使用QSPICE了解和调整LED闪烁器电路

本文研究了QSPICE中LED闪光灯电路的振荡行为，并学习了如何控制其开启时间和脉冲重复频率。

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本文是LTspice用户关于QSPICE的四部分系列文章的第4部分。以下是到目前为止该系列的快速回顾：

第1部分：我们在LTspice中创建并模拟了一个双晶体管LED闪光灯电路。

第2部分：我们经历了从LTspice电路创建QSPICE原理图的过程（有点费力）。

第3部分：我们从LTspice导入了一个LED模型，然后使用QSPICE的波形查看器将其行为与第2部分中的LED实现进行比较。

如果你还没有读过这些文章，你可能想在继续之前浏览一下。否则，让我们从中断的地方继续，结束对QSPICE闪光灯电路的研究。QSPICE的波形查看器将帮助我们了解电路工作的原因，以及如何调整脉冲宽度和振荡频率。

正如我在系列回顾中提到的，“QSPICE闪光灯电路”实际上可以指两个不同的示意图中的任何一个。这是因为LTspice LED组件在QSPICE库中没有直接的等效物。这两个示意图代表了解决该问题的两种不同方法：

用一个组件替换LED，在这种情况下，是一个与电压源串联的普通二极管，它模仿了LED的电流-电压行为。

手动将LED的SPICE模型导入QSPICE。

我们将使用导入的SPICE模型版本的电路（图1）。

进口SPICE型号的QSPICE LED闪光灯电路示意图。

图1 我们将在本文中研究QSPICE LED闪光灯电路

我们在上一篇文章中了解到，只有在LED节点上施加一点额外电压，导入的SPICE模型版本的电路才会振荡。这就是为什么我们添加了你在上图中看到的VFWD源——当与QTLP690C LED模型结合时，它会产生一个正向电压略高的LED。

正如我们将在下一节中看到的，使用VFWD也揭示了闪光灯电路照明行为的一个重要方面。

正向电压如何影响振荡频率

图2至图4绘制了三种不同VFWD值的LED电流。图2中有100 mV的正向电压，图3中有400 mV，图4中有800 mV。

图2 添加了100 mV正向电压的LED闪光灯电路

图3添加了400 mV正向电压的LED闪光灯电路

图4 添加了800mV正向电压的LED闪光灯电路

并排查看这些图，很明显脉冲频率随着正向电压的增加而增加。出于实际原因，这一点很重要——因为不同的LED具有不同的正向电压特性，这意味着现实世界电路中的振荡频率取决于所选的特定LED部件。这也让我们对转向灯的功能有了一些基本的观察。

理解振荡行为

节点VLED实际上相当复杂，直接连接到LED、三个电阻器和Q1的集电极。该节点处的电压强烈影响振荡频率。

快速查看图1中的Q2B节点可以看出，较高的VLED电压对应于较高的Q2基极电压。这表明VLED的值以直接改变电路振荡的方式影响Q2的操作。图5显示了LED电流（绿色轨迹）和Q2集电极电压（红色轨迹）之间的关系。

图5 电流流过LED时Q2集电极的电压行为

上图显示了LED点亮时集电极电压的大幅下降。这告诉我们，当LED导通时，较高的Q2基极电压也会导致Q2导通。当Q2导通时，其集电极电压较低。

Q1的基极通过R2连接到Q2的集电极节点，因此其基极电压也降低。如图6所示，Q1基极电压的下降增加了流经Q1的电流。

图6 Q1的基极电压随着Q2集电极电压的降低而下降，导致通过Q1的电流增加

我们现在已经完成了一个完整的循环——流经Q1的电流被输送到LED。我们可以将LED、Q1和Q2之间的相互作用总结如下：

LED照明的电流从电源流过Q1。

当LED导通时，VLED节点处的电压较高，并且该电压受到LED正向电压特性的影响。

当VLED增加时，Q2传导更多电流。

增加Q2电流会降低Q1的基极电压。

分析和调整振荡特性

接下来，让我们看看如何使用RC网络（R6和C1）来调整闪光灯电路的频率和脉冲宽度。我们将从检查图7开始，该图绘制了在同一时间段内通过LED的电流和输送到RC网络的电流。

图7 流过LED和晶体管Q2的电流遵循相同的模式

我们可以看到，输送到RC网络的电流与通过LED的电流一致，因此也与Q2的电流一致。

如图8所示，从Q2发射极流出的电流对电容器（C1）充电，从而提高了RC网络（VRC）两端的电压。该电流是电路振荡行为的关键。

图8 通过Q2的电流为RC网络充电

Q2的基极到发射极电压随着VRC的增加而稳步下降。当VRC达到某个阈值时，Q2停止导通。这就是图8中红色轨迹行为的原因。其陡峭的上坡表示充电阶段，之后电容器通过R6缓慢放电。

现在很明显，RC网络的充电/放电行为是电路振荡时序的基础。LED的开启时间对应于RC网络的充电持续时间；从一个脉冲结束到下一个脉冲开始的延迟是RC网络的放电持续时间。如图9所示。

图9 LED闪烁灯的完整周期，显示RC网络的充电和放电

调整频率

基于上述情况，我们应该能够通过降低R6的值来增加频率，以便更快地发生放电。图10通过将R6从800kΩ降低到400kΩ来测试这一点。

图10 脉冲频率R6=400kΩ

正如预期的那样，降低电阻会导致更高的脉冲频率。

调整脉冲宽度

更高的电容意味着在充电阶段电压上升得更慢，因此我们应该能够通过增加C1的值来加宽脉冲。为了验证这一点，图11中的图是用C1=10μF而不是原始的3.3μF生成的。R6的值与图10没有变化，并且使用了相同的水平轴限制，因此可以直接比较脉冲宽度。

图11 C1的脉冲宽度=10μF，比图10增加了6.7μF

正如你所看到的，新的脉冲明显更宽。通过对RC网络进行相对简单的更改，我们可以控制LED闪光灯的脉冲重复率和脉冲宽度。

总结

以上是我为LTspice用户撰写的QSPICE系列文章。我写这个系列的目的有两个：

帮助SPICE用户理解和优化将LTspice电路移入QSPICE的任务。

为绘制原理图、执行模拟和使用QSPICE分析结果提供适度详细和实用的介绍。

本文是LTspice用户QSPICE系列文章的第4部分。第1至第3部分的链接可以在文章介绍中找到。本系列文章的完整列表也包括在下面：

LTspice用户QSPICE简介

将LTspice原理图传输到QSPICE

将SPICE模型从LTspice转移到QSPICE

使用QSPICE了解和调整LED闪烁器电路