心形18LED循環(huán)燈

1、物理與信息技術學院 CAD期末作業(yè)題目：心形18LED循環(huán)燈 班級：電子科學與技術姓名：王。學號：（27）號摘要本次小制作主要以學習為目的,18LED心形循環(huán)燈是一套極具流動色彩的循環(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,排列組成一個心形的圖案,并由三極管振蕩電路驅動,使紅色的心形圖案不斷的按順時針方向旋轉閃亮。組裝好的心形循環(huán)燈最適合在夜間相對較黑暗的環(huán)境中使用,距離2米以外觀看效果更加生動、有趣。關鍵詞：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，由三塊半導體構成，其中兩塊

2、N型和一塊P型半導體組成，P型半導體在中間，兩塊N型半導體在兩側。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)射極上就用了一個箭頭來表示電流的方向。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，會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關系：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)(一般遠大于1，

3、例如幾十，幾百)。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的，那么根據(jù)電壓計算公式可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由于三極管BE結的非線性(相當于一個二極管)，基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生(對于硅管，常取0.7V)。當基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時，基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比0.7V要小，如果

4、不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小于0.7V時，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合適的電流(叫做偏置電流，上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的，所以它被叫做基極偏置電阻)，那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小信號就會導致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無效(因為沒有偏置時集電極電流為0，不能再減小了)。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當輸入的基極電流變小時，集電極電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時，集

5、電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。下面說說三極管的飽和情況。如上圖，因為受到電阻Rc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限增加下去的。當基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時，三極管就進入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準則是：Ib*Ic。進入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個開關閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當作開關使用：當基極電流為0時，三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止)，相當于開關斷開;當基極電流很大，以至于三極管飽和時，相當于開關閉合。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管。如果我們在上面這個圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那么當基極電流為0時，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(大于流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù))，三極管就飽和，相當于開關閉合，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就行了，所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會隨著增加(在三極管未飽和之前)。但是在實際使用中要注意，在開關電路中，飽和狀態(tài)若在深度飽和時會影響其開關速度，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是淺度飽和，遠大于集電極電流時是深度飽和。因此我們只

7、需要控制其工作在淺度飽和工作狀態(tài)就可以提高其轉換速度。二、 電路工作原理如圖2，通瞬間，3只三極管將爭先導通，但由于晶體管元器件在制造過程中摻雜工藝的差異，所以最終僅有一只管子最先導通。在分析中，我們假使Q1最先導通，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導通時，并接到它上面的6只LED點亮。此時電源通過R3對C2充電，使三極管Q2的基極電壓在充電過程中逐漸升高，當上升的電壓超過0.6V時，Q2將由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，則集電極電壓下降，Q2集電極上并接

8、的6只LED點亮。與此同時，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充電的過程不斷進行，Q3基極的電壓又會逐漸升高，當電壓超過0.6V時，Q3導通，Q3集電極的電壓下降接近于0V，Q3集電極上并接的6只LED點亮，同時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充電的進行，Q1基極電壓又逐漸升高，很快進入導通狀態(tài) 如此循環(huán)，電路中3只三極管便輪流導通和截止，三組發(fā)光二級管就不停地按照順時針方向循環(huán)發(fā)光，達到了流動顯示的效果。2012-7-21 14:30