课设报告.docx

1、课设报告 测试与光电工程学院电子基础课程设计任务书 电子科学与技术 系 班 学生： 课题名称： LED旋转灯 课题要求：一、具有以下功能： 1、工作电源：直流39V2、三组（9只）发光二极管不停的循环发光 二、完成原理图、PCB图设计三、完成安装及调试。 四、写出设计报告。课题内容：第一周：查找相关资料；方案设计。第二周：设计原理图、PCB图。第三周：完成安装及调试。撰写报告 主要参考资料：1. 王庆主编. Protel99SE & DXP 电路设计教程. 电子工业出版, 2006.62. 康华光等. 电子技术基础（模拟部分第五版）.高等教育出版社, 1999.63. 康华光等. 电子技术基础

2、（数字部分第五版）.高等教育出版社, 1999.6系负责人:肖慧荣 指导教师： 时间:2010年12月30日测试与光电工程学院电子基础课程设计评分标准平时表现评分：（20%）优秀：（90-100）遵守纪律，尊敬老师，爱护设备，工作量饱满，动手能力强，无缺勤,很好按课题进度进行。良好：（80-89）遵守纪律，爱护设备，工作量饱满，动手能力较强，考勤情况良好，较好按课题进度进行。中等：（70-79）遵守纪律，爱护设备一般，工作量一般，动手能力一般，偶尔缺勤，基本按课题进度进行。及格：（60-69）遵守纪律一般，人为因素损坏设备，工作量一般，动手能力差，偶尔缺勤，能按课题进度进行。不及格：（59以下

3、）不遵守纪律，人为因素损坏设备，有技术安全事故，工作量不饱满，动手能力很差，经常迟到，早退，缺勤。课题完成情况评分：（50%）优秀：（90-100）全部完成任务书要求，完成质量优良、结果正确，所完成的设计有一定的独立见解。良好：（80-89）全部完成任务书要求，完成情况良好，所完成的设计正确，解决了一些实际问题，结果正确。中等：（70-79）基本完成任务书要求，完成质量尚好，所完成的设计基本正确，但存在一些不足。及格：（60-69）基本完成任务书要求，完成质量尚好，所完成的设计基本正确，但有小错误。不及格：（59以下）未完成任务书要求，所作的设计有严重错误，基本概念不清。电子基础课程设计报告质

4、量评分（30%）1、文献资料收集、整理、分析；对课题研究意义的阐述；文字精练、流畅、绘图整洁、符合标准规范、字体工整；2、基本概念、基本理论及专业知识掌握扎实，运用灵活；设计思路、设计内容、计算方法及结果、计算机运用正确无误；3、试验数据的获取（软件调试方法及过程）试验过程（调试过程）的正确性；4、电子基础课程设计的结论，存在的问题，研究结果的创新性；LED旋转灯的设计与制作摘要：随着LED技术的不断发展以及LED在低功耗、长寿命、环保等方面的优势，LED应用领域逐渐增多。同时，许多国家在看到LED巨大的市场潜力后，纷纷出台各项鼓励措施大力推动LED在各领域中的应用。目前，LED的应用已经从最

5、初的指示灯应用转向更具发展潜力的显示屏，景观照明、背光源、汽车车灯、交通灯、照明等领域，LED应用正呈现出多样化发展趋势。本次设计就是用LED发光二极管作为电路指示灯，并利用三极管和偏置电阻构成驱动电路，使得三组（9只）LED发光二极管循环发光。 关键词： LED发光二极管 三极管 目录1 概述（1）2 LED旋转灯电路设计(2)2.1 电路工作原理(2）2.2 电路原理图及PCB图（3）3 元器件简介 （5）3.1 LED发光二极管（4）3.1.1 LED特点3.1.2 LED发光二极管极限参数的意义3.2 三极管（7）4 器件的选型 （10）4.1 三极管的选用 （10）4.2 LED发光

6、二极管的选用 （11）5 总结 （11）6 致谢（11）7 参考文献（11）8 附录(12)1、概述：在新兴应用市场不断出现的带动下，近些年LED市场规模快速提升。2005年中国LED的产量已经达到262.1亿只，市场规模更是突破百亿元大关达到114.9亿元。 LED的应用领域已经从最初简单的电器指示灯、LED显示屏发展到LCD背光源、景观照明、室内装饰灯等其他领域。而由于LED具有的长寿命、无污染、低功耗的特性，未来LED还将逐步替代荧光灯、白炽灯成为下一代绿色照明光源。为此，美国、韩国、欧盟、中国台湾都制定了适合各国国情的半导体照明计划，大力推进LED灯进入普通照明灯具市场。室内照明将是L

7、ED最具市场规模和发展潜力的应用。从数量上看，凭借着国内强大的制造能力，指示灯依旧是LED的使用大户，其用量占据LED市场消耗量的半壁江山。但由于指示灯多为普通亮度LED，经过多年的发展产量很大早已形成买方市场，供过于求的市场现状导致价格持续下跌，严重影响了指示灯领域的LED市场规模增长。LED指示灯市场规模只保持了一位数增长，但是随着价格的进一步滑落，LED指示灯市场规模很难在维持正增长，预计从2006年起，该市场将呈现出负增长。对于进入通用照明市场而言，功率白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外，还将面临到光学、机构与电控等的整合以及LED照明产品通用标准的制定。解决

8、上述问题需要很长的一段时间，赛迪顾问预计LED在2010年前还不能进入通用照明市场。由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所相对于价格的敏感度低。同时这些高档场所更注重于彰显品味与尊贵的地位，对于新兴产品抱有更大的兴趣度。这些都降低了LED照明进入的门槛。赛迪顾问预计LED照明将率先进入商用市场，逐步向民用市场扩展。2、LED旋转灯电路设计： 2.1 电路工作原理： LED旋转灯是一个由3只三极管和9只LED组成的循环灯。电路是这样工作的，当外接的直流39 V电源一接通，3只三极管就要争先导通，但由于元器件有差异，只有某一只管子最先导通。假如Q1最先导通，那么Q1集电极电压下降，使电容C1

9、的左端接近零电压，由于电容器两端的电压不能突变，所以Q2基极也被拉到近似零电压，使Q2截止。Q2集电极为高电压，那么接在它上面的发光二极管就亮了。此刻Q2集电极上的高电压通过电容器C2使Q3基极电压升高，三极管Q3也将迅速导通。因此在这一段时间内，Q1与Q3的集电极均为低电压，只有接在Q2集电极上的发光二极管亮，而其余两只发光二极管不亮。随着电源通过电阻R3对C1的充电，使三极管Q2基极电压逐渐升高，当超过0.6伏时，Q2由截止状态变为导通状态，集电极电压下降，发光二极管熄灭。与此同时三极管Q2集电极电压的下降通过电容器C2的作用使三极管Q3的基极电压也下跳，Q3由导通变为截止。接在Q3集电极

10、上的发光二极管就亮了。如此循环，电路中3只三极管便轮流导通和截止，三只发光二极管就不停地循环发光。改变电容的容量可以改变循环灯循环的速度。2.2电路原理图和PCB图：3、元器件简介：3.1 LED发光二极管图3 LED发光二极管实物图LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时

11、候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED是利用化合物材料制成p-n结的光电器件。它具备p-n结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。3.1.1 LED特点LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。体积小：LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。耗电量低：LED耗电非常低

12、，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过0.1W。使用寿命长：在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。高亮度、低热量：比HID或白炽灯更少的热辐射。环保：LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。红光LED含有大量的As（砷），剧毒坚固耐用：LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。 可控性强：可以实现各种颜色的变化。3.1.2 LED发光二极管极限参数的意义 （1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正

13、向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，LED发光二极管可能被击穿损坏。 （4）工作环境topm:LED发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，LED发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。3.2 三极管3.2.1 三极管的原理半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共

14、用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。 三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。 电子制作中常用的三极管有90系列，包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪声管9014(NPN)，高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是

15、TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等，它们的型号也都印在金属的外壳上。我国生产的晶体管有一套命名规则： 符号的第一部分“3”表示三极管。符号的第二部分表示器件的材料和结构：APNP型锗材料；BNPN型锗材料；CPNP型硅材料；DNPN型硅材料。符号的第三部分表示功能：U光电管；K开关管；X低频小功率管；G高频小功率管；D低频大功率管；A高频大功率管。另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。 图3.2.1 常用三极管的管脚排列 三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然

16、遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数 b。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流b 倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。 三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。 3.2.2 三极管电极和管型的判别（1） 目测法 一般来说，管型是NPN还是PNP应从管壳上标注的型号来辨别。依照部颁标准，三极管型号的第二位(字母)，A、C表示PNP管，B、D表示NPN管，例如： 3AX 为PNP型低频小功率管 3BX

17、为NPN型低频小功率管 3CG 为PNP型高频小功率管 3DG 为NPN型高频小功率管 3AD 为PNP型低频大功率管 3DD 为NPN型低频大功率管 3CA 为PNP型高频大功率管 3DA 为NPN型高频大功率管 此外有国际流行的90119018系列高频小功率管，除9012和9015为PNP管外，其余均为NPN型管。 （2） 管极的判别 用万用表电阻档判别 三极管内部有两个PN结，可用万用表电阻档分辨e、b、c三个极。在型号标注模糊的情况下，也可用此法判别管型。 基极的判别 判别管极时应首先确认基极。对于NPN管，用黑表笔接假定的基极，用红表笔分别接触另外两个极，若测得电阻都小，约为几百欧几

18、千欧；而将黑、红两表笔对调，测得电阻均较大，在几百千欧以上，此时黑表笔接的就是基极。PNP管，情况正相反，测量时两个PN结都正偏的情况下，红表笔接基极。 实际上，小功率管的基极一般排列在三个管脚的中间，可用上述方法，分别将黑、红表笔接基极，既可测定三极管的两个PN结是否完好(与二极管PN结的测量方法一样)，又可确认管型。 集电极和发射极的判别 确定基极后，假设余下管脚之一为集电极c，另一为发射极e，用手指分别捏住c极与b极(即用手指代替基极电阻Rb)。同时，将万用表两表笔分别与c、e接触，若被测管为NPN，则用黑表笔接触c极、用红表笔接e极(PNP管相反)，观察指针偏转角度；然后再设另一管脚为

19、c极，重复以上过程，比较两次测量指针的偏转角度，大的一次表明IC大，管子处于放大状态，相应假设的c、e极正确。 （3）三极管性能的简易测量 用万用表电阻档测ICEO和 基极开路，万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e(PNP管相反)，此时c、e间电阻值大则表明ICEO小，电阻值小则表明ICEO大。 用手指代替基极电阻Rb，用上法测c、e间电阻，若阻值比基极开路时小得多则表明 值大。 用万用表hFE档测 有的万用表有hFE档，按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数，若很小或为零，表明三极管己损坏，可用电阻档分别测两个PN结，确认是否有击穿或断路。 4、器件的选型4.1三极管的

20、选用选用晶体管一要符合设备及电路的要求，二要符合节约的原则。根据用途的不同，一般应考虑以下几个因素：工作频率、集电极电流、耗散功率、电流放大系数、反向击穿电压、稳定性及饱和压降等。这些因素又具有相互制约的关系，在选管时应抓住主要矛盾，兼顾次要因素。 低频管的特征频率fT一般在2.5MHz以下，而高频管的fT都从几十兆赫到几百兆赫甚至更高。选管时应使fT为工作频率的310倍。原则上讲，高频管可以代换低频管，但是高频管的功率一般都比较小，动态范围窄，在代换时应注意功率条件。 一般希望选大一些，但也不是越大越好。太高了容易引起自激振荡，何况一般高的管子工作多不稳定，受温度影响大。通常多选40100之

21、间，但低噪声高值的管子(如1815、90119015等)，值达数百时温度稳定性仍较好。另外，对整个电路来说还应该从各级的配合来选择。例如前级用高的，后级就可以用较低的管子；反之，前级用较低的，后级就可以用较高的管子。 集电极-发射极反向击穿电压UCEO应选得大于电源电压。穿透电流越小，对温度的稳定性越好。普通硅管的稳定性比锗管好得多，但普通硅管的饱和压降较锗管为大，在某些电路中会影响电路的性能，应根据电路的具体情况选用，选用晶体管的耗散功率时应根据不同电路的要求留有一定的余量。 对高频放大、中频放大、振荡器等电路用的晶体管，应选用特征频率fT高、极间电容较小的晶体管，以保证在高频情况下仍有较高

22、的功率增益和稳定性。 4.2 LED发光二极管的选用 发光二极管在制作时，使用的材料有所不同，那么就可以发出不同颜色的光。 发光二极管的发光颜色有：红色光、黄色光、绿色光、红外光等。 发光二极管的外形有：圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等。 常用的发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。 使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。 发光二极管的压降一般为1.52.0 V，其工作电流一般取1020 mA为宜。5、总结通过这次课设，锻炼了我们综合运用所学知识,发现,提出,分析

23、和解决实际问题的能力。这次课设在老师的指导下以及我们全组人员的共同努力下，顺利地完成 ，这次课设，虽然只有3周时间，但就在这3周时间里，不仅提高了我们个人的动手能力，更培养了我们团队精神，让我们在独立思考解决问题的同时，又相互配合，以致顺利完成课程设计。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 6、致谢这次课设能够这么顺利地就完成，除了我们组员配合默契，分工合理外，更主要的是老师的指导。在此，我向指导老师以及其他组员表示衷心的感谢！7、参考文献1.王庆编. Protel 99 SE & DXP 电路设计教程.电子工业出版社.20062.康华光主编.电子技术基础（模拟部分）.北京：高等教育出版社.20063.刘修文编.实用电子电路图集.中国电力出版社.20064.杨清德 康娅编.LED及其工程应用.人民邮电出版社.20078、附录8.1 LED旋转灯的元件清单 表一8.2 LED旋转灯的成品图 图四