【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 上，就可以用這種驅(qū)動(dòng)方式。一方面它顯示的字?jǐn)?shù)很少，另一方面它的顯示內(nèi)容固定不變。因此只要在需要顯示字樣的筆畫(huà)上排列 LED發(fā)光燈就可以了。這樣一塊屏上大約有 100只管子。采用直流驅(qū)動(dòng)可以簡(jiǎn)化電路，降低造價(jià)。 恒流驅(qū)動(dòng) 由于 LED器件的正向特性比較陡，加上器件的分散性，使得在同樣電影電壓和同樣的限流電阻的情況下，各器件的正向電流并不相同，引起發(fā)光強(qiáng)度的差異。如果能夠?qū)ED正向電流直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只要恒流值相同，發(fā)光強(qiáng)度就比較接近 (同樣存在著法光強(qiáng)度與正向電流之間各個(gè)器件的分散性，但是這種分散性沒(méi)有伏安特性那么陡，所以影響也就小得多 )。晶體管輸出特性具有恒流性質(zhì)。 如圖 24所示。 圖 24 LED恒流驅(qū)動(dòng) 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 脈沖驅(qū)動(dòng) 脈沖驅(qū)動(dòng) 方式主要利用人眼視覺(jué)暫留現(xiàn)象驅(qū)動(dòng) LED發(fā)光，利用該方式驅(qū)動(dòng) LED可以通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)頻率從而達(dá)到改變 LED發(fā)光時(shí)間以及亮度。 掃描驅(qū)動(dòng) 掃描驅(qū)動(dòng)通過(guò)數(shù)字邏輯電路，使若干 LED器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動(dòng)電路。如圖 25所示。 圖 25 LED掃描驅(qū)動(dòng) LED顯示屏是將發(fā)光燈按行按列布置的，驅(qū)動(dòng)時(shí)也就按行按列驅(qū)動(dòng)。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描，按列控制：也可以按列掃描，按行控制。掃描就是指依次循環(huán)接通整行的 LED器件，某一列的 LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，由列控制電路來(lái)負(fù)責(zé)。 依據(jù)上述分析，本文由于控制一個(gè)發(fā)光二極管，故只用直流驅(qū)動(dòng)，既簡(jiǎn)單又實(shí)用，所用元器件少。也可以用滑動(dòng)變阻器代替定值電阻來(lái)調(diào)節(jié) LED的亮度。 電源的設(shè)計(jì)方案 開(kāi)關(guān)電源 開(kāi)關(guān)電源 主要采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路，電路中的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即調(diào)整管主要工作在飽和導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)。由于管子飽和導(dǎo)通時(shí)管壓降和截止時(shí)管子的電流都很小，管耗主要發(fā)生在狀態(tài)開(kāi)于關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電源效率可提高到 75%～ 95%。由于省去了電源變變壓器和調(diào)整管的散熱裝置，所以其體積小、重量輕。它的主要缺點(diǎn)是輸出電壓中所含紋 波較大，對(duì)電子裝備的干擾較大，而且電路比較復(fù)雜，對(duì)元器件要求較高。但由于工藝已經(jīng)成熟，而優(yōu)點(diǎn)又突出，已成為宇航、計(jì)算機(jī)、通信、家用電器和功率較大的電子設(shè)備中電源的主流，應(yīng)用日趨廣泛 【 7】 。 線性電源 線性電源主要采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 ，由于調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，因此在負(fù)華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 載電流較大時(shí)，調(diào)整管的集電極損耗先當(dāng)大，電源效率較低，一般為 40%～ 60%，有時(shí)還要配備龐大的散熱裝置。但其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出電壓中所含紋波較小，所以廣泛應(yīng)用于小信號(hào)、小功率電路中。 比較與選取 從上面對(duì)兩種電源 的分析并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的要求，決定選用線性電源。理由如下： (1)輸出電壓方面 開(kāi)關(guān)電源輸出電壓紋波較大，線性電源較小。而本次設(shè)計(jì)是對(duì) LED 和 555 提供電源，這些小型的器件對(duì)電壓的穩(wěn)定性要求較高，故選擇線性電源。 (2)電路整體方面 開(kāi)關(guān)電源整體電路復(fù)雜，對(duì)元器件要求高，線性電源則相反。根據(jù)本次設(shè)計(jì)屬于簡(jiǎn)單的定時(shí)電路。電路相對(duì)簡(jiǎn)單，故選取線性電源。 (3)電源轉(zhuǎn)換效率方面 開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率高，功耗小，線性電源轉(zhuǎn)換效率低，功耗高。但是由于 LED 的特性可知，其需要的電流很低，所以也不需要大功率的電源，線性電源足以 。 所以綜上所述，選擇線性電源。在設(shè)計(jì)過(guò)程中困難在于變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓這4 個(gè)部分的選取和鏈接以及完成后對(duì)電路的仿真。 時(shí)間控制的設(shè)計(jì)方案 用 555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器 其功能主要是 將輸入任何波形轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾?，由正、?fù)閾值電壓決定高低電平?？捎糜跒V波電路，濾除噪聲等等干擾。 用 555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 其功能是用作失落脈沖檢測(cè)，或?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)速或人體的心律進(jìn)行監(jiān)視，如果轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或人體的心律不齊時(shí)，輸出低電平可用作報(bào)警信號(hào)。 如果將單穩(wěn)態(tài)電路的電壓控制端加入一個(gè)變 化的電壓，當(dāng)控制電壓升高時(shí)，電路的閾值電壓升高，輸出的脈沖寬度隨之增加；而當(dāng)控制電壓降低時(shí)，電路的閾值電壓也降低，單穩(wěn)的輸出脈寬則隨之減小。如果加入的控制電壓是三角波，則在單穩(wěn)的輸出端便可得到一串隨控制電壓變化的脈寬調(diào)制波形?？捎迷撾娐纷鳛槎〞r(shí)電路 【 8】 。 用 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器 其功能是產(chǎn)生多諧振蕩，每隔一段時(shí)間就有電平觸發(fā)，其占空比是根據(jù)外圍 RC元件的參數(shù)決定的，時(shí)間主要由電容的沖放電時(shí)間決定。因此改變 RC的參數(shù)就可以改變觸發(fā)時(shí)間。如果將電阻用滑動(dòng)變阻器代替，則可實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)的驅(qū)動(dòng) 電路。 綜上所述，結(jié)合本次設(shè)計(jì)要求應(yīng)當(dāng)選擇 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其優(yōu)點(diǎn)在于比較器的靈敏度高、輸出驅(qū)動(dòng)電流大、功能活，在電子電路中獲得廣泛應(yīng)用。但是選擇該電路存在一個(gè)問(wèn)題，就是定時(shí)時(shí)間不能太長(zhǎng)，而且時(shí)間精度不高。不華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 適于那些精密儀器的定時(shí)。當(dāng)然，可以將做好后的電路通過(guò)精密的儀器測(cè)量其定時(shí)時(shí)間，也就是測(cè)量其觸發(fā)電平時(shí)間間隔。也可以用示波器觀看輸出波形來(lái)計(jì)算時(shí)間。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3 LED控制電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的功能 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 31所示，在該系統(tǒng)中以 5V直流穩(wěn)壓電源為各器件提供電源，采用 555定時(shí)器 定時(shí)功能和波形產(chǎn)生功能驅(qū)動(dòng) LED發(fā)光。該系統(tǒng)可控制 LED發(fā)光時(shí)間及頻率，達(dá)到定時(shí)預(yù)報(bào)的功能。 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) LED脈沖驅(qū)動(dòng) 脈沖驅(qū)動(dòng)方式，采用向 LED器件重復(fù)通斷供電的方法使之點(diǎn)燃．就是利用人眼的視覺(jué)暫留特性，采用這種方式時(shí)應(yīng)該注意兩個(gè)問(wèn)題：脈沖電流幅值的確定和重復(fù)頗率的選擇。首先，要想獲得與直流驅(qū)動(dòng)方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強(qiáng)度的話，脈沖驅(qū)動(dòng)電流的平均值 Ia就應(yīng)該與直流驅(qū)動(dòng)的電流值相同。如圖 32所示，平均電流 Ia是 瞬時(shí)電流 i的時(shí)間積分，對(duì)于矩形波來(lái)說(shuō)，其表達(dá)式如 (31)式所示： ???????? Ta tdttI 01 （ 31） 其中 Ia代表買(mǎi)中電流的平均值。 電源電路 定時(shí)電路 LED 顯示 脈沖波形產(chǎn)生電路 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 32 LED的 脈沖 驅(qū)動(dòng) 脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖電流的幅值應(yīng)該比直流驅(qū)動(dòng)電流大。其次是脈沖重復(fù)頻率的問(wèn)題，通過(guò)視覺(jué)暫留特性的分析，己經(jīng)知道脈沖重復(fù)頻率必須高于 24Hz，否則會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。脈沖驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面掃描驅(qū)動(dòng)和占空比驅(qū)動(dòng)。 電源的設(shè)計(jì) 線性電源（ 5V直流穩(wěn)壓電源）由電源變壓器、整 流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。其流程圖如圖 33所示： 圖 33 5V直流穩(wěn)壓電源流程圖 電源變壓器 圖 34所示是一種簡(jiǎn)單的電源變壓器降壓電路。電路中 S1是電源開(kāi)關(guān)， T1是電源變壓器， VD1是整流二極管。從 T1一次繞組輸入的是 220V交流市電，二次繞組輸出的是電壓較低的交流電壓，這一電壓加到 VD1正極。 交流電網(wǎng)電壓 t t t t t VO VF VR V2 V1 ～ 220V 50HZ VO VF VR V2 V1 電源變壓器 整流 電路 穩(wěn)壓 電路 濾波 電路 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 (1)電路分析 這一電源變壓器降壓電路的工作原理是：在開(kāi)關(guān) S1閉合時(shí)， 220V交流市電經(jīng) S1（圖中未閉合）加到電源變壓器 T1的一 次繞組兩端，江流電流經(jīng) T1一次繞組的上端流入，從一次繞組的下端流出。在 T1一次繞組流有交流電流時(shí)， T1二次繞組兩端輸出一個(gè)較低的交流電壓。這樣， T1將 220V交流市電電壓降到合適的低電壓。電路中的電源變壓器 T1只有一組二次繞組，所以 T1輸出一個(gè)交流電壓，這一電壓直接加到整流二極管 VD1上。如圖 34所示。 (2)電路中的電源變壓器有幾組二次繞組，關(guān)系到這一電路能輸出幾組交流低電壓，也關(guān)系到對(duì)電源電路工作原理的進(jìn)一步分析（分析整流電路等）。上面的電源變壓器降壓電路中 T1只有二次繞組，所以是最簡(jiǎn)單的電源變壓器降 壓電路。其輸出波形如圖 35所示。 圖 電源變壓器降壓電路 圖 變壓后的波形 整流電路 整流電路 的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)A中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 電作用，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率（ 1KW以下）整流電路中，常見(jiàn)的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。本文主要研究單相橋式整流電路。以下分析整流電路時(shí)，二極管用理想模型來(lái)處理，即正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o(wú)窮大。 (1)工作原理 電路如圖 34所示，圖中 R1是要求直流供電的負(fù)載電阻， 四只整流二極管 D1D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。通過(guò)負(fù)載 R1的電流 i1以及電壓 vl的波形如圖 36所示。顯然它們都是單方向的全波脈動(dòng)波形。 圖 36 輸入輸出仿真波形圖 (2)負(fù)載上的直流電壓 VL和直流電流 IL的計(jì)算 用傅立葉級(jí)數(shù)對(duì)圖 vL的波形進(jìn)行分解后可得 ?????? ???? .... .....6c os35 44c os15 42c os3 422 2 wtwtwtVv L ???? （ 32） 式中恒定分量即為負(fù)載電壓的平均值，因此有 VVVL 22 22 ?? ? （ 33） 直流電流為 RVILL? （ 34） 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 由式 (32)看出，最低次諧波分量的幅值為 )3/(242 ?V，角頻率為電源頻率的兩倍，即 2w。其他交流分量的角頻率為 4w、 6w?偶次諧波分量。這些諧波分量總稱為紋波，它疊加于直流分量上。常用紋波系數(shù) Kr來(lái)表示直流輸出電壓中相對(duì)紋波電壓的大小，即 V VVVVKLLLLrr222 ??? （ 35） 式中 VLr為諧波電壓總的有效值，他表示為 VVVVVLLLLr 2222 42 2 ?????? （ 36） 式中 VL2,VL4為二次，四次諧波的有效值。由式 (33)和式 (35)得出橋式整流電路的紋波系數(shù) ? ? 4 ???Kr。 由于 vL中存在一定的紋波，故需用濾波電路來(lái)濾除紋波電壓。 (3)整流元件參數(shù)的計(jì)算 在橋式整流電路中，二極管是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為 RVIILLD ?? (37) 一般電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為177。 10%.實(shí)際上選用的二極管的最大整流電流 IDM和最高反向電壓 VRM應(yīng)留有大于 10%的余量。 橋式整流電路的特點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因 電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。 濾波電路 濾波電路用于濾去