LED閃爍電路的設(shè)計(jì)與制作

1、明達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2007-2008學(xué)年度信 息 工 程 系 應(yīng) 用 電 子 技 術(shù) 專業(yè)班級05 應(yīng) 電 2 學(xué)號 課題名稱LED閃爍電路的設(shè)計(jì)與制作學(xué)生姓名 朱 偉 明 指導(dǎo)老師 楊 偉 華 2008年1月15日目錄一、 方案論證 2二、 電路原理說明 4三、 電源電路 4四、 主要元件介紹 7五、 安裝與調(diào)試 9六、 心得體會 10致謝參考文獻(xiàn)附錄1、元件清單表 12附錄2、電路總的原理圖 13LED閃爍電路設(shè)計(jì)與制作作者 朱偉明摘要 LED閃爍電路主要利用多諧振蕩器振蕩工作，通過規(guī)定電阻驅(qū)動發(fā)光二極管閃爍發(fā)光。該電路可以通過調(diào)節(jié)電位器的阻值，改變多諧振蕩器輸出波形的占空比

2、，從而改變發(fā)光二極管的閃爍效果。 該閃爍電路的閃爍速度可以調(diào)整，可以組成各式各樣的跳動燈光圖案，可以用于裝飾玩具和盆景等關(guān)鍵詞橋式整流 濾波電容 穩(wěn)壓電路 發(fā)光二極管 多諧振蕩器 前言因該課題要求兩個(gè)人共同完成，分工后我主要負(fù)責(zé)電源部分，所以在本論文中將以電源部分為主進(jìn)行介紹和分析，文中電路部分只涉及其主要部分。論文中將對電源的組成各部分工作原理及作用進(jìn)行詳細(xì)講述。文中也談到部分元器件的檢測好壞的方法。一 方案論證方案1該圖由多諧振蕩器A、多諧振蕩器B和發(fā)光二極管VL1VL12組成電路中，多諧振蕩器A由電阻R5、R6、電位器RP1、電容器C1、C2和晶體管V1、V2組成；多諧振蕩器B由電阻R7

3、、R8、電位器RP2、電容器C3、C4和晶體管V3、V4組成；多諧振蕩器A振蕩工作后，通過R1、R2驅(qū)動VL1VL6閃爍發(fā)光。調(diào)節(jié)電位器RP1和RP2的阻值，可分別改變多諧振蕩器A和多諧振蕩器B輸出波形的占空比，從而改變發(fā)光二極管的閃爍效果。方案2接通電源開關(guān)電壓經(jīng)開關(guān)和二極管為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘振蕩器LED驅(qū)動控制電路提供工作電源。未接通時(shí)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平，時(shí)鐘電路不工作，不能為CD4017提供計(jì)數(shù)脈沖，LED彩燈不能產(chǎn)生燈光效果。接通S2后，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從CD4093的3腳輸出高電平，時(shí)鐘振蕩器振蕩工作，CD4017的14腳提供計(jì)數(shù)脈沖，CD4017的Y。Y4輸出端循環(huán)輸出高電

4、平。 在CD4017的Y。端輸出高電平時(shí)，NPN晶體管導(dǎo)通，部分發(fā)光二極管點(diǎn)亮。然后CD4017的2腳在點(diǎn)亮。 如此周而復(fù)始，使LED彩燈依次循環(huán)點(diǎn)亮。 調(diào)節(jié)RP的阻值，可改變時(shí)鐘振蕩器的振蕩頻率，從而改變燈光效果。 方案比較我和組員翻閱了大量的參考資料后，最終選擇了如上兩套方案，但是迫于實(shí)際需要只能從中選擇一套方案來完成，最后選定了方案1，具體原因如下：1、從實(shí)際角度來看，方案1所需的元器件與方案2相比更容易獲得，方案1所用元器件都是平常見過的，而方案2中有我和組員都不認(rèn)識的元器件，對其性能等方面不了解。尋找起來有些困難。2、從電路連接角度來看方案1比方案2的連接效果更加美觀，且電路在完成后

5、，發(fā)光二極管顯示的效果也很相似。二、 電路原理說明 該電路由電源、多諧振蕩器和發(fā)光二極管組成。先通過電源部分輸出直流9V穩(wěn)流電壓為電路供電，電流通過發(fā)光二極管和電阻為多諧振蕩器部分電容充電，由于晶體管放大系數(shù)不一樣，放大系數(shù)大的先導(dǎo)通系數(shù)小的截止，同一電路上發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。電容充電完后，在放電時(shí)放大系數(shù)小的晶體管，則導(dǎo)通系數(shù)大的截止。原先發(fā)光二極管熄滅同時(shí)其余發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，如此循環(huán)發(fā)光二極管呈閃爍狀被點(diǎn)亮。閃爍相隔時(shí)間為4到5S。 調(diào)節(jié)電位器的阻值，可以改變多諧振蕩器輸出波形的占空比，從而改變發(fā)光二極管的閃爍亮度和速度。還有電路部分是相互對稱的，所以發(fā)光二極管閃爍的圖形也是對稱狀，可以組

6、成各式各樣跳動燈光效果。三、 電源電路單元電路由電源部分和控制電路組成。本部分將對電源和控制電路多諧振蕩器部分進(jìn)行介紹。電源部分主要由交流變壓器、橋式整流、濾波電路、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、限流電阻組成。以下為電源原理圖電源的電路圖 31橋式整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娮饔脤⒔涣麟娮儞Q成單方向的直流電的。因此，二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。常見的小功率整流電路，有半波整流、全波整流、和橋式整流等幾種。其中以橋式整流電路最為常用。為分析簡單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。311電路組成和工作原理單相橋式整流電路如圖3所示，圖中，四個(gè)整流二極

7、管D1D4接成電橋形式（故名橋式整流電路），其輸入是來自電源變壓器T副邊的正弦交流電壓u2(=2Usinwt )，其輸出加至要求直流供電的負(fù)載電阻上。需特別指出的是，整流橋的四個(gè)二極管，必須嚴(yán)格按照圖3所示的方式連接于A,B,C,D四點(diǎn)之間，否則，將導(dǎo)致變壓器短路。圖4（B）是橋式整流電路的簡化畫法。圖3由二極管的單向?qū)щ娦?，不難得出橋式整流電路的工作波形。當(dāng)u2=（2Usinwt ）處于正半周時(shí)，圖（A）所示電路中的A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)二極管D1和D3處于正向偏置而導(dǎo)通,D2,D4則因反偏而截止。電源經(jīng)D1,D3向負(fù)載供電，輸出一個(gè)與u2正半波相同的電壓，同理，當(dāng)圖4u2為負(fù)半周時(shí)，B點(diǎn)電位高于

8、A點(diǎn)，D1,D3轉(zhuǎn)為反偏而截止，D2與D4則因正偏而導(dǎo)通。電源經(jīng)D2,D4向負(fù)載供電，此時(shí)，u0=-u2,其波形與u2的正半波相同。 可見，在交流電壓u2變化一周時(shí)，負(fù)載Rl上得到的卻是單方向脈動的電壓u0和電流i0。由于該電路在正弦電壓u2的正，負(fù)半周都有輸出，故稱這種整流方式為全波整流。32變壓器變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。321變壓器的分類按冷卻方式分類：干式（自冷）變壓器

9、、油浸（自冷）變壓器、氟化物（蒸發(fā)冷卻）變壓器。按防潮方式分類：開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器。按鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)分類：芯式變壓器（插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、殼式變壓器（插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、環(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。按電源相數(shù)分類：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。按用途分類：電源變壓器、調(diào)壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器. 33濾波電路原理交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性, 將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉整

10、流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。 34穩(wěn)壓電路的工作原理引起輸出電壓不穩(wěn)定的主要原因有交流電源電壓的波動和負(fù)載電流的變化。分析在這兩種情況下穩(wěn)壓電路的作用。若負(fù)載RL不變，當(dāng)交流電源電壓增加，即造成變壓器副邊電壓u2增加而使整流濾波后的輸出電壓Ui增加時(shí)，輸出電壓U。也有增加的趨勢，但輸出電壓U。就是穩(wěn)壓管兩端的反向電壓UZ，當(dāng)負(fù)載電壓U。稍有增加時(shí)，穩(wěn)壓管電流IZ大大增加，使限流電阻R兩端的電壓降UR 增加。以抵償U(kuò)i的增加，從而使負(fù)載電壓U。保持近似不變。這一穩(wěn)壓過程可表示成：電源電壓U2UiU。IZI=I。+IZURU。 穩(wěn)定若電源電壓不變，使整流

11、濾波后的輸出電壓Ui不變，此時(shí)若負(fù)載RL減小時(shí)，則引起負(fù)載電流I。增加，電阻R上的電流I和兩端的電壓降UR均增加，負(fù)載電壓U。因而減小，而U。稍有減少將使IZ下降很多，從而補(bǔ)償了電流I的增加，保持I=I。+ IZ基本不變，也保持U?；竞愣?。這個(gè)過程可歸納為：RLI。I=I。+ IZURU。IZI= I。+ IZURU。穩(wěn)定35多諧振蕩器：1多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)；2通過電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無需外觸發(fā)；3輸出周期性的矩形脈沖信號，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。四、主要元件介紹41 LED發(fā)光原理發(fā)光二極管是由-族化合物其核心是P

12、N結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。42 LED極限參數(shù)的意義（1）允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。（2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。 （3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。（4）工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于

13、或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。43發(fā)光二極管的檢測用萬用表檢測。利用具有10k擋的指針式萬用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時(shí)，二極管正向電阻阻值為幾十至200k,反向電阻的值為。如果正向電阻值為0或?yàn)?，反向電阻值很小或?yàn)?，則易損壞。這種檢測方法，不能實(shí)地看到發(fā)光管的發(fā)光情況，因?yàn)?0k擋不能向LED提供較大正向電流。 如果有兩塊指針萬用表（最好同型號）可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導(dǎo)線將其中一塊萬用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測發(fā)光管的正極（P區(qū)），余下的“+”筆接被測發(fā)光管的負(fù)極（N區(qū)）。兩塊萬用表均置10擋

14、。正常情況下，接通后就能正常發(fā)光。若亮度很低，甚至不發(fā)光，可將兩塊萬用表均撥至1若，若仍很暗，甚至不發(fā)光，則說明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應(yīng)注意，不能一開始測量就將兩塊萬用表置于1，以免電流過大，損壞發(fā)光二極管。 五、 安裝與調(diào)試首先繪制電路圖，然后將元器件在面包板上的進(jìn)行安裝，安裝過程中要注意以下幾點(diǎn)：1、在安裝前要對電阻的阻值進(jìn)行判斷，用數(shù)字萬用表的兩個(gè)表筆不分正、負(fù)極接在電阻的兩個(gè)引腳上，量程打在檔。（用目測電阻的色環(huán)也可讀出阻值）2、分清發(fā)光二極管、電容的正、負(fù)極（長正短負(fù)）3、導(dǎo)線盡量選擇帶絕緣層的（為了避免短路）安裝完畢后，接通電源調(diào)試先用萬用表測量電源變壓器電壓，量程打在AC

15、20V檔輸出為交流電壓為9.21V，把量程打在DC 20V用數(shù)字萬用表黑色表筆接地，紅色表筆接正測量電源輸出端電壓為9.34V。電源部分無故障。將9V直流電源接入電路后，電路無現(xiàn)象產(chǎn)生。未查出故障將電路重新連接。接通電源，電路正常。電路現(xiàn)象：當(dāng)電源接通后電容充電紅燈點(diǎn)亮，電容放電后綠燈閃亮，如此循環(huán)。電路順利完成。六、 心得體會本次課題設(shè)計(jì)是LED閃爍電路的設(shè)計(jì)與制作。最終順利完成該電路的設(shè)計(jì)與制作。從開始搜索資料到中期的電路連接付出大量的汗水，但是在成功的那一刻，覺得一切都是值得的，雖然過程中有過幾次失敗。失敗也證明了我能力的不足、知識的匱乏。因此，為了要完成本次課題，我不斷的去詢問老師同學(xué)

16、以及上網(wǎng)去圖書館搜索資料來充實(shí)自己，直到最后的成功。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了自己的團(tuán)隊(duì)合作能力，同時(shí)也提高了自己動手能力，包括使用萬用表等測量儀器測量數(shù)據(jù)，以及利用儀器如何檢查故障的根源，怎樣排除故障的方法。 只要努力、只要拼搏永不放棄，成功不會太遠(yuǎn)的。致謝在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)校及老師都給與我們極大的幫助，圖書館為我們提供了充分的參考資料，在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，所需的大量元器件都是學(xué)校實(shí)訓(xùn)中心張老師和姜老師提供的，滿足我們的實(shí)際需要。同時(shí)，指導(dǎo)老師楊老師在過程中對我們的幫助很大，她總是會站在我們身邊，在我們遇到一些困難時(shí)，及時(shí)地給我們提出寶貴的建議，使我們能夠及時(shí)地修改和完善我們的設(shè)計(jì)方

17、案。因此，畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成，學(xué)校及指導(dǎo)老師都是起到了決定性的作用，在此我要衷心的表示感謝。感謝我的導(dǎo)師，她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。感謝我的搭檔張成云為我們的設(shè)計(jì)做出的努力，感謝給予過我?guī)椭耐瑢W(xué)，還要感謝姜志平老師和張海燕老師在百忙之中為我們提供各種儀器及元器件，再次忠心的感謝！ 參考文獻(xiàn)1 張慶雙 燈光控制經(jīng)典實(shí)用電路 機(jī)械工業(yè)出版社.20072 張志悅 數(shù)字電路設(shè)計(jì)與實(shí)用電路 廣州:華南理工大出版社.19913 顧寶良 模擬集成電路原理與實(shí)用電路 人民郵電出版社.19894 梁長垠 電視機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)技術(shù) 清華大學(xué)出版社.20065 陳小虎 電工電子技術(shù) 高等教育出版社.20006 薛學(xué)明 穩(wěn)壓電源及