使用 QSPICE 了解和调整 LED 闪光灯电路

出处:维库电子市场网时间:2024-11-11
  ,“QSPICE 闪光灯电路”实际上可以指两个不同原理图中的任何一个。这是因为 LTspice LED 组件在 QSPICE 库中没有直接等效的组件。这两个示意图代表了解决该问题的两种不同方法:
  使用模仿 LED 电流-电压行为的组件(在本例中为与电源串联的普通二极管)替换 LED。
  手动将 LED 的 SPICE 模型导入 QSPICE。

  我们将使用电路的导入 SPICE 模型版本(图 1)。

  采用进口 SPICE 模型的 QSPICE LED 闪光灯电路原理图。
  图 1.我们将在本文中研究的 QSPICE LED 闪光灯电路。
  我们在上一篇文章中了解到,只有当我们在 LED 节点上给它一点额外的电压时,电路的导入 SPICE 模型版本才会振荡。这就是为什么我们添加了您在上图中看到的V FWD源,当与 QTLP690C LED 模型结合使用时,它会创建一个具有稍高正向电压的 LED。
  正如我们将在下一节中看到的,使用V FWD还揭示了闪光灯电路照明行为的一个重要方面。
  正向电压如何影响振荡频率

  图 2 至图 4 绘制了三个不同V FWD值下的 LED 电流。图 2 中的正向电压为 100 mV,图 3 中的正向电压为 400 mV,图 4 中的正向电压为 800 mV。


  添加了 100 mV 正向电压的 LED 闪光灯电路。

  图 2.添加 100 mV 正向电压的 LED 闪光灯电路。


  

  图 3.添加了 400 mV 正向电压的 LED 闪光灯电路。


  
  图 4.添加了 800 mV 正向电压的 LED 闪光灯电路。
  并排查看这些图可以清楚地看出,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 具有不同的正向电压特性,这意味着实际电路中的振荡频率取决于所选的特定 LED 部件。它还引导我们对方向灯的功能进行一些基本观察。
  了解振荡行为
  节点V LED实际上相当复杂,直接连接到LED、三个电阻和Q1 的集电极。该节点的电压强烈影响振荡频率。
  快速查看图 1 中的 Q2B 节点可以看出,较高的V LED电压对应于较高的Q2基极电压。这表明V LED的值会以直接改变电路振荡的方式影响 Q2 的运行。图 5 显示了 LED 电流(绿色迹线)和 Q2 集电极电压(红色迹线)之间的关系。
    图 5.当电流流过 LED 时 Q2 集电极的电压行为。
  上图显示了 LED 点亮时集电极电压的大幅下降。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集电极节点,因此其基极电压也降低。正如我们在图 6 中看到的,Q1 基极电压的下降增加了流过 Q1 的电流。

  Q1 的基极电压随着 Q2 集电极电压的下降而下降,导致流过 Q1 的电流增加。


  图 6. Q1 的基极电压随着 Q2 集电极电压的下降而下降,导致流经 Q1 的电流增加。
  现在我们回到了原点——流经 Q1 的电流被传送至 LED。我们可以将 LED、Q1 和 Q2 之间的相互作用总结如下:
  LED 照明电流从电源流经 Q1。
  当LED导通时,V LED节点处的电压较高,该电压受LED正向电压特性的影响。
  当V LED增加时,Q2 传导更多电流。
  增加 Q2 电流会降低 Q1 的基极电压。
  分析和调整振荡特性
  接下来,我们来看看如何使用RC 网络(R6 和 C1)来调整闪光灯电路的频率和脉冲宽度。我们首先查看图 7,该图绘制了同一时间段内通过 LED 的电流和传递到 RC 网络的电流。
   图 7.流经 LED 和晶体管 Q2 的电流遵循相同的模式。
  我们可以看到,传递到 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。
  正如我们在图 8 中观察到的,从 Q2 发射极流出的电流对电容器 (C1) 充电,从而提高了 RC 网络上的电压 ( V RC )。该电流是电路振荡行为的关键。

  通过 Q2 的电流为 RC 网络充电。


  图 8.通过 Q2 的电流为 RC 网络充电。
  Q2 的基极至发射极电压随着V RC 的增加而稳定下降。当V RC达到某个阈值时,Q2停止导通。这就是导致图 8 中红色迹线行为的原因。其陡峭的向上斜率代表充电阶段,此后电容器通过 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 的点亮时间对应于 RC 网络的充电持续时间;从一个脉冲结束到下一个脉冲开始的延迟是RC网络的放电持续时间。图 9 对此进行了说明。

  LED 闪光灯的完整周期显示 RC 网络的充电和放电。


  图 9. LED 闪光灯的完整周期显示了 RC 网络的充电和放电。
  调整频率
  综上所述,我们应该可以通过减小R6的值来提高频率,从而使放电更快。图 10 通过将 R6 从 800 kΩ 减小到 400 kΩ 对此进行了测试。

  R6 = 400 kΩ 时的脉冲频率。


  图 10. R6 = 400 kΩ 时的脉冲频率。
  正如预期的那样,降低电阻会导致更高的脉冲频率。
  调整脉冲宽度
  电容越大,充电阶段电压上升越慢,因此我们应该能够通过增加 C1 的值来加宽脉冲。为了测试这一点,图 11 中的图是使用 C1 = 10 μF 而不是原始的 3.3 μF 生成的。 R6 的值与图 10 相同,并且使用相同的横轴限值,以便可以直接比较脉冲宽度。

  C1 的脉冲宽度 = 10 μF,比之前增加了 6.7 μF。


  图 11. C1 的脉冲宽度 = 10F,比图 10 增加了 6.7 F。
  正如您所看到的,新的脉冲明显更宽。通过对 RC 网络进行相对简单的更改,我们可以控制 LED 闪光灯的脉冲重复率和脉冲宽度。
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