旋轉亮燈課程設計---led旋轉亮燈的設計與制作

1、<p>　　LED旋轉亮燈的設計與制作 </p><p>　　摘要：隨著LED技術的不斷發(fā)展以及LED在低功耗、長壽命、環(huán)保等方面的優(yōu)勢，LED應用領域逐漸增多。同時，許多國家在看到LED巨大的市場潛力后，紛紛出臺各項鼓勵措施大力推動LED在各領域中的應用。目前，LED的應用已經(jīng)從最初的指示燈應用轉向更具發(fā)展?jié)摿Φ娘@示屏，景觀照明、背光源、汽車車燈、交通燈、照明等領域，LED應用正呈現(xiàn)出多樣化

2、發(fā)展趨勢。</p><p>　　本次設計就是用LED發(fā)光二極管作為電路指示燈，并利用三極管和偏置電阻構成驅(qū)動電路，使得三組（9只）LED發(fā)光二極管循環(huán)發(fā)光。</p><p>　　關鍵詞： LED 發(fā)光二極管 三極管 旋轉燈</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　概述……………………

3、………………………………（1）</p><p>　　LED旋轉燈電路設計………………………………… (2)</p><p>　　電路工作原理…………………………………………(2）</p><p>　　性能參數(shù)……………………………………………（2）</p><p>　　電路原理圖及PCB圖…………………………………（3）</p>

4、<p>　　元器件簡介………………………………………… （5）</p><p>　　3.1 LED發(fā)光二極管……………………………………（5）</p><p>　　3.1.1 LED發(fā)光二極管實物圖……………………………………（5）</p><p>　　3.1.2 LED特點……………………………………………………（5）3.1.3 LED發(fā)光二極管

5、極限參數(shù)的意義…………………………（6）</p><p>　　3.2 三極管……………………………………………（6）</p><p>　　3.2.1 三極管的原理……………………………………………（6）</p><p>　　3.2.2 三極管電極和管型的判別………………………………（8）</p><p>　　4 器件的選型………………

6、………………………… （10）</p><p>　　4.1 三極管的選用…………………………………… （10）</p><p>　　4.2 LED發(fā)光二極管的選用……………………………… （10）</p><p>　　5 總結………………………………………………… （12）</p><p>　　6 參考文獻………………………………………

7、…… （12）</p><p>　　7 致謝………………………………………………… （13）</p><p>　　8 附錄……………………………………………………(14)</p><p><b>　　1、概述：</b></p><p>　　在新興應用市場不斷出現(xiàn)的帶動下，近些年LED市場規(guī)?？焖偬嵘?005年中國L

8、ED的產(chǎn)量已經(jīng)達到262.1億只，市場規(guī)模更是突破百億元大關達到114.9億元。 　　LED的應用領域已經(jīng)從最初簡單的電器指示燈、LED顯示屏發(fā)展到LCD背光源、景觀照明、室內(nèi)裝飾燈等其他領域。而由于LED具有的長壽命、無污染、低功耗的特性，未來LED還將逐步替代熒光燈、白熾燈成為下一代綠色照明光源。為此，美國、韓國、歐盟、中國臺灣都制定了適合各國國情的半導體照明計劃，大力推進LED燈進入普通照明燈具市場。室內(nèi)照明將是LED最具市場規(guī)

9、模和發(fā)展?jié)摿Φ膽谩?lt;/p><p>　　從數(shù)量上看，憑借著國內(nèi)強大的制造能力，指示燈依舊是LED的使用大戶，其用量占據(jù)LED市場消耗量的半壁江山。但由于指示燈多為普通亮度LED，經(jīng)過多年的發(fā)展產(chǎn)量很大早已形成買方市場，供過于求的市場現(xiàn)狀導致價格持續(xù)下跌，嚴重影響了指示燈領域的LED市場規(guī)模增長。LED指示燈市場規(guī)模只保持了一位數(shù)增長，但是隨著價格的進一步滑落，LED指示燈市場規(guī)模很難在維持正增長，預計從2006

10、年起，該市場將呈現(xiàn)出負增長。</p><p>　　對于進入通用照明市場而言，功率白光LED除面臨著諸如發(fā)光效率低、散熱不好、成本過高等問題外，還將面臨到光學、機構與電控等的整合以及LED照明產(chǎn)品通用標準的制定。解決上述問題需要很長的一段時間，賽迪顧問預計LED在2010年前還不能進入通用照明市場。</p><p>　　由于酒店、商務會館、高檔商用寫字樓等商用場所相對于價格的敏感度低。同時這

11、些高檔場所更注重于彰顯品味與尊貴的地位，對于新興產(chǎn)品抱有更大的興趣度。這些都降低了LED照明進入的門檻。賽迪顧問預計LED照明將率先進入商用市場，逐步向民用市場擴展。</p><p>　　2、LED旋轉燈電路設計 </p><p>　　2.1 電路工作原理：</p><p>　　LED旋轉燈是一個由3只三極管和9只LED組成的循環(huán)燈。電路是這樣工作的，當外接的直流3

12、~9 V電源一接通，3只三極管就要爭先導通，但由于元器件有差異，只有某一只管子最先導通。假如Q1最先導通，那么Q1集電極電壓下降，使電容C1的左端接近零電壓，由于電容器兩端的電壓不能突變，所以Q2基極也被拉到近似零電壓，使Q2截止。Q2集電極為高電壓，那么接在它上面的發(fā)光二極管就亮了。此刻Q2集電極上的高電壓通過電容器C2使Q3基極電壓升高，三極管Q3也將迅速導通。因此在這一段時間內(nèi)，Q1與Q3的集電極均為低電壓，只有接在Q2集電極上的

13、發(fā)光二極管亮，而其余兩只發(fā)光二極管不亮。</p><p>　　隨著電源通過電阻R3對C1的充電，使三極管Q2基極電壓逐漸升高，當超過0.6伏時，Q2由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，集電極電壓下降，發(fā)光二極管熄滅。與此同時三極管Q2集電極電壓的下降通過電容器C2的作用使三極管Q3的基極電壓也下跳，Q3由導通變?yōu)榻刂埂＝釉赒3集電極上的發(fā)光二極管就亮了。</p><p>　　如此循環(huán)，電路中3只三極管

14、便輪流導通和截止，三只發(fā)光二極管就不停地循環(huán)發(fā)光。改變電容的容量可以改變循環(huán)燈循環(huán)的速度。</p><p><b>　　2.2 性能參數(shù)：</b></p><p>　　工作電壓：DC3V—9V</p><p>　　2.3 電路原理圖（圖一）和PCB圖（圖二）：</p><p><b>　　圖一</b>

15、;</p><p><b>　　圖二</b></p><p><b>　　3、元器件簡介：</b></p><p>　　3.1 LED發(fā)光二極管</p><p>　　3.1.1 LED發(fā)光二極管實物圖：（圖3.1.1） </p><p>　　LED（Light Emitti

16、ng Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟

17、空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。LED是利用化合物材料制成p-n結的光電器件。它具備p-n結結型器件的電學特性：I-V特性、C-V特性和光學特性：光譜響應特性、發(fā)光光強指向特性、時間特性以及熱學特性。</p><p>　　3.1.2 LED特點</p><p>　　LED的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光

18、源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。</p><p>　　體積?。?LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。</p><p>　　耗電量低： LED耗電非常低，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作流是0.02-0.03A。這就是說：它消耗的電不超過0.1W。</p><p>　　使用壽命長： 在恰當?shù)碾娏骱碗妷合?，LED

19、的使用壽命可達10萬小時。</p><p>　　高亮度、低熱量： 比HID或白熾燈更少的熱輻射。</p><p>　　環(huán)保： LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。紅光LED含有大量的As（砷），劇毒</p><p>　　堅固耐用： LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些

20、特點使得LED可以說是不易損壞的。 </p><p>　　可控性強： 可以實現(xiàn)各種顏色的變化。</p><p>　　3.1.3 LED發(fā)光二極管極限參數(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

21、最大反向電壓。超過此值，LED發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。 （4）工作環(huán)境topm:LED發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，LED發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。</p><p><b>　　3.2 三極管</b></p><p>　　3.2.1 三極管的原理</p><p>　　半導體三極管也稱為晶體三極管

22、，可以說它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。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結構成的，而三極管由兩個PN結構成，共用的一個電極成為三極管的基極(用字母b表示)。其他的兩個電極成為集電極(用字母c表示)和發(fā)射極(用字母e表示)。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。 </p><p>　　三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。三

23、極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見三極管的外觀，有一個箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是電流的方向。 </p><p>　　電子制作中常用的三極管有90××系列，包括低頻小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪聲管9014(NPN)，高頻小功率管9018(NPN)等。它們的型號一般都標在塑殼上，而樣子都一樣，都是TO-9

24、2標準封裝。在老式的電子產(chǎn)品中還能見到3DG6(低頻小功率硅管)、3AX31(低頻小功率鍺管)等，它們的型號也都印在金屬的外殼上。我國生產(chǎn)的晶體管有一套命名規(guī)則： </p><p>　　符號的第一部分“3”表示三極管。符號的第二部分表示器件的材料和結構：A——PNP型鍺材料；B——NPN型鍺材料；C——PNP型硅材料；D——NPN型硅材料。符號的第三部分表示功能：U——光電管；K——開關管；X——低頻小功率管；G

25、——高頻小功率管；D——低頻大功率管；A——高頻大功率管。另外，3DJ型為場效應管，BT打頭的表示半導體特殊元件。 </p><p>　　圖3.2.1 常用三極管的管腳排列</p><p>　　三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當然這種轉換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉換成信號的能量罷了。三極管有一個重要參數(shù)就是電流放大系數(shù) b。當三極管的基極

26、上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流b 倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。 三極管還可以作電子開關，配合其它元件還可以構成振蕩器。 </p><p>　　3.2.2 三極管電極和管型的判別</p><p><b>　?。?） 目測法 </b><

27、/p><p>　　一般來說，管型是NPN還是PNP應從管殼上標注的型號來辨別。依照部頒標準，三極管型號的第二位(字母)，A、C表示PNP管，B、D表示NPN管。 </p><p><b>　　例如：</b></p><p>　　3AX 為PNP型低頻小功率管 3BX 為NPN型低頻小功率管 </p><p>　　3CG 為P

28、NP型高頻小功率管 3DG 為NPN型高頻小功率管 </p><p>　　3AD 為PNP型低頻大功率管 3DD 為NPN型低頻大功率管 </p><p>　　3CA 為PNP型高頻大功率管 3DA 為NPN型高頻大功率管 </p><p>　　此外有國際流行的9011～9018系列高頻小功率管，除9012和9015為PNP管外，其余均為NPN型管。 </p&

29、gt;<p>　　（2） 管極的判別 </p><p>　　用萬用表電阻檔判別 </p><p>　　三極管內(nèi)部有兩個PN結，可用萬用表電阻檔分辨e、b、c三個極。在型號標注模糊的情況下，也可用此法判別管型。 </p><p><b>　?、?基極的判別 </b></p><p>　　判別管極時應首先確認

30、基極。對于NPN管，用黑表筆接假定的基極，用紅表筆分別接觸另外兩個極，若測得電阻都小，約為幾百歐~幾千歐；而將黑、紅兩表筆對調(diào)，測得電阻均較大，在幾百千歐以上，此時黑表筆接的就是基極。PNP管，情況正相反，測量時兩個PN結都正偏的情況下，紅表筆接基極。 </p><p>　　實際上，小功率管的基極一般排列在三個管腳的中間，可用上述方法，分別將黑、紅表筆接基極，既可測定三極管的兩個PN結是否完好(與二極管PN結的測

31、量方法一樣)，又可確認管型。 </p><p>　?、?集電極和發(fā)射極的判別 </p><p>　　確定基極后，假設余下管腳之一為集電極c，另一為發(fā)射極e，用手指分別捏住c極與b極(即用手指代替基極電阻Rb)。同時，將萬用表兩表筆分別與c、e接觸，若被測管為NPN，則用黑表筆接觸c極、用紅表筆接e極(PNP管相反)，觀察指針偏轉角度；然后再設另一管腳為c極，重復以上過程，比較兩次測量指針的

32、偏轉角度，大的一次表明IC大，管子處于放大狀態(tài)，相應假設的c、e極正確。 </p><p>　?。?）．三極管性能的簡易測量 </p><p>　?、儆萌f用表電阻檔測ICEO和β </p><p>　　基極開路，萬用表黑表筆接NPN管的集電極c、紅表筆接發(fā)射極e(PNP管相反)，此時c、e間電阻值大則表明ICEO小，電阻值小則表明ICEO</p>&l

33、t;p><b>　　大。 </b></p><p>　　用手指代替基極電阻Rb，用上法測c、e間電阻，若阻值比基極開路時小得多則表明 β值大。 </p><p>　?、?用萬用表hFE檔測β </p><p>　　有的萬用表有hFE檔，按表上規(guī)定的極型插入三極管即可測得電流放大系數(shù)β，若β很小或為零，表明三極管己損壞，可用電阻檔分別測兩

34、個PN結，確認是否有擊穿或斷路。</p><p><b>　　4、器件的選型</b></p><p><b>　　4.1三極管的選用</b></p><p>　　選用晶體管一要符合設備及電路的要求，二要符合節(jié)約的原則。根據(jù)用途的不同，一般應考慮以下幾個因素：工作頻率、集電極電流、耗散功率、電流放大系數(shù)、反向擊穿電壓、穩(wěn)定性

35、及飽和壓降等。這些因素又具有相互制約的關系，在選管時應抓住主要矛盾，兼顧次要因素。</p><p>　　低頻管的特征頻率fT一般在2.5MHz以下，而高頻管的fT都從幾十兆赫到幾百兆赫甚至更高。選管時應使fT為工作頻率的3～10倍。原則上講，高頻管可以代換低頻管，但是高頻管的功率一般都比較小，動態(tài)范圍窄，在代換時應注意功率條件。 </p><p>　　一般希望β選大一些，但也不是越大越好。

36、β太高了容易引起自激振蕩，何況一般β高的管子工作多不穩(wěn)定，受溫度影響大。通常β多選40～100之間，但低噪聲高β值的管子(如1815、9011~9015等)，β值達數(shù)百時溫度穩(wěn)定性仍較好。另外，對整個電路來說還應該從各級的配合來選擇β。例如前級用β高的，后級就可以用β較低的管子；反之，前級用β較低的，后級就可以用β較高的管子。</p><p>　　集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓UCEO應選得大于電源電壓。穿透電流越小

37、，對溫度的穩(wěn)定性越好。普通硅管的穩(wěn)定性比鍺管好得多，但普通硅管的飽和壓降較鍺管為大，在某些電路中會影響電路的性能，應根據(jù)電路的具體情況選用，選用晶體管的耗散功率時應根據(jù)不同電路的要求留有一定的余量。 對高頻放大、中頻放大、振蕩器等電路用的晶體管，應選用特征頻率fT高、極間電容較小的晶體管，以保證在高頻情況下仍有較高的功率增益和穩(wěn)定性。 </p><p>　　4.2 LED發(fā)光二極管的選用</p>

38、<p>　　發(fā)光二極管在制作時，使用的材料有所不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。 發(fā)光二極管的外形有：圓形、長方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等。 常用的發(fā)光二極管應用電路有四種，即直流驅(qū)動電路、交流驅(qū)動電路、脈沖驅(qū)動電路、變色發(fā)光驅(qū)動電路。 </p><p>　　使用LED作指示電路時，應該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應根據(jù)不同的使用電

39、壓和LED所需工作電流來選擇。 </p><p>　　發(fā)光二極管的壓降一般為1.5~2.0 V，其工作電流一般取10~20 mA為宜。</p><p><b>　　5、總結</b></p><p>　　通過這次課設，使我們有了鍛煉綜合運用所學知識的寶貴機會。這次課設，有老師的悉心指導，有我們組員的共同努力，才有最后項目的順利地完成 ，在這一周時

40、間里，我們提高了我們個人的動手能力，讓我們在獨立思考解決問題。同時也培養(yǎng)了我們團隊精神，眾所周知，在現(xiàn)在分工越來越細的社會，分工合作成了社會的主流，而這次與組員合作正好給了我們這樣的機會，以致順利完成課程設計。古語有言，書上得來終覺淺，欲知此事須躬行，這次課程設計給了我理論與實際相結合的機會，在實踐的過程中發(fā)現(xiàn)了理論知識的學習不足，也懂得了把所學的理論知識與實踐相結合起來的一些方法，特別是在發(fā)現(xiàn)問題到尋找解決問題的方法的過程中，充分鍛煉

41、了理論與實際結合的模式。作為工科生，也為將來就業(yè)奠定一定的基礎。</p><p><b>　　6、參考文獻</b></p><p>　　[1].王慶編. Protel 99 SE & DXP 電路設計教程.電子工業(yè)出版社.2006</p><p>　　[2].康華光主編.電子技術基礎（模擬部分）.北京：高等教育出版社.2006</

42、p><p>　　[3].劉修文編.實用電子電路圖集.中國電力出版社.2006</p><p>　　[4].楊清德 康婭編.LED及其工程應用.人民郵電出版社.2007</p><p><b>　　7、致謝</b></p><p>　　這次課設能夠這么順利地就完成，除了我們組員配合默契，分工合理外，更多的還有老師的指導和同學們