自制一款有趣的變色燈

本制作通過分別控制紅、綠、藍(lán)3種顏色發(fā)光二極管的亮度，使燈珠發(fā)出各種顏色的光線，在夜晚猶如一顆不斷變色的夜明珠。電路如下圖所示。電路由脈沖發(fā)生器、三角波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)電路和變色燈電路組成。

脈沖發(fā)生器電路由CD40106組成。40106是一個(gè)帶有施密特觸發(fā)器的6反相器，每個(gè)反相器可以組成一個(gè)脈沖振蕩器;本電路用3個(gè)反相器組成3個(gè)頻率各異的振蕩器，同時(shí)每個(gè)振蕩器由一個(gè)反相器輸出脈沖信號(hào)到三角波發(fā)生器。

三角波發(fā)生器的作用是把矩形波脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣?，用來控制發(fā)光二極管的亮度產(chǎn)生漸變。一般可用電阻電容組成積分電路把方波變成近似的三角波。

驅(qū)動(dòng)電路的作用是把三角波產(chǎn)生的漸變電壓轉(zhuǎn)變成漸變電流，控制發(fā)光二極管的亮度。

變色燈電路利用光的合成原理組成。例如紅色燈光和綠色燈光混合，就變成了黃色燈光;同時(shí)根據(jù)這兩種光的比例不同，還可產(chǎn)生出橙色、橙黃色的燈光。同理，紅色光與藍(lán)色光可以組成紫色光。如果是紅、綠、藍(lán)三種燈光同時(shí)發(fā)光，則可組成包括白色光在內(nèi)的各種顏色的光。當(dāng)這三種燈光的比例發(fā)生變化，產(chǎn)生燈光的色彩也會(huì)變化;從而得到成千上萬種顏色的光。本作品中，使用一種紅、綠雙色發(fā)光二極管發(fā)出紅、綠光，使用一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管發(fā)出藍(lán)光。將它們發(fā)出的光線混合在一起，就得到了變色“夜明珠”。

1.脈沖電路的制作

CD40106施密特觸發(fā)器反相器的管腳接線與CD4069相同;每個(gè)反相器配合一個(gè)反饋電阻，一個(gè)充電電容就可以組成脈沖振蕩器，它的頻率計(jì)算比較復(fù)雜。在本電路中，由于電阻的取值比較大，超過了理論上的脈沖頻率計(jì)算公式的計(jì)算范圍，故不宜使用計(jì)算公式計(jì)算脈沖頻率。

可以用經(jīng)驗(yàn)公式來估算。脈沖振蕩的頻率與電阻和電容的乘積有關(guān)，這個(gè)時(shí)間常數(shù)越大，振蕩周期越長、頻率越低。本電路給出的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的周期大約在2秒鐘左右。

所需注意的是3路振蕩器的頻率應(yīng)有所差別，而且不宜采用倍頻的關(guān)系。例如一組振蕩器的周期是2秒，其他的振蕩器頻率不要取4秒、6秒。3路振蕩器的頻率有差別，可以產(chǎn)生出色彩變化多端的燈光。

2.三角波發(fā)生器電路

采用RC積分電路把方波變成近似的三角波，為了達(dá)到這一目的，要適當(dāng)?shù)剡x擇積分電路的時(shí)間常數(shù);也就是這個(gè)積分常數(shù)要與前面的振蕩頻率相適應(yīng)。因?yàn)殡娐凡捎昧似胀ǖ碾娊怆娙?，它的誤差較大。本作品積分電路的時(shí)間常數(shù)，也就是電阻與電容的乘積，時(shí)間大約為2秒鐘到3秒鐘。經(jīng)過積分變換后，輸出到變色燈驅(qū)動(dòng)電路三極管基極的電壓波形圖由下圖所示。從下圖可以看出，隨著時(shí)間的變化，紅、綠、藍(lán)三種燈光的驅(qū)動(dòng)電壓之間的比例也隨之產(chǎn)生變化，滿足驅(qū)動(dòng)燈珠發(fā)出各種顏色光的要求。

3.變色燈驅(qū)動(dòng)電路

變色燈電路必須產(chǎn)生三種亮度可變的單色燈光，再將三種光線混合成一種彩色光。

發(fā)光二極管的特點(diǎn)是非線性。通過它的電流可以在1mA到20mA的范圍內(nèi)發(fā)生變化，但是加在它上面的電壓卻基本保持不變。也就是說它的交流阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它的直流阻抗。怎樣讓一個(gè)按照三角波變化的電壓控制一個(gè)發(fā)光二極管的亮度呢?這里采用了三極管共集電極放大電路解決這一問題。三極管共集電極放大器的原理是可以把電流放大，而且它的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。從另一個(gè)角度說，共集電極放大電路的電壓放大倍數(shù)是1.也就是輸出電壓等于輸入電壓;所以這種電路也叫“電壓跟隨器”。在共集電極輸出電路中，把每個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)一個(gè)降壓電阻，接到共集電極放大電路的輸出端一一三極管的發(fā)射極：這樣就可以通過調(diào)整三極管的輸入電壓，改變發(fā)光二極管的導(dǎo)通電流，進(jìn)而調(diào)整燈光亮度。

4.怎樣得到混合燈光

需要手工制作這種可以發(fā)出各種色彩的“全色”燈。用一只紅色和綠色的雙色發(fā)光二極管;這種器件內(nèi)部有兩種顏色的發(fā)光二極管，燈體為乳白色的，可以將光線混合起來，使燈珠發(fā)出紅色、綠色或橙黃色的光線。雙色管有3個(gè)電極;紅色、綠色發(fā)光二極管共用一個(gè)陰極;一般陰極在中間，兩邊的是陽極。取一個(gè)直徑10毫米的紅綠雙色二極管，然后它的底部電極旁邊打一個(gè)直徑3毫米的洞，深度要保證能夠?qū)⒁粋€(gè)3毫米的藍(lán)色發(fā)光二極管嵌入即可;如右圖所示。組裝好后將藍(lán)色管的負(fù)極與雙色管的負(fù)極焊接起來，就制作成了一個(gè)三色發(fā)光二極管。