【文章內容簡介】 體現(xiàn)建筑師的設計風格及意圖；通過相鄰面間的亮度變化和顏色差異，突出建筑物的輪廓，保證建筑物的完整性并具有良好的立體感；避免大量使用大功率投光燈，以減少眩光和由此產(chǎn)生的光污染，使燈光對環(huán)境的干擾降低到最小值。 LED 光源除了無汞、節(jié)能、節(jié)材、對環(huán)境無電磁干擾、無有害射線五項優(yōu)點之外，在照明領域中，特別是在景觀照明中，還有很多優(yōu)勢。如： 低壓供電——無高壓環(huán)節(jié)，為了絕緣的開銷要小得多，可靠性高。 附件簡單——無啟動器、鎮(zhèn)流器或超高壓變壓器。結構簡單——具有固體光源的最大優(yōu)點，不充氣，無玻璃外殼，無氣體密封問題，耐沖擊。 可控性好——響應時間快（微秒數(shù)量級） ，可反復頻繁亮滅，基本無惰性，不會疲倦。 色彩純厚——由半導體 PN 結自身產(chǎn)生色彩，純正，濃厚。 色彩豐富——三基色加數(shù)碼技術，可演變任意色彩。輕質結構——節(jié)材，節(jié)約費用；對燈具強度和剛度要求很低。四、LED 燈的發(fā)光原理、特性 燈的發(fā)光原理發(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。半導體晶片由三部分組成，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，中間通常是 1 至 5 個周期的量子阱。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，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 PN 結的材料決定的。 燈的發(fā)光機理PN 結的端電壓構成一定勢壘，當加正向偏置電壓時勢壘下降，P 區(qū)和 N 區(qū)的多數(shù)載流子向對方擴散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會出現(xiàn)大量電子向 P區(qū)擴散，構成對 P 區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復合，復合時得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是 PN 結發(fā)光的原理。 燈的發(fā)光效率一般稱為組件的外部量子效率，其為組件的內部量子效率與組件的取出效率的乘積。所謂組件的內部量子效率，其實就是組件本身的電光轉換效率，主要與組件本身的特性（如組件材料的能帶、缺陷、雜質） 、組件的壘晶組成及結構等相關。而組件的取出效率則指的是組件內部產(chǎn)生的光子，在經(jīng)過組件本身的吸收、折射、反射后，實際在組件外部可測量到的光子數(shù)目。因此，關于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結構、組件及封裝材料的折射率差及組件結構的散射特性等。而組件的內部量子效率與組件的取出效率的乘積，就是整個組件的發(fā)光效果，也就是組件的外部量子效率。早期組件發(fā)展集中在提高其內部量子效率，主要方法是通過提高壘晶的質量及改變壘晶的結構，使電能不易轉換成熱能，進而間接提高 LED 的發(fā)光效率，從而可獲得 70%左右的理論內部量子效率，但是這樣的內部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論上的極限。在這樣的狀況下，光靠提高組件的內部量子效率是不可能提高組件的總光量的，因此提高組件的取出效率便成為重要的研究課題。目前的方法主要是：晶粒外型的改變——TIP 結構，表面粗化技術。 燈的光學特性LED 提供的是半寬度很大的單色光，由于半導體的能隙隨溫度的上升而減小，因此它所發(fā)射的峰值波長隨溫度的上升而增長，即光譜紅移，溫度系數(shù)為+2~3A/ 。LED發(fā)光亮度 L 與正向電流 近似成比例, K 為比例系數(shù)。電流增大，發(fā)光亮度也近似增大。另外發(fā)光亮度也與環(huán)境溫度有關，環(huán)境溫度高時，復合效率下降，發(fā)光強度減小。 燈電氣特性電流控制型器件，負載特性類似 PN 結的 UI 曲線，正向導通電壓的極小變化會引起正向電流的很大變化（指數(shù)級別） ，反向漏電流很小，有反向擊穿電壓。在實際使用中，應選擇 。LED 正向電壓隨溫度升高而變小，具有負溫度系數(shù)。LED 消耗功率 ，一部分轉化為光能，這是我們需要的。剩下的就轉化為熱能，使結溫升高。散發(fā)的熱量（功率）可表示為 。 熱學特性小電流下，LED 溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高， LED 的主波長就會紅移，亮度會下降，發(fā)光均勻性、一致性變差。尤其點陣、大顯示屏的溫升對 LED 的可靠性、穩(wěn)定性影響更為顯著。所以散熱設計很關鍵。 LED 封裝主要考慮散熱和出光。散熱方面，用銅基熱襯，再連接到鋁基散熱器上，晶粒與熱襯之間以錫片焊作為連接，這種散熱方式效果較好，性價比較高。出光方面，采用芯片倒裝技術，并在底面和側面增加反射面反射出浪費的光能，這樣可以獲得更多的有消出光。 燈的壽命LED 的長時間工作會光衰引起老化，尤其對大功率 LED 來說，光衰問題更加嚴重。在衡量 LED 的壽命時，僅僅以燈的損壞來作為 LED 壽命的終點是遠遠不夠的，應該以 LED 的光衰減百分比來規(guī)定 LED 的壽命，比如 35%，這樣更有意義。 五、LED 的主要參數(shù)LED 是利用化合物材料制成 pn 結的光電器件。它具備 pn 結結型器件的電學特性：IV 特性、CV 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。 普通單色發(fā)光二極管的發(fā)光顏色與發(fā)光的波長有關，而發(fā)光的波長又取決于制造發(fā)光二極管所用的半導體材料。紅色發(fā)光二極管的波長一般為 650~700nm，琥珀色發(fā)光二極管的波長一般為 630~650 nm ，橙色發(fā)光二極管的波長一般為 610~630 nm 左右，黃色發(fā)光二極管的波長一般為 585 nm 左右，綠色發(fā)光二極管的波長一般為 555~570 nm。 電學特性 IV 特性表征 LED 芯片 pn 結制備性能主要參數(shù)。LED 的 IV 特性具有非線性、整流性質：單向導電性，即外加正偏壓表現(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。 IV 特性曲線（1）正向死區(qū)（圖 oa 或 oa′段）a 點對于 V0 為開啟電壓，當 V＜Va，外加電場尚克服不少因載流子擴散而形成勢壘電場，此時 R 很大；開啟電壓對于不同 LED 其值不同，GaAs為 1V，紅色 GaAsP 為 ，GaP 為 ，GaN 為 。 （2）正向工作區(qū)電流 IF 與外加電壓呈指數(shù)關系 IF=IS(eqVF/KT–1)IS 為反向飽和電流。 V＞0 時，V＞VF 的正向工作區(qū) IF 隨 VF 指數(shù)上升 IF=ISeqVF/KT （3）反向死區(qū)V＜0 時 pn 結加反偏壓 V=VR 時，反向漏電流 IR（V=5V ）時，GaP 為 0V，GaN 為 10uA。 （4）反向擊穿區(qū)V＜VR，VR 稱為反向擊穿電壓；VR 電壓對應 IR 為反向漏電流。當反向偏壓一直增加使 V＜VR 時，則出現(xiàn) IR 突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。由于所用化合物材料種類不同，各種 LED 的反向擊穿電壓 VR 也不同。 PFm 當流過 LED 的電流為 IF、管壓降為 UF 則功率消耗為 P=UFIF LED 工作時，外加偏壓、偏流一定促使載流子復合發(fā)出光，還有一部分變?yōu)闊幔菇Y溫升高。若結溫為 Tj、外部環(huán)境溫度為 Ta，則當 Tj＞Ta 時，內部熱量借助管座向外傳熱，散逸熱量（功率） ，可表示為 P=KT（Tj –Ta） 。 響應時間表征某一顯示器跟蹤外部信息變化的快慢?，F(xiàn)有幾種顯示 LCD（液晶顯示）約 103~105S，CRT 、PDP 、LED 都達到 106~107S（us 級） 。 ①響應時間從使用角度來看，就是 LED 點亮與熄滅所延遲的時間，即圖中tr、tf。圖中 t0 值很小，可忽略。 ②響應時間主要取決于載流子壽命、器件的結電容及電路阻抗。 LED 的點亮時間 ——上升時間 tr 是指接通電源使發(fā)光亮度達到正常的 10%開始，一直到發(fā)光亮度達到正常值的 90%所經(jīng)歷的時間。 LED 熄滅時間 ——下降時間 tf 是指正常發(fā)光減弱至原來的 10%所經(jīng)歷的時間。 不同材料制得的 LED 響應時間各不相同；如 GaAs、GaAsP、GaAlAs 其響應時間＜109S ，GaP 為 107S。因此它們可用在 10~100MHZ 高頻系統(tǒng)。六、方案選擇從實驗的主要內容與要求中可以看出該電路可以有以下幾個方案： 利用門電路來完成聲光控的調節(jié)電路圖如下：（圖一）LM317做 LED 的恒流源。本系統(tǒng)中 供給4011，白天有光時，光電二極管 D5選用2CU2A ， ，光電流大于30uA，呈低阻狀態(tài)，IC1A 中的1，2腳為低電位，3腳為高電位，白天不論有無聲音，也不論 IC1B 中的4腳電位如何，IC1D 中的13腳始終鉗位于高電位，12腳也為高電位，因此11腳則為低電位，可控硅截止，LED 燈不亮。D5夜晚無光照時，呈高阻狀態(tài)，IC1A 中的3腳為低電位， IC1D 中的11腳為高，觸發(fā)可控硅 SCR 導通，LED 被點亮。同時10uF 電容充電，充電之初 IC1C 中8，9腳為高電位，使12腳為低電位。聲音一分鐘之后 IC1D 中的13腳恢復高電位，但由于 12腳為低電位，所以11腳繼續(xù)保持高電位，燈繼續(xù)被點亮。10uF 電容繼續(xù)充電，一分鐘之后，IC1C 中的8，9腳為低電位，11腳也翻轉為低電位，可控硅截止，燈滅。 LM317 供電LED 要恒流供電，不然容易老化損壞?？梢杂?LM317，原理是利用317的啟探控電壓不變，再除電阻，就是恒流值。電路如下圖。燈可以根據(jù)需求接多少個。改變 R1可改變電流，電流=。 cd4011其內部含有4個獨立的與非門 IC1A~~IC1D，使電路結構簡單，工作可靠性高。 電路圖如下：圖三在這幾個方案中，由于我在學校學了數(shù)字電路和門電路，而且這個方法比較簡單，又實用，能充分體現(xiàn)出我在校期間對所學知識掌握的程度，然而此系統(tǒng)成本低、易于實現(xiàn)為恒流電路，如果采用恒壓電路則電壓高不穩(wěn)定，故此我選擇了第三種方案。七、總體方案整流、穩(wěn)壓二極管；話筒；光敏二極管；可控硅開關等。能夠通過調節(jié)電阻和電容的大小來改變燈亮的時間長短，如果時間過長就應該減小電阻或電容的值，反之則增大。光敏二極管和話筒的高度也會使燈的時間受到影響。聲光控節(jié)電開關,在白天或光線較亮時,節(jié)電開關呈關閉狀態(tài),燈不亮；夜間或光線較暗時，節(jié)電開關呈預備工作狀態(tài)，當有人經(jīng)過該開關附近時，腳步聲、說話聲、拍手聲等都能開啟節(jié)電開關。燈亮后經(jīng)過40秒左右的延時節(jié)電開關自動關閉，燈滅。該開關適用于樓道、走廊、洗涮間、廁所等公共場合，能節(jié)電并延長燈泡使用壽命。給人們的生活帶來了很多的方便，受到了廣泛的應用。本電路是采用分分離元件的聲控延時電路，其電路原理圖如下圖所示（電路圖見方案三） ，原理圖說明：220V 的燈充電直接整流。在輸入端串聯(lián) 25W燈泡，輸出端接可控硅（負載）供電電路穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路是給話筒放大，音頻放 直流電，話