基于模电的LED灯花样电路

摘 要

随着科学技术不断发展，照明市场取得了进一步发展。LED作为一种新型照明形式，是现代照明市场的希望，并成为人们公认的绿色照明。本文将对LED概念、分类及特点进行分析和研究，并提出基于模电LED灯花样电路的设计方案，旨在为实际设计和生产提供参考和支持。

【关键词】模电 LED灯 花样电路

现代教育教学改革不断深化，模电教学作为一门基础性课程，在为相关领域发展提供专业人才等方面占据重要位置。为此，为了能够培养学生专业能力，在实际教学中，学生要了解和掌握将模电作为基础的LED等花样电路设计方法，提升自身综合能力，因此，加强对基于模电的LED等花样电路的研究具有现实意义。

1 LED概述

1.1 概念

LED全称为发光二极管，主要是由镓、砷、氮等化合物构成。LED作为一种发光器件，能够将电能转化为光能，它除了同样具有单向导电性能之外，还具有发光的功能。当给予发光二极管正向电压时，空穴与电子相汇聚时，会产生自发辐射荧光，且半导体材料的不同，电子与空穴相聚时，所产生的能量状态也会发生变化，释放的能量越多，那么对应的光的波长则越短。

1.2 分类

LED一般分为普通单色、高亮度、超高亮度及变色等发光二极管，且控制模式主要分为恒流及恒压两种，调光模式较多，如模拟、PWM等调光方式，但是，就现阶段LED使用情况来看，大部分LED采用的是恒流控制，在保证电流稳定性，避免受到外界影响等方面发挥着积极作用，能够有效延长LED灯具使用寿命。

1.3 特点

LED在使用点主要表现在以下几个方面：首先，由于LED使用低压电源，一般直流在3-24V范围之内，但是，由于产品类型较多，其中也存在一些偏高压灯具，但是，从总体上来看，其更适合在公共场合使用，能够避免高压电源的危害性，确保人身、财产安全；其次，由于其自身使用低压电源，相比较同类光效的白炽灯及节能灯，耗能较低，分别占据两者的80%和40%，且体积较小，灵活性较为明显，适用于多种场合；再次，LED灯响应时间较快，一般按秒计算，远远超过白炽灯毫秒级，且选择的化合物较为安全，不含有金属汞；最后，化学元素的渗透，能够调整材料能带结构及宽度等，赋予LED灯红、黄、蓝等多种颜色，另外，随着LED不断发展，其价格也日趋平民化，并逐渐渗透至人们生活当中，目前，我国城市公路、学校等场所已经全面换成LED灯。

2 基于模电LED灯花样电路的设计方案

将模电作为基础的LED灯花样电路的设计可以通过两种途径完成，本文设计的电路主要是由三个三极管和18只LED灯构成的循环电路，并通过三极管组成振荡电流实现对灯具的控制，结合实际需要，以布线形式完成花样电路的设计，以此来实现设计目标。

2.1 第一种方案

如图1所示，首先，将电路分为三组，促使其中6只并联，并将其置于三极管集电极和发射极之间，确定电压为5-8V，另外，为了确保设计过程安全、可靠性，在花样流水灯套件测试时，还需要适当降低电压，优先考虑使用手机电池。

针对该电路工作原理来看，当电源接通之后，其中三只三极管争先导通，但是，受到元器件独特性影响，其中只有一只管子最先导通，如果其中Q1导通，其集电极压下降，促使与其相连的第一组LED（LED1～LED6）不亮。由于电容C1两端的电压不能突变，因此Q2的基极电压也被降至0V，Q2截止，即Q2的集电极为高电压，使得与其相连接的第二组LED（LED7～LED8）点亮。与此同时，高电压通过电容C2使Q3基极电压升高，Q3随即导通，Q3集电极电压下降，使得与其相连的第三组LED（LED13～LED18）不亮。至此，在一段时间内，Q1与Q3集电极都是由低电压控制，除了第二组LED发光之外，其他两组均不亮。

当电源通过电阻R3对电容C1进行充电，使得Q2基极电压随之增加，并达到一定电压值（≥0.7V）时，Q2由截止状态变为导通状态，集电极电压迅速下降，第二组LED熄灭。此时，由于电容C2的作用，使得Q3的基极电压也降低，Q3由导通变为截止，Q3的集电极电压升高，第三组LED被点亮。最终，3只三极管循环导通和截止，三组LED被轮流点亮，促使灯光花样发光。改变电容C1、C2、C3容量的大小，可以改变循环速度。

上述方案在实际生产过程中，由于电路性能具有不确定性，使得某组LED发光，但不闪烁，难以满足设计目标。针对这一问题，可以对电路进行相应改进，以此来达到LED串闪烁的目的。

在第二组LED两端并联一个极性电容C1。当接通电源后，电源通过电阻R4对C5充电，当充电达到最大值时，使得Q2集电极电压下降，且由于C2的作用使Q3同样受到影响，促使第三组LED点亮，并在短暂时间内，Q1截止，集电极电压上升，第一组LED点亮，而后，第二组LED点亮，以此循环，实现三组LED不断闪烁。通过对电路的改进，不仅提高了灯光的花样性，而且还有效缩短了各组LED发光时间。

2.2 第二种方案

由于场所不同，对LED花样复杂性要求更高，为此，本文将介绍一种两组发亮、一组熄灭的方案。据资料表明：将六只LED并联起来，将其接入到三极管集电极回路中，并将电压确定为6-8V，与上述方案一样，在进行测试时，为了确保人身安全，需要适当降低电压。

当接通电源后，如果Q1导通，第一组LED点亮，Q1集电极电压下降到0V，由于电容C1的作用， Q2的基极电压也是0V，Q2截止，第二组LED不亮。由于Q2集电极电压升高，通过电容C2的作用，使Q3基极电压也升高，Q3导通，第三组LED点亮。至此，在该时间内，第一、三组LED点亮，第二组LED熄灭。

在Q1导通时，电源通过电阻R3对电容C1进行充电，Q2基极电压不断升高且为0.7V时，Q2由截止变为导通，与其连接的第二组LED点亮。此时，通过电容C2使Q3基极电压随之下降，Q3由原来的导通变为截止，第三组LED熄灭。通过电容C3与之相连的Q1基极电压随之升高，保证Q1继续导通，使得第一组LED继续点亮，并在该段时间内，第一、二组LED点亮，第三组LED熄灭，并形成循环花样电路，满足设计需求。

在具体应用中，虽然，第二组LED循环发光，但是，其整体效果并不明显，在很大程度上增加了生产难度，为此，需要对该方案进行适当调整和优化。据资料表明：首先，在第一组LED两侧增加极性电容C5，在电源接通时，电源对电容C5充电，适当控制充电时间，此刻，三组LED全部导通点亮；其次，当电容C5电压达到最大极限时，此时Q3集电极电压下降，促使第一组LED点亮，而下降的集电极通过电容C1截止，保证第二组LED点亮及第三组LED点亮；最后，在电源对C5充电不断增加情况下，第二组灯与第三组灯LED点亮，并在随后时间段内，转换为第一、第二组LED点亮，第三组LED熄灭，依次循环，确保三组LED其中的两组始终循环发光。将改进和优化后的方案进行实验发现，电容并接在三组中的任何一组，都会产生同样的效果，虽然，就导通原理来看，改进前后两组方案具有相似处，但是，改进方案相比较来看，与实际需求相符合，在具体应用中效果更好，且在生产过程中更为简单、便捷。

3 结论

根据上文所述，LED作为一种新型照明形式，其在丰富照明等方面占据举足轻重的位置。因此，针对基于模电LED花样电路的设计，要结合实际情况，坚持合理原则，设计科学电路方案，并进行相应测试，及时发现不足之处，并进行相应调整和优化，确保电路设计可行性，以此来提高电路设计有效性，进而满足日益多样化的照明需求。

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作者单位

马鞍山技师学院 安徽省马鞍山市 243000