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【回囘囬】单闪灯的分析

已有 2026 次阅读 2018-11-29 23:56 |个人分类:电子电工技术|系统分类:科研笔记| 单闪灯, 波形

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把电压数据从波形图中读出来,用导线宽度表示电流,就能画出下面两个图:

dsd005.png

放电过程

放电过程中,电容负极板的电位从0.2V上升至0.4V,这段时间里,电子会通过电阻R到达电源正极。电容正极板的电位从波形上看似乎是保持1.5V不变,但应该还是会有电子通过LED过来,只是数量很少,不足以让电位降下来。

充电过程

突变应该是从NPN的发射结开始的,发射结窄到一定程度以后,H的电位会从0.4V突变为0.8V。电位的突变并不意味着电荷数量的突变,与周围的环境有关。可以这么理解:0.4V时发射结未消失,如同一堵墙一样把电子拦在了电源负极,电容负极板能从周围的环境中吸收的电子较少,所以电位较低;0.8V时发射结已消失,电源负极和电容负极板之间只剩下一些不太大的电阻了,电容负极板能从周围的环境中吸收的电子较多,所以电位较高。

这一瞬间,NPN获得了基极电流,由截止状态转换成放大状态,NPN的集电极电流为基极电流的β倍,而这一电流恰好是PNP的基极电流,于是PNP的发射极也被打开,由截止状态转换成放大状态,PNP的集电极电流会将电流再放大β倍,形成一个很短暂的二级放大电流。这个电流的一小部分会给电容正极板充电,绝大部分从LED走了,并让LED发光,根据A的波形可知电流为200mA,根据M的波形以及管脚电位大小可以判断这个时候PNP管很可能已经进入饱和状态了。

再次突变应该也是从NPN的发射结开始的,H接收到电子后电位会从0.8V下降至0.65VNPN的发射结会变宽,宽到一定程度以后电位会阻止电子从电源负极进入电容负极板,于是NPN基极电流消失,导致NPN的集电极电流即PNP的基极电流消失,再导致PNP的集电极电流也消失,最终导致LED灭灯。这一时刻,应该就是电容从充电状态转换为放电状态的时刻,所有电位同时发生突变。


其他问题:

1.充电时间约0.8ms,时间长度与C有关,理论上增加C可以延长充电时间,但放电时间也延长了,无法改变充电时间远小于放电时间这一特点。

2.放电时间约4ms,时间长度与RC有关,理论上减小R可以减小放电时间,但R如果太小,NPN会一直导通,电路将维持二级电流放大的状态,让LED一直亮着,如下图(内阻分压0.4V):

dsd007.png



真实实验波形图:

用两节1.5V干电池,1MΩ的电阻,5μF电容,红光LED90139012连的电路,充电时间约20ms,放电时间约1.3秒,相差约65倍。拍照时需要一定的运气。亮灯时,UA会下降,其余波形和仿真的结果相近。

dsd008.png

用两节1.5V干电池、147K电阻,4.7μF电容、红光LEDS9013HS9012H连的电路,这次用了数字示波器,充电时间约6.5ms,放电时间约150ms,相差约23倍。同样亮灯时UA会下降,亮灯时UF很接近UA。但UMUA小一些。

dsd009.png

数字示波器可以计算出电容的波形,波形可以用指数函数来模拟。似乎还在亮灯时就开始放电了,所以我也不清楚我的解释是否正确。

dsd010.png


参考文献:

分析一个简单好玩儿的闪烁灯电路 2017.8.6 张先森的馆藏 http://www.360doc.cH/mip/677081176.htmF3



http://blog.sciencenet.cn/blog-729147-1149049.html

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