL e Verilog.

Se você estiver com sorte, poderá definir as saídas para o inversor de corrente mínimo e omitir os resistores.

Uma abordagem alternativa é usar um LM3914 para acionar os LEDs, com uma escada externa de 10 resistores alimentada a partir da tensão de referência. Em seguida, a chave rotativa simplesmente seleciona uma tensão da escada que acenderá o número necessário de LEDs.

Este é apenas um esboço; por exemplo, o resistor mais alto da escada seria selecionado para definir as tensões de passo dentro da tolerância (que na minha experiência é bastante apertada) dos comparadores LM3914.

Além disso, a coisa toda vai ficar sem alimentação de 3.3V

Semelhante ao método do microcontrolador, outra maneira é usar um IC de amplificador operacional. As entradas positivas são todas conectadas e conectadas a um potenciômetro que produz voltagem variável, em vez de um comutador. As conexões negativas se conectam a uma série de resistores para dar a cada um uma voltagem diferente. Quando o botão é girado, as luzes acendem uma a uma.

Esse tipo de circuito é usado em inversores de potência que possuem aquelas faixas de LED de 10 segmentos para indicar quantos amplificadores o inversor está gastando. Eu acredito que eles têm todos os amplificadores operacionais em um IC.

Eu sei que não é uma resposta exata para a pergunta, pois ela não usa uma opção, mas provavelmente realiza o que você deseja.

Edição 2: ainda é possível usar um comutador normal que conecte apenas um contato por vez. Conecte todas as entradas negativas do amplificador OP a uma voltagem baixa como 1V. Em seguida, conecte cada saída do comutador a cada entrada positiva do amplificador operacional. Coloque um resistor grande como 100k na entrada do comutador e conecte-o à fonte de alimentação positiva. Precisa ser um grande resistor para não deixar passar corrente suficiente para fazer com que o LED acima acenda visivelmente, pois as entradas positivas serão conectadas a um ânodo de LED de outro amplificador OP. Agora, quando você liga o interruptor, um LED acende por vez. Para fazer com que todos os LEDs próximos acendam também, basta conectar a saída de cada amplificador OP à entrada positiva de cada um. A queda de tensão direta dos LEDs será muito alta em comparação com a tensão de referência de 1V para afastar a tensão suficiente da entrada positiva do amplificador OP, de modo que o LED não impeça a ativação do amplificador OP, mas outras Cargas de LED podem. Isso pressupõe que os amplificadores operacionais sejam o único tipo de fonte atual. Os amplificadores operacionais da fonte e do dissipador de corrente não podem ser usados, pois impedirão que a entrada positiva do outro amplificador operacional fique alta. Muitos amplificadores operacionais são apenas de dissipador de corrente, portanto, nesse caso, os LEDs teriam que ser organizados com os cátodos conectados às entradas do amplificador operacional e o restante do circuito alternado. Não se esqueça de usar resistores pull up ou pull down nas entradas do amplificador operacional que estão conectadas ao switch. O mesmo valor do resistor usado para conectar o comutador à fonte de tensão positiva deve estar bom.

Edição 3: Parece que alguém postou uma solução semelhante, porém mais simples, usando ICs de buffer em vez de amplificadores operacionais.