心形18LED循環(huán)燈

1、物理與信息技術(shù)學(xué)院 CAD期末作業(yè)題目：心形18LED循環(huán)燈 班級(jí)：電子科學(xué)與技術(shù)姓名：王。學(xué)號(hào)：（27）號(hào)摘要本次小制作主要以學(xué)習(xí)為目的,18LED心形循環(huán)燈是一套極具流動(dòng)色彩的循環(huán)燈套件產(chǎn)品。本套件含有18只紅色發(fā)光二極管,分成三組,排列組成一個(gè)心形的圖案,并由三極管振蕩電路驅(qū)動(dòng),使紅色的心形圖案不斷的按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)閃亮。組裝好的心形循環(huán)燈最適合在夜間相對(duì)較黑暗的環(huán)境中使用,距離2米以外觀看效果更加生動(dòng)、有趣。關(guān)鍵詞：LED彩燈、 彩燈的控制系統(tǒng)、 彩燈的閃爍方式一、 工作原理：本作品是由3只三極管和18只交叉排列的LED燈組成的心形圖案循環(huán)燈。NPN型三極管，由三塊半導(dǎo)體構(gòu)成，其中兩塊

2、N型和一塊P型半導(dǎo)體組成，P型半導(dǎo)體在中間，兩塊N型半導(dǎo)體在兩側(cè)。三極管是電子電路中最重要的器件，它最主要的功能是電流 放大和開關(guān)作用。圖1如圖1示，我們把從基極流至發(fā)射極的電流叫做基極電流Ib;把從集電極流至發(fā)射極的電流叫做集電極電流Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極上就用了一個(gè)箭頭來(lái)表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制(假設(shè)電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話)，并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的倍，即電流變化被放大了倍，所以我們把叫做三極管的放大倍數(shù)(一般遠(yuǎn)大于1，

3、例如幾十，幾百)。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過(guò)一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來(lái)，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí)，還需要加合適的偏置電路。這有幾個(gè)原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性(相當(dāng)于一個(gè)二極管)，基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生(對(duì)于硅管，常取0.7V)。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實(shí)際中要放大的信號(hào)往往遠(yuǎn)比0.7V要小，如果

4、不加偏置的話，這么小的信號(hào)就不足以引起基極電流的改變(因?yàn)樾∮?.7V時(shí)，基極電流都是0)。如果我們事先在三極管的基極上加上一個(gè)合適的電流(叫做偏置電流，上圖中那個(gè)電阻Rb就是用來(lái)提供這個(gè)電流的，所以它被叫做基極偏置電阻)，那么當(dāng)一個(gè)小信號(hào)跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí)，小信號(hào)就會(huì)導(dǎo)致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會(huì)被放大并在集電極上輸出。另一個(gè)原因就是輸出信號(hào)范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對(duì)那些增加的信號(hào)放大，而對(duì)減小的信號(hào)無(wú)效(因?yàn)闆]有偏置時(shí)集電極電流為0，不能再減小了)。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當(dāng)輸入的基極電流變小時(shí)，集電極電流就可以減小;當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí)，集

5、電極電流就增大。這樣減小的信號(hào)和增大的信號(hào)都可以被放大了。下面說(shuō)說(shuō)三極管的飽和情況。如上圖，因?yàn)槭艿诫娮鑂c的限制(Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓)，集電極電流是不能無(wú)限增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是：Ib*Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個(gè)開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來(lái)當(dāng)作開關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止)，相當(dāng)于開關(guān)斷開;當(dāng)基極電流很大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和

6、狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。如果我們?cè)谏厦孢@個(gè)圖中，將電阻Rc換成一個(gè)燈泡，那么當(dāng)基極電流為0時(shí)，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(shí)(大于流過(guò)燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù))，三極管就飽和，相當(dāng)于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的分之一大一點(diǎn)就行了，所以就可以用一個(gè)小電流來(lái)控制一個(gè)大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會(huì)隨著增加(在三極管未飽和之前)。但是在實(shí)際使用中要注意，在開關(guān)電路中，飽和狀態(tài)若在深度飽和時(shí)會(huì)影響其開關(guān)速度，飽和電路在基極電流乘放大倍數(shù)等于或稍大于集電極電流時(shí)是淺度飽和，遠(yuǎn)大于集電極電流時(shí)是深度飽和。因此我們只

7、需要控制其工作在淺度飽和工作狀態(tài)就可以提高其轉(zhuǎn)換速度。二、 電路工作原理如圖2，通瞬間，3只三極管將爭(zhēng)先導(dǎo)通，但由于晶體管元器件在制造過(guò)程中摻雜工藝的差異，所以最終僅有一只管子最先導(dǎo)通。在分析中，我們假使Q1最先導(dǎo)通，那么Q1集電極電壓將下降，使電容C2的左端電壓瞬間接近于0V，由于電容器兩端的電壓不能突變，所以Q2基極電壓也被拉到近似于0V，使Q2截止，Q2集電極上并接著的6只LED熄滅。Q1導(dǎo)通時(shí)，并接到它上面的6只LED點(diǎn)亮。此時(shí)電源通過(guò)R3對(duì)C2充電，使三極管Q2的基極電壓在充電過(guò)程中逐漸升高，當(dāng)上升的電壓超過(guò)0.6V時(shí)，Q2將由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，則集電極電壓下降，Q2集電極上并接

8、的6只LED點(diǎn)亮。與此同時(shí)，電容器C4左端電壓瞬間被拉低接近于0V，由于電容兩端的電壓不能突變，將使三極管Q3的基極電壓接近于0V，Q3截止，Q3集電極上并接的6只LED熄滅。但隨著C4充電的過(guò)程不斷進(jìn)行，Q3基極的電壓又會(huì)逐漸升高，當(dāng)電壓超過(guò)0.6V時(shí)，Q3導(dǎo)通，Q3集電極的電壓下降接近于0V，Q3集電極上并接的6只LED點(diǎn)亮，同時(shí)Q3集電極上的電容C1右端電壓也被拉低接近于0V，這樣，致使Q1截止，Q1集電極上并接著的6只LED熄滅，隨著C1充電的進(jìn)行，Q1基極電壓又逐漸升高，很快進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài) 如此循環(huán)，電路中3只三極管便輪流導(dǎo)通和截止，三組發(fā)光二級(jí)管就不停地按照順時(shí)針方向循環(huán)發(fā)光，達(dá)到了流動(dòng)顯示的效果。2012-7-21 14:30