随笔 · 2025年3月22日 0

分析了LM358构成的呼吸灯,最喜欢分析电路了

认真分析了一下,网上的各种分析大都语焉不详,或者胡说八道,所以我还是贴分析过程出来以正视听,这个过程实际模拟过,应该不会错

如图,分析过程如下:

  1. 确定两个运放的工作状态:
    • 上面的运放工作在负反馈状态,下面的工作在正反馈状态。
    • 所以上面运放的正负输入都可以认为是6V(可以用虚短、虚断),下面的输出在0到12V左右之间来回跳(运放在两个饱和输出间横跳),查看手册知道实际是在0.75V到10.5V之间,因为有到轨电压的存在。
  2. 分析两个最终态:
    • 假设下面运放输出0.75V,则通过R6有一个向下的恒定充电电流(从C1右到左流过),这个电流把C1的右端充到某个电压导致下面运放输出反转(下面的运放当比较器用了),C1左端始终是6V,结合下面运放的负输入是6V,通过R5/R7计算得知这个反转电压满足方程:
      \((100 * (V_高-0.75))/(100+47)+0.75=6\),得到\(V_高=8.47V\),\(I_充=(6-0.75)/47=0.112mA\)
    • 同理得到\(V_低=3.47V\),\(I_放=(10.5-6)/47=0.096mA\)
    • 我看网上C1有人用电解电容的,是不可以的,因为电容一端是6V,另一端电压并不会一直大于6V或者小于6V,时间一长会思密达!
  3. 计算充放电时间和输出:(这里是个坑,注意是电容的恒流充放电,电容电流不变,电压线性变化的,不要当成阻容串联恒压充放电,那个自然对数方程的估算问题!)
    电容充放电公式:\(C*dV/dt=I\),充放电的\(\Delta V\)都是5V只不过电流不同,可以计算出充电时间4.5ms,放电时间5.2ms,故上述电路输出到三极管基级的是一个三角波,周期9.7ms,最高8.47V,最低3.47V。为了便于模拟C1选择了0.1uF的电容,如果正式使用,应该把电容C1或者R6改大,不然变化太快看不到呼吸效果,使用22uF的电容和47K电阻,会得到一个周期大约是2秒的呼吸灯。再次强调,不要使用电解电容,不然做出的是个定时炸弹!
  4. 计算三极管工作状态,这里设发光二极管导通电压1.8V(红色的哦):
    B电流最大\((8.47-0.6-1.8)/100 = 60mA\),最小\((3.47-0.6-1.8)/100=10mA\),
    假设\(\beta=100\),晶体管工作在放大态,则CE电流最大6A,最小为1A,计算CE间电压最大为\(12-6*100-1.8 = -589V\),最小为:\(12-1*100-1.8=-89V\),显然不可能,所以三极管工作在饱和态,过CE电流是\((12-0.4-1.8)/100=100mA\)。
    如果想让电路正常工作,应该在B串一个电阻,让B电流最大100uA左右:\((8.47-0.6-1.8)/(100/1000000)-100 = 60K\),进一步,如果想让LED在低电压时候完全关闭,需要在R2和LED之前串街二极管一个或者两个,让B电压3.47V时候三极管处于截止状态。