LED闪烁电路的设计与制作

明达职业技术学院毕业论文（设计）2007-2008学年度信息工程系应用电子技术专业班级05应电2学号0405051238课题名称LED闪烁电路的设计与制作学生姓名朱伟明指导老师杨伟华2008年1月15日1目录一、方案论证……………………………………………2二、电路原理说明………………………………………4三、电源电路……………………………………………4四、主要元件介绍………………………………………7五、安装与调试…………………………………………9六、心得体会……………………………………………10致谢参考文献附录1、元件清单表………………………………………12附录2、电路总的原理图…………………………………132LED闪烁电路设计与制作作者朱伟明[摘要]LED闪烁电路主要利用多谐振荡器振荡工作，通过规定电阻驱动发光二极管闪烁发光。该电路可以通过调节电位器的阻值，改变多谐振荡器输出波形的占空比，从而改变发光二极管的闪烁效果。该闪烁电路的闪烁速度可以调整，可以组成各式各样的跳动灯光图案，可以用于装饰玩具和盆景等[关键词]桥式整流滤波电容稳压电路发光二极管多谐振荡器[前言]因该课题要求两个人共同完成，分工后我主要负责电源部分，所以在本论文中将以电源部分为主进行介绍和分析，文中电路部分只涉及其主要部分。论文中将对电源的组成各部分工作原理及作用进行详细讲述。文中也谈到部分元器件的检测好坏的方法。3一方案论证方案1该图由多谐振荡器A、多谐振荡器B和发光二极管VL1～VL12组成电路中，多谐振荡器A由电阻R5、R6、电位器RP1、电容器C1、C2和晶体管V1、V2组成；多谐振荡器B由电阻R7、R8、电位器RP2、电容器C3、C4和晶体管V3、V4组成；多谐振荡器A振荡工作后，通过R1、R2驱动VL1～VL6闪烁发光。调节电位器RP1和RP2的阻值，可分别改变多谐振荡器A和多谐振荡器B输出波形的占空比，从而改变发光二极管的闪烁效果。4方案2接通电源开关电压经开关和二极管为双稳态触发器、时钟振荡器LED驱动控制电路提供工作电源。未接通时双稳态触发器输出低电平，时钟电路不工作，不能为CD4017提供计数脉冲，LED彩灯不能产生灯光效果。接通S2后，双稳态触发器翻转，从CD4093的3脚输出高电平，时钟振荡器振荡工作，CD4017的14脚提供计数脉冲，CD4017的Y。～Y4输出端循环输出高电平。在CD4017的Y。端输出高电平时，NPN晶体管导通，部分发光二极管点亮。然后CD4017的2脚在点亮。如此周而复始，使LED彩灯依次循环点亮。调节RP的阻值，可改变时钟振荡器的振荡频率，从而改变灯光效果。方案比较我和组员翻阅了大量的参考资料后，最终选择了如上两套方案，但是迫于实际需要只能从中选择一套方案来完成，最后选定了方案1，具体原因如下：1、从实际角度来看，方案1所需的元器件与方案2相比更容易获得，方案1所用元器件都是平常见过的，而方案2中有我和组员都不认识的元器件，对其性能等方面不了解。寻找起来有些困难。2、从电路连接角度来看方案1比方案2的连接效果更加美观，且电路在完成后，发光二极管显示的效果也很相似。5二、电路原理说明该电路由电源、多谐振荡器和发光二极管组成。先通过电源部分输出直流9V稳流电压为电路供电，电流通过发光二极管和电阻为多谐振荡器部分电容充电，由于晶体管放大系数不一样，放大系数大的先导通系数小的截止，同一电路上发光二极管被点亮。电容充电完后，在放电时放大系数小的晶体管，则导通系数大的截止。原先发光二极管熄灭同时其余发光二极管被点亮，如此循环发光二极管呈闪烁状被点亮。闪烁相隔时间为4到5S。调节电位器的阻值，可以改变多谐振荡器输出波形的占空比，从而改变发光二极管的闪烁亮度和速度。还有电路部分是相互对称的，所以发光二极管闪烁的图形也是对称状，可以组成各式各样跳动灯光效果。三、电源电路单元电路由电源部分和控制电路组成。本部分将对电源和控制电路多谐振荡器部分进行介绍。电源部分主要由交流变压器、桥式整流、滤波电路、硅稳压管稳压电路、限流电阻组成。以下为电源原理图电源的电路图3．1桥式整流电路整流电路是利用二极管的单向导电作用将交流电变换成单方向的直流电的。因此，二极管是构成整流电路的关键元件。常见的小功率整流电路，有半波整流、全波整流、和桥式整流等几种。其中以桥式整流电路最为常用。6为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。3．1．1电路组成和工作原理单相桥式整流电路如图3所示，图中，四个整流二极管D1～D4接成电桥形式（故名桥式整流电路），其输入是来自电源变压器T副边的正弦交流电压u2(=2Usinwt)，其输出加至要求直流供电的负载电阻上。需特别指出的是，整流桥的四个二极管，必须严格按照图3所示的方式连接于A,B,C,D四点之间，否则，将导致变压器短路。图4（B）是桥式整流电路的简化画法。图3由二极管的单向导电性，不难得出桥式整流电路的工作波形。当u2=（2Usinwt）处于正半周时，图（A）所示电路中的A点电位高于B点二极管D1和D3处于正向偏置而导通,D2,D4则因反偏而截止。电源经D1,D3向负载供电，输出一个与u2正半波相同的电压，同理，当图4u2为负半周时，B点电位高于A点，D1,D3转为反偏而截止，D2与D4则因正偏而导通。电源经D2,D4向负载供电，此时，u0=-u2,其波形与u2的正半波相同。可见，在交流电压u2变化一周时，负载Rl上得到的却是单方向脉动的电压u0和电流i0。7由于该电路在正弦电压u2的正，负半周都有输出，故称这种整流方式为全波整流。3．2变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。3．2．1变压器的分类按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器.3．3滤波电路原理交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。3．4稳压电路的工作原理引起输出电压不稳定的主要原因有交流电源电压的波动和负载电流的变化。分析在这两种情况下稳压电路的作用。8若负载RL不变，当交流电源电压增加，即造成变压器副边电压u2增加而使整流滤波后的输出电压Ui增加时，输出电压U。也有增加的趋势，但输出电压U。就是稳压管两端的反向电压UZ，当负载电压U。稍有增加时，稳压管电流IZ大大增加，使限流电阻R两端的电压降UR增加。以抵偿Ui的增加，从而使负载电压U。保持近似不变。这一稳压过程可表示成：电源电压↑→U2↑→Ui↑→U。↑→IZ↑↑→I=I。+IZ↑↑→UR↑↑→U。↓→稳定若电源电压不变，使整流滤波后的输出电压Ui不变，此时若负载RL减小时，则引起负载电流I。增加，电阻R上的电流I和两端的电压降UR均增加，负载电压U。因而减小，而U。稍有减少将使IZ下降很多，从而补偿了电流I的增加，保持I=I。+IZ基本不变，也保持U。基本恒定。这个过程可归纳为：RL↓→I。↑→I=I。+IZ↑→UR↓→U。↓→IZ↓↓→I=I。+IZ↓→UR↓→U。↑→稳定3．5多谐振荡器：1．多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态；2．通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发；3．输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。四、主要元件介绍4．1LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。94．2LED极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。4．3发光二极管的检测用万用表检测。利用具有×10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电阻的值为∝。如果正向电阻值为0或为∞，反向电阻值很小或为0，则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为×10kΩ挡不能向LED提供较大正向电流。如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极（P区），余下的“+”笔接被测发光管的负极（N区）。两块万用表均置×10Ω挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至×1Ω若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于×1Ω，以免电流过大，损坏发光二极管。10五、安装与调试首先绘制电路图，然后将元器件在面包板上的进行安装，安装过程中要注意以下几点：1、在安装前要对电阻的阻值进行判断，用数字万用表的两个表笔不分正、负极接在电阻的两个引脚上，量程打在Ω档。（用目测电阻的色环也可读出阻值）2、分清发光二极管、电容的正、负极（长正短负）3、导线尽量选择带绝缘层的（为了避免短路）安装完毕后，接通电源调试先用万用表测量电源变压器电压，量程打在AC20V档输出为交流电压为9.21V，把量程打在DC20V用数字万用表黑色表笔接地，红色表笔接正测量电源输出端电压为9.34V。电源部分无故障。将9V直流电源接入电路后，电路无现象产生。未查出故障将电路重新连接。接通电源，电路正常。电路现象：当电源接通后电容充电红灯点亮，电容放电后绿灯闪亮，如此循环。电路顺利完成。六、心得体会本次课题设计是LED闪烁电路的设计与制作。最终顺利完成该电路的设计与制作。从开始搜索资料到中期的电路连接付出大量的汗水，但是在成功的那一刻，觉得一切都是值得的，虽然过程中有过几次失败。失败也证明了我能力的不足、知识的匮乏。因此，为了要完成本次课题，我不断的去询问老师同学以及上网去图书馆搜索资料来充实自己，直到最后的成功。通过这次毕业设计，加强了自己的团队合作能力，同时也提高了自己动手能力，包括使用万用表等测量仪器测量数据，以及利用仪器如何检查故障的根源，怎样排除故障的方法。只要努力、只要拼搏永不放弃，成功不会太远的。11致谢在做毕业设计的过程中，学校及老师都给与我们极大的帮助，图书馆为我们提供了充分的参考资料，在完成毕业设计的过程中，所需的大量元器件都是学校实训中心张老师和姜老师提供的，满足我们的实际需要。同时，指导老师杨老师在过程中对我们的帮助很大，她总是会站在我们身边，在我们遇到一些困难时，及时地给我们提出宝贵的建议，使我们能够及时地修改和完善我们的设计方案。因此，毕业设计能够顺利的完成，学校及指导老师都是起到了决定性的作用，在此我要衷心的表示感谢。感谢我