LED小制作.doc

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1、趣味电子小制作LED变色灯电路2008/05/28 05:54LED变色灯是一种新型灯泡。它的外形与一般乳白色白炽灯泡相同，但点亮后会自动按一定的时间间隔变色。循环地发出青、黄、绿、紫、蓝、红、白色光。它适用于家庭生日派对、节日聚会、过节过年，给节日添加欢乐气氛：也可用于娱乐场所及作广告灯等。该变色灯泡的特点是，节能(耗电约1W)、寿命长、使用方便、价格便宜。 为什么会自动变色呢?是用什么电路来实现变色昵?把LED变色灯泡拆开来瞧瞧，通过从印制板上的元器件及走线整理出电路图对该电路作了了解及分析。发现该电路设计得比较巧妙，有独到之处。现将该电路作一剖析，供电路设计、开发人员及爱好者作参考。 变

2、色的光学原理 变色灯是由红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色LED组成的。双色LED是我们十分熟悉的。一般由红光LED及绿光LED组成。它可以单独发出红光或绿光。若红光及绿光同时亮点时，红绿两种光混合成橙黄色。变色灯的变色原理如图1所示。三种基色LED分别点亮两个LED时，它可以发出黄、紫、青色(如红、蓝两LED点亮时发出紫色光)；若红、绿、蓝三种LED同时点亮时，它会产生白光。如果有电路能使红、绿、蓝光LED分别两两点亮、单独点亮及三基色LED同时点亮，则能按图1的情况发出七种不同颜色的光来。 LED变色灯的结构框图如图2所示。它由电容降压式稳压电源、LED控制器及G、R、B三基色LED阵列组

3、成。由于这三部分都要装入灯头内，所以其电源采用电容器降压全波整流及稳压二极管稳压的简单电路。变色灯的结构框图 电源输出15V电压供LED阵列，输出14.6V供LED控制器。控制器的输出端(1、2、3)中有一个是低电平时(如1为低电平)，则绿色LED亮，若三个输出端都是低电平时，则发出白光(绿、红、蓝光LED都亮)。 LED控制器是变色灯的关键，它是由CD4060来承担的，先介绍一下CD4060。CD4060简介 CD4060是4000系列CMOS器件中的一种，是14位二进制计数器。它内部有两反相器，外接两个电阻及一个电容就可组成振荡器，作为时钟发生器。输入时钟脉冲时(下降沿)，输出端输出记数脉

4、冲。它有一个复位端(Reset)，当复位端为高电平时所有输出端都是低电平，如表1所示。CD4060为16管脚DIP封装，各管脚排列如图3所示。其中Clock in是时钟脉冲输入，Clock out1及Clockout2是时钟脉冲输出(相位差180，Reset是复位输入端(高电平有效)Q4Q14是二进制记数脉冲输出端，Vdd为电源正端(318V)Vss为电源负端。 LED变色灯的电路如图4所示。它由电源部分、变色控制部分及三基色LED阵列组成，现分别介绍其工作原理： 1电源部分 由降压电容C1、全波整流D1D4及稳压二极管D5组成的电容降压式电路是很典型的AC/DC转换电路。经15V的稳压二极管

5、稳压后(严格地说是被限幅后)作为驱动LED阵列的电源经D6、C2滤波后(约145V)的电压供CD4060及复位的电压(高电平)。与电容C1并联的电阻R1是断开电源后，C1上的电荷经R1放电，防止灯头上带电。 这种电源的特点是，当负载的电压远小于220V时，负载上电流IL69C(C为降压电容，单位为uF，IL的单位为mA)。例如，C=0.47 u F时，流过负载的电流约32.4mA，并且这个电流是比较稳定的：另外，这种电源尺寸小(占空间小)。其缺点是对市电是不隔离的，要求封闭在灯头内，并有良好的绝缘。 2变色控制部分 变色控制部分由二进制记数器CD4060承担。时钟脉冲信号不采用一般的振荡器电路

6、(CD4060内部有两个反相器，外接两个电阻、一个电容即可组成振荡器)，而在电源电路中串接R5，在R5上的50Hz交流电压经R3、C3组成的微分电路形成尖脉冲作为时钟脉冲信号。在输出记数脉冲中选择Q8、Q9、Q10三端与LED负极连接。当记数脉冲输出低电平时，相应的LED串被点亮。Q8、Q9、Q10的输出时序如图5所示。50Hz的周期为0.02s，Q8的周期为5.12s，Q9的周期为10.24s，Q10的周期为20.48s。 Q8接红色LED串的负极、Q9接蓝色LED的负极、Q10接绿色LED串的负极则在Q8为高电平、Q9、Q10为低电平时，蓝光、绿光LED串亮，混色后发出青光(因Q9、Q10

7、为低电平，Reset端为低电平)。经过2.56s后变成R、G亮，发出黄光。 在图5的时序图中，可以看到Q8到第4个周期时，Q8、Q9、Q10输出都是高电平，则三串LED都灭。为避免在变色过程中出现这种情况，在电路中增加了D7D9三个二极管，并由R4连接到复位端(Reset)。 在刚出现Q8、Q9、Q10三端都是高电平时，此时12脚(Reset)上出现高电平。器件被复位，使Q4-Q14各输出端都为低电平(见附表)。一旦Q8、Q9、Q10出现低电平，红、绿、蓝光LED都亮，灯光成白光，即在出现红光后，当红光结束，马上变成白光，Reset端马上变成低电平，跳过了2.56s的灭灯情况，这是电路上设计的

8、巧妙之处。 3三基色LED阵列三基色LED(B、R、G)每串有4个LED串联而成。由于红、绿色LED的管压降与蓝色LED的管压降不同及各种发光二极管的发光强度不同，在LED串接回路中设置了不同的限流电阻一方面强制了LED的电流另外也使发光亮度匹配更好。LED采用视角大、亮度高的草帽型。在图4的电路中，降压电容器C1采用了耐压250V的，虽然250V耐压的电容的实际耐压值是大于300V的，若市电的最高值是242V，其峰值电压是341V。采用耐压400V的更安全。外形与印制板 LED变色灯泡的外形如图6所示。 乳白色玻璃外罩的直径为60 mm。印制板分两块，一块是电源部分及控制器部分，另一块是LED阵列。电源部分及控制器部分的印制板图如图7所示(印制板外圆尺寸38mm)。图中仅示出有关元器件位置及印制板的走线(并未按比例画)。LED阵列的印制板如图8所示(并未按比例画)。仅表示各色LED的排列及印制板的走线。两印制板之间有4条连接线连接，在两印制板间有绝缘垫隔离。这里要指出的是，外部灯泡必须采用乳白色的。这样才能较好的混色，不可采用透明的材料。这种变色灯泡的功率约1W，比较省电，但亮度差一点，比较新颖、效果不错。变色灯的电路图