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使用QSPICE了解和调整LED闪烁器电路

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发布时间:2025-03-16 16:56:04

  中LED闪光灯电路的振荡行为,并学习了怎么来控制其开启时间和脉冲重复频率。

  本文是LTspice用户关于QSPICE的四部分系列文章的第4部分。以下是到目前为止该系列的快速回顾:

  第1部分:我们在LTspice中创建并模拟了一个双晶体管LED闪光灯电路。

  第2部分:我们经历了从LTspice电路创建QSPICE原理图的过程(有点费力)。

  第3部分:我们从LTspice导入了一个LED模型,然后使用QSPICE的波形查看器将其行为与第2部分中的LED实现进行比较。

  如果你还没有读过这些文章,你可能想在继续之前浏览一下。否则,让我们从中断的地方继续,结束对QSPICE闪光灯电路的研究。QSPICE的波形查看器将让我们了解电路工作的原因,以及如何调整脉冲宽度和振荡频率。

  正如我在系列回顾中提到的,“QSPICE闪光灯电路”实际上可以指两个不同的示意图中的任何一个。这是因为LTspice LED组件在QSPICE库中没有直接的等效物。这两个示意图代表了解决该问题的两种不同方法:

  用一个组件替换LED,在这种情况下,是一个与电压源串联的普通二极管,它模仿了LED的电流-电压行为。

  我们在上一篇文章中了解到,只有在LED节点上施加一点额外电压,导入的SPICE模型版本的电路才会振荡。这就是怎么回事我们添加了你在上图中看到的VFWD源——当与QTLP690C LED模型结合时,它会产生一个正向电压略高的LED。

  正如我们将在下一节中看到的,使用VFWD也揭示了闪光灯电路照明行为的一个重要方面。

  图2至图4绘制了三种不同VFWD值的LED电流。图2中有100 mV的正向电压,图3中有400 mV,图4中有800 mV。

  并排查看这些图,很明显脉冲频率随着正向电压的增加而增加。出于实际原因,这一点很重要——因为不同的LED具有不一样的正向电压特性,这在某种程度上预示着现实世界电路中的振荡频率取决于所选的特定LED部件。这也让我们对转向灯的功能有了一些基本的观察。

  节点VLED实际上相当复杂,直接连接到LED、三个电阻器和Q1的集电极。该节点处的电压强烈影响振荡频率。

  快速查看图1中的Q2B节点能够准确的看出,较高的VLED电压对应于较高的Q2基极电压。这表明VLED的值以直接改变电路振荡的方式影响Q2的操作。图5显示了LED电流(绿色轨迹)和Q2集电极电压(红色轨迹)之间的关系。

  上图显示了LED点亮时集电极电压的一下子就下降。这告诉我们,当LED导通时,较高的Q2基极电压也会导致Q2导通。当Q2导通时,其集电极电压较低。

  Q1的基极通过R2连接到Q2的集电极节点,因此其基极电压也降低。如图6所示,Q1基极电压的下降增加了流经Q1的电流。

  图6 Q1的基极电压随着Q2集电极电压的降低而下降,导致通过Q1的电流增加

  我们现在已完成了一个完整的循环——流经Q1的电流被输送到LED。我们大家可以将LED、Q1和Q2之间的相互作用总结如下:

  当LED导通时,VLED节点处的电压较高,并且该电压受到LED正向电压特性的影响。

  接下来,让我们一起看看怎么样去使用RC网络(R6和C1)来调整闪光灯电路的频率和脉冲宽度。我们将从检查图7开始,该图绘制了在同一时间段内通过LED的电流和输送到RC网络的电流。

  我们能够正常的看到,输送到RC网络的电流与通过LED的电流一致,因此也与Q2的电流一致。

  如图8所示,从Q2发射极流出的电流对电容器(C1)充电,来提升了RC网络(VRC)两端的电压。该电流是电路振荡行为的关键。

  Q2的基极到发射极电压随着VRC的增加而稳步下降。当VRC达到某个阈值时,Q2停止导通。这就是图8中红色轨迹行为的原因。其陡峭的上坡表示充电阶段,之后电容器通过R6缓慢放电。

  现在很明显,RC网络的充电/放电行为是电路振荡时序的基础。LED的开启时间对应于RC网络的充电维持的时间;从一个脉冲结束到下一个脉冲开始的延迟是RC网络的放电维持的时间。如图9所示。

  基于上面讲述的情况,我们该可以通过降低R6的值来增加频率,以便更快地发生放电。图10通过将R6从800kΩ降低到400kΩ来测试这一点。

  更高的电容意味着在充电阶段电压上升得更慢,因此我们该可以通过增加C1的值来加宽脉冲。为了验证这一点,图11中的图是用C1=10μF而不是原始的3.3μF生成的。R6的值与图10没有变化,并且使用了相同的水平轴限制,因此能直接比较脉冲宽度。

  正如你所看到的,新的脉冲明显更宽。通过对RC网络进行相对简单的更改,我们大家可以控制LED闪光灯的脉冲重复率和脉冲宽度。

  以上是我为LTspice用户撰写的QSPICE系列文章。我写这个系列的目的有两个:

  为绘制原理图、执行模拟和使用QSPICE分析结果提供适度详细和实用的介绍。

  本文是LTspice用户QSPICE系列文章的第4部分。第1至第3部分的链接可以在文章介绍中找到。本系列文章的完整列表也包括在下面: