舞臺燈光經(jīng)歷了幾代的發(fā)展，已經(jīng)由傳統(tǒng)的高電壓高能耗驅(qū)動型帕燈發(fā)展成了低電壓低能耗的LED燈。以下以54顆LED帕燈為例簡略介紹舞臺燈光的控制原理及簡易制作。

圖1 54顆LED帕燈的燈珠排布

從圖1中可知，這種LED帕燈共有4中顏色的LED，分別為紅色、藍(lán)色、綠色和白色。光的疊加規(guī)律是紅光+綠光為黃光，綠光+藍(lán)光為青光，紅光+藍(lán)光為品紅光，紅光+綠光+藍(lán)光為白光。所以在不考慮各色LED的亮度的前提下，這種組合的LED帕燈一共可以發(fā)出紅色、綠色、藍(lán)色、品紅、黃色、青色、白色7種顏色的光。

常見的LED帕燈所使用的LED是10mm直徑的直插式LED，但我實驗的時候手頭只有3mm直插的藍(lán)色led，二者性能上的差別后文再論。

驅(qū)動方面主要是采用恒流驅(qū)動的方式。因為如果是恒壓驅(qū)動的話需要加限流電阻，這樣效率會大大降低。因此驅(qū)動方面主要是做一個符合要求的電流源。

我首先采用運算放大器的方法做了嘗試。選用的運放是OP07，使用OP07構(gòu)成電壓跟隨器，負(fù)載(LED)接入反饋環(huán)內(nèi)，實測過程中發(fā)現(xiàn)電流大于24mA以后，運放的同相端與反相端電壓值不一致，當(dāng)輸出電流達(dá)到30多個毫安的時候，反相端電壓已經(jīng)接近于零，同時輸出電流也不再上升。

實測過程輸出電流最大可以達(dá)到35mA，led兩端的電壓為3.35V，可得單個led的功率為115mW。乘以54以后，LED總的功率為6.2W。

之后我又嘗試了采用三極管構(gòu)成電流源的方案，如圖2所示。

圖中3V電源主要起控制作用，選用低電壓控制主要是為了提高電源效率。圖中采用電阻分壓的方法為三極管提供基極電壓，并在發(fā)射極產(chǎn)生電流，Ie=Vb/Re，且Ie=Ic。Ic則是用來驅(qū)動LED的電流。實驗中，Ic可達(dá)到60多個毫安，大于70mA后，電流會自動緩慢上升，分析應(yīng)該與LED發(fā)熱無關(guān)，可能是因為三極管發(fā)熱產(chǎn)生了漂移，造成結(jié)電阻減小，導(dǎo)致電流不斷增大。在實驗中，我曾將電流增大至100mA，觀察發(fā)現(xiàn)led并沒有立即損壞，而是每亮一段時間就會熄滅一下，然后再亮，幾次以后led才被徹底燒壞。

以前用led主要是作為指示燈使用。一般都是只用一兩支而已，這種情況，用5V電源是足以搞定的。但led數(shù)量增多后，考慮到一個一個地去控制既費工又費料。

所以就得幾個led串聯(lián)起來使用。這里每6支l同樣顏色的ed作為一組，一共分成了九組。這時再用5V電源驅(qū)動顯然是玩不轉(zhuǎn)的，因為6個led串聯(lián)，總的壓降已經(jīng)十分可觀。

圖3 4種顏色led串聯(lián)發(fā)光效果

圖4 4種顏色led串聯(lián)的電流與電壓值

我用兩個藍(lán)光led和一個紅光led的代價總結(jié)了以下經(jīng)驗：

6個綠光led串聯(lián)時，電流為63.6mA時，總壓降20.2V，平均每個led兩端電壓為3.33V;

單個藍(lán)光led流過電流為46.1mA時，U=3.6V;

單個紅光led流過電流大于90mA時，led燒壞，小于90mA時壓降為2.1V左右

單個白光led流過電流71.4mA時，U=3.37V。

應(yīng)該說，當(dāng)電流大于40mA以后，led亮度的變化已經(jīng)不是很明顯，說明多余的電流被用于使led發(fā)熱，而led溫度過熱會嚴(yán)重影響其壽命，所以這里將其工作電流暫定為35mA(每組)。

下面是整個led驅(qū)動部分的電路圖。

圖5 驅(qū)動部分(電流源)電路圖

圖6 驅(qū)動部分PCB板圖

(未完)

電路調(diào)試時由于手頭只有15V和30V的電源，所以先用了30V的電源。亮是亮，不過三極管熱的厲害，工作2分鐘左右管殼已經(jīng)有了糊味;之后又試驗了15V的電源，結(jié)果是除了紅色燈全部點亮，其他燈都不能正常工作。

分析三極管過熱的原因可能是電流過大，也可能是Vce過大。所以接下來將開始電源的設(shè)計與制作部分。

這里對電源的要求是具有24V和5V的輸出電壓，輸出功率應(yīng)不小于5W，現(xiàn)在暫時不予詳細(xì)論述，因為將要開始下一階段的功能，即燈光的控制部分。

這里主要用到的是濾波和信號處理的理論。