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        基于Multisim的LED花樣電路的設(shè)計

        2016-10-24 05:03:45陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院程曉芳
        電子世界 2016年18期
        關(guān)鍵詞:流水

        陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 程曉芳

        基于Multisim的LED花樣電路的設(shè)計

        陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院程曉芳

        鑒于Multisim軟件操作簡單、界面直觀、仿真功能全面等許多顯著的優(yōu)點,選用Multisim11軟件仿真提出了兩種設(shè)計思路,都由晶體管控制LED花樣電路,并且針對仿真測試電路時存在的問題,對電路做了一些改進,使改進后的電路性能更加穩(wěn)定,花樣更加豐富。

        計算機仿真;花樣電路;三極管;電路設(shè)計

        Multisim軟件是專門用于電路仿真和設(shè)計的EDA工具軟件,具有高度交互性、元器件庫齊全、虛擬測試儀器種類豐富、運行速度快、仿真分析功能強大等一系列優(yōu)點[1]。當今,快捷、便利、高效的Multisim電子設(shè)計仿真技術(shù),已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的以電子電路實驗為基礎(chǔ)的電路設(shè)計分析方法,實現(xiàn)了真正意義上的電子設(shè)計自動化[2]。本文基于模電知識[3],使用Multisim軟件仿真設(shè)計了LED燈花樣電路,由晶體管控制,與單片機控制的LED電路[4]相比,電路結(jié)構(gòu)簡單,使用元器件數(shù)目少,花樣豐富,成本相對較低。

        與傳統(tǒng)電光源相比,LED燈具有發(fā)光效率高、節(jié)能、綠色環(huán)保、壽命長、體積小、工作安全可靠等一系列獨特的優(yōu)點,已經(jīng)成為照明產(chǎn)品的主流,其應(yīng)用非常廣泛[5]。鑒于LED燈發(fā)光色彩豐富,多用在以顯示、指示、色彩變化多的照明領(lǐng)域[6]。用LED燈制作的小型花樣流水燈花樣豐富,結(jié)構(gòu)簡單,成本相對較低;同時,對應(yīng)用電子相關(guān)專業(yè)的初學(xué)者提供一些入門引導(dǎo),能激發(fā)他們學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)興趣,開發(fā)了花樣流水燈項目。

        本電路主要由三個晶體管和三組共18只LED燈組成,提出了兩種設(shè)計思路。靠晶體管組成的振蕩電路來控制LED燈的亮滅,三組燈可以按照需要進行布線進從而制作成不同花樣的流水燈。

        1.電路一

        此電路先將每6只LED燈并聯(lián)起來再并接在一個晶體管的集電極和發(fā)射極之間,電源電壓通常取5-8V,在具體的花樣流水燈的套件測試過程中,所要的電壓可能要更小一些,通常可用手機電池代替電源。每當電源剛接通的瞬間,3個晶體管要爭先導(dǎo)通,但由于元器件存在差異,只有某一個晶體管先導(dǎo)通。假設(shè)晶體管Q1先導(dǎo)通,則Q1集電極電壓降低,導(dǎo)致第一組(LED1-LED6)陽極電壓降低,沒有被點亮;與此同時,與Q1集電極連接的電容C1的左端電壓接近0V,由于電容器兩端的電壓不能突變,所以與電容C1連接的晶體管Q2基極也被拉到近似0V,導(dǎo)致Q2截止。這時,晶體管Q2的集電極電壓較高,與之連接的第二組(LED7-LED12)陽極電壓高于陰極,被全部點亮;同時,與Q2集電極相連的電容C2使晶體管Q3基極電壓升高,Q3也將快速導(dǎo)通,則Q3集電極電壓降低,導(dǎo)致與其鏈接的第三組LED(LED13-18)陽極電壓降低,全被熄滅。在這短暫時間內(nèi),晶體管Q1與Q3的集電極均為低電壓,只有與Q2集電極相連的第三組 (LED7-LED12)全被點亮,而其余兩組LED燈熄滅。仿真效果見圖1。

        圖1 電路1仿真圖

        隨著電源通過電阻R3對電容C1的充電,使晶體管Q2基極電壓逐漸升高,當超過0.5V左右時,晶體管Q2導(dǎo)通,集電極電壓下降,第二組(LED7-LED12)熄滅。與此同時Q2集電極電壓的下降通過與之連接的電容器C2使晶體管Q3的基極電壓也降低,Q3截止,接在Q3集電極上的第三組(LED13-18)被全部點亮。Q3集電極電壓的升高通過與之連接的電容C3使Q1導(dǎo)通,則Q1集電極電壓下降,進而導(dǎo)致第一組(LED1-LED6)熄滅。通過電路中3只晶體管輪流導(dǎo)通和截止,總是一組6個LED燈被點亮,另外兩組不亮,三組LED燈就不停地循環(huán)發(fā)光。

        2.電路二

        為了讓電路1中更多的LED燈被點亮,提出了一些改進。如圖2所示,分別將每組的6只LED燈(例如,第一組LED1-LED6)并聯(lián)起來再并接在二極管D1和三晶體管的集電極電阻(例如,R2)之間,D1在電路中起保護作用。LED燈循環(huán)點亮原理和電路1類似,通過晶體管的輪流導(dǎo)通和截至實現(xiàn)。

        每當電源接通的瞬間,假如晶體管Q1最先導(dǎo)通,則第一組LED1-LED6點亮,則Q1集電極電壓降低,導(dǎo)致與電容C1相連的晶體管Q2截止,會引起第二組LED7-LED12熄滅。通過與Q2相連的電容C2使晶體管Q3迅速導(dǎo)通,引起第三來LED13-LED18被點亮,仿真效果見圖2。

        圖2 電路二仿真圖

        隨著電源通過電阻R3對電容C1的充電,晶體管Q2導(dǎo)通, 第二組LED7-LED12點被亮。同時,引起晶體管Q3截止,第三組LED13-LED8熄滅;晶體管Q1導(dǎo)通,第一組LED1-LED6點亮。短暫時間過后,第二組LED7-LED12和第三組LED13-18被點亮,LED1-LED6熄滅。照此循環(huán),電路中3只三極管便輪流導(dǎo)通和截止,引起三組LED燈就不停地循環(huán)發(fā)光。

        3.改進后的電路

        電路1和電路2都看不到三組18個LED燈全被點亮效果,對電路2做了些改進,在第一組LED1-LED6兩端并聯(lián)一個極性電容C5,如圖3所示。每當剛接通電源的瞬間,電源對電容C5進行充電,此時三組LED燈全部處于導(dǎo)通狀態(tài),三組18只LED燈全被點亮。當電容C5達到最大值后,Q1導(dǎo)通,導(dǎo)致第一組LED1-LED6被點亮,同時Q2截止,第二組LED7-LED12被點亮;Q3迅速導(dǎo)通,第三組LED13-LED18熄滅。隨著電源通過電阻R3對電容C1的充電,第二組LED7-LED12和第三組LED13-LED18被點亮,LED1-LED6熄滅。接下來的時間內(nèi),第一組LED1-LED6和第三組LED13-LED18被點亮,第二組LED7-LED12熄滅。如此往復(fù)循環(huán),3組LED燈便會被兩兩輪流點亮。

        通過仿真實驗發(fā)現(xiàn),電容并接在任何一組LED兩側(cè),都可產(chǎn)生相似的結(jié)果,先全部點亮然后兩組亮一組滅。

        4.結(jié)論

        本文基于Multisim提出兩套不同效果的由晶體管控制的LED花樣流水燈,電路所用的元器件較少,工作原理相對簡單,方便制作。電路1出現(xiàn)一組6只LED燈被點亮,兩組12只LED燈熄滅;電路2出現(xiàn)兩組12只LED燈亮,一組6只LED燈滅,改進后的電路出現(xiàn)三組18只LED燈全部被點亮。本文提出的流水燈的電路花樣豐富,其對生產(chǎn)實際中更大規(guī)模,花樣更加豐富的LED燈花樣電路的設(shè)計和改進能夠提供一些借鑒。

        [1]顏芳,宋焱翼,謝禮瑩.基于Multisim的電路原理課程仿真實驗設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理,2013,30(5):1-10.

        [2]王荔芳,余磊,周曉華.放大電路的Multisim10仿真分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(18):172-174.

        [3]蘇麗萍.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].陜西西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2012.03.

        [4]黃輝,鄔智江,區(qū)永源,等.基于單片機的智能LED燈照明系統(tǒng)[J].電子設(shè)計工程,2011,19(18):154-156.

        [5]竇林平.國內(nèi)LED照明應(yīng)用探討[J].照明工程學(xué)報,2011,22(6):51-58.

        [6]路秋生.LED照明與應(yīng)用[J].燈與照明,2009,33(4):24-28.

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