陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院　程曉芳

基于Multisim的LED花樣電路的設(shè)計(jì)

陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院程曉芳

鑒于Multisim軟件操作簡單、界面直觀、仿真功能全面等許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，選用Multisim11軟件仿真提出了兩種設(shè)計(jì)思路，都由晶體管控制LED花樣電路，并且針對仿真測試電路時(shí)存在的問題，對電路做了一些改進(jìn)，使改進(jìn)后的電路性能更加穩(wěn)定，花樣更加豐富。

計(jì)算機(jī)仿真；花樣電路；三極管；電路設(shè)計(jì)

Multisim軟件是專門用于電路仿真和設(shè)計(jì)的EDA工具軟件，具有高度交互性、元器件庫齊全、虛擬測試儀器種類豐富、運(yùn)行速度快、仿真分析功能強(qiáng)大等一系列優(yōu)點(diǎn)［1］。當(dāng)今，快捷、便利、高效的Multisim電子設(shè)計(jì)仿真技術(shù)，已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的以電子電路實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的電路設(shè)計(jì)分析方法，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的電子設(shè)計(jì)自動化［2］。本文基于模電知識［3］，使用Multisim軟件仿真設(shè)計(jì)了LED燈花樣電路，由晶體管控制，與單片機(jī)控制的LED電路［4］相比，電路結(jié)構(gòu)簡單，使用元器件數(shù)目少，花樣豐富，成本相對較低。

與傳統(tǒng)電光源相比，LED燈具有發(fā)光效率高、節(jié)能、綠色環(huán)保、壽命長、體積小、工作安全可靠等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為照明產(chǎn)品的主流，其應(yīng)用非常廣泛［5］。鑒于LED燈發(fā)光色彩豐富，多用在以顯示、指示、色彩變化多的照明領(lǐng)域［6］。用LED燈制作的小型花樣流水燈花樣豐富，結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低；同時(shí)，對應(yīng)用電子相關(guān)專業(yè)的初學(xué)者提供一些入門引導(dǎo)，能激發(fā)他們學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)興趣，開發(fā)了花樣流水燈項(xiàng)目。

本電路主要由三個(gè)晶體管和三組共18只LED燈組成，提出了兩種設(shè)計(jì)思路?？烤w管組成的振蕩電路來控制LED燈的亮滅，三組燈可以按照需要進(jìn)行布線進(jìn)從而制作成不同花樣的流水燈。

1.電路一

此電路先將每6只LED燈并聯(lián)起來再并接在一個(gè)晶體管的集電極和發(fā)射極之間，電源電壓通常取5-8V，在具體的花樣流水燈的套件測試過程中，所要的電壓可能要更小一些，通?？捎檬謾C(jī)電池代替電源。每當(dāng)電源剛接通的瞬間，3個(gè)晶體管要爭先導(dǎo)通，但由于元器件存在差異，只有某一個(gè)晶體管先導(dǎo)通。假設(shè)晶體管Q1先導(dǎo)通，則Q1集電極電壓降低，導(dǎo)致第一組（LED1-LED6）陽極電壓降低，沒有被點(diǎn)亮；與此同時(shí)，與Q1集電極連接的電容C1的左端電壓接近0V，由于電容器兩端的電壓不能突變，所以與電容C1連接的晶體管Q2基極也被拉到近似0V，導(dǎo)致Q2截止。這時(shí)，晶體管Q2的集電極電壓較高，與之連接的第二組（LED7-LED12）陽極電壓高于陰極，被全部點(diǎn)亮；同時(shí)，與Q2集電極相連的電容C2使晶體管Q3基極電壓升高，Q3也將快速導(dǎo)通，則Q3集電極電壓降低，導(dǎo)致與其鏈接的第三組LED（LED13-18）陽極電壓降低，全被熄滅。在這短暫時(shí)間內(nèi)，晶體管Q1與Q3的集電極均為低電壓，只有與Q2集電極相連的第三組 （LED7-LED12）全被點(diǎn)亮，而其余兩組LED燈熄滅。仿真效果見圖1。

圖1　電路1仿真圖

隨著電源通過電阻R3對電容C1的充電，使晶體管Q2基極電壓逐漸升高，當(dāng)超過0.5V左右時(shí)，晶體管Q2導(dǎo)通，集電極電壓下降，第二組（LED7-LED12）熄滅。與此同時(shí)Q2集電極電壓的下降通過與之連接的電容器C2使晶體管Q3的基極電壓也降低，Q3截止，接在Q3集電極上的第三組（LED13-18）被全部點(diǎn)亮。Q3集電極電壓的升高通過與之連接的電容C3使Q1導(dǎo)通，則Q1集電極電壓下降，進(jìn)而導(dǎo)致第一組（LED1-LED6）熄滅。通過電路中3只晶體管輪流導(dǎo)通和截止，總是一組6個(gè)LED燈被點(diǎn)亮，另外兩組不亮，三組LED燈就不停地循環(huán)發(fā)光。

2.電路二

為了讓電路1中更多的LED燈被點(diǎn)亮，提出了一些改進(jìn)。如圖2所示，分別將每組的6只LED燈（例如，第一組LED1-LED6）并聯(lián)起來再并接在二極管D1和三晶體管的集電極電阻（例如，R2）之間，D1在電路中起保護(hù)作用。LED燈循環(huán)點(diǎn)亮原理和電路1類似，通過晶體管的輪流導(dǎo)通和截至實(shí)現(xiàn)。

每當(dāng)電源接通的瞬間，假如晶體管Q1最先導(dǎo)通，則第一組LED1-LED6點(diǎn)亮，則Q1集電極電壓降低，導(dǎo)致與電容C1相連的晶體管Q2截止，會引起第二組LED7-LED12熄滅。通過與Q2相連的電容C2使晶體管Q3迅速導(dǎo)通，引起第三來LED13-LED18被點(diǎn)亮，仿真效果見圖2。

圖2　電路二仿真圖

隨著電源通過電阻R3對電容C1的充電，晶體管Q2導(dǎo)通， 第二組LED7-LED12點(diǎn)被亮。同時(shí)，引起晶體管Q3截止，第三組LED13-LED8熄滅；晶體管Q1導(dǎo)通，第一組LED1-LED6點(diǎn)亮。短暫時(shí)間過后，第二組LED7-LED12和第三組LED13-18被點(diǎn)亮，LED1-LED6熄滅。照此循環(huán)，電路中3只三極管便輪流導(dǎo)通和截止，引起三組LED燈就不停地循環(huán)發(fā)光。

3.改進(jìn)后的電路

電路1和電路2都看不到三組18個(gè)LED燈全被點(diǎn)亮效果，對電路2做了些改進(jìn)，在第一組LED1-LED6兩端并聯(lián)一個(gè)極性電容C5，如圖3所示。每當(dāng)剛接通電源的瞬間，電源對電容C5進(jìn)行充電，此時(shí)三組LED燈全部處于導(dǎo)通狀態(tài)，三組18只LED燈全被點(diǎn)亮。當(dāng)電容C5達(dá)到最大值后，Q1導(dǎo)通，導(dǎo)致第一組LED1-LED6被點(diǎn)亮，同時(shí)Q2截止，第二組LED7-LED12被點(diǎn)亮；Q3迅速導(dǎo)通，第三組LED13-LED18熄滅。隨著電源通過電阻R3對電容C1的充電，第二組LED7-LED12和第三組LED13-LED18被點(diǎn)亮，LED1-LED6熄滅。接下來的時(shí)間內(nèi)，第一組LED1-LED6和第三組LED13-LED18被點(diǎn)亮，第二組LED7-LED12熄滅。如此往復(fù)循環(huán)，3組LED燈便會被兩兩輪流點(diǎn)亮。

通過仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電容并接在任何一組LED兩側(cè)，都可產(chǎn)生相似的結(jié)果，先全部點(diǎn)亮然后兩組亮一組滅。

4.結(jié)論

本文基于Multisim提出兩套不同效果的由晶體管控制的LED花樣流水燈，電路所用的元器件較少，工作原理相對簡單，方便制作。電路1出現(xiàn)一組6只LED燈被點(diǎn)亮，兩組12只LED燈熄滅；電路2出現(xiàn)兩組12只LED燈亮，一組6只LED燈滅，改進(jìn)后的電路出現(xiàn)三組18只LED燈全部被點(diǎn)亮。本文提出的流水燈的電路花樣豐富，其對生產(chǎn)實(shí)際中更大規(guī)模，花樣更加豐富的LED燈花樣電路的設(shè)計(jì)和改進(jìn)能夠提供一些借鑒。

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