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您的位置网站首页>>跟我学电子>>《教师吧》课堂:第一课:手电筒电路模式及相关基础知识
责任编辑:刘昆山

  先说下手电筒的基本原理:手电筒由发光体、电池、电路、外壳、反光杯、电路仓、开关等组成,基本原理是电流从电池出来,然后到达电路,经过电路调整电压和电流,然后输出到发光体,进行点亮照明。下面是电路模型:

开关合上,灯炮发光,开关断开,灯泡熄灭。

本电路Multisim10.0仿真源文件下载(必须安装Multisim10.0才能仿真调试)

  一、电路
  定义:由实际元器件构成的电流的通路。
  作用:电力系统中 的电路可对电能进行传输、分配和转换。电子技术中的电路可对电信号进行传递、变换、储存和处理。
  实际电路:由电阻、电容、电感、变压器、半导 体器件、集成电路、电源等元件连接而成的电路。

  二、电路元件

       无源电路元件:电阻,电容,电感。
       有源电路元件:电压源,电流源。

  电阻元件是一种只表示消耗电能的元件

  电容元件是表示其周围空间存在着电场而可以储存电场能量的元件

  电感元件是表示其周围空间存在着磁场而可以储存磁场能量的元件

  三、电路模型
        实际电路可以用一个或若干个理想电路元件经理想导体连接起来模拟, 这便构成了电路模型。

  四、发光体


  手电用的发光体有:LED、卤素灯、普通灯泡和氙气灯泡(分有钨丝充氙气的和只是充氙气的HID)等,其他手电不常用的发光体在这里就不说了。至于我这里说明各个LED的亮度单位统一用流明( Lumens)标示,也就是通常说的光通量。

  1、LED

  最近最流行的就是LED了,中文全名就是“发光二极管”,小功率的LED一般都是多头用在1AA或者3AA,这个我就不多说了,功率实在太小,家用还可以,不过户外就差多了,主要说说户外使用的3W以上的大功率吧,主要代表也是目前最流行的是美国CREE的LED,寿命长,根据厂家数据最高可到10万小时。
  说说主要型号的参数:
(1) P3 ,350mA 亮度73.9-80.6 Lumens,700mA 亮度119.7-130.6 Lumens
(2) P4 ,350mA 亮度80.6-87.4 Lumens,700mA 亮度130.6-141.6 Lumens
(3) Q2 ,350mA 亮度87.4-93.9 Lumens,700mA 亮度141.6-152.1 Lumens
(4) Q3 ,350mA 亮度93.9-100.4 Lumens,700mA 亮度152.1-162.6 Lumens
(5) Q4 ,350mA 亮度100.4-107 Lumens,最大电流1000mA
(6) Q5 ,350mA 亮度107-114 Lumens,最大电流1000mA(可达220-250lm)
  虽然型号很多,我们最常用的也就是P4、Q2和Q5,其中现在最流行的莫过于Q5了,因为效率高,亮度大,电流可以到1A,亮度最高能到250流明。
  LED的色温:每种型号的LED,还根据色温不同分成了不同的种类比如Q5有Q5WB、Q5WC等,Q2有Q2WB、Q2WC、Q25A等等。基本常用的色温从5000-10000K,根据K值分WJ、WD、WC、WB、WA等,通俗的讲就是色温越低越发黄,越高越白。这里我只把市场上比较流行的几种色温作个简单说明:
  (1)最流行的就是WC的色温了,6700K的色温,正白光适合大多数场合使用,刺眼的亮度也很适合亮骚。
  (2)Q5WB,8000K的色温,白光略微的发蓝,因为看起来要比WC的更亮(因为WC的相比下略微发黄),实际用照度计检测亮度是一样的,被大多数厂家使用大批量生产手电筒,我们买的国内大部分厂家大功率手电都是WB色温的。
  (3)Q25A,色温在4000K-4500K,属于暖白光系列,光色偏黄,因为黄色穿透力强,更适合户外使用。
  说到LED在这里就还要说说超大功率的LED的了,刚才说的是3W的是最高能到250流明的了,现在韩国SSC P7 LED也大量使用在国产手电筒上了,电流2.8A,最高可达900流明,目前国内比较成熟的就是WF-900,亮度确实高,超强刺眼,特点是散光好,但是远射不是很强,毕竟灯杯深度有限制;谈到远射,如果说想远射好又想用P7那就只能用C8-P7了,远射确实好,但是光斑的中心有轻微的黑心,这个就让那些完美主义的筒友不满意了,不过我最近联系厂家重新制作了批C8P7专用的光杯,调整了反光杯的弧度,据说没有黑心,还没有到货,到货以后在给大家说效果。


  2、卤素灯泡

  以前市场上很多,在LED还没有流行的时候很盛行,现在很少了,记得以前我有卖过COP的卤素手电,现在也不多见了。

   3、普通的灯泡(白炽灯)。

  这个就不用多说了,最具有代表性的就是我们常见的虎头手电了,从小伴随我们成长,不过现在有点赶不上时代了,不过低价位还是有很多市场的。

  4、氙气灯泡。

  分两种:
  一种是钨丝灯泡,但是里面充的氙气,亮度提高很多,偏黄的光色,比较常见的有氙气501B上面用的G90(最高80流明),还有WF-500上面用的9V氙气灯泡(最高500流明)。特点是亮度高,但是寿命短,也就最多40小时左右。
  另外一种是我们平时说的HID(氙气体放电灯)。灯泡里面充的氙气,高压点亮,亮度超高,功率常见的功率有10W、24W、35W,亮度在1000-3000流明,灯泡寿命最高的能有3000小时,是手电重点佼佼者。优点是很多,缺点:由于灯杯和安定等因素,体积下不来,体积比一般的单节18650的手电偏大,最要命的就是一个字“贵”,最便宜的也要1000多,不是一般玩家消费的。

  五、电池

  手电筒常用的电池有1AA(1节5号电池)、2AA(2节5号电池)、3AA(3节5号电池),5号电池又分碱性电池也就是通常说的不能充电的干电池(4.5V)和可以充电的镍氢电池(1.2V);
  还有就是锂电池了,电压2.45-4.20V,型号有14500、16340、18650等等,很多朋友看这些数字有些晕,说怎么区分啊,其实很简单,定型号的数字都是有原因的,比如14500电池的直径是14毫米,长度是50毫米;16340电池直径是16毫米,长度是34毫米,以此类推,18650电池就是直径18毫米,长度65毫米。哈,明白了吧。
  锂电池还分带保护电路的(防止过充过放的电路)和不带的,大家应该都知道锂电池是不能过充过放的,如果电池过充就是充满电了还在充电器不拿出来还长时间继续充会发生漏水或者爆炸,哦怕怕;如果过放,就是电池用到一点电也没有了才去充,这样都会导致电池报废的,现在加装了保护电路就不会有这样的问题了,但是缺点就是体积变大了,比不带保护电路的(就是上段说的电池尺寸)要大一点,直径增加1毫米左右,长度增加2毫米左右。使得有些手电放电池的时候有些困难,需要慢慢摸索的才能塞进去,不过大部分手电都是可以轻松放进去的。
  还有就是电池串联并联的问题,在这里讲一下,其实我们初中物理就学过的:
  串联电流不变,电压为之前2倍。
  并联电压不变,电流为之前2倍。
  如果您的电池是带保护电路的(带防过充过放功能)就不用看以下介绍了,以下主要是针对没有保护电路锂电池讲解的。
  新品电池的电量不是太多;要电池在第一次使用时,不需要充电时间太长,仅根据充电器的充电指示处理即可。
  在充电时,根据充电器的充电快慢,当指示灯的颜色变化时就立即取出电池,不要过充,建议充电时间不要超过3-5小时。
  充完电,要把电池从充电器里取出。
  选择充电器,要使用有防过充的充电器。
  在使用时,根据电筒对电压的要求使用电池,不要乱用,以防烧坏电筒。
  在使用中,当电筒的亮度发生明显变化时就要关闭电筒,防止过放,(不能同手机电池那样,用到手机自动关机,这样电池就会过放,而不能再用)。
  使用技巧:电筒在使用过程中,要保证散热正常,用手拿着就是最好的方式,建议放着点亮时间要根据电筒的发热情况及时用手拿一下,以便散热。
  电筒在使用时,建议每用30分钟后关闭2-3分钟,以便散热;注意电池的防水防潮防摔等。

  六、电路


  电池可以直驱(就是直接将电池的两端用导线链接到LED的正负接头上)大部分LED的,但是电流不稳定,有大有小,容易造成LED寿命缩短产生光衰,所以控制电压和电流的手电筒专用电路就诞生了,电路主要有下几种:
  讲之前先说个几个常识,什么是输入电压、电流和输出电压、电流。电筒的供电原理是电流从电池出来,经过电路调整,然后输入到LED进行工作,所以输入电流、电压就是指电池端链接电路之间的电压和电流;输出电流、电压就是指电路和LED之间的电流和电压。
  1、升压电路。主要用于使用1AA、2AA电池的手电,因为大部分LED的工作电压在3.6左右,AA电池电压在1.2-1.5,电压不够,需要将电压升到3.6才能使LED正常工作,也就产生了这种电路.
  2、降压电路。一般用在双锂电手电筒上的,比如用2节16340的手电筒,LED的工作电压在3.6,而2节16340串联的电压有7.5V左右,就需要把电路的输出电压降到3.6为LED供电。
  3、自动升降压电路。顾名思义就是当电池电压高于LED的工作电压的时候就把输出电压降到LED的工作电压,当电池电压低于LED工作电压的时候把输出电压升到LED的工作电压,这样就产生了恒压恒流,这就是最理想的电路了。
  对于区分电路的水平,大家习惯用效率来区分,当然还有发热、体积等因素,我这里给新手讲一下什么是电路的效率,根据欧姆定律计算:功率等于电流乘以电压,所以电路效率就是指输出功率(输出电流乘以输出电压)除以输入功率(输入电流乘以输入电压),一般一个好的电路效率在90%以上就是不错的了,那有人问了,那10%跑到那里去了,哈,这10%让电路本身给消耗了,所以说电路消耗的电量越小,电池的利用率越高,这个电路的档次也就越高。

  七、筒身、反光杯

  1、筒身。高档手电大部分都是铝合金外壳,材质都差不多,主要区别在表面处理上,一般大部分手电只要没有特殊用途都是普通的氧化处理,以黑色、灰色为主。有些手电要求能够抗磨表面不掉色的,那就采用三级氧化处理,处理后表面坚硬,用刀刮也不会出现痕迹,不过价格就高了。
  2、灯杯。常见的有橙面杯和光面杯,橙面杯的表面是凹凸不平的橘皮状,特点是反光均匀,照射出的光斑漂亮;光面杯的特点是反射效率高,聚光性能好,也就是远射效果好,但是照射出的光斑外圈有层光环让人感觉不完美。

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