非稳态多谐振荡器是一种电子电路,用于产生周期性的开关信号,通常用于定时、脉冲发生和其他信号处理任务。在这个特殊的实例中,非稳态多谐振荡器被用来解决一个常见的问题:如何使用一节1.5V电池点亮正向电压高于电池电压的LED。通常,直接连接LED到电池会导致LED无法正常工作,因为电池电压不足以提供足够的电流让LED亮起。
解决方案是利用一种称为步进升压DC/DC转换器的电路,但在这里,设计者采用了一个更为简洁的方法,构建了一个由晶体管Q1和Q2组成的非稳态振荡器。这个电路通过晶体管Q2的集电极产生的方波信号来控制PNP晶体管Q3的导通和截止。Q3的作用是控制电感L1的充放电过程,从而实现电压提升。
当Q3导通时,电感L1通过电池充电,而当Q3截止时,电感L1通过LED反向放电,将储存的能量传递给LED,使得LED能被点亮。振荡器的周期TO由两个时间常数决定:导通时间TL(约等于0.76R2C2)和截止时间TH(约等于0.76R1C1)。根据电路的元件值,可以计算出振荡频率和占空比。
在工作过程中,电感L1的峰值电流IL1PEAK与电池电压VBAT、Q3的饱和电压VCESATQ3和电感值L1有关。LED的平均电流ILEDAVG则取决于峰值电流、放电时间和总周期,这决定了LED的亮度。为了调整亮度,可以通过改变电感L1的值来改变峰值电流,从而优化LED的亮度,电感值通常可以在100至330微亨之间调整。
为了使LED闪烁,可以添加一个晶体管Q4,并用低频门控信号驱动其基极。这样的设计允许用户通过外部信号控制LED的闪烁频率,增强了电路的灵活性。
在实际应用中,要确保所有元件的选择都满足电路需求,特别是Q3,应选用具有高直流增益和低饱和电压的PNP晶体管以提高效率。同时,需要注意的是,电感L1的峰值电流不应超过其额定值,也不能超过Q3和LED的最大允许电流。
这个电路的另一个特点是其工作的电源电压范围,即使在非常低的电压下(0.6V)也能启动,尽管低于1V时LED可能亮度不足。一旦电源电压超过1V,LED就能发出足够的光,但具体亮度仍会受到LED正向电压的影响。
这个非稳态多谐振荡器电路提供了一种经济且有效的解决方案,能够在1.5V电池电压下驱动LED,通过调整电路参数还能实现亮度控制和闪烁效果。这样的设计对于低功耗、便携式或远程应用来说非常有价值,因为它无需复杂的升压转换器,简化了电路并降低了成本。