跳到主要内容

LED 灯调光电路

在本项目中，我将向您展示如何利用非常简单的元件设计一款 LED 灯调光电路。在该电路中，LED 起初缓慢点亮、亮度逐渐增大；达到最大亮度后，又逐渐变暗，如此循环往复。整个电路的核心是一片名为 LM358 的运算放大器 IC。

alt text

1. 大纲​

  • 引言
  • LED 灯调光电路图
  • 电路元件
  • 元件说明
  • LED 灯调光电路工作原理

2. 引言​

LED 相较传统灯泡的一大优势在于其易于控制，即我们可以轻松改变其发光强度。您可能已使用过调光器，但本 LED 灯调光电路 极其简洁，可使一组 LED 的亮度连续变化。

若对功率耗散稍作修改，您甚至可将本电路用于高功率 LED，实现实际照明应用。

3. LED 灯调光电路图​

alt text
LED 灯调光电路图 – ElectronicsHub.Org

4. 电路元件​

  • IC LM358 (IC1) – 1 片
  • 晶体管 BC547 (T1) – 1 只
  • 电阻 (R1, R2) 4.7 kΩ – 2 只
  • 电阻 (R3) 22 kΩ – 1 只
  • 电阻 (R4) 10 kΩ – 1 只
  • 电阻 (R5) 4.7 MΩ – 1 只
  • 电阻 (R6) 100 Ω – 1 只
  • 电容 (C1) 0.47 µF – 1 只
  • LED – 3 只
  • 9 V 电池
  • 面包板
  • 连接线

5. 元件说明​

5.1 LM358​

该 IC 内含两个独立、高增益、频率补偿的运算放大器，可在单电源 3 V – 32 V 范围内工作；亦可在双电源 ±1.5 V – ±16 V 下工作，只要两电源之差为 3 V – 32 V（LM2904 为 3 V – 26 V），且 VCCV_{\text{CC}} 至少比输入共模电压高 1.5 V。其低静态电流与电源电压大小无关。

5.2 晶体管​

三端电子器件，用于放大微弱输入信号。由两个背靠背连接的 PN 结构成。晶体管类型众多，如双极型晶体管（BJT）、场效应管（FET）、光电晶体管等，因体积小、重量轻而广泛应用于电气设备。

5.3 LED​

LED 即发光二极管，由半导体材料制成。当施加电源时，电子与空穴复合并以光的形式释放能量。LED 颜色丰富，包括红、橙、琥珀、黄、绿、蓝、白等，现已覆盖可见光、紫外与红外波段，且亮度高。

alt text

6. LED 灯调光电路工作原理​

LM358 封装内含两个独立的高增益运算放大器。其最显著特性为：在宽电源范围内无需为每个比较器提供独立电源。LM358 可用作传感器放大器或直流增益模块等。

其直流电压增益极高，达
AV=100 dB(105 倍)A_{\text{V}} = 100\ \text{dB} \quad (10^5\ \text{倍})

电源范围：

  • 单电源：VCC=3 V∼32 VV_{\text{CC}} = 3\ \text{V}\sim32\ \text{V}
  • 双电源：VCC=±1.5 V∼±16 VV_{\text{CC}} = \pm1.5\ \text{V}\sim\pm16\ \text{V}

LM358 引脚配置如下：

alt text

为获得三角波，本电路采用一只运算放大器。正是该三角波使 LED 缓慢增亮至极值后再缓慢变暗，循环往复。

每片独立运放均有两个输入端与一个输出端（见上图）。

  • 引脚 2（反相端）
  • 引脚 3（同相端）

引脚 3 用于正反馈，引脚 2 用于负反馈。若运放无反馈，则理想增益趋于无穷，适合电平检测。

alt text

当引脚 2（反相端）电压高于引脚 3（同相端）时，输出趋向正最大；反之，若反相端电压略低于同相端，则输出趋向负最大。该特性使其成为理想的电平检测器。

待检测电压加于同相端（引脚 3），基准电压加于反相端（引脚 2）。当引脚 3 输入电压略高于引脚 2 基准时，输出迅速升至正最大并保持，直至引脚 3 电压低于基准。

本电路利用上述原理。定时元件由电阻 R5 与电容 C1 组成。电容充放电使引脚 3 状态在高、低之间切换；引脚 2 作为基准端获得所需输出。

为驱动 LED，晶体管 T1 作信号放大器；电阻 R6 作为限流电阻，防止 LED 因过流损坏。