1991年-2010年全国初中应用物理知识竞赛试题汇总_百度文库
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1991年-2010年全国初中应用物理知识竞赛试题汇总
1年​初​中​应​用​物​理​知​识​试​题​汇​总
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你可能喜欢摘要：传统手电筒使用普通干电池作为能源,长期放置会出现漏液F象,从而导致产品损坏,且干电池使用完后处置不当会造成环境污染.环保健身手电筒不使用干电池,戎酶咝Щ捣⒌缱爸, 节约能源,且不污染环境,可随时使用.体现了当今社会倡导的绿色环保概念和以人为本的设计理 念. 此手电筒的最大优点就是不用电，采用手压发电原理工作，经整流后，作为 LED 发光照明时 的电源，手压 1 分钟可以
照明 1 小时，5-8 分钟可以持续照明 5 个小时。射出的光线接近自然光， 亮度高，射程可以达到 10-20 米。只要用手轻轻压一压，就会立即产生电压电流．使灯泡投射出 纯白光亮，老人、小孩都能使用。关键词： LED 手电筒 齿轮 锂电池 发电机 整流电路 LED 控制驱动电路第 1 页 共 47 页General dry battery is used as power supply for traditional flash-light . Leakage will happen over a long period of time and damage the product. Besides, improper disposal of dry battery will cause pollution to environment. Environmental-friendly flashlight is provided with a built-in high-efficient generator in substitution of dry battery, to save energy without producing any pollution to environment . It is easily operated at any time, reflecting the green and environmental-oriented design principles. This flashlight biggest merit does not use electricity, uses the hand to press the electricity generation principle work, after the rectification, took when LED illumination illumination the power source, the hand presses 1 minute to be possible to illuminate for 1 hour, 5-8 minute may illuminate continually for 5 hours.Projects the light close natural light, brightness is high, the firing distance may amount to 10-20 meter.So long as presses gently with the hand, can produce the voltage electric current immediately. Enable the light bulb to project pure white luminous, the old person, the children all can use.Key word: LED flashlight tube wheel lithium battery generator commutationelectric circuit LED control actuation electric circuit第 2 页 共 47 页前 言本文研究课题的主要内容是针对现在使用最广泛的手电筒，它是通过各类电池来发光，而电池 主要有一次性电池、二次电池和汽车电池。一次性电池包括纽扣电池、普通锌锰干电池和碱电池，一 次性电池多含汞。二次电池主要指充电电池，其中含有重金属镉。汽车废电池中含有酸和重金属铅。 废弃在自然界电池中的汞进入土壤或水源，再通过农作物进入人体，损伤人的肾脏。在微生物的作用 下，无机汞可以转化成甲基汞，聚集在鱼类的身体里，人食用了这种鱼后，甲基汞会进入人的大脑细 胞，使人的神经系统受到严重破坏，重者会发疯致死。著名的日本水俣病就是甲基汞所致。 电池中的镉渗出污染土地和水体，最终进入人体使人的肝和肾受损，也会引起骨质松软，重者造成骨 骼变形。汽车废电池中含有的酸和重金属铅泄漏到自然界可引起土壤和水源污染，最终对人体造成危 害。 我们常用的手电筒大多需要一次性电池来供电，电池是很浪费的，电量用完了电筒就不工作，就需要 购买新的电池，但是在遇到夜晚工作或出行的时候就麻烦了。并且我们常用的手电筒体积比较大，根 本就不便于随身携带，常放于家中，需要用的时候就要回家去拿，又浪费时间又不方便。所以基于这 样的情况，我们研究并开发了一种新的产品――环保健身无电手电筒。 本课题的主要工作是环保健身无电手电筒的结构设计和完成产品的各项技术指标，争取在电压幅 值或其他方面超过现有的水平。围绕产品的设计，在整个设计过程中应用计算机辅助技术，计算 机辅助设计包括的内容很多，如：计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。 在产品造型设计中，综合运用了计算机辅助设计。包括带有创造性的设计（方案的构思、工作原 理的拟定等）和非创造性的工作，如绘图、设计计算等。创造性的设计需要发挥人的创造性思维 能力，创造出以前不存在的设计方案，这项工作由课题组共同研究讨论来完成。非创造性的工作 是一些繁琐重复性的计算分析和信息检索，借助计算机来完成。第 3 页 共 47 页目 录题目 环保健身无电手电筒 一、环保健身无电手电筒的简介 （一）LED 手电筒的分类 ???????????????????????1 1. LED 手电筒的类型 ???????????????????????1 2.手动充电 LED 手电筒 ??????????????????????1 3. 采用三只电池的多灯头型????????????????????1 4. 单灯头大功率 LED 手电筒????????????????????2 5. 塑料壳可充电 LED 手电筒????????????????????2 （二）LED 手电筒的工作原理????????????????????? 2 二、环保健身 LED 手电筒的基本结构 （一）齿轮齿条??????????????????????????? 2 1.齿轮的构造???????????????????????????2 2.齿轮的基本参数?????????????????????????4 3.齿条的特点???????????????????????????7 （二）外壳????????????????????????????? 8 1.外壳材料分析??????????????????????????8 2.外壳的加工及加工工艺注意事项??????????????????9 3.外壳形状的设计?????????????????????????10 （三）弹 簧??????????????????????????????????10 1.弹簧刚度与弹簧特性的关系????????????????????12 2.圆柱螺旋扭转弹簧有关参数标准??????????????????13 （四）LED 发光管???????????????????????????17 1. LED 在照明领域的前第 4 页 共 47 页景??????????????????????????17 2.LED 的结构及发光原 理.....................................................21 3.LED 的特点???????????????????????????21 4.单色光 LED 的种类及其发展历史??????????????????22 5.单色光 LED 的应用??????????????????????23 6.白光 LED 的开发??????????????????????? 7.大功率 LED 灯驱动电源的技术方案和功能模块?????????? （五）锂电池的介绍???????????????????????? 23 25311.锂电池的概念????????????????????????? 31 2.锂电池的特点????????????????????????? 32 3.锂电池的结构????????????????????????? 32 4.锂电池的充放电要求?????????????????????? 32 三、内部电路 （一）整个内部电路的分析????????????????????? 35 （二）充电电路的分析??????????????????????? 36 （三）整流电路的分析 ???????????????????????37 （四）LED 驱动控制???????????????????????? 39 1.驱动 LED 的并联电路 ??????????????????????39 参考文献 致谢 ?????????????????????????????42???????????????????????????????43第 5 页 共 47 页一、环保健身无电电筒的简介 环保健身手电筒既是 LED 手压式手电筒，采用 LED 发光二极管、锂电池、齿轮等零件 组成的。 1.LED 手电筒的类型目前市场上各类照明用手电筒，主要有塑料手电筒、LED 手电筒、铁手电筒、铝合金 手电筒、不锈钢手电筒、手摇手电筒、环保手电筒、电蚊拍手电筒等许多种类。这里 我们重点了解下 LED 手电筒的分类。 目前常见的 LED 手电筒有小巧的钥匙扣型、多灯头型、单灯头大功率型等。从电源 的类型来看，有采用一只 AA 电池或一只 AAA 电池，有的采用三只 AAA 电池，也 有的采用三个纽扣电池的，还有采用手动发电的等等。 1.小巧型 LED 手电筒 小巧型 LED 手电筒是指采用一个 AA 电池或 AAA 电池的多灯头小手电筒， 或是采用 三个纽扣电池的袖珍手电筒或者钥匙扣手电筒。这类小巧型 LED 手电筒的聚光效果 也较差，耗电还较大，但在城市中用于临时应急照明或夜间看物等并非长时间使用的 情况下，还是有一定的实用价值。这种电筒由于使用时间不多，常常是存放起来临时 使用，因此最好采用密封较好的碱性电池（一般可以存放两三年不致失效） ，不要用 普通碳性电池，以免长时间不用会流出电解液而损坏手电筒。2.手动充电 LED 手电筒 手动充电 LED 手电筒有两种类型。一类是这种手电筒中有一个活动的圆柱形磁体， 在手摇动时能在一个线圈中滑动，线圈产生电流并经整流后对蓄电池充电，点亮一个 LED 发光。另一烊是用手压带动发电机转动的手电筒，这种手电筒的价格更低，但是 这类手动发电的 LED 手电筒大多可靠性不好。第 6 页 共 47 页3.采用三只电池的多灯头型 灯头（即 LED）数从十几个至二三十个，多的达到四十多个灯头。电筒的外壳大多是 采用铝合金制造，电筒的开关有的设置在尾部，有的设置在侧前部位，侧前部开关用 起来较方便些。由于高亮度 LED 的燃点电压约在 3V 左右，所以这种用三个 AAA 电 池的 LED 手电筒不需要进行升压就能直接点亮，因此电源的效率较高，仅有很小的 能量消耗在限流电阻上。需注意的是，并不是 LED 数量越多就越好。还要注意的是， 要看看灯头后面是否有质量较好的反光膜，它能把 LED 散射的光线反射出来，可以 提高手电筒亮度的 20%～30%这种多灯头手电筒的主要缺点是聚光效果不太好，明显 不如普通手电筒的聚光效果好，因此照射到远距离物体上时就显得不够亮。4.单灯头大功率 LED 手电筒 单灯头大功率 LED 手电筒，是指采用一只功率为 1W～5W 的单个 LED 发光的手电 筒。这种单灯头手电筒所用的大功率 LED，有采用国产的也有采用进口的。一般来说 进口的大功率 LED 发光效果较高，但价格要高得多。这种单灯头大功率 LED 手电筒 的最大优点是聚效果较好，不过还是要看电筒的聚光罩的制作是否精良。制造较正规 的单灯头大功率 LED 手电筒，其聚光效果接近普通手电筒，而且亮度还要高一些。５.塑料壳可充电 LED 手电筒 采用塑料外壳的可充电手电筒， 往往是较廉价的采用铅酸蓄电池的多头 LED 手电筒。 这种手电筒的灯头从五个至二十多个不等，并且还自带电容降压的充电器，充电也还 方便。这类塑料外壳可充电 LED 手电筒，售价一般都不高。这类手电筒的聚光效果 也不太好，但总体亮度不错，其主要缺点所用铅酸电池需要经常充电才能使蓄电池不 致提前失效；即使维护较好，这类铅酸电池也只能用一年多就会失效。这种手电筒是 将铅酸电池与手电筒做成一体的结构，失效后一般还不易更换。 （二）工作原理：当把手压下去时通过手 柄上的齿条带动齿轮这转动，齿轮再通过 轮轴上的齿轮带动，发电机构的盖子转动，盖子中置有磁铁，磁铁随着盖子的转动向一 个方向转动， 。在闭合回路中形成磁场中切割磁感线的现象，这样就产生电流。内有锂充 电电池，电能存储在内打开开关就会发亮。 开关打到 1 时由电池供电 LED 亮,当开关打到 2 时 LED 灭,若同时手压机动开关,马达第 7 页 共 47 页转动 LED 亮,同时会给电池充电。 二、环保健身 LED 手电筒的基本结构灯罩 锂电池 手柄 手柄套LED灯 外壳 发电机 齿轮 齿条（一） 齿轮齿条 齿轮传动：齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式多、应用广泛。 其主要特点是：效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定等。可做成开式、半 开式及封闭式传动。失效形式主要有轮齿折断、齿面点锈、齿面磨损、齿面胶合 及塑性变形等。 常用的渐开线齿轮有直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、标准锥齿齿轮 传动、圆弧齿圆柱齿传动等。 1.齿轮的构造第 8 页 共 47 页图 3-33 2. 齿轮的基本参数 通过强度计算，确定了分度圆、齿顶圆、齿根圆、齿宽等主要尺寸以后，还 需进一步确定轮缘、 轮辐和轮毂等的结构形式和尺寸。这些结构形式和尺寸主要 根据工艺要求和经验资料确定。 直径较小的钢质齿轮， 当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮和轴做成整 体的，称为齿轮轴。如果齿轮的直径大得多，则应把齿轮和轴分开来制造。顶圆直径 da≤500mm 的齿轮可以是锻造的或铸造的。 正确啮合条件 一对渐开线齿廓能保证恒定传动比传动， 但这并不表明任意两个渐开线齿轮第 9 页 共 47 页都能相互搭配并正确啮合传动。 渐开线齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力 角必须分别相等。这样，一对齿轮的传动比可写成： 2=d2/d1=z2/z1 ）?1/?i=安装成节圆与分度圆相重合的一对标准齿轮的中心距称为正确安装的中心 距或标准中心距，用 a 表示， a=m/2*(z1+z2) 应当指出， 分度圆和压力角是单独一个齿轮所具有的几何参数，而节圆和啮 合角是两个齿轮啮合时才出现的啮合参数。 标准齿轮只有在正确安装时分度圆与 节圆才重合，压力角与啮合角才相等；否则，分度圆与节圆是不重合的，压力角 与啮合角也是不等的。 （二）渐开线齿轮连续传动条件 一对齿轮啮合传动时， 前一对轮齿即将分离以前， 后一对轮齿必须进入啮合。 否则传动就会中断。 为了弄清楚连续传动应满足的条件，首先讨论一下轮齿的啮 合过程。图 3－33 中设 O1 轮为主动，O2 轮为从动，它们的转动方向如图所示。 一对齿廓开始啮合时， 应是主动轮的齿根部分与从动轮的齿顶接触，所以开始啮 合点是从动轮的齿顶圆与啮合线的交点。当两轮继续转动时，啮合点的位置沿啮 合线移动， 2 轮齿廓上的接触点由齿顶向齿根移动，而 O1 轮齿廓上的接触点则 O 由齿根向齿顶移动。 终止啮合点是主动轮的齿顶圆与啮合线的交点。这两个交点 的连线为啮合的实际轨迹，故称为实际啮合线段。 在分度圆上，一对齿从开始啮合到终止啮合所经过的弧线距离称为啮合弧， 图 3－33 中圆弧就是啮合弧。 表示，即：?如果啮合弧 FG 大于周节 P，当前一对齿正要在终止啮合点Ｅ分 离时，后一对齿已经在啮合线上 K 点啮合，故能保证连续正确传动。如果啮合 弧小于周节，则当前一对齿在啮合线上的 E 点终止啮合时，后一对齿还未进入 啮合。这时传动就出现中断，并引起冲击。由此可知，为了保证渐开线齿轮连续 以恒定传动比传动，啮合弧必须大于周节。啮合弧与周节之比称为重合度（或重 叠系数） ，用 （3－47）第 10 页 共 47 页≥1.1～1.4。对于标准齿轮传动，一般都能满足这一条件。重合度愈大，表示两 对齿同时啮合的时间愈长，传动愈平稳。? 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸关系 模数、压力角、齿顶高系数及顶隙系数均取标准值，分度圆上齿厚与齿槽宽 相等的齿轮称为标准齿轮。因此，对于标准齿轮有： /2 （3－39）?s＝e＝p/2=m 一对标准齿轮传动正确安装时，两齿轮的分度圆是相切的，所以分度圆和节 圆相重合，即 d′=d。由于节圆是啮合节点确定的圆，因此，对单个齿轮不存在 节圆的概念。 分度圆直径 d、齿顶圆直径 da 和齿根圆直径 df 的计算式为： da =zm da =d+2ha=2ha+z df=d-2hf=(z-2ha-2c)m (3－40) (3－41) (3－42) 在一般机械制造中常使英美等国采用径节作为齿轮几何尺寸计算的基础。 径节为齿数与分度圆直径 之比。设 DP 为径节(in-1)，d 为分度圆直径(in)，p 为周节(in)，z 为齿数， 则： /p (in-1) （3－43）?DP=z/d= 模数 m 与径节 DP 的关系可由式（3－37）和式（3－43）导出，即 。?＝20° 。以后凡是不加指明，压力角都是指分度圆上的标准压力角?同一渐开 线齿廓上各点的压力角是不相等的，离基圆愈远压力角愈大。压力角太大对传动 不利。我国标准规定分度圆上齿廊的压力角 ．齿顶高系数 ha*和顶隙系数 c* 如图 3－33 所示，全齿高为齿顶高与齿根高之和，即 h= ha*+hf。当齿 轮啮合时， 一个齿轮的齿顶圆与配对齿轮的齿根圆的径向距离称为顶隙， c 表 用 示，c= hf-ha。它的存在可避免一个轮的齿顶与另一轮的齿底相碰并可储存润 滑油。如果用模数来表示，则齿顶高和齿根高可分别写为： ha= ha*m hf=(ha+ c)m 式中：ha*、 c*--分别称为齿顶高系数和顶隙系数，对于圆柱齿轮，其标 （3－38）第 11 页 共 47 页准值如表 3－19 所示。 表 3－19 渐开线圆柱齿轮的齿顶高系数和顶隙系数 正常齿制 ha c 1．0 0．25 短齿制 0．8 0．3直齿圆柱齿轮的基本参数 、 齿数?? 决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有 5 个： 齿轮的模数 m、 压力角 z、齿顶高系数 ha 及顶隙系数 c。以上 5 个参数，除齿数 z 外均已标准化了。 1.模数 m ? 分度圆上的周节 p 对 的比值称为模数，用 m（mm）表示，即：（3－37）?m= p/ 模数是齿轮几何尺寸计算的基础。显然，m 越大，则 p 越大，轮齿就越大， 轮齿的抗弯曲能力也越高，所以模数 m 又是轮齿抗弯能力的重要标志。我国已 规定了标准模数系列，表 3－18 为其中的一部分。 表 3－18 标准模数系列（CB1357-87） 第一系列 第二系列 mm1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5 (3.75) 4.5 5.5 (6.5) 7 9 (11) 1418 22 28 (30) 36 45 注: (1)本表适用于渐开线。对斜齿轮是指法面模数；对直齿圆锥 齿轮是指大端模数 (2)优先采用第一系列，括号内的模数尽可能不用。 3. 齿条的特点: 1)齿条同侧齿廓为 平 行线 ,它在与 齿定线 平行的任一直线上 具 有相同齿距 , 2)齿条直线齿廓上各点具有相同的压力角,等于直线齿廓的齿形角,一般为标准 值 ;当齿轮齿条标准安装时,齿轮分度圆与齿条分度线重合,啮合角等于齿形角;齿轮以角速度 动.转动, 带动齿条以线速度直线移第 12 页 共 47 页中心距增大后， 齿条远离齿轮轴心 01 移动 X 距离(下图虚线所示),根据齿条直线 齿廓的特点,啮合线不会随齿条位置改变而改变,故节点位置 P 也不变化,此时,齿 轮的分度圆仍然与节圆重合，啮合角仍然等于齿条的齿形角,即等于齿轮分度圆 上的压力角;而齿条位置的改变使齿条的中线与节线不再重合，齿侧间隙 j 加大，顶隙增加。即：齿轮齿条正变位传动时,（二）外壳 环保健身无电手电筒外壳采用的是 ABS 材料,ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 典型应用范围: 汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等） ，电冰箱，大强度工具 （头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等） ，电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车 辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。 注塑模工艺条件: 干燥处理：ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为 80～第 13 页 共 47 页90℃下最少干燥 2 小时。材料温度应保证小于 0.1%。 熔化温度：210～280℃；建议温度：245℃。 模具温度：25～70℃。 （模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低） 。 注射压力：500～1000bar。 注射速度：中高速度。 化学和物理特性: ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：丙烯 腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易 加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS 是非结晶性材料。三中单体的聚合产生了 具有两相的三元共聚物， 一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相， 另一个是聚丁二烯橡胶分散相。 ABS 的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上 具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的 ABS 材料。这些不同品质的 材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲 特性等。ABS 材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及 很高的抗冲击强度。 2.ABS 材料外壳的加工工艺应考虑： 透明的 ABS 新材料具有高的流动性和低收缩率, 故加工性能和产品的尺寸稳定 性较好, 并且耐化学介质的性能也较好, 因此, 透明的 ABS 新材料有潜在的能 力成为聚碳酸酯的替代材料。由于我国对透明 ABS 开发和应用较晚, 在原料的 开发、 成型设备与工艺研究等方面与国外相比还存在一定的差距, 使得生产出的 注射制品透明性差, 达不到预期的效果。本文针对影响透明 ABS 的注射制品透 明性的因素进行探讨, 并提出了相应的提高透明性的方法。 2. 1 透明性 一种材料的透明性好坏, 有许多性能指标都需要考虑。常用的指标有:透光率、 雾度、折光指数、双折射及色散等。在上述指标中, 透光率和雾度是最为重要的 2 个指标,主要表征材料的透光性。 2. 1. 1 透光率第 14 页 共 47 页透光率是表征树脂透明程度的一个重要性能指标,一种树脂的透光率越高,其透 明性就越好。 透光率的定义为: 透过材料的光通量与入射到材料表面上的光通量 之百分率。 2. 1. 2 雾度 雾度又称为浊度, 它可衡量透明或半透明材料不清晰或混浊的程度。 雾度的产生 是由于材料内部或外表面光散射造成的云雾状或混浊的外观。 雾度的定义为: 透 过材料散射光通量与透过材料光通量之百分率。 上面介绍的透光率和雾度都是衡量材料透明性的重要指标, 两者的关系如下: 一般来说, 透光率与雾度之间成反比关系, 即透光率高的材料, 其雾度低,反之 亦然。 2. 2 透明 ABS 的透明机理透明 ABS 是在普通 ABS 基础上发展起来的,在其成分中添加透明剂来增加透明 性。 透明剂增加透明的原因是因为透明剂(Clarifier) 是一种高效的成核剂。它 的优点是在缩短成核时间, 保持制品的机械性能的情况下得到最好的光学效果。 透明剂能溶解在聚合物的熔体中形成均匀的溶液, 但比传统的成核剂作为晶种 要大几个数量级, 冷却后, 透明剂则形成三元的“网格结构”。 这种结构作为晶 核,增加成核的密度。 同时,形成这种“网格结构”的“纤维”其大小只有数千纳 米, 完全在可见光波长的范围内,因此,可以使制品透明。据《Molding System》 1998 年报道,美国 Dacial 聚合物公司开发了一种称为 T- 140 的透明 ABS 新材 料, 它具有 88 %的透光率。 2. 3 影响因素 由于生产透明 ABS 制品,不仅要保证制品的尺寸精度、外观质量及强度等, 而且 要保证制品的透光性,因此,透明 ABS 与普通 ABS 的注射成型模具和工艺参数上 都有所不同,具有自身的特点。 2. 4 模具第 15 页 共 47 页透明 ABS 制品透明度的高低与模具的设计和加工精度密切相关, 它直接影响制 品表面的光学效果。为了得到所需形状的高透明、高光泽的制品,在模具结构设 计方面, 浇口的位置及尺寸、 楔紧块的大小均应重点加以考虑。在保证成本允许 的情况下, 可以采用热流道技术, 设计时, 应注意热膨胀和隔热这 2 个问题。 模具的冷却水道的排布应尽可能均衡, 以保证制品的受热均衡, 有利于制品的 快速结晶。 在模具加工中, 一方面要提高加工精度, 另一方面尽量提高模具型腔表面的质 量。 首先应使模具成型部分高度光滑, 成型表面镀铬或达到镜面抛光, 以免成型 表面粗糙, 无限多的不规则微孔和微划痕影响光的折射度,从而影响制品的透明 性。 3.成型工艺 3. 1 料筒温度和喷嘴温度 与普通 ABS 一样, 透明 ABS 在料筒中受到热和剪切的作用塑化, 塑化的均匀性 主要取决于温度和受热时间, 而料筒温度直接影响到物料的温度和流动性。 为保 证操作稳定,塑化均匀,避免高温下料团在螺杆内的滑移, 使压力和注射量难于 控制。同时避免注射过程中受高温作用发生降解和助剂的分解。当料温太低时, 影响制品表面的光泽度,料温高于 240 ℃以上时, 雾度会增加, 透明性下降。为 使经料筒塑化的透明 ABS 高速流经喷嘴和模具流道时达到最大流动性和良好的 充模性, 对于熔体流动速率较高的物料, 料筒温度应控制得低一些。 对于熔体流 动速率较低的物料, 料筒温度则需控制得高一些。 料筒温度分三段控制, 从靠近 料斗一端到喷嘴止,温度渐渐升高,以使物料逐步塑化。 喷嘴温度一般略低于料筒 前端温度,过高时易发生流涎现象(不应超过 230 ℃) , 但喷嘴温度也不能太低, 否则会发生堵塞或冷料入模,影响制品透明性。 3. 2 模具温度 模具温度的高低影响制品的尺寸、性能、结晶度及其他工艺条件。透明 ABS 是 结晶性聚合物,升高模温能提高制品的密度和结晶度, 有利于力学强度及制品表第 16 页 共 47 页面光洁度的提高, 但制品的模塑收缩率增大, 制品易变形。 因此, 模具温度不宜 太高, 一般取 40～55 ℃。但也不能太低,否则会出现固化不完全,使制品产生的 各向异性大,并有气泡、 空隙等缺陷。为提高制品表面光泽度,减少不均匀收缩程 度,模具表面温度可保持在 50 ℃左右。 3. 3 注射压力和注射速度 注射压力和注射速度对物料的充模起着决定作用,注射成型透明 ABS 时,为提高 制品表面质量,缩短固化时间,从而增大透明性,应采用较高的注射速度, 若加氮 气辅助增压装置更理想。 由于透明 ABS 流动性较好, 结晶速度快, 注射及保压压 力不宜过大,以免边缘产生雾状,破坏透明效果。3. 4 成型周期 透明 ABS 由于含透明剂, 结晶速度快, 固化温度高, 完成一次注射所需时间比 普通 ABS 短, 从而减少了成型时间,降低了产品成本。 外壳形状的设计是根据人手部各个穴位以及手握时力点位子来设计的。 大部分轮 廓都带有弧面，使得手感好，又达到活血健身的效果。 （三）弹簧 弹簧刚度是指使弹簧产生单位变形的载荷, 扭转弹簧的刚度，其表达式如下：其中： T --- 扭转弹簧的扭矩； ?--- 扭转弹簧的扭转角。 1、弹簧刚度与弹簧特性的关系 图 a）所示的直线型弹簧，其刚度为一常数。这种弹簧的特性曲线越陡，弹 簧刚度相应愈大，即弹簧愈硬；反之则愈软。 图 b）所示的弹簧特性曲线为刚度渐增型，即弹簧随变形量的增大其刚度越第 17 页 共 47 页大，且在最大或冲击载荷作用时，仍具有较好的缓冲减振性能，故多使用弹簧特 性曲线具有该型曲线的走向。 图 c）所示弹簧特性曲线为刚度渐减型，即弹簧刚度随变形的增大而越小。 为了在冲击动能一定时， 获得较小冲击力，则应使用具有刚度渐减型特性曲线的 弹簧为宜。2.圆柱螺旋扭转弹簧有关参数标准 圆柱螺旋扭转弹簧有关参数标准选用范围 PA0006.0 Q/AD 旋绕比 C 旋 绕 比C 曲 旋绕比 C 与曲度系数比 K1 对应关系 度 系 1.2 数 比 K1 旋 绕 6 6 6. 6 . 4 . 6.6 6 . 7 7. 7. 7. 2 4 5 7.6 7 . 8 8 . 9 5 1 . 2 1 1.1 9 . 1 7 一般按下述范围选取：热卷弹簧 4~10； 卷弹簧 4~14 超出此选取范围难制作 4 4 . 1 4. 2 4 4 4. 4. 4. 7 8 9 5 5 5 . . 5 5 . . 冷. 4.4 . 4.6 3 52 56 8第 18 页 共 47 页比C 曲 度 系 1.1 数 比 K1 旋 绕 9.5 比C 曲 度 5258851 . 1 4 1.1 31. 1 21 . 1 11 . 11 . 0 9111 0121411 . 1.0 0 6 7系 1.0 . 数 比 K1 旋绕比 C 与曲度系数比 K1 计算关系 弹簧 直径 d规 定范 尺 参 数 寸 围 (GB 135 8-78 ) 9 0 8C=D/d,K1=(4C-1)/(4C-4)0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.6, 0.8, 1, 1.2, 1.6, 2, 2.5, 3, 3.5 4, 4.5, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80（第一系列）弹簧直 A 0.3, 0. 径 d 选 类 5, 0.8,弹簧直 径d计d=（10MnK1/[σBP] ）1/3Mn 为最大工第 19 页 共 47 页用标准B 类0.2, 0. 4, 0.6 , 1 除 A 类、 B 类以 外所有 在弹簧算公式作扭矩， [σBP]为弹簧许用弯曲 应力，C 类直径 d 规定范 围 (GB13 58-78) 之内的 数值弹簧 中径 D规 定范 围 (GB 135 120, 130, 140, 150, 160, 200, 220, 240, 8-78 260, 280, 300, 320, 360, 400（第一系列） ) A 2, 4, 6, 8, 10, 弹簧中 径D选 用标准 类 B 类 12, 16, 20 3, 5, 7, 9 弹簧 中径 D 计算 公式 D=D2-d, D2 为 弹簧外径 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.2, 1.6, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100, 110,C 除 A 类、B 类以 类 外所有在弹簧中第 20 页 共 47 页径 D 规定范围 (GB1358-78) 之内的数值 A 类 材料选用标准 B 类 C 类 A 类 表面处理 B 类 C 类 发兰、、发黑、镀彩锌（热处理 RHC45~50） 标记示例： 215000 系列产品扭转弹簧 d=0.5,D=8,H0=15,n=5,β=120°， 材料为 65Mn，表面镀镍：扭转弹簧 215000 （0.5*8*15*5 β=120°） 表 面 产品 材 弹簧类别 编号 料 6 5 *** 扭转弹簧 *** M n 镀 镍 0.5*8*15* 5 β=120° 处 理 主要尺寸参 数 (d*D*H0*n β=) 备注 65Mn 镀镍 镀白锌（热处理 RHC45~50） 镀镍（热处理 RHC45~50）1Cr18Ni9、 55Si2Mn、QSn3-1、QBe2 等65Mn（碳素弹簧钢丝）65Mn(琴钢丝) 、黄铜 H62（四）LED 发光管第 21 页 共 47 页1、LED 在照明领域的前景 LED 是发光二极管( Light Emitting Diode， LED)的简称，不同种类 LED 能够发 出从红外线到蓝光之间不同波长的光线，近年来 LED 最吸引人的发展是在蓝光 LED 上涂上萤光粉，将蓝光转化成白光的白光 LED 产品。它不但能够高效率地 直接将电能转化为光能，而且拥有最长达数万小时至 10 万小时的使用寿命，同 时具备省电、环保无汞、体积小响应快速、高耐震、可应用在低温环境、光源具 方向性、造成光害少、并且色彩饱和度高与色域丰富等优点，因此 LED 被称为 世纪新光源。 作为继明火和白炽灯之后的第三次照明革命，半导体照明（LED）成为 21 世纪最具发展前景的高技术领域之一。科技部国家半导体照明办主任吴玲在 接受专访时表示，半导体 LED 作为节能、环保的主要技术，已纳入国家中长期 科技发展规划与“十一五”国家“863”高新技术产业化重大项目并给予大力支持。 启动“照明工程” 我国 LED 产业初具规模 半导体照明正在引发世界范围内照明光源的一场革命。 作为新型高效固体光 源，半导体照明具有长寿命、节能环保、色彩丰富、微型化等优点，将成为人类 照明史上的又一次飞跃。近年日本“21 世纪光计划”、美国“下一代照明计划”、欧 盟“彩虹计划”、韩国“GaN 半导体发光计划”等政府计划纷纷出台。 面对半导体照明的巨大商机和发展前景，世界各国纷纷加紧立法，鼓励使用 节能型光源。欧盟、加拿大、澳大利亚和美国等分别将从
和 2020 年开始禁用白炽灯泡。有关数据显示，2008 年全球 LED 的应用市场将从 2004 年的 125 亿美元提高到 500 亿美元。 我国是世界照明光源和灯具生产第一大国，2006 年行业销售 1600 亿元，但 主要是中低端产品，仅占世界市场 18%，大而不强。发展半导体照明，提升产业 国际竞争力意义重大。为此，我国于 2003 年 10 月启动国家半导体照明工程，成第 22 页 共 47 页立国家半导体照明工程管理办公室，通过政策指导及鼓励措施，推动国内 LED 产业和照明工业的发展。 目前，我国 LED 产品技术创新与应用开发能力逐渐提高，器件可靠性研究 位置愈发突出，测试方法与标准也渐行渐近，所有这一切均标志着中国 LED 产 业已经进入了一个崭新的发展阶段。经过 30 多年的发展，中国 LED 产业已初步 形成了包括外延片的生产、芯片的制备和封装，以及 LED 产品应用在内的较为 完整的产业链。 吴玲进一步介绍说， “根据科技部“十一五”863 计划， 国家在新材料技术领域 “半导体照明工程”项目总投入经费 3.5 亿元。从总体情况看，项目开局良好，整 体进展顺利，部分课题提前完成阶段性目标。100 流明/瓦 LED 制造技术提前完 成阶段性指标， 企业效益明显提高， 已经具备可持续技术创新的能力。 截至 2007 年 11 月，项目承担单位已申请专利 241 项，其中申请发明专利 152 项，申请国 外专利 17 项，带动产业投资近 20 亿元。” 据统计，2007 年，全国 LED 显示屏的市场规模达到了 72 亿元，较 2006 年 的 50 亿元增长了 44%。2007 年我国 LED 芯片产值达到 15 亿元，较 2006 年的 10.5 亿元增长 43%； 2007 年我国 LED 封装产值达到 168 亿元， 2006 年的 148 较 亿元增长 15%。LED 产量则由 2006 年的 660 亿只增加 24%，达到 820 亿只，其 中高亮度 LED 产值达到 120 亿元，占 LED 总销售额的 71%。2007 年我国应用 产品产值已经超过 300 亿元，已成为 LED 全彩显示屏、太阳能 LED 景观照明灯 应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。 突破“专利围城” 争夺 LED 产业的制高点 高技术产业的竞争就是标准的竞争。由于 LED 相关的专利权极多，对于拥 有专利权的厂商， 容易在市场上造成垄断局面，并让其他厂商必须回避与其相关 的关键技术，而因而丧失市场先机，故对于研发能力不足的厂商，较难进入本产 业。第 23 页 共 47 页由于我国在 LED 领域里的高速发展，美国国际贸易委员会启动针对包括我 国 LED 企业在内的“337”专利调查， 并申请普遍排除令和禁止令。一场抢占半 导体照明新兴产业制高点和话语权的争夺战已经打响。吴玲表示，日前在国家半 导体产业联盟牵头下，我国企业已迅速应诉，已经取得阶段性的积极成果。 在谈及“337”调查对于国内企业的警示，吴玲指出，随着我国经济逐步融入 全球经济一体化的进程， 国内企业在加大自主创新，提高知识产权保护意识的同 时，要研究专利战略，主动出击。 为应对国际竞争的新局面， 吴玲表示，国家半导体照明工程研发及产业联盟 标准化协调推进工作组已于 2007 年 8 月正式成立，目的是加快标准协调推进工 作， 建立标准体系， 使我国半导体照明新兴产业走上了一条具有国际竞争力的光 明之路。近期，全国照明电器标准化技术委员会 10 余项有关普通照明用 LED 标 准制定获得批准立项，预计全部项目 2008 年年底之前完成。 据介绍，为了促进我国半导体照明产业上下游、产学研合作，加快我国半导 体照明专利战略的建立， 国家半导体照明研发及产业联盟专利池工作组将于今年 6 月底完成收集入池专利收集工作。 根据“谁参与谁受益， 不参与难受益”的原则， 由国家资助项目中申请的专利自愿提供，以及适当考虑对外购买等形式；其次是 绘制专利地图，建立我国的半导体照明专利战略，工作组联合技术专家、专利律 师，先从支持“337 调查”等类似专利纠纷应诉开始；最后是专利池的建设有助于 搭建标准和产业无缝衔接的平台，为国内企业带来国际竞争优势。 吴玲表示，要突破跨国企业的技术垄断，我国 LED 产业不但要逐步向外延 片和芯片生产等技术含量和附加值较高、技术突破难度较大的领域取得突破，也 应该关注向专利纠纷少的上游领域延伸。目前，奥运会“鸟巢”、“水立方”等场馆 用的高亮度 60lm/w 的 LED 芯片已经由国内厂家提供，也彻底扭转了国外高端 LED 芯片垄断国内市场的局面。这表明，我国 LED 产业在经历了买器件、买芯 片、买外延片之路后，目前已经真正具备了自主生产外延片和芯片的能力。 节能形势紧迫第 24 页 共 47 页走合作发展之路 吴玲认为， 目前在半导体照明的应用方面， 正逐渐开始功能性照明方面应用。 市场不断扩大，从显示向照明，从特殊照明向普通照明延伸。道路照明、隧道照 明等室外照明市场将随着 LED 光效的提高与价格的下降而大面积应用，农业、 军事、航空等新的应用领域也将逐步开发出来。随着能源紧缺问题越来越突出， LED 的重要性和市场空间更加显著。 据 2006 年国家路灯行业统计， 我国城市道路照明共有 1500 万盏以上的路灯， 近几年的增长率在 20％以上。照此估算，全国每年照明路灯的市场规模不低于 50 亿元，如使用 LED 路灯，每年可节电 20 亿度以上。国家绿色照明工程促进 项目办公室的专项调查显示，我国照明用电每年在 3000 亿度以上，如用 LED 取 代，可节省 1/3 的照明用电，相当于总投资规模超过 2000 亿元的三峡工程的全 年发电量。 鉴于我国 LED 产业的现状，不论技术还是产能短期内达到世界先进水平都 有相当大的难度。要在国内发展高亮 LED 产业，可以充分利用国内现有的研发 和生产力量，走合作发展的道路。这也和目前全球 LED 产业购并联合的整体趋 势是相吻合的。 吴玲称， 国际大公司通过纵连，即通过并购来快速实现全球统一市场营销策 略的上中下游整合。台湾企业借强大的规模制造、产业集聚和代工优势，通过横 合，即通过互利互惠的股份重组，合并同类企业，快速形成巨大的生产规模合快 速抢占市场份额。 半导体照明产业的全球化发展，是每个企业都要面对和无法回 避的。国内企业通过规范股权架构、加大研发，采取并购和合作的方式将海外先 进技术引入国内，可争取与国际大厂基本在同一技术水平进行产业竞争。 继上海、 厦门、 大连、 南昌和深圳成为首批五个国家半导体照明产业化基地， 国内封装和应用企业形成快速的市场适应能力和价格优势， 我国大陆已经成为世 界上重要的 LED 封装生产基地。封装及应用，尤其是国际应用产品加工有向我 国转移的趋势。吴玲表示，在封装和应用领域中国已经完全有可能、有能力在高第 25 页 共 47 页端市场占据一席之地，但必须加大产品的创新、加强品牌的培育。 半导体照明是全球性的产业。 目前全世界都在寻求解决经济发展和能源短缺 的矛盾，给整个绿色照明生产行业带来广阔的市场前景与新的机遇。 2、LED 的结构及发光原理 50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于 1960 年。LED 是英文 light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构 是一块电致发光的半导体材料， 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。 发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片，在 p 型半导体和 n 型半导体之间有一个过渡层，称为 p-n 结。在某些半导体材料的 PN 结中，注入的少 数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来， 从而把电能直接 转换为光能。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式 电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 LED。 当它处于正向工作状态时（即 两端加上正向电压），电流从 LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外 不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。3、LED 的特点 （1） 电压：LED 使用低压电源，供电电压在 6-24V 之间，根据产品不同而异，所以 它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 （2） 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少 80% （3） 适用性：很小，每个单元 LED 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形 状的器件，并且适合于易变的环境 （4） 稳定性：10 万小时，光衰为初始的 50% （5） 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级 （6） 对环境污染：无有害金属汞 （7） 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的 能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的 LED，随着电流的 增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色第 26 页 共 47 页（8） 价格：LED 的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只 LED 的价格就可以与一只白 炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上 300～500 只二极管构成。 高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗(单管 0.03-0.06 瓦)电光功 率转换接近 100%，相同照明效果比传统光源节能 80%以上。 （9）寿命长：LED 光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环 氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点， 使用寿命可达 6 万 到 10 万小时，比传统光源寿命长 10 倍以上。 多变幻：LED 光源可利用红、绿、篮三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜 色具有 256 级灰度并任意混合，即可产生 256×256×256＝ 种颜色，形成不 同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 （10）利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没 有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸， 属于典型的绿色照明光源。 （11）高新尖：与传统光源单调的发光效果相比，LED 光源是低压微电子产品， 成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦 是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级， 灵活多变的特点 由于以上的诸多优点，LED 已逐步应用于：背光，交通灯，城市亮化，汽车灯， 通用照明灯。在这里要介绍一下大功率 LED 在手电筒上的应用。近年来，随着高亮 度 LED 的技术逐渐成熟，成本也不断下降，各种不同规格的高亮度 LED 也就较普遍 地应用在新型的照明设备中。目前这种高亮度的 LED 应用在手电筒里，可以说是最 适合不过了，因为这种高亮度 LED 的效率高、寿命长、发光的颜色纯正。目前还不 能造出大功率的 LED，但小功率的 LED 很适合用在手电筒之类的小型照明装置上。 ４.单色光 LED 的种类及其发展历史 最早应用半导体 P-N 结发光原理制成的 LED 光源问世于 20 世纪 60 年代初。 当时所用 的材料是 GaAsP，发红光（λ p=650nm），在驱动电流为 20 毫安时，光通量只有千分 之几个流明，相应的发光效率约 0.1 流明/瓦。 70 年代中期，引入元素 In 和 N，使 LED 产生绿光（λ p=555nm），黄光（λ p=590nm） 和橙光（λ p=610nm），光效也提高到 1 流明/瓦。第 27 页 共 47 页到了 80 年代初， 出现了 GaAlAs 的 LED 光源， 使得红色 LED 的光效达到 10 流明/瓦。 90 年代初，发红光、黄光的 GaAlInP 和发绿、蓝光的 GaInN 两种新材料的开发成功， 使 LED 的光效得到大幅度的提高。 2000 年， 在 前者做成的 LED 在红、 （λ p=615nm） 橙区 的光效达到 100 流明/瓦，而后者制成的 LED 在绿色区域（λ p=530nm）的光效可以达 到 50 流明/瓦。 ５.单色光 LED 的应用 最初 LED 用作仪器仪表的指示光源， 后来各种光色的 LED 在交通信号灯和大面积显示 屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以 12 英寸的红色交通信 号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的 140 瓦白炽灯作为光源，它产生 2000 流明的白光。经红色滤光片后，光损失 90%，只剩下 200 流明的红光。而在新设计的 灯中，Lumileds 公司采用了 18 个红色 LED 光源，包括电路损失在内，共耗电 14 瓦， 即可产生同样的光效。 汽车信号灯也是 LED 光源应用的重要领域。1987 年，我国开始在汽车上安装高位刹 车灯，由于 LED 响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况， 减少汽车追尾事故的发生。 另外，LED 灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。 ６.白光 LED 的开发 对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998 年发白光的 LED 开发成功。这 种 LED 是将 GaN 芯片和钇铝石榴石 （YAG） 封装在一起做成。 芯片发蓝光 GaN （λ p=465nm， Wd=30nm），高温烧结制成的含 Ce3+的 YAG 荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射， 峰值 550nm。蓝光 LED 基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有 YAG 的树脂薄层，约 200-500nm。 LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的 黄光混合，可以得到得白光。现在，对于 InGaN/YAG 白色 LED，通过改变 YAG 荧光粉 的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温 K 的各色白光。表一列出了目前白色 LED 的种类及其发光原理。 目前已商品化的第一种产品为蓝光单 晶片加上 YAG 黄色荧光粉，其最好的发光效率约为 25 流明/瓦，YAG 多为日本日亚公 司的进口，价格在 2000 元/公斤；第二种是日本住友电工亦开发出以 ZnSe 为材料的第 28 页 共 47 页白光 LED，不过发光效率较差。 从表中也可以看出某些种类的白色 LED 光源离不开四种荧光粉： 即三基色稀土红、 绿、 蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在未来较被看好的是三波长光，即以无机紫外光晶片加 R.G.B 三颜色荧光粉，用于封装 LED 白光，预计三波长白光 LED 今年有商品化的机机 会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，稳定性要求也高，具体应用方面还在探 索之中。 表一 （白 色 LED 的 种 类 和 原 理 ） 芯片数 激发源 发光材料 发光原理 1 蓝色 LED InGaN/YAG InGaN 的蓝光与 YAG 的黄光混合成白光 蓝色 LED InGaN/荧光粉 InGaN 的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光 蓝色 LED ZnSe 由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光 紫外 LED InGaN/荧光粉 InGaN 的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光 2 蓝色 LED 黄绿 LED InGaN、GaP 将具有补色关系的两种芯片封装在一起，构成白色 LED 3 蓝色 LED 绿色 LED 红色 LED InGaN AlInGaP 将发三原色的三种小片封装在一起，构成白色 LED 多个 多种光色的 LED InGaN、GaP AlInGaP 将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起，构成白色 LED采用 LED 光源进行照明，首先取代耗电的白炽灯，然后逐步向整个照明市场进军，将 会节约大量的电能。近期，白色 LED 已达到单颗用电超过 1 瓦，光输出 25 流明，也 增大了它的实用性。表二和表三列出了白色 LED 的效能进展。 表 二 （单 颗 白 色 L ED 的 效 能 进展 ） 年份 发光效能（流明/瓦） 备注
15 相若白炽灯 2001 25 相若卤钨灯第 29 页 共 47 页2005 50 估计 表三 单颗白色 LED 输入功率 10 瓦 发光效能 100 流明/瓦 输出光能 1000 流明/瓦通过以上对 LED 结构及原理的分析， 在该手电筒中使用白光 LED 是最合 适的。这样使能量从转换到储存，从储存到释放中的的到更有效率的工 作。7、大功率 LED 灯驱动电源的技术方案和功能模块 大功率发光二极管用于一般照明是本世纪的新课题,其节能、安全、长寿命的综 合优势将引发下一轮照明产业的革命.但是,大功率发光二极管是低电压单向导电 器件,正常工作时的正向压降 3-4 伏.要用于一般照明必须解决电源变换的问题.用原始电源给发光二极管供电有 4 种情况:低电压驱动发光二极管、过渡电压驱 动发光二极管、高电压驱动发光二极管、市电驱动发光二极管.不同的情况在电 源变换器的技术实现上有不同的方案.下面我们简要的介绍一下这几种情况下的 电源驱动方法及其应用产品.（1）低电压驱动发光二极管 低电压驱动就是指用低于发光二极管正向导通压降的电压驱动发光二极管,如一 节普通干电池或者一节镍铬/镍氢电池,其供电电压在 0.8-1.65V 之间.低电压驱动发光二极管需要把电压升高到足以使发光二极管导通的电压值.对于 发光二极管这样的低功耗照明器件这是一种常见的使用情况,如发光二极管手电 筒,发光二极管应急灯,节能台灯等.低电压驱动发光二极管主要是解决升压的问题,由于受电池容量的限制,一般功率第 30 页 共 47 页不大,但要求有最低的成本和比较高的变换效率,考虑有可能配合一节 5 号电池工 作,还要求有最小的体积.其最佳技术方案是泵式升压变换器.LED-1W1P 是一种采用泵式升压方案的脉冲输出 LED 驱动模块,具有最简洁的电 路结构,最低的生产成本,最小的体积,最高的变换效率,外加一个 10K 的电位器就 可以方便的 0―100%连续脉宽调光.正常工作电压 0.8-1.8V,起动电压 0.6 伏,完 全熄灭电压低于 0.35 伏.最大输出功率 1 瓦.可以用来驱动一个 350mA 的 1 瓦大 功率发光管或者并联驱动 18 个 20mA 的小功率发光管.本模块非精密控制器件, 电池电压降低输出功率会减小.模块有 5 个引出脚,电源正极,电源负极,输出脚,还有两个调光控制脚,发光二极管 正极接输出脚,负极接电源负极,控制极之间接一个 10K 电位器用于调光.如果不 需要调光,把两个控制脚直接相连即可.模块为圆形结构.体积为:Φ14.5×13mm.本类型模块不得空载通电,否则可能损坏.LED-3W6D 是一种泵式升压直流输出的 LED 驱动模块,输入电压 6V,最大输出电 压 12V,输出功率 4 瓦,输出电流 350mA,可以驱动 1 至 3 个 1 瓦的大功率发光二 极管.模块有 5 个引脚,电源正,电源负,输出正,输出负,控制脚.模块体积 30× 18× 16mm.该模块功能较强,输出带限流限压功能,输入有低电压截止功能,以保护蓄电池不 会过放电.控制端可以接受外部的光控、遥控信号实现受控开关机.（2）过渡电压驱动发光二极管 过渡电压驱动是指给发光二极管供电的电源电压值在发光二极管管压降附近变 动,这个电压有时可能略高于发光二极管管压降,有时可能略低于发光二极管管压 降.如一节锂电池或者两节串联的铅酸电池,满电时电压在 4 伏以上,电快用完时 电压在 3 伏以下.典型应用如发光二极管矿灯,发光二极管应急灯.第 31 页 共 47 页过渡电压驱动发光二极管的电源变换电路既要解决升压问题,还要解决降压问题, 为了配合一节锂电池工作,也需要有尽可能小的体积和尽量低的成本.一般情况下 功率也不大,其最高性价比的电路结构是反极性泵式变换器.LED-1W3P 是一种脉冲输出型泵式反极型变换模块.电路结构简洁,生产成本低, 体积小,输出效率低于上述升压型变换器,外加一个 10 K 的电位器可以方便的 0―100%连续脉宽调光.正常工作电压 2.5-4.6V,最大输出功率 1 瓦.起动电压 0.7 伏,完全熄灭电压低于 0.35 伏.可以用来驱动一个 350mA 的 1 瓦大功率发光管或 者并联驱动 18 个 20mA 的小功率发光管.电源电压降低输出功率减小.模块有 5 个引出脚,电源正极,电源负极,输出,两个调光控制脚,发光二极管正极接 输出脚,负极接电源正极,控制脚之间接 10 K 电位器调光.如果不需要调光,把两个 控制脚直接相连即可.模块为圆形结构.体积为:Φ14.5×13mm.如果外加一个电解电容,电容正极接输出端,负极接电源正极,发光二极管正极接 输出端,负极接电源负极,两个控制脚需直接相连,即成为一个直流升压电路,模块 的最大输出功率将增加到 3 瓦,能驱动一个 3 瓦的大功率发光管或者并联驱动三 个 1 瓦的大功率发光管,但不能调光.本类型模块也不得空载通电,否则可能损坏.（3）高电压驱动发光二极管 高电压驱动是指给发光二极管供电的电源电压值始终高于发光二极管管压降.如 6 伏、12 伏、24 伏蓄电池.典型应用如太阳能草坪灯,太阳能庭院灯,机动车的灯 光系统等.高电压驱动发光二极管要解决降压问题,由于高电压驱动一般是由普通蓄电池供 电,不一定要求体积很小,可能会用到比较大的功率,也应该有尽量低的成本.变换 器的最佳电路结构是串联开关降压电路.第 32 页 共 47 页LED-3W12 是一种串联开关降压直流稳压输出 LED 驱动模块,配合 12 伏蓄电池工 作,电路比较简洁,,生产成本低,变换效率高,正常工作电压 10-15V,最大输出功率 3 瓦,可以用来驱动一个 750mA 的 3 瓦大功率发光管或者并联驱动 3 个 1 瓦大功 率发光管.模块有 3 个引出脚,电源正极,电源负极,输出,发光二极管正极接电源正极,负极接 输出端.体积为:26× 18× 16mm.（4）市电驱动发光二极管 这是一种对发光二极管照明应用最有影响的供电方式,是半导体照明普及应用必 须要解决好的问题.用市电驱动发光二极管要解决降压和整流问题,还要有比较高的变换效率,有较小 的体积和较低的成本,还应该解决安全隔离问题,考虑对电网的影响,还要解决好 电磁干扰和功率因素问题.对中小功率的发光二极管灯,其最佳电路结构是隔离式 单端反激变换器.对于大功率的应用,应该使用桥式变换电路.下面介绍 3 种用于 市电的小功率 LED 灯驱动模块.1）LED-H2W4V 系列电源变换模块 该模块是专门为了解决 LED 灯的市电驱动问题设计的产品,模块使用单端反激式 变换电路,宽程输入,可以在世界各地的交流市电电网上使用.输入电压 220 伏时 最大输出功率 2 瓦,输入电压降低,最大输出功率也按比例降低,输入电压为 110 伏时最大输出功率只有 1 瓦.输入端和输出端全隔离,触摸输出端不会有触电危险. 模块封灌制做,能够在大湿度,高粉尘,强震动等恶劣环境下使用.模块内部有电磁 辐射抑制电路,高频干扰小.内部有短路保护功能,输出端短路模块不会损坏.为了使电路结构简洁,体积小,成本低,模块没有使用精度高的隔离反馈式稳压控 制电路,而是使用的间接检测式稳压控制电路,因此,负载加重时输出电压会下降, 但输入电压的大幅度变化对输出电压没有影响.第 33 页 共 47 页技术指标: 交流输入电压 空载输出电压 输出功率 短路电流 变换效率 功率因子 使用环境温度 使用环境湿度 外形尺寸 AC 90-253V DC 空载 4.8V;空载 3.3V 2W(220V);1W(110V) 〈1A 70% 90% C20-50 〉95% E27 灯头封装使用方法: 模块有 2 输出引脚接负载.可以驱动一个 1 瓦的发光管或者驱动 18 个 小功率发光管.2）LED-H4W 系列电源变换模块 该模块使用单端反激式变换电路,宽程输入,可以在世界各地的交流市电电网上使 用.输入电压 220 伏时最大输出功率 4 瓦,输入电压降低,最大输出功率也按比例降 低,输入电压为 110 伏时最大输出功率只有 2 瓦.输入端和输出端全隔离,触摸输出 端不会有触电危险.模块封灌制做,能够在大湿度,高粉尘,强震动等恶劣环境下使 用.模块内部有电磁辐射抑制电路,高频干扰小.内部有短路保护功能,输出端短路 模块不会损坏.为了使电路结构简洁,体积小,成本低,模块没有使用精度高的隔离反馈式稳压控 制电路,而是使用的间接检测式稳压控制电路,因此,负载加重时输出电压会下降, 但输入电压的大幅度变化对输出电压没有影响.技术指标: 交流输入电压 空载输出电压 输出功率 AC 90-253V DC 空载 4.8V;空载 3.3V 4W(220V);2W(110V)第 34 页 共 47 页短路电流 变换效率 功率因子 使用环境温度 使用环境湿度 外形尺寸〈1A 70% 90% C20-50 〉95% 19.5× 22.5× 32mm使用方法: 模块有 4 个引脚,两个输入引脚,接交流市电,输出引脚接负载.可 以驱动一个 3 瓦的发光管或者最多并联驱动 3 个 1W 的发光管,使用时要根据情 况在每个发光管上串联一个 0.47―3 奥姆的电阻限流,如果用于驱动普通 20mA 的小功率发光二极管,最多可以并联驱动 50 个.本模块还可以应用户要求制作成高电压输出型,以串联驱动多个发光管.3）LED-H12W12V 系列电源变换模块 该模块使用单端反激式变换电路,宽程输入,可以在世界各地的交流市电电网上使 用.输入电压 220 伏时最大输出功率 12 瓦,输入电压降低,最大输出功率也按比例 降低,输入电压为 110 伏时最大输出功率只有 6 瓦.输入端和输出端全隔离,触摸输 出端不会有触电危险.模块封灌制做,能够在大湿度,高粉尘,强震动等恶劣环境下 使用.模块内部有电磁辐射抑制电路,高频干扰小.内部有短路保护功能,输出端短 路模块不会损坏.模块式精密稳压器件,输入电压的变化和输出负载的变化都能保持稳定的输 出电压. 技术指标: 交流输入电压 空载输出电压 输出功率 短路电流 变换效率 AC 90--253V DC 12V 12W(220V);6W(110V) 〈2A 75%第 35 页 共 47 页功率因子 使用环境温度 使用环境湿度 外形尺寸90% C20--50 〉95% 50x38x25mm使用方法:模块有 4 个引脚,两个输入引脚,接交流市电,输出引脚接负载. 本模块还可以应用户要求制作成高电压输出型,以串联驱动多个发光管.（五）锂电池的介绍 1、锂电池的概念 锂电池是继镍镉、镍氢电池之后，可充电电池家族中的佼佼者．锂离子电池以其 优良的特性，被广泛应用于: 手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工 具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。 一、锂电池与镍镉、镍氢可充电池： 锂离子电池的负极为石墨晶体， 正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负 极运动而嵌入石墨层中。放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。 所以， 在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态 出现。因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。 锂电池具有：体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电 池循环次数多等优点，但价格较贵。镍镉电池因容量低，自放电严重，且对环境 有污染，正逐步被淘汰。镍氢电池具有较高的性能价格比，且不污染环境，但单 体电压只有 1.2V，因而在使用范围上受到限 制。 2、锂电池的特点： （1）具有更高的重量能量比、体积能量比； （2）电压高，单节锂电池电压为 3.6V，等于 3 只镍镉或镍氢充电电池的串联电 压； （3）自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性； （4）无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前第 36 页 共 47 页无需放电； （5）寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于 500 次； （6）可以快速充电。锂电池通常可以采用 0.5～1 倍容量的电流充电，使充电时 间缩短至 1～2 小时； （7）可以随意并联使用； （8）由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进 的绿色电池； （9）成本高。与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。 3、锂电池的内部结构 ： 锂电池通常有两种外型：圆柱型和长方型。 电池内部采用螺旋绕制结构， 用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材 料在正、 负极间间隔而成。 正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝 薄膜组成的电流收集极。 负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的 电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和 PTC 元件， 以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。 单节锂电池的电压为 3.6V，容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进 行串、并联处理，以满足不同场合的要求。 4、锂电池的充放电要求： （1）电池的充电：根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为 4.2V，不能 过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可 采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至 4.2V/节后转入恒压充 电，当恒压充电电流降至 100mA 以内时，应停止充电。 充电电流（mA）=0.1～1.5 倍电池容量（如 1350mAh 的电池，其充电电流可控制 在 135～2025mA 之间）。常规充电电流可选择在 0.5 倍电池容量左右，充电时间 约为 2～3 小时。 （2）锂电池的放电：因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正 极， 必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入 通道。否则，电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，第 37 页 共 47 页就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通 常为 3.0V/节，最低不能低于 2.5V/节。电池放电时间长短与电池容量、放电电 流大小有关。电池放电时间（小时）=电池容量/放电电流。锂电池放电电流(mA) 不应超过电池容量的 3 倍。（如 1000mAH 电池，则放电电流应严格控制在 3A 以 内）否则会使电池损坏。 目前市场上所售锂电池组内部均封有配套的充放电保护板。 只要控制好外部的充 放电电流即可。 锂电池充电时应注意将锂电池的最高充电电压限制在 4.2v,所以在冲电时没有保护电 路电池也不会过充。在放电时，如果大家是用于 led 的话，放电也是比较安全的，我 们知道 led 是一种非线性器件，它的正常使用电压是 3.3v 左右，工作电流约 20mA, 随着电压的降低，工作电流将急剧减少，一般锂电池保护电路都将锂电池放电的下限 保护电压定在 2.5v，而在 2.5v 时 led 的电流只有 0.15mA 左右了.所以在使用中发现 led 的亮度发生显著降低时，请停止使用，这样就不会发生过放电了。 5、锂电池工作原理锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳．常 见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合 物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中．放电时，锂离子则从片层结构 的碳中析出，重新和正极的化合物结合．锂离子的移动产生了电流．化学反应原理虽然很简单， 然而在实际的工业生产中， 需要考虑的实际问题要多得多： 正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性， 负极的材料需要在分子结构级去设计 以容纳更多的锂离子；填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好 导电性，减小电池内阻．虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应，记忆效应的原理是结晶化，在锂电池中 几乎不会产生这种反应．但是，锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降，其原因是 复杂而多样的．主要是正负极材料本身的变化，从分子层面来看，正负极上容纳锂离第 38 页 共 47 页子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副 反应生成稳定的其他化合物．物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况，总之最终降 低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目．过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可 以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷， 过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去， 而使得其中一些锂离子再也无法 释放出来．这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因．不适合的温度，将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物， 所以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂． 在电池 升温到一定的情况下，复合膜膜孔闭合或电解质变性，电池内阻增大直到断路，电池 不再升温，确保电池充电温度正常．而深充放能提升锂离子电池的实际容量吗？专家明确地告诉我，这是没有意义的．他 们甚至说，所谓使用前三次全充放的“激活”也同样没有什么必要．然而为什么很多人 深充放以后 Battery Information 里标示容量会发生改变呢 ? 后面将会提到．锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片．其中管理芯片中有一系列的寄存 器，存有容量、温度、ID 、充电状态、放电次数等数值．这些数值在使用中会逐渐 变化．我个人认为，使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作 用应该就是修正这些寄存器里不当的值， 使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的 实际情况．充电控制芯片主要控制电池的充电过程．锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流 快充阶段 （电池指示灯呈黄色时）和恒压电流递减阶段 ( 电池指示灯呈绿色闪烁．恒 流快充阶段， 电池电压逐步升高到电池的标准电压， 随后在控制芯片下转入恒压阶段， 电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到 0 ，而最终 完成充电．第 39 页 共 47 页电量统计芯片通过记录放电曲线（电压，电流，时间）可以抽样计算出电池的电量， 这就是我们在 Battery Information 里读到的 wh. 值．而锂离子电池在多次使用后， 放电曲线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算 出来的电量也就是不准确的．所以我们需要深充放来校准电池的芯片． 三、内部电路 （一）整个内部电路 整个内部电路主要是有整流电路和充电电路 内部电路图如下：S1TL431GND当把手柄压下去 S1 断开时，通过齿轮机构使得电机工作，这时灯就不会亮。但通过 充电电路把大约 90%以上的电能储存在锂电池中。 S1 闭合时， 个 LED 灯就会亮。 当 3 在 S1 闭合时，同时压手柄 3 个 LED 灯的亮度会更加强。因为在电动机工作时，有一 部分电流为被储存直接流过 3 个 LED 灯。第 40 页 共 47 页（二）充电电路的分析 充电电路的作用是把转换的电能储存到锂电池中，其中中充电过程中大约有 10%的能量损耗。 充电电路图如下：当手按手柄时，通过齿轮机构带动发电机转动，从电机上引出的两条线相应接在 上图的正负极上。通过充电电路，就把电能储存在锂电池里。 （三）整流电路的分析 整流电流图如下：第 41 页 共 47 页几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要 的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。整流二极管的工作原 理 晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 p-n 结，在其界面处两侧形 成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于 p-n 结两边载流子浓 度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 当外界有 正向电压偏置时， 外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起 了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一 定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流 I0。 当外加的反向电压高 到一定程度时，p-n 结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程， 产生大量电子空穴对， 产生了数值很大的反向击穿电流， 称为整流二极管的击穿现象。 整流二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电 流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性 和反向特性。正向特性 在电子电路中，将整流二极管的正极接在高电位端，负极接 在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。当加在二极管两端的 正向电压很小时，整流二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有 当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为 0.2V，硅管约为 0.6V） 以后， 整流二极管才能直正导通。 导通后二极管两端的电压基本上保持不变 （锗 管约为 0.3V，硅管约为 0.7V），称为二极管的“正向压降”。 2、反向特性 在电子第 42 页 共 47 页电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电 流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。整流二极管处于 反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当整流二极管两端 的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性， 这种状态称为二极管的击穿。 整流二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为整流二极管管的参数。不同 类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数： 1、 额定正向工作电流 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电 流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为 140 左右，锗管 为 90 左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，整流二极管使用中不要超过二极管 额定正向工作电流值。例如，常用的 IN 型锗二极管的额定正向工作电流 为 1A。 2、最高反向工作电压 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子 击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如， IN4001 二极管反向耐压为 50V，IN4007 反向耐压为 1000V。 3、反向电流 反向电流 是指整流二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向 电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关 系，大约温度每升高 10，反向电流增大一倍。例如 2AP1 型锗二极管，在 25 时反向 电流若为 250uA，温度升高到 35，反向电流将上升到 500uA，依此类推，在 75 时， 它的反向电流已达 8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又 如，2CP10 型硅二极管，25 时反向电流仅为 5uA，温度升高到 75 时，反向电流也不 过 160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。 （四）LED 驱动控制 1、驱动 LED 的并联电路 采用并联方法驱动很多 LED 的电路:第 43 页 共 47 页能驱动任何数目 LED 电路：驱动并联白光 LED在绝大多数应用中，单个白光 LED 是不够的，需要同时驱动几个 LED。必须 采用特定的操作， 以确保它们的强度和色彩一致，即使是在电池放电或其它条件 变化时。 图 7 给出了一组随机挑选的白光 LED 的电流-电压曲线。在这些 LED 上加载 3.3V 电压(上端虚线)会产生 2mA 至 5mA 范围的正向电流， 导致不同亮度的白光。第 44 页 共 47 页该区域中(如图 5 所示) Y 坐标变化很剧烈， 会导致显示色彩的不真实。 同样， LED 也具有不同的光强， 这会产生不均匀的亮度。另外一个问题是所需的最小供电电 压，LED 要求高于 3V 的电压驱动，若低于该电压，几个 LED 可能会完全变暗。 锂电池在完全充满电时可以提供 4.2V 的输出电压，在很短的一段工作时间内 会下降到标称的 3.5V。由于电池放电，其输出电压会进一步下降到 3.0V。如果 白光 LED 直接由电池驱动，如图 3 所示，则会产生如下问题： 首先，当电池充满电时，所有的二极管都被点亮，但会具有不同的光强和色 彩。当电池电压下降至其标称电压时，光强减弱，并且白光间的差异变得更大。 因此， 设计人员必须考虑电池电压和二极管正向电压的数值，而需要计算串联电 阻的阻值。(随着电池彻底放电，部分 LED 将会完全熄灭。)图 7 给出了一组随机挑选的白光 LED 的电流-电压曲线。第 45 页 共 47 页参考文献 1、李靖华等：机械设计[M]。重庆大学出版社。2002 年 2、韩森和：冷冲压工艺及模具设计与制造。高等教育出版社，2004 年 3、唐剑兵：机械基础与结构设计。重庆：重庆大学出版社，2006 年 4、孙学强：机械制造基础。机械工业出版社，2006 年 5、刘力、王冰：机械制图。高等教育出版社，2002 年 6、薄继康、张强华：AUTOCAD2002 实用教程。电子工业出版社，2005 年 7、莫雨松、李硕根等：互换性与技术测量。中国计量出版社，2005 年 8、唐清善：PROTEL 。 中国水利水电出版社，2004第 46 页 共 47 页致谢 经过两个月的工作，本次毕业设计已经接近尾声，由于自身缺乏经验难免有考虑 不周全的地方，在黄斌老师的指导下成功的完成了这次设计。 在这里首先要感谢黄老师。他平日里工作繁忙，但在我们毕业设计的每个阶段里 都抽出时间给我查阅资料，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的 指导。在设计过程中还一直帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。我的设计包 括机械和电两部分，黄老师在电这部分给我做了很详细的指导。在此谨向黄老师致以 诚挚的谢意和崇高的敬意。 其次，我还要感谢瞻世伟老师帮我打下坚实的机械基础。帮助我在设计中能正确 的弄清楚该设计机械不分的工作原理。 在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的 4 舌同门，正是由于你们的帮助 和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。特别感谢我的室 友冯翔同学，他本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成， 有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最 后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!第 47 页 共 47 页
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