心形18LED循环灯

1、物理与信息技术学院 CAD期末作业题目：心形18LED循环灯 班级：电子科学与技术姓名：王。学号：（27）号摘要本次小制作主要以学习为目的,18LED心形循环灯是一套极具流动色彩的循环灯套件产品。本套件含有18只红色发光二极管,分成三组,排列组成一个心形的图案,并由三极管振荡电路驱动,使红色的心形图案不断的按顺时针方向旋转闪亮。组装好的心形循环灯最适合在夜间相对较黑暗的环境中使用,距离2米以外观看效果更加生动、有趣。关键词：LED彩灯、 彩灯的控制系统、 彩灯的闪烁方式一、 工作原理：本作品是由3只三极管和18只交叉排列的LED灯组成的心形图案循环灯。NPN型三极管，由三块半导体构成，其中两块

2、N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧。三极管是电子电路中最重要的器件，它最主要的功能是电流 放大和开关作用。图1如图1示，我们把从基极流至发射极的电流叫做基极电流Ib;把从集电极流至发射极的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的倍，即电流变化被放大了倍，所以我们把叫做三极管的放大倍数(一般远大于1，

3、例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果

4、不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集

5、电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。下面说说三极管的饱和情况。如上图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和

6、状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。但是在实际使用中要注意，在开关电路中，饱和状态若在深度饱和时会影响其开关速度，饱和电路在基极电流乘放大倍数等于或稍大于集电极电流时是浅度饱和，远大于集电极电流时是深度饱和。因此我们只

7、需要控制其工作在浅度饱和工作状态就可以提高其转换速度。二、 电路工作原理如图2，通瞬间，3只三极管将争先导通，但由于晶体管元器件在制造过程中掺杂工艺的差异，所以最终仅有一只管子最先导通。在分析中，我们假使Q1最先导通，那么Q1集电极电压将下降，使电容C2的左端电压瞬间接近于0V，由于电容器两端的电压不能突变，所以Q2基极电压也被拉到近似于0V，使Q2截止，Q2集电极上并接着的6只LED熄灭。Q1导通时，并接到它上面的6只LED点亮。此时电源通过R3对C2充电，使三极管Q2的基极电压在充电过程中逐渐升高，当上升的电压超过0.6V时，Q2将由截止状态变为导通状态，则集电极电压下降，Q2集电极上并接

8、的6只LED点亮。与此同时，电容器C4左端电压瞬间被拉低接近于0V，由于电容两端的电压不能突变，将使三极管Q3的基极电压接近于0V，Q3截止，Q3集电极上并接的6只LED熄灭。但随着C4充电的过程不断进行，Q3基极的电压又会逐渐升高，当电压超过0.6V时，Q3导通，Q3集电极的电压下降接近于0V，Q3集电极上并接的6只LED点亮，同时Q3集电极上的电容C1右端电压也被拉低接近于0V，这样，致使Q1截止，Q1集电极上并接着的6只LED熄灭，随着C1充电的进行，Q1基极电压又逐渐升高，很快进入导通状态 如此循环，电路中3只三极管便轮流导通和截止，三组发光二级管就不停地按照顺时针方向循环发光，达到了流动显示的效果。2012-7-21 14:30