LED循环灯的制作

发表时间:2019/12/16   来源:《当代电力文化》2019年第16期   作者:夏晖
[导读] 五光十色的霓虹灯让人眼花缭乱,赏心悦目。

         摘要:五光十色的霓虹灯让人眼花缭乱,赏心悦目。本文主要阐述了3组LED循环灯的工作原理,制作步骤,安装与调试,以及安装过程中的注意事项等。

         关键词:LED  循环灯  工作原理  安装
         高职教育是培养技能型人才的重要途径。高职教育的目标是培养应用型人才。高职教育越来越强调实践教学,把教学的重点放在培养学生的动手能力上来,倡导以实际工作任务为导向“做中学,学中做”的教学理念。因此,在《电工电子技术》这门课的教学中,在学习电子元器件的基本操作技术这部分内容时,我们重点安排了LED循环灯的制作。
1  LED概述 
1.1 LED的发光原理 
         发光二极管简称LED,是一种固态的半导体器件,常用砷化镓,磷化镓等制成,它可以直接把电转化为光。它的基本结构是一块电致发光的半导体晶片,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以,LED的抗震性能好,半导晶体片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一部分是N型半导体,在它里面电子占主导地位。这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个PN结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成PN结构的材料决定的,它是直接把电能转换成光能的器件,没有热交换过程。
         LED可做成数字,字符显示器件。单个PN结可以封装成发光二极管,多个PN结可以按分段式封装成半导体数码管,选择不同字段发光,可显示出不同的字形。
1.2 LED的特点 
         (1)体积小,重量轻,抗冲击
         LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻,抗冲击能力也很强。
         (2)耗电量低
         LED耗电非常低,工作电压为1.5 —3v,工作电流为几毫安到十几毫安。这就是说它消耗的电不超过0.1w.10mA下即可在室内得到适当的亮度。
         (3)可通过调节电流(或电压)来对发光亮度进行调节。
         (4)使用寿命长
         在恰当的电流和电压下。LED的使用寿命可达10万小时。
         (5)高亮度,低热量
         (6)容易与集成电路配合使用
         (7)环保
         LED是由无毒的材料做成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。
         (8)坚固耐用
         LED是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分,这些特点使得LED不易损坏。
2  3组LED循环灯的工作原理
         本电路是由3只三极管组成的循环驱动电路。每当电源接通时3只三极管争先导通,但由于元器件存在差异。只会有一只三极管最先导通。假设VT1最先导通,则VT1集电极电压下降,使得电容C2的左端电压下降,接近0V。由于电容两端的电压不能突变,因此,此时VT2的基极也被拉到近似OV,VT2截上,VT2的集电极为高电压,故接在它上面的发光二极管LED5—LED8被点亮。此时VT2的高电压通过电容C3使VT3基极电压升高,VT3也将迅速导通,因此在这段时间里,VT1,VT3的集电极均为低电压,所以只有LED5—LED8被点亮,LED1—LED4,LED9—LED12熄灭。但随着电源通过电阻R3对C2的充电,VT2的基极电压逐渐升高,当超过0.7V时,VT2由截止状态变为导通状态,集电极电压下降,LED5—LED8熄灭。与此同时,VT2的集电极下降的电压通过电容C3使VT3的基极电压也降低,VT3由导通变为截止,VT3的集电极电压升高,LED9---LED12被点亮。接下来,电路按照上面叙述的过程循环,3组12只发光二极管便会被轮流点亮,这些LED被均匀的排列呈一个圆形,不断的循环发光,达到流动的效果。改变电容C1、C2、C3的容量可以改变循环速度,容量越小,循环速度越快。电源使用2节5号干电池即可。
电路图:











3  3组LED循环灯的制作与安装步骤
         3组LED循环灯的安装归纳起来可以分为以下几步:
         第一步:清点材料;第二步:发光二极管、三极管、电容、电阻的认识;第三部:焊接前的准备工作;第四步:元器件的焊接与安装。
3.1 清点材料
         打开3组LED循环灯电路袋,按说明书上的元件清单一一对应清点,并记清每个元件的名称与外形,看是否差元器件。
         零件1  电阻共6个(色环电阻)
                470Ω  黄 紫 棕      3个
                10 kΩ  棕 黑 橙      2个
                9.1 kΩ  白 棕 红      1个
         零件2  9013   三极管        3个
         零件3  电容  3个  47uF   电解电容
         零件4  发光二极管(LED灯) 12只
         零件5  印刷电路板            1块
         零件6  导线                  2根
3.2 发光二极管 三极管 电容 电阻的认识
3.2.1 区分发光二极管的极性
          发光二极管的极性判别可以以管脚和管子内部结构来判别,如果管脚不是被剪过的,目前普遍认为发光二极管的长管脚是正极,短管脚是负极。从管芯内部看,管芯是由大小瓣两部分组成,大瓣上有圆锥坑以便聚光提高亮度,中间通过一细金属线将两瓣连在一起,与管芯小瓣部分相连接的是长脚正极,与管芯大瓣部分相接是短脚负极。如果是高亮度白发红光¢5二极管,它的管脚以及管芯内部结构都与上述相反,即短脚是正极,长脚是负极。
3.2.2 区分三极管的管脚
         选用万用表的欧姆档的R×100(或R×1k)挡,判断出三极管的基极、集电极、发射极。
3.2.3 区分电容的极性 
         (1)根据管脚长为正极,管脚短为负极来判断
         (2)根据正接时漏电流小(阻值大),反接时漏电流大来判断,用万用表来测定。
3.3 焊接前的准备工作
元件读数测量     去氧化层    元件弯制    元件插放    元件焊接
         注意:
(1)清除元件表面的氧化层时,左手捏住电阻或其他元件的本体,右手用锯条轻刮元件脚的表面,左手慢慢地转动,直到氧化层全部去除。
(2)弯制元件脚时,用镊子夹住元件根部,大约1—2mm的地方,将元件脚弯制成形。
(3)电阻元件的插放有卧式插放和立式插放。
(4)电烙铁必须插在烙铁架中。
3.4 元器件的焊接与安装
         手工焊接一般分四个步骤进行:准备焊接;加热焊接;清理焊接面;检查焊点。
         手工焊接对焊点的要求:电连接性能良好;有一定的机械强度;光滑圆润。
4   3组LED循环灯制作的注意事项
4.1 焊接前元器件的检查
焊接前将所有元器件插入线路板中,对照电路图逐一进行检查,检查极性是否安错,顺
序、位置是否安错,待老师检查通过后,方可进行焊接,千万别安一个焊一个,这样容易出错。
4.2 合理布置元器件 
         电路中元器件布置原则是应充分考虑每个单元电路彼此之间的联系,电输入输出端的顺序来设置,元器件占之地方大小应心中有数,并兼顾上下左右,以防前紧后松或前松后紧。先考虑三极管所在位置,之后将其外围元器件尽量安排在周围。元器件间应留有一定距离,防止相互磁靠,造成干扰,短路或影响散热。
4.3 注意LED灯缺口位置
         LED灯缺口位置要对准电路板的缺口位置,不要装反了,电路板中J1、J2两根连接导线可用剪下的电阻管脚代替,这样既美观,又好焊。
4.4 注意焊点的形状
         由于电路板比较小,元器件又比较多,因此,在焊接时要注意焊点不要过大,以免焊点互相连接,造成不必要的短路。焊接时应先焊电阻元件,最后焊接三极管。
5  3组LED循环灯的调试
5.1 通电前的直观检查
         调试前,先将焊好的电路板对照印刷电路图,认真核对一遍,看是否有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象。
5.2 通电后的调试
         通电后人体不允许接触电路板的任何一部分,防止触电,注意安全。把连接好的3组LED循环灯电路接上电源,如果看见3组12只LED灯分别轮流被点亮,不断的循环发光,达到流动的效果,说明试验成功,如果只有一组亮,或者全部同时亮,或者全部都不亮,说明存在故障,必须查找故障的原因。
6  结束语
    综上所述,LED是一种能够将电能转化为光能的半导体,它不同于白炽灯钨丝发光以及节能灯三基色粉发光的原理,而是采用电场发光。3组LED循环灯的制作是电子技术初学者学习的最佳入门制作,制作容易,趣味横生,提高初学者的动手能力。通过3组LED循环灯的制作,既培养了同学们学习《电工电子技术》这门课的兴趣,又提高了他们实际操作技能。使同学们学会识别各种元器件,掌握焊接技术以及简单元器件装配技术。在实践操作过程中,对电工电子技术的理论得到进一步的理解和升华,增强他们的动手能力,将枯燥的理论学习变为有趣的实践操作。零件安装完成之后还可以增加他们的成就感,教学效果非常好。
参考文献:
[1] 叶挺秀 . 电工电子学. 北京:高等教育出版社 ,2000.7
[2] 陈小虎. 电工实习(1). 北京:中国电力出版社,1999.7.
[3] 庄效恒等.  电子技术 .北京:北京理工大学出版社, 2011.1
[4] 赵承荻. 维修电工技能训练.  北京:劳动人事出版社, 2001.7
作者简介:
夏晖(1971 — )男,涪陵人,重庆工贸职业技术学院副教授。主要从事电工电子、工程材料等方面的教学和研究。

        
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