1、.页眉.页脚自动化学院电子基础课程设计任务书系 班 学生： 课题名称： LED 驱动电路的设计与制作 课题要求：一、1、工作电源：交流 220 伏2、LED 功率为 3W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。第一周：设计原理图、PCB 图。 第二周：完成安装及调试。撰写报告 主要参考资料：1.王庆主编. Protel99SE 中频变压器包括收音机、电视机中频变压器以及检测仪器用中频变压器等;高频变压器的用场也很多，如收音机中的磁性天线，电视机中应用的天线阻抗匹配器等;脉冲变压器主要用于脉冲电路中，如电视机中的行输出变压器
2、就是种脉冲变压器。根据线圈之间穗合材料的不同，变压器又可分为空心变压器、磁心变压器及铁心变压器等。变压器的型号是根据变压器的用途来命名的，常见的变压器命名方法如下: 1.低频变压器的型号命名低频变压器的型号俞名由下列三部分组成:第一部分：主称，用字母表示。如表列出了低频变压器型号主称字母及其代表的意义。第二部分：功率，用数字表示。单位是 W。第三部分：序号，用数字表示，用来区别不同的产品。序号 功率主称 低频变压器型号主称字母及意义：主称字母 代表意义 主称字母 代表意义DB 电源变压器 HB 灯丝变压器CB 音频输出变压器 SB ZB 音频（定阻式）输送变压器.页眉.页脚RB 音频输入变压器
3、 SB EB 音频（定压式或自耦式）输送变压器GB 高压变压器电源变压器选用1、查看电源变压器的引线是否有脱焊、断线，铁心是否有松动等不牢固之处。2、对所使用的电源变压器的输出功率、输入、输出电压的大小，以及所接负载所需功率能否满足等耍了解清楚后再使用。3、对新购电源变压器要进行通电检查，看输出电压是否与标称电压值相符。在条件允许的情况下也可用摇表查测电源变压器的绝缘电阻是否良好。其值应大于 5OOM，对于要求较高的电路其值应大于 10OOM。4、对应用于一般家用电器的电源变压器，选 E 型铁心即可;对应用于高保真音频功率放大电路的电源变压器应选 C 型铁心较好;对大功率变压器选口字型铁心较容
4、易散热。对电子设备中使用的电源变压器，应选用加静电屏蔽层的，以保证迸人变压器初级的干扰信号直接入地。5、对接人电路的电源变压器要观察其温升等是否正常。当变压器工作时，不应有焦糊味，冒烟等现象，而且可用手摸一下铁心外部的温度，以不烫手为最好 (注意不要触碰输入引线脚，以避免触电)。3.2 电容电容的分类： 电容的种类有很多，可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上可以分为：CBB 电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。电容的选用常识：1、电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效
5、值的 1.42 倍。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反。.页眉.页脚2、不同电路应该选用不同种类的电容。揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容，隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容，滤波可以选用电解电容，旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。3、电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象，并且核对它的电容值。安装的时候，要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到，以便核实。3.3 二极管1、二极管的类型根据结构不同，常把二极管分为点接触和面接触型两种（见图 10）。点接触型二极管由于接触面点小，不能通过大电流，故只适合用于小电流整流，又因为接触点小，所以极间电容量也
6、很小，故适用于高频电路检波。面接触型二极管与点接触型二极管相反，由于接触面大，可以通过较大的电流，但极间电容量大，因此不能用于高频电路，而主要用做整流。2、二极管的选用选用检波二极管主要考虑工作频率高，反向电流小（极表明检波效率高）。常用的点接触型二极管有 2AP12AP9、2AP92AP10、2AP112AP17 等型号；对小功率整流二极管，主要考虑最大整流电流与最高工作电压应符合电路要求，一般采用面接触型2CP12CP6、2CP102CP20、2CP1A2CP1H 等型号。在业余条件下，损坏了一个 PN 结的高频晶体三极管可当作检波二极管使用，而损坏了一个 PN 结的低频三极管则可做小电流
7、整流二极管使用。3.4 三端稳压器 LM317 的选用LM317 作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317 系列稳压块的型号很多：例如 LM317HVH、W317L 等。电子爱好者经常用 317 稳压块制作输出电压可变的稳压电源。.页眉.页脚稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo1.25（1R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2 的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1 和 R2 的阻值是不能随意设定的。首先 317 稳压块的输出电压变化范围是 Vo1.25V37V（高输出电压的 317 稳压块如 LM317HVA、LM317HVK
8、 等，其输出电压变化范围是 Vo1.25V45V），所以 R2/R1 的比值范围只能是 028.6。其次是 317 稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为 1.5mA。由于 317 稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于 5mA。当 317 稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317 稳压块就不能正常工作。当 317 稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317 稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用 317稳压块制作稳压电源时（如图所示），没有注意 317 稳压块的最小稳定工
9、作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把 317 烧坏。3.5 发光二极管发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片，在 p 型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称为 p-n 结。在某些半导体材料的 PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 L
10、ED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从 LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。1 LED 光源的特点 1. 电压：LED 使用低压电源，供电电压在 6-24V 之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少 80% 3. 适用性：很小，每个单元 LED 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状.页眉.页脚的器件，并且适合于易变的环境 4. 稳定性：10 万小时，光衰为初始的 50% 5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED
11、 灯的响应时间为纳秒级 6. 对环境污染：无有害金属汞原器件清单：Part Type Designator Footprint0.1uF C4 RAD0.40.1F C2 RAD0.44.7K R2 VR410F 25V C3 RB.3/.6100F 25V C5 RB.3/.6240 R1 AXIAL0.42200 F35V C1 RB.3/.69014 Q1 TO-18IN4007 D2 DIODE0.7LED D1 DIODE0.4LM317T U1 SIP3.页眉.页脚4 电路测试与调试由于本电路是用于普朗克常量测试仪用的 LED 光源驱动电路，所以该电路的成功与否不仅与电路本身有关而
12、且与仪器测试数据的准确度与精度有关，在电路设计完毕后，接通电源，LED 能正常发光，调节 R2 使其功率达到 3W，将 LED 正确装入仪器开始测试普朗克常量并验证改造光源的可行性。4.1 测试原理：在光的照射下，从金属表面释放电子的现象称为光电效应。光电效应的基本规律可归纳为：光电流与光强成正比；入射光频率低于某一临界值 时，不论光的强度如何，都0v没有光电子产生，称 为截止频率；光电子的动能与光强无关，与入射光频率成正比。0v爱因斯坦突破了光的能量连续分布的观念，他认为光是以能量 的光量子的形式hvE一份一份向外辐射。光电效应中，具有能量的一个光子作用于金属中的一个自由电子，hv光子能量
13、或者被完全电子吸收，或者完全不吸收。电子吸收光子能量 后，一部分用于逸hv出功 ，剩余部分成为逸出电子的最大动能为e（611）emv2ax此式称为爱因斯坦方程。式中 为普朗克常h数，公认值为 6.62617610-34 。即存在一sJ截止频率，此时吸收的光子能量恰好用于电子逸出功，没有多余的动能。由上式可知，当 时，则 ，存在一截止频率 ，此时吸收的光子能量 恰好用于电0ehv02v0vhv子逸出功 ，没有多余能量。因而当 时没有光电流，只有入射光的频率 时eh 0才有光电流。由于不同金属的逸出功数值不同，所以有不同的截止频率。当 时，光电子具有较大动能，在阳极不加电压，甚至阳极电位低于阴极电
14、位时，也会有光电子到达阳极，产生为光电流。本实验采用减速电场法，如图 611 所示。单色光透过光电管的玻璃口照射到阴极K 上，从 K 发射出的光电子向阳极 A 运动，在阳极加上相对阴极为负的电压 U0，以阻止光电子向阳极运动。随着反射电压 U0的增加，到达阳极的电子数减少，光电流减少，当反向电压满足（612）2max0ve将没有光电子到达阳极，光电流为零。称 U0为截止电压。由（611）和（61A单 色 光REKGV16图.页眉.页脚2）两式得 ehvU0即（613）0将 代入（613）式有ehv0（614）evhevh000（614）式表明，对同一种光电阴极材料制成的光电管，其截止电压 U0
15、和入射光频率成线性关系。直线斜率 k=h/e。当 时，v 0vU0=0，没有光电子逸出。对于不同频率的光，可以得到与之对应的I-U 特性（光电伏安特性）曲线和截止电压 U0的值，可在方格坐标纸上作出 U0 图线，根v据已知的电子电量 e 值和图线斜率 k 即可确定普朗克常数 h 的值。4.2 测试步骤1测试前的准备（1）认真阅读光电效应实验仪的使用说明书。（2）安放好仪器，用遮光罩罩住暗盒的光窗。插上电源预热 2030 分钟然后调整测量放大器的零点和满度。2测量光电管的暗电流（1）连接好光电暗盒与测量放大器之间的屏蔽电缆、地线和阳极电源线。测量放大器的“倍率”旋钮置10-6 档。（2）顺时针缓
16、慢旋转“电压调节”旋钮，并适当地改变“电压量程”和“电压极性”开关。仔细记录在不同电压下的相应电流值（电流值=倍率电表读数微安） 。此时所读得的即为光电管的暗电流。3测量光电管的 I-U 特性（1）让光尖锐出射孔对准暗盒窗口，并使暗盒离开光 3050 厘米。测量放大器“倍率”旋钮置10-6 挡。撤去遮光罩，换上滤色片。 “电压调节”从-3 伏或-2 伏调起，缓慢增加，先观察不同滤色片下的电流变化情况，记下电流明显变化的电压值以使精确测量。O12IU0UC34阳 极 发 射 电 流暗 电 流 实 测 曲 线理 想 阴 极 发 射 电 流 2116图.页眉.页脚（2）在上述粗测的基础上进行精确测量
17、记录。从短波长起小心地逐次换入滤色片，仔细读出不同频率入射光照射下的光电流，并记录数据，注意在电流开始变化的地方多读几个值。（3）在方格纸（如 2520 厘米）上，仔细作出不同波长（频率）的 I-U 曲线。从曲线中认真找出电流开始变化的“抬头点” ，确定 IAK 的截止电压 U0。（4）把不同频率下的截止电压 U0 描绘在方格纸上。如果光电效应遵从爱因斯坦方程，则 U0 = )(vf曲线应该是一条直线。求出直线的斜率 k =U0/v，求出普朗克常数 h =ek，计算出所测值与公认值之间的误差。（5）改变光源与暗盒的距离 L 和光阑孔 ，重复上述步骤次。4.3 数据处理： 4.3 光电效应普朗克
18、常数测定的实验数据及处理表 1 520nm 关系AKUI)(VUAK-1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.410I-8.2 -8.1 -8.1 -8.0 -7.8 -7.1 -5.6)(AK-0.6 -0.58 -0.56 -0.54 -0.52 -0.510I-7.8 -7.7 -7.6 -7.5 -7.3 -7.0.页眉.页脚图 4.3 U-I 曲线表 2 550nm 关系AKUI)(VUAK-1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.410I-6.9 -6.9 -6.9 -6.8 -6.7 -6.4 -5.4)(AK-0.5 -0.48 -0.4
19、6 -0.44 -0.42 -0.410I-6.4 -6.3 -6.1 -5.8 -5.6 -5.2.页眉.页脚图 4.4 U-I 曲线表 3 580nm 关系AKUI)(VUAK-1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.310I-4.5 -4.4 -4.4 -4.3 -4.3 -4.2 -3.8 -2.7)(AK-0.4 -0.38 -0.36 -0.34 -0.32 -0.310I-3.8 -3.7 -3.5 -3.2 -2.9 -2.5.页眉.页脚图 4.5 U-I 曲线表 4 610nm 关系AKUI)(VUAK-1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6
20、 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.110I-2.1 -2.1 -2.1 -2.1 -2.0 -1.9 -1.8 -1.6 -0.3 2.6)(A-0.3 -0.28 -0.26 -0.24 -0.22 -0.210I-1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.7 -0.2图 4.6 U-I 曲线.页眉.页脚表 5 关系aU波长 )(nmi520 550 580 610频率 104Hzi5.77 5.45 5.17 4.92截止电压 )(VUOi-0.54 -0.42 -0.32 -0.22图 4.7 -U 曲线根据上表的数据和公式： U0/ v =h/e可得出普朗克常量 h=
21、6.010-34 4.4 误差分析：一、系统误差：1.仪表精度限制，包括电压表，微安表的精度2.螺旋测微器调零精度不够高二、读数误差.页眉.页脚5 结论与总结本次为普朗克常量测试仪设计的 LED 驱动电路在经过测试之后，得出的普朗克常量的测试值在允许的误差范围内，说明本次设计是成功的。经过三个星期的设计，让我学到了课本上无法学到的知识，理论与实际相结合将自己学到的知识运用到了实际问题中，锻炼了自己的动手能力，通过这三个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个
22、团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和团队人员
23、这十几天的一起工作的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！6.致谢致谢本课题在选题及进行过程中得到了王庆老师的悉心指导。论文行文过程中，王老师多次帮助我们分析思路，开拓视角，在我们遇到困难想放弃的时候给予我们最大的支持和鼓励。王老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我们终生受益。再多华丽的言语也显苍白。在此，谨向周老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 7.参考文献:参考文献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（数字部分第五版）.高等教育出版社, 1999.6
