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课设报告
测试与光电工程学院
电子基础课程设计任务书
电子科学与技术系班学生:
课题名称:
LED旋转灯
课题要求:
一、具有以下功能:
1、工作电源:
直流3~9V
2、三组(9只)发光二极管不停的循环发光
二、完成原理图、PCB图设计
三、完成安装及调试。
四、写出设计报告。
课题内容:
第一周:
查找相关资料;方案设计。
第二周:
设计原理图、PCB图。
第三周:
完成安装及调试。
撰写报告主要参考资料:
[1].王庆主编.Protel99SE&DXP电路设计教程.电子工业出版,2006.6
[2].康华光等.电子技术基础(模拟部分第五版).高等教育出版社,1999.6
[3].康华光等.电子技术基础(数字部分第五版).高等教育出版社,1999.6
系负责人:
肖慧荣指导教师:
时间:
2010年12月30日
测试与光电工程学院
电子基础课程设计评分标准
平时表现评分:
(20%)
优秀:
(90-100)
遵守纪律,尊敬老师,爱护设备,工作量饱满,动手能力强,无缺勤,很好按课题进度进行。
良好:
(80-89)
遵守纪律,爱护设备,工作量饱满,动手能力较强,考勤情况良好,较好按课题进度进行。
中等:
(70-79)
遵守纪律,爱护设备一般,工作量一般,动手能力一般,偶尔缺勤,基本按课题进度进行。
及格:
(60-69)
遵守纪律一般,人为因素损坏设备,工作量一般,动手能力差,偶尔缺勤,能按课题进度进行。
不及格:
(59以下)
不遵守纪律,人为因素损坏设备,有技术安全事故,工作量不饱满,动手能力很差,经常迟到,早退,缺勤。
课题完成情况评分:
(50%)
优秀:
(90-100)
全部完成任务书要求,完成质量优良、结果正确,所完成的设计有一定的独立见解。
良好:
(80-89)
全部完成任务书要求,完成情况良好,所完成的设计正确,解决了一些实际问题,结果正确。
中等:
(70-79)
基本完成任务书要求,完成质量尚好,所完成的设计基本正确,但存在一些不足。
及格:
(60-69)
基本完成任务书要求,完成质量尚好,所完成的设计基本正确,但有小错误。
不及格:
(59以下)
未完成任务书要求,所作的设计有严重错误,基本概念不清。
电子基础课程设计报告质量评分(30%)
1、文献资料收集、整理、分析;对课题研究意义的阐述;文字精练、流畅、绘图整洁、符合标准规范、字体工整;
2、基本概念、基本理论及专业知识掌握扎实,运用灵活;设计思路、设计内容、计算方法及结果、计算机运用正确无误;
3、试验数据的获取(软件调试方法及过程)试验过程(调试过程)的正确性;
4、电子基础课程设计的结论,存在的问题,研究结果的创新性;
LED旋转灯的设计与制作
摘要:
随着LED技术的不断发展以及LED在低功耗、长寿命、环保等方面的优势,LED应用领域逐渐增多。
同时,许多国家在看到LED巨大的市场潜力后,纷纷出台各项鼓励措施大力推动LED在各领域中的应用。
目前,LED的应用已经从最初的指示灯应用转向更具发展潜力的显示屏,景观照明、背光源、汽车车灯、交通灯、照明等领域,LED应用正呈现出多样化发展趋势。
本次设计就是用LED发光二极管作为电路指示灯,并利用三极管和偏置电阻构成驱动电路,使得三组(9只)LED发光二极管循环发光。
关键词:
LED发光二极管三极管
目录
1概述……………………………………………………
(1)
2LED旋转灯电路设计…………………………………
(2)
2.1电路工作原理…………………………………………
(2)
2.2电路原理图及PCB图…………………………………(3)
3元器件简介…………………………………………(5)
3.1LED发光二极管…………………………………(4)
3.1.1LED特点…………………………………………
3.1.2LED发光二极管极限参数的意义
3.2三极管…………………………………………(7)
4器件的选型…………………………………………(10)
4.1三极管的选用……………………………………(10)
4.2LED发光二极管的选用………………………………(11)
5总结………………………………………………(11)
6致谢…………………………………………………(11)
7参考文献……………………………………………(11)
8附录…………………………………………………(12)
1、概述:
在新兴应用市场不断出现的带动下,近些年LED市场规模快速提升。
2005年中国LED的产量已经达到262.1亿只,市场规模更是突破百亿元大关达到114.9亿元。
LED的应用领域已经从最初简单的电器指示灯、LED显示屏发展到LCD背光源、景观照明、室内装饰灯等其他领域。
而由于LED具有的长寿命、无污染、低功耗的特性,未来LED还将逐步替代荧光灯、白炽灯成为下一代绿色照明光源。
为此,美国、韩国、欧盟、中国台湾都制定了适合各国国情的半导体照明计划,大力推进LED灯进入普通照明灯具市场。
室内照明将是LED最具市场规模和发展潜力的应用。
从数量上看,凭借着国内强大的制造能力,指示灯依旧是LED的使用大户,其用量占据LED市场消耗量的半壁江山。
但由于指示灯多为普通亮度LED,经过多年的发展产量很大早已形成买方市场,供过于求的市场现状导致价格持续下跌,严重影响了指示灯领域的LED市场规模增长。
LED指示灯市场规模只保持了一位数增长,但是随着价格的进一步滑落,LED指示灯市场规模很难在维持正增长,预计从2006年起,该市场将呈现出负增长。
对于进入通用照明市场而言,功率白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外,还将面临到光学、机构与电控等的整合以及LED照明产品通用标准的制定。
解决上述问题需要很长的一段时间,赛迪顾问预计LED在2010年前还不能进入通用照明市场。
由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所相对于价格的敏感度低。
同时这些高档场所更注重于彰显品味与尊贵的地位,对于新兴产品抱有更大的兴趣度。
这些都降低了LED照明进入的门槛。
赛迪顾问预计LED照明将率先进入商用市场,逐步向民用市场扩展。
2、LED旋转灯电路设计:
2.1电路工作原理:
LED旋转灯是一个由3只三极管和9只LED组成的循环灯。
电路是这样工作的,当外接的直流3~9V电源一接通,3只三极管就要争先导通,但由于元器件有差异,只有某一只管子最先导通。
假如Q1最先导通,那么Q1集电极电压下降,使电容C1的左端接近零电压,由于电容器两端的电压不能突变,所以Q2基极也被拉到近似零电压,使Q2截止。
Q2集电极为高电压,那么接在它上面的发光二极管就亮了。
此刻Q2集电极上的高电压通过电容器C2使Q3基极电压升高,三极管Q3也将迅速导通。
因此在这一段时间内,Q1与Q3的集电极均为低电压,只有接在Q2集电极上的发光二极管亮,而其余两只发光二极管不亮。
随着电源通过电阻R3对C1的充电,使三极管Q2基极电压逐渐升高,当超过0.6伏时,Q2由截止状态变为导通状态,集电极电压下降,发光二极管熄灭。
与此同时三极管Q2集电极电压的下降通过电容器C2的作用使三极管Q3的基极电压也下跳,Q3由导通变为截止。
接在Q3集电极上的发光二极管就亮了。
如此循环,电路中3只三极管便轮流导通和截止,三只发光二极管就不停地循环发光。
改变电容的容量可以改变循环灯循环的速度。
2.2电路原理图和PCB图:
3、元器件简介:
3.1LED发光二极管
图3LED发光二极管实物图
LED(LightEmittingDiode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
LED是利用化合物材料制成p-n结的光电器件。
它具备p-n结结型器件的电学特性:
I-V特性、C-V特性和光学特性:
光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
3.1.1LED特点
LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。
体积小:
LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻。
耗电量低:
LED耗电非常低,一般来说LED的工作电压是2-3.6V。
工作电流是0.02-0.03A。
这就是说:
它消耗的电不超过0.1W。
使用寿命长:
在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时。
高亮度、低热量:
比HID或白炽灯更少的热辐射。
环保:
LED是由无毒的材料作成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。
红光LED含有大量的As(砷),剧毒
坚固耐用:
LED是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。
灯体内也没有松动的部分,这些特点使得LED可以说是不易损坏的。
可控性强:
可以实现各种颜色的变化。
3.1.2LED发光二极管极限参数的意义
(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,LED发光二极管可能被击穿损坏。
(4)工作环境topm:
LED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,LED发光二极管将不能正常工作,效率大大降低。
3.2三极管
3.2.1三极管的原理
半导体三极管也称为晶体三极管,可以说它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。
三极管顾名思义具有三个电极。
二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。
其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。
由于不同的组合方式,形成了一种是NPN型的三极管,另一种是PNP型的三极管。
三极管的种类很多,并且不同型号各有不同的用途。
三极管大都是塑料封装或金属封装,常见三极管的外观,有一个箭头的电极是发射极,箭头朝外的是NPN型三极管,而箭头朝内的是PNP型。
实际上箭头所指的方向是电流的方向。
电子制作中常用的三极管有90××系列,包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪声管9014(NPN),高频小功率管9018(NPN)等。
它们的型号一般都标在塑壳上,而样子都一样,都是TO-92标准封装。
在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等,它们的型号也都印在金属的外壳上。
我国生产的晶体管有一套命名规则:
符号的第一部分“3”表示三极管。
符号的第二部分表示器件的材料和结构:
A——PNP型锗材料;B——NPN型锗材料;C——PNP型硅材料;D——NPN型硅材料。
符号的第三部分表示功能:
U——光电管;K——开关管;X——低频小功率管;G——高频小功率管;D——低频大功率管;A——高频大功率管。
另外,3DJ型为场效应管,BT打头的表示半导体特殊元件。
图3.2.1常用三极管的管脚排列
三极管最基本的作用是放大作用,它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号,当然这种转换仍然遵循能量守恒,它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。
三极管有一个重要参数就是电流放大系数b。
当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上可以得到一个是注入电流b倍的电流,即集电极电流。
集电极电流随基极电流的变化而变化,并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化,这就是三极管的放大作用。
三极管还可以作电子开关,配合其它元件还可以构成振荡器。
3.2.2三极管电极和管型的判别
(1)目测法
一般来说,管型是NPN还是PNP应从管壳上标注的型号来辨别。
依照部颁标准,三极管型号的第二位(字母),A、C表示PNP管,B、D表示NPN管,例如:
3AX为PNP型低频小功率管3BX为NPN型低频小功率管
3CG为PNP型高频小功率管3DG为NPN型高频小功率管
3AD为PNP型低频大功率管3DD为NPN型低频大功率管
3CA为PNP型高频大功率管3DA为NPN型高频大功率管
此外有国际流行的9011~9018系列高频小功率管,除9012和9015为PNP管外,其余均为NPN型管。
(2)管极的判别
用万用表电阻档判别
三极管内部有两个PN结,可用万用表电阻档分辨e、b、c三个极。
在型号标注模糊的情况下,也可用此法判别管型。
①基极的判别
判别管极时应首先确认基极。
对于NPN管,用黑表笔接假定的基极,用红表笔分别接触另外两个极,若测得电阻都小,约为几百欧~几千欧;而将黑、红两表笔对调,测得电阻均较大,在几百千欧以上,此时黑表笔接的就是基极。
PNP管,情况正相反,测量时两个PN结都正偏的情况下,红表笔接基极。
实际上,小功率管的基极一般排列在三个管脚的中间,可用上述方法,分别将黑、红表笔接基极,既可测定三极管的两个PN结是否完好(与二极管PN结的测量方法一样),又可确认管型。
②集电极和发射极的判别
确定基极后,假设余下管脚之一为集电极c,另一为发射极e,用手指分别捏住c极与b极(即用手指代替基极电阻Rb)。
同时,将万用表两表笔分别与c、e接触,若被测管为NPN,则用黑表笔接触c极、用红表笔接e极(PNP管相反),观察指针偏转角度;然后再设另一管脚为c极,重复以上过程,比较两次测量指针的偏转角度,大的一次表明IC大,管子处于放大状态,相应假设的c、e极正确。
(3).三极管性能的简易测量
①用万用表电阻档测ICEO和β
基极开路,万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e(PNP管相反),此时c、e间电阻值大则表明ICEO小,电阻值小则表明ICEO大。
用手指代替基极电阻Rb,用上法测c、e间电阻,若阻值比基极开路时小得多则表明β值大。
②用万用表hFE档测β
有的万用表有hFE档,按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数β,若β很小或为零,表明三极管己损坏,可用电阻档分别测两个PN结,确认是否有击穿或断路。
4、器件的选型
4.1三极管的选用
选用晶体管一要符合设备及电路的要求,二要符合节约的原则。
根据用途的不同,一般应考虑以下几个因素:
工作频率、集电极电流、耗散功率、电流放大系数、反向击穿电压、稳定性及饱和压降等。
这些因素又具有相互制约的关系,在选管时应抓住主要矛盾,兼顾次要因素。
低频管的特征频率fT一般在2.5MHz以下,而高频管的fT都从几十兆赫到几百兆赫甚至更高。
选管时应使fT为工作频率的3~10倍。
原则上讲,高频管可以代换低频管,但是高频管的功率一般都比较小,动态范围窄,在代换时应注意功率条件。
一般希望β选大一些,但也不是越大越好。
β太高了容易引起自激振荡,何况一般β高的管子工作多不稳定,受温度影响大。
通常β多选40~100之间,但低噪声高β值的管子(如1815、9011~9015等),β值达数百时温度稳定性仍较好。
另外,对整个电路来说还应该从各级的配合来选择β。
例如前级用β高的,后级就可以用β较低的管子;反之,前级用β较低的,后级就可以用β较高的管子。
集电极-发射极反向击穿电压UCEO应选得大于电源电压。
穿透电流越小,对温度的稳定性越好。
普通硅管的稳定性比锗管好得多,但普通硅管的饱和压降较锗管为大,在某些电路中会影响电路的性能,应根据电路的具体情况选用,选用晶体管的耗散功率时应根据不同电路的要求留有一定的余量。
对高频放大、中频放大、振荡器等电路用的晶体管,应选用特征频率fT高、极间电容较小的晶体管,以保证在高频情况下仍有较高的功率增益和稳定性。
4.2LED发光二极管的选用
发光二极管在制作时,使用的材料有所不同,那么就可以发出不同颜色的光。
发光二极管的发光颜色有:
红色光、黄色光、绿色光、红外光等。
发光二极管的外形有:
圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等。
常用的发光二极管应用电路有四种,即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。
使用LED作指示电路时,应该串接限流电阻,该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。
发光二极管的压降一般为1.5~2.0V,其工作电流一般取10~20mA为宜。
5、总结
通过这次课设,锻炼了我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题的能力。
这次课设在老师的指导下以及我们全组人员的共同努力下,顺利地完成,这次课设,虽然只有3周时间,但就在这3周时间里,不仅提高了我们个人的动手能力,更培养了我们团队精神,让我们在独立思考解决问题的同时,又相互配合,以致顺利完成课程设计。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
6、致谢
这次课设能够这么顺利地就完成,除了我们组员配合默契,分工合理外,更主要的是老师的指导。
在此,我向指导老师以及其他组员表示衷心的感谢!
7、参考文献
[1].王庆编.Protel99SE&DXP电路设计教程.电子工业出版社.2006
[2].康华光主编.电子技术基础(模拟部分).北京:
高等教育出版社.2006
[3].刘修文编.实用电子电路图集.中国电力出版社.2006
[4].杨清德康娅编.LED及其工程应用.人民邮电出版社.2007
8、附录
8.1LED旋转灯的元件清单
表一
8.2LED旋转灯的成品图
图四
- 配套讲稿:
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