（河南科技学院高等职业技术学院，河南 新乡 453003）
摘 要 ：针对当前通过各种方法对LED灯闪烁的驱动控制，尤其是通过单片机对LED灯闪烁的驱动等多种控制，结合当前的需要及在电子技术的发展前提下，利用由三极管组成的多谐振荡电路，提出通过控制多谐振荡器充放电时间T即频率f，从而控制对LED灯闪烁的驱动控制，为解决对LED灯闪烁的驱动控制问题提供一些新的思路。
关键词：多谐振荡器；LED灯；闪烁；驱动控制
LED的发光原理是靠PN结发光，是一种固态的半导体器件，它是用某些自由电子和空穴复合时产生光辐射的半导体制成的。LED是通以正向电流就会发光的特殊二极管，直接把电能转化为光能，通过采用不同的材料可发出不同的颜色，光子的频率决定了光的颜色[1]。由于PN结的存在，因此使其发光则需的电流电压值也不同，所以对LED发光驱动的要求就较为讲究。如果控制系统与LED的驱动电压不匹配则就达不到预想的效果，另外，如果控制系统中RC的调节不适合即不匹配，则又会造成LED灯光熄灭火一直亮，还可能对LED灯的驱动电路造成损坏。
目前市场上有几种对LED灯的控制方式，如前沿切相（FPC）可控硅调光、后沿切相（RPC）MOS管调光、1-10V调光、DALI（数字可寻址照明接口）、DMX512(或DMX)调光等五种。以上这五种调光控制都有其优点和缺点，另外用单片机编程同样可以控制。
下面给出一种新的对LED灯的驱动控制方案，利用多谐振荡控制电路的输出信号控制LED灯的发光，通过调节RC值的大小来控制LED灯的发光闪烁时间，而由于LED灯的驱动电压在3V左右，则需给LED灯一个3V的直流电压。
1 工作原理
多谐振荡电路电原理图如图1所示。
工作原理：图中G1、G2均为TTL电路，UTH=1.4V，UOL=0.3V，UOH=3.5V。当uA刚下降到UTH，使uB刚上跳为高电平，此时u0由高电平3.5V下跳为低电平0.3V，经电容C耦合到A点，使uA由1.4V跳为-1.8V，电路进入第一暂稳态。此后，G1输出高电平经电阻R对C充电，使uA逐渐上升。当uA上升到1.4V时，电路产生正反馈过程，导致G1、G2状态翻转，使uB跳为低电平，u0跳为高电平，经C耦合到A点，使uA跳为4.6V，电路进入第二暂稳态。在第二暂稳态期间G2输出高电平通过R对C反向充电，使uA逐渐下降。当uA下降到1.4V时，G1、G2再次翻转，uB跳为高电平，u0跳为低电平，电路回到第一暂稳态。此后电容C又开始充电，重复上述过程[2]。
工作波形图如图2所示。
此多谐振荡电路的振荡周期T为：T=tw1+tw2
tw1为第一暂稳态持续时间，tw1≈0.9RC
tw2为第二暂稳态持续时间，tw2≈1.4RC
其中T≈2.3RC[3]
一级导通时间的长短，取决于另一级截止的时间。也就是取决于C1Rl和C2R2的时间常数RC。时间常数越小转换作用也就越快，因此多谐振荡器的输出频率就越高。就上述的电路来说，两个RC网络的时间常数相同，两个晶体管的导通和截止周期是相等的，故称之为对称的自微多谐振荡器。当然我们也可以调整C1R1和C2R2不等， 使得两只三极管的导通时间不同。在明白了多谐振荡器的基本原理后，我们就可以利用这个电路控制两个发光二极管交替的闪烁了。
LED的连接方式分为共阴极和共阳极两种，如图3和图4所示，图中COM为公共端。如果采用共阴极连接，阳极接高电平LED发光，如果采用共阳极连接，阴极接低电平LED发光。但在数字电路中，有时需将译码结果以数码形式显示出来，这时就要用显示译码器。显示译码器能将输入代码译成相应的高低电平，并利用电平驱动数码显示器。目前市场上的数码显示器[4]有多种，如半导体显示器（LED）、液晶显示器（LCD）、荧光数码管等。其中常用的七段LED显示器有74LS47和74LS48两种。
由于发光二极管通常需要十几毫安到几十毫安的驱动电流才能正常发光，由多谐振荡电路输出的控制信号必须经过驱动电路才能使显示器正常发光，每个发光二极管的驱动电流宜取5～20mA[5]。因此，当把多谐振荡电路的输出信号 u0送入LED的输入端时，LED灯并不能正常发光，因为LED灯正常发光需一个3V左右的驱动电压，即需给LED灯一个3V的直流电压方能满足LED灯的正常发光。
2元器件选择
R=100 KΩ ， C=1000pF
tw1=0.9RC
tw2=1.4RC
T=tw1+tw2
T=2.3RC
R的取值范围是2～100KΩ；C的取值范围是10pF～10μF。
3产品用途
本产品可以用作做一些节日彩灯和一些玩具上的彩灯，由于现代电子的发展很快，LED灯的驱动控制多采用FPC可控硅调光、RPCMOS管调光、1-10V调光、DALI、DMX512、DMX调光或者单片机编程控制，因为前者较为复杂，后者用程序控制较为简单，而且也易实现，但设计程序需要一定的计算机知识即C语言，而对于计算机语言欠缺设计者就较难实现，本产品既不需要较高的计算机语言，又不需要太高的电子专业知识就能完成对LED灯闪烁的驱动控制。用多谐振荡电路进行控制既简单又易于实现，另外多谐振荡电路也可以采用NE555IC控制，只要含有谐振频率常数的，都可以实现，RC取值不能太小。无稳态多谐振荡器是一种简单的振荡电路。它不需要外加激励信号就便能连续地、周期性地自行产生矩形脉冲.该脉冲是由基波和多次谐波构成，因此称为多谐振荡器电路。多谐振荡器可以由三极管构成，也可以用555或者通用门电路等来构成。用两只三极管组成的多谐振荡器，通常叫做三极管无稳态多谐振荡器。用两只三极管制作一个多谐振荡器，并用它驱动两只不同颜色的发光二极管。在制作完成时，我们能看到两只发光二极管交替点亮，并且我们可以通过调整电路的参数来调整发光管点亮的时间。
对LED灯的控制及LED灯的发光时间原理同上，此设计电路简单易控制，只是RC值的调节则成为一个难点。
4小结
本电路较为简单，确认连接无误后，加电一般都能起振工作。制作时需要注意的是电容C1和C2的极性不能颠倒，如果颠倒会对电容造成损害， 甚至炸裂。通过本产品的设计方案，我们对LED灯的闪烁的驱动控制有了一个新的认识，对LED灯的驱动控制不单单可以通过前沿切相（FPC）可控硅调光、后沿切相（RPC）MOS管调光、1-10V调光、DALI（数字可寻址照明接口）、DMX512(或DMX)调光以及通过单片机编程来进行，它还可以通过简单的多谐振荡电路来完成对LED灯的闪烁的驱动控制。而且此方案实现起来简单易控制，为我们在设计对LED灯的闪烁的驱动控制方面提出了新的思路。
参考文献：
[1] 胡宴如．模拟电子技术[M] ．北京：高等教育出版社，2008：13
[2] 徐新艳，李厥瑾．电工电子技术[M] ．北京：电子工业出版社，2011： 314
[3] 张昕．电路原理[M] ．重庆：重庆大学出版社，2008：153
[4] 沈裕钟．工业电子学[M] ．上海：高等教育出版社，1993：312
[5] 石建华，李媛．单片机原理与应用技术[M] ．北京：北京邮电大学出版社，2008：196
论文作者:李新雪周志刚
论文发表刊物:《科技中国》2016年9期
论文发表时间:2016/12/8
标签：调光论文; 多谐振荡器论文; 电路论文; 谐振论文; 稳态论文; 两只论文; 电压论文; 《科技中国》2016年9期论文;