幾種常用的LED閃爍電路分享,最後一個十分經典

2020-12-14 技術閒聊

如何設計一個閃爍頻率為2Hz的閃光電路?

閃爍頻率為2HZ,則閃爍周期為T=1/f=0.5s,即500ms,也就說要求LED燈500ms閃爍一次,即平均1s閃爍兩次。可實現的方式有很多,下面列舉幾種常用的例子供大家參考。

一、使用處理器(CPU)實現

若有處理器(單片機、DSP、ARM、CPLD、FPGA等)的情況下,實現起來很簡單,使用處理器其中的一個I/O口作為輸出驅動三極體,控制LED亮滅交替變化。通過簡單的編程使I/O口250ms輸出高電平,250ms輸出低電平,即可實現周期為500ms,頻率為2HZ的閃爍。

I/O口的輸出波形如下:實際就是使I/O口輸出頻率為2HZ的方波。

下圖使用NPN三極體驅動LED燈亮滅,當高電平時,LED亮;當低電平時,LED滅。三極體的驅動電路原理如下:

二、使用555定時器實現

555定時器的功能很強大,可以輸出任意佔空比、頻率約300KHZ以內的PWM波,如下圖555定時器方波發生器原理,其輸出波形的周期計算公式為:TH=ln2*R1*C1,TL=ln2*R2*C1,其中ln2≈0.7,如下圖取值R1=R2=768KΩ,C1=470μF,計算得TH≈250ms,TL≈250ms,所以該方波周期為T=TH+TL=500ms,頻率為1/T=2HZ。

555定時器輸出端的驅動能力約200mA左右,因此只接一個LED燈時可以不用三極體等器件作為驅動,可直接555定時器的輸出腳(4腳)。

上圖為佔空比為50%的方波發生器原理,使用二極體D1和D2改變電容C1充放電的順序,從而實現電容C1充電時只經過R1,放電時經過R2。若去掉這兩個二極體,其充放電的周期公式為:TH=ln2*(R1+R2)*C1,TL=ln2*R2*C1。

三、使用兩個三極體搭建LED閃爍電路(多諧振蕩器)

如下圖是非常經典的LED交替閃爍電路,該電路是使用兩個NPN三極體及電容充放電的原理實現LED1和LED2交替閃爍,若只需1個或1組LED時,可將LED2使用電阻代替即可。此電路屬於多諧振蕩電路,兩個三極體一個管子導通時,另一個截止,通過容阻耦合使兩個管子交替導通與截止,從而產生自激振蕩。

其原理是:上電瞬間,由於電路兩邊的參數會有微小差異,兩個管子導通時間肯定有先後,促使其中一個管子導通而另一個截止,形成一個暫穩態。假設Q1導通,Q2截止,則此時Q1的集電極(即電容C1左端)的電壓為0,Q1基極的電壓約為0.7V,此時,電容C1通過電阻R2進行充電,且電容C2也通過電阻R4進行充電,(假設VCC電壓為5V)則電容C2充滿後電容兩端電壓為4.3V(左端0.7V,右端5V),因為R4的阻值遠遠比R2小,因此電容C2的充電速度要比C1快得多。當C1右端的電壓達0.7V時,Q2導通。此時,電容C2的右端電壓直接被拉地(即電壓為0),但是電容兩端的電壓不能突變,則該電容左端電壓瞬間變為-4.3V(原電容C2兩端的電壓為4.3V),Q1立刻截止,形成另一個暫穩態。此時電容C2開始通過R3放電,放完後又開始反向充電,當電容C2左端電壓達0.7V時,Q1又導通。同理Q1導通使電容C1左端電壓變為0V,反饋到電容右端電壓變為-4.3V,Q2截止,又進入下一個暫穩態,如此反覆。

其多諧振蕩器的震蕩周期為T=0.7(R2C1+R3C2),由於R2和R3、C1和C2的值相同,因此T=1.4*R2*C1,通過改變電容C1、C2和電阻R2、R3的值可改變閃爍頻率。對於新手來說這個電路比較難理解,大家可以慢慢體會。

總結:上文提供了三種比較常用的LED閃爍方案,第一種使用處理器實現比較簡單,但是前提原系統當中已有處理器可直接使用,否則只是為了LED閃爍單獨設計一個處理器划不來,成本太高;第二種方案使用555定時器製作,也是很常用的方法,一個555晶片加一些電容電阻即可實現,原理簡單,成本也較低;第三種是非常經典的多諧振蕩電路,只要兩個三極體加幾個電容電阻即可實現,成本低。

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