使用 QSPICE 了解和調(diào)整 LED 閃光燈電路

出處：維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于：2024-11-11 16:33:28 | 458 次閱讀

　　，“QSPICE 閃光燈電路”實(shí)際上可以指兩個(gè)不同原理圖中的任何一個(gè)。這是因?yàn)?LTspice LED 組件在 QSPICE 庫(kù)中沒(méi)有直接等效的組件。這兩個(gè)示意圖代表了解決該問(wèn)題的兩種不同方法：
　　使用模仿 LED 電流-電壓行為的組件（在本例中為與電源串聯(lián)的普通二極管）替換 LED。
　　手動(dòng)將 LED 的 SPICE 模型導(dǎo)入 QSPICE。

　　我們將使用電路的導(dǎo)入 SPICE 模型版本（圖 1）。

　　采用進(jìn)口 SPICE 模型的 QSPICE LED 閃光燈電路原理圖。
　　圖 1.我們將在本文中研究的 QSPICE LED 閃光燈電路。
　　我們?cè)谏弦黄恼轮辛私獾?，只有?dāng)我們?cè)?LED 節(jié)點(diǎn)上給它一點(diǎn)額外的電壓時(shí)，電路的導(dǎo)入 SPICE 模型版本才會(huì)振蕩。這就是為什么我們添加了您在上圖中看到的V FWD源，當(dāng)與 QTLP690C LED 模型結(jié)合使用時(shí)，它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)具有稍高正向電壓的 LED。
　　正如我們將在下一節(jié)中看到的，使用V FWD還揭示了閃光燈電路照明行為的一個(gè)重要方面。
　　正向電壓如何影響振蕩頻率

　　圖 2 至圖 4 繪制了三個(gè)不同V FWD值下的 LED 電流。圖 2 中的正向電壓為 100 mV，圖 3 中的正向電壓為 400 mV，圖 4 中的正向電壓為 800 mV。

　　添加了 100 mV 正向電壓的 LED 閃光燈電路。

　　圖 2.添加 100 mV 正向電壓的 LED 閃光燈電路。

　　圖 3.添加了 400 mV 正向電壓的 LED 閃光燈電路。

　　
　　圖 4.添加了 800 mV 正向電壓的 LED 閃光燈電路。
　　并排查看這些圖可以清楚地看出，脈沖頻率隨著正向電壓的增加而增加。出于實(shí)際原因，這一點(diǎn)很重要，因?yàn)椴煌?LED 具有不同的正向電壓特性，這意味著實(shí)際電路中的振蕩頻率取決于所選的特定 LED 部件。它還引導(dǎo)我們對(duì)方向燈的功能進(jìn)行一些基本觀察。
　　了解振蕩行為
　　節(jié)點(diǎn)V LED實(shí)際上相當(dāng)復(fù)雜，直接連接到LED、三個(gè)電阻和Q1 的集電極。該節(jié)點(diǎn)的電壓強(qiáng)烈影響振蕩頻率。
　　快速查看圖 1 中的 Q2B 節(jié)點(diǎn)可以看出，較高的V LED電壓對(duì)應(yīng)于較高的Q2基極電壓。這表明V LED的值會(huì)以直接改變電路振蕩的方式影響 Q2 的運(yùn)行。圖 5 顯示了 LED 電流（綠色跡線）和 Q2 集電極電壓（紅色跡線）之間的關(guān)系。
　　

　　圖 5.當(dāng)電流流過(guò) LED 時(shí) Q2 集電極的電壓行為。
　　上圖顯示了 LED 點(diǎn)亮?xí)r集電極電壓的大幅下降。這告訴我們，當(dāng) LED 導(dǎo)通時(shí)，較高的 Q2 基極電壓也會(huì)導(dǎo)致 Q2 導(dǎo)通。當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)，其集電極電壓較低。
　　Q1的基極通過(guò)R2連接到Q2集電極節(jié)點(diǎn)，因此其基極電壓也降低。正如我們?cè)趫D 6 中看到的，Q1 基極電壓的下降增加了流過(guò) Q1 的電流。

　　Q1 的基極電壓隨著 Q2 集電極電壓的下降而下降，導(dǎo)致流過(guò) Q1 的電流增加。

　　圖 6. Q1 的基極電壓隨著 Q2 集電極電壓的下降而下降，導(dǎo)致流經(jīng) Q1 的電流增加。
　　現(xiàn)在我們回到了原點(diǎn)——流經(jīng) Q1 的電流被傳送至 LED。我們可以將 LED、Q1 和 Q2 之間的相互作用總結(jié)如下：
　　LED 照明電流從電源流經(jīng) Q1。
　　當(dāng)LED導(dǎo)通時(shí)，V LED節(jié)點(diǎn)處的電壓較高，該電壓受LED正向電壓特性的影響。
　　當(dāng)V LED增加時(shí)，Q2 傳導(dǎo)更多電流。
　　增加 Q2 電流會(huì)降低 Q1 的基極電壓。
　　分析和調(diào)整振蕩特性
　　接下來(lái)，我們來(lái)看看如何使用RC 網(wǎng)絡(luò)（R6 和 C1）來(lái)調(diào)整閃光燈電路的頻率和脈沖寬度。我們首先查看圖 7，該圖繪制了同一時(shí)間段內(nèi)通過(guò) LED 的電流和傳遞到 RC 網(wǎng)絡(luò)的電流。
　

　　圖 7.流經(jīng) LED 和晶體管 Q2 的電流遵循相同的模式。
　　我們可以看到，傳遞到 RC 網(wǎng)絡(luò)的電流與通過(guò) LED 的電流一致，因此也與 Q2 的電流一致。
　　正如我們?cè)趫D 8 中觀察到的，從 Q2 發(fā)射極流出的電流對(duì)電容器 (C1) 充電，從而提高了 RC 網(wǎng)絡(luò)上的電壓 ( V RC )。該電流是電路振蕩行為的關(guān)鍵。

　　通過(guò) Q2 的電流為 RC 網(wǎng)絡(luò)充電。

　　圖 8.通過(guò) Q2 的電流為 RC 網(wǎng)絡(luò)充電。
　　Q2 的基極至發(fā)射極電壓隨著V RC 的增加而穩(wěn)定下降。當(dāng)V RC達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，Q2停止導(dǎo)通。這就是導(dǎo)致圖 8 中紅色跡線行為的原因。其陡峭的向上斜率代表充電階段，此后電容器通過(guò) R6 緩慢放電。
　　現(xiàn)在很明顯，RC 網(wǎng)絡(luò)的充電/放電行為是電路振蕩時(shí)序的基礎(chǔ)。 LED 的點(diǎn)亮?xí)r間對(duì)應(yīng)于 RC 網(wǎng)絡(luò)的充電持續(xù)時(shí)間；從一個(gè)脈沖結(jié)束到下一個(gè)脈沖開(kāi)始的延遲是RC網(wǎng)絡(luò)的放電持續(xù)時(shí)間。圖 9 對(duì)此進(jìn)行了說(shuō)明。

　　LED 閃光燈的完整周期顯示 RC 網(wǎng)絡(luò)的充電和放電。

　　圖 9. LED 閃光燈的完整周期顯示了 RC 網(wǎng)絡(luò)的充電和放電。
　　調(diào)整頻率
　　綜上所述，我們應(yīng)該可以通過(guò)減小R6的值來(lái)提高頻率，從而使放電更快。圖 10 通過(guò)將 R6 從 800 kΩ 減小到 400 kΩ 對(duì)此進(jìn)行了測(cè)試。

　　R6 = 400 kΩ 時(shí)的脈沖頻率。

　　圖 10. R6 = 400 kΩ 時(shí)的脈沖頻率。
　　正如預(yù)期的那樣，降低電阻會(huì)導(dǎo)致更高的脈沖頻率。
　　調(diào)整脈沖寬度
　　電容越大，充電階段電壓上升越慢，因此我們應(yīng)該能夠通過(guò)增加 C1 的值來(lái)加寬脈沖。為了測(cè)試這一點(diǎn)，圖 11 中的圖是使用 C1 = 10 μF 而不是原始的 3.3 μF 生成的。 R6 的值與圖 10 相同，并且使用相同的橫軸限值，以便可以直接比較脈沖寬度。

　　C1 的脈沖寬度 = 10 μF，比之前增加了 6.7 μF。

　　圖 11. C1 的脈沖寬度 = 10F，比圖 10 增加了 6.7 F。
　　正如您所看到的，新的脈沖明顯更寬。通過(guò)對(duì) RC 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的更改，我們可以控制 LED 閃光燈的脈沖重復(fù)率和脈沖寬度。

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