呼吸灯设计

摘要

本系统采用LM358双运放放大器，用3个8050NPN型三极管构成电流源电路驱动12个高亮型发光二极管，电位器用于调节电阻来控制LED的亮度。LM358第一个运算放大器用于电流放大，第二个运放放大器用作电压比较器。从而实现对小灯电压的控制，防止小灯电压过大击穿损坏。经过最终测试，实现亮度可调照明功能。

关键值：LM358，电压比较器，电流源电路

注：本次设计通过使用运放产生锯齿波，调节高亮型发光二极管，实现呼吸效果。通过设计，了解了稳压二极管、放大器的应用，并且理解了锯齿波、方波的发生电路的工作原理。同时

学会了示波器以及万用表的使用方法。

目录

摘要 .................................................................................................................................................. I 目录 ................................................................................................................................................. II 第一章方案论证与比较.. (1)

1.1 电流源电路方案比较 (1)

1.2 运算放大器选择方案比较 (1)

1.3 稳压电路选择 (1)

第二章理论分析与计算 (2)

2.1 三极管驱动电路 (2)

2.1.1 8050三极管 (2)

2.1.2 三极管电流源 (3)

三极管电流源 (3)

2.2 集成运算放大电路 (4)

2.2.1 LM358双运放放大器 (4)

2.2.2 滞回比较器 (5)

2.2.3 积分电路 (6)

2.2.4充放电控制电路 (7)

2. 3 可调稳压电路 (7)

2.3.1 稳压二极管 (7)

2.4 采样电阻 (8)

第三章电路设计 (9)

3.1 电流源电路 (9)

3.2 运放放大电路 (9)

3.3 稳压电路 (10)

第四章调试方案与测试结果 (12)

4.1 测试方案及测试条件 (12)

4.1.1 测试仪器 (12)

4.1.2 测试主要方案 (12)

4.2 主要测试结果 (12)

4.3 测试结果分析 (13)

第五章总结 (14)

附录一 (15)

附录二 (16)

第一章方案论证与比较

1.1 电流源电路方案比较

方案一：用三个8050NPN型三极管构成电流源驱动电路，一个三级管作前级电流放大，另外两个三极管并联，与前一个三极管构成两个达林顿管，放大的电流足以驱动12个高亮型LED。这种方案结构简单，性价比高。

方案二：采用两个达林顿管构成电流源电路以驱动12个LED，这样做的缺点是前期调节小灯亮度的时候需要分别调两个达林顿管，调试复杂，故不选这个方案。

1.2 运算放大器选择方案比较

方案一：用LM358双运放放大器，LM358内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运放放大器，适用于电源电压范围很宽的单电源使用（在3V~30V之间）。放大器一个用作电流放大功能，另一个用作电压比较器，能够控制小灯的电压值，防止过流烧坏小灯。

方案二：选择LM2904是低功耗双运算放大器。其引脚和功能和LM358一样。但使用温度范围要比LM358好，鉴于本设计工作环境没有太大要求，故可以选择价格相对比较便宜的LM358芯片。

1.3 稳压电路选择

方案一：用稳压二极管的伏安特性，当稳压二极管被击穿后，电压稳定在一个稳定值。用稳压二极管做稳压电路，电路结构简单，性价比高。

方案二：用稳压芯片构成稳压电路，这样做电压比较稳定，不过成本比较高，故不用此方案。

第二章理论分析与计算

2.1 三极管驱动电路

2.1.1 8050三极管

8050是常见的NPN型三极管，广泛应用于各种放大电路中，本次设计中三极管起电流放大的作用

图2-1三极管引脚图及绝对最大额定值

图2-2 三极管电参数

2.1.2 三极管电流源

三极管电流源

电流源是模拟集成电路中广泛使用的一种单元电路，如图2-1所示。 对电流源的主要要求是：

（1）能输出符合要求的直流电流I o 。 （2）交流电阻尽可大。

三极管射极偏置电路由V CC 、R b1、R b2和R e 组成，当V CC 、R b1、R b2、R e 确定之后，基极电位V B 固定（I b 一定），可以推知I c 基本恒定。从三极管的输出特性曲线可以看出：三极管工作在放大区时，I c 具有近似恒流的性质。当I b 一定时，三极管的直流电阻CQ

CEQ CE I V R =

，V CEQ 一般为几伏，所以R CE 不大。

交流电阻为C

CE

ce I v r ∆∆=

，为几十千欧至几百千欧。

有些情况下，要求得到极其微小的输出电流I C2，这时可令比例电流源中的R e1=0，如图2-3即可以在R e2不大的情况下得到微电流I C2。

原理：当I R 一定时，I o 可确定为：

BE 2e E2BE2BE1V R I V V ∆==-

o I ≈e2

BE

e2BE2BE1E2R V R V V I ∆=

-=

可见，利用两管基-射电压差ΔV BE 可以控制I o 。由

于ΔV BE 的数值小，用阻值不大的R e2即可得微小的工作电流——微电流源。

)1(e2

5be1e2

ce o R R r R r R +++

=β

微电流源特点：

（1）T 1，T 2是对管，基极相连，当V CC 、R 、R e2已知时，REF I ≈R

V CC

（略去

V BE ），当V BE1、V BE2为定值时，e2

BE

C2R V I ∆=

也确定了。

图2-4 电流源电路

图2-3 三极管电流源电路