低电压光控 LED 闪烁灯

Electronics Jul 5, 2026 12 min read

低电压光控 LED 闪烁灯原理详解

电路整体功能

低电压光控 LED 闪烁灯原理图

这是一个由 单节 1.5V 电池供电、黑暗时自动工作的 LED 闪烁电路。

它同时完成三项功能：

光照检测：RG 检测环境亮度，白天停止工作，黑暗时启动。
低频振荡：V1、V2 和 C1 构成互补式弛张振荡器，使 LED 周期性闪烁。
脉冲升压：利用 C1 的储能和电压不能突变的特性，使 LED 瞬间获得接近 3V 的正向电压。

三极管引脚和关键节点

V1：9013，NPN 三极管

按照原理图符号：

B（基极）：左侧，连接 R1 与 RG 的分压中点。
C（集电极）：上侧，连接 R2 下端和 V2 基极。
E（发射极）：下侧，连接 R3 上端、C1 负极和 LED 阴极节点。

V1 的主要作用：

检测环境是否足够暗；
拉低或释放 V2 的基极；
参与振荡过程中的正反馈和状态翻转。

V2：9012，PNP 三极管

按照原理图符号：

B（基极）：左侧，连接 V1 集电极。
E（发射极）：上侧，连接 R4 下端和 C1 正极。
C（集电极）：下侧，经 R5 接电源负极。

V2 的主要作用：

快速拉低 C1 正极；
使 C1 负极产生负向跳变；
触发 LED 的升压闪光脉冲。

各元器件的作用

元件	参数	作用
BT	1.5V	单节电池供电
RG	光敏电阻	光照强时阻值小，黑暗时阻值大
R1	200kΩ	与 RG 组成光控分压器，设定启动门限
V1	9013	光照检测、反相控制和振荡切换
R2	2kΩ	V1 集电极负载，同时将 V2 基极上拉
V2	9012	PNP 开关管，控制 C1 快速放电
R4	1kΩ	C1 充电限流
R3	1kΩ	C1 充电回路及 V1 发射极电阻
R5	100Ω	限制 V2 导通时的放电电流
C1	470μF	定时、反馈、储能和脉冲升压
LED1	LED	将升压脉冲转换为可见闪光

白天为什么不闪

白天光线较强时，RG 的阻值变小。R1 和 RG 构成分压器，V1 基极电压近似为：

V_{B1}\approx V_{CC}\frac{R_G}{R_1+R_G}

其中：

R1 接电源正极；
RG 接电源负极；
分压中点连接 V1 基极。

当光照增强、 $R_G$ 变小时， $V_{B1}$ 随之下降。当：

V_{BE1}<0.6\sim0.7\text{V}

V1 截止。

V1 截止后：

V1 集电极通过 R2 被拉高；
V2 基极接近电源正极；
V2 的基极和发射极电位接近；
PNP 管 V2 截止；
振荡不能启动，LED 不闪。

黑暗时为什么能够启动

黑暗时，RG 阻值明显增大，R1 与 RG 的分压中点电压升高，也就是 V1 基极电压升高。

当满足：

V_{B1}>V_{E1}+0.6\sim0.7\text{V}

V1 开始导通。

在启动瞬间，可以粗略认为 V1 发射极电压较低，启动门限约为：

V_{B1}\approx0.7\text{V}

代入 $V_{CC}=1.5\text{V}$ 、 $R_1=200\text{k}\Omega$ ：

0.7=1.5\frac{R_G}{200\text{k}\Omega+R_G}

可得：

R_G\approx175\text{k}\Omega

因此，理论上 RG 增大到约 175kΩ 附近时，电路可能开始工作。

完整闪烁周期

V2 截止，C1 缓慢充电

当 V2 截止时，C1 的主要充电路径为：
```
电源正极 → R4 → C1 → R3 → 电源负极
```
C1 标有 “+” 的一端经 R4 向电源正极充电，另一端经 R3 接近电源负极，因此形成 “左正、右负” 的电压。

最终近似有：
$U_{C1}\approx1.5\text{V}$
V1 导通，拉低 V2 基极

黑暗条件下，V1 获得基极电流。其集电极电流路径大致为：
```
电源正极 → R2 → V1 集电极 → V1 发射极 → R3 → 电源负极
```
V1 导通增强后，集电极电压下降。由于 V1 集电极直接连接 V2 基极，因此 V2 基极也被拉低。
V2 迅速导通

V2 是 PNP 管。当：
$V_{E2}-V_{B2}\gtrsim0.6\text{V}$
V2 开始导通。

此时 C1 正极侧的放电路径大致为：
```
C1 正极 → V2 发射极 → V2 集电极 → R5 → 电源负极
```
V2 会把 C1 正极从接近 +1.5V 快速拉向接近 0V。
C1 负极产生负电压

电容两端电压不能瞬间突变。V2 导通前：
$U_{C1}=V_{\text{左}}-V_{\text{右}}\approx1.5\text{V}$
当 C1 左侧从 +1.5V 突然降到约 0V 时，为维持原来的电容电压，右侧会瞬间变为：
$V_{\text{右}}\approx0-1.5=-1.5\text{V}$
该节点同时连接 LED 阴极，因此 LED 阴极被瞬间拉到负电压。
LED 获得升压脉冲并闪亮

LED 阳极接电源正极：
$V_A=+1.5\text{V}$
LED 阴极瞬间约为：
$V_K\approx-1.5\text{V}$
因而 LED 两端电压为：
$V_{LED}=V_A-V_K\approx1.5-(-1.5)=3.0\text{V}$
LED 因此产生一次短促闪光。
C1 放电，LED 熄灭并重新进入充电阶段

随着 C1 储能释放：
- C1 两端电压减小；
- LED 阴极的负电压消失；
- LED 正向电压下降；
- LED 熄灭；
- V1、V2 的导通条件发生改变；
- V2 截止，C1 再次经 R4、R3 充电。
V2 会在 LED 闪光后截止，根本原因是：

LED 闪光会消耗 C1 中储存的电荷，使 C1 对 V1 发射极的负向拉低作用逐渐消失；V1 随之退出导通，V1 集电极被 R2 拉高，最终让 V2 的基极与发射极电压接近，V2 因此截止。

电路随后重复上述过程，形成连续闪烁。

为什么 LED 只闪一下

LED 的升压电压来自 C1 的瞬态电压，而不是稳定的直流电源。

V2 导通后，C1 储存的电荷迅速释放。随着 C1 电压降低：

LED 阴极负电压快速减小；
LED 两端电压下降；
当电压低于 LED 的正向导通电压时，LED 熄灭。

R5 只有 100Ω，而主要充电电阻约为 $R4+R3=2\text{k}\Omega$ ，因此电路表现为：

充电慢；
放电快；
闪光短促。

正反馈和快速翻转

当 V1 稍微增强导通时，会产生以下连锁变化：

V1 导通增强
→ V1 集电极电压下降
→ V2 基极电压下降
→ V2 导通增强
→ C1 节点快速跳变
→ 电路状态进一步翻转

因此，两只三极管不会长时间停留在线性放大状态，而是在两种状态间快速切换：

V2 截止，C1 缓慢充电；
V2 导通，C1 快速放电并驱动 LED。

这就是互补式弛张振荡器的基本工作方式。

电阻为什么不能随意取消

R2：V1 集电极负载和 V2 基极上拉

V1 截止时，R2 将 V2 基极拉向电源正极，使 V2 可靠截止；V1 导通时，R2 限制 V1 集电极电流。

粗略最大电流为：

I_{R2}\approx\frac{1.5\text{V}}{2\text{k}\Omega}=0.75\text{mA}

R4：C1 充电限流

R4 限制 C1 的充电电流。刚开始充电时，理论最大值约为：

I_{R4}\approx\frac{1.5\text{V}}{1\text{k}\Omega}=1.5\text{mA}

R3：充电回路和发射极负反馈

R3 提供 C1 右侧的充电回路，同时限制 V1 发射极电流。

当 V1 电流增大时：

R3 压降增大
→ V1 发射极电压升高
→ V1 的 VBE 减小
→ 抑制 V1 电流继续增大

R5：限制 V2 放电电流

V2 导通时，C1 通过 V2 和 R5 快速放电。若取消 R5，可能造成：

C1 瞬时放电电流过大；
V2 过流；
电池瞬时负载过重；
三极管损坏。

若近似取 $V_{CE(sat)}=0.2\text{V}$ ，峰值电流上限可粗略估算为：

I_{\text{peak}}\approx\frac{1.5-0.2}{100\Omega}\approx13\text{mA}

实际峰值还会受到电池内阻、C1 等效串联电阻和三极管参数限制。

关键节点波形

C1 正极与 V2 发射极节点

V2 截止时：经 R4 缓慢升高；
V2 导通时：快速下降。

该节点接近指数充电与快速放电波形。

C1 负极与 LED 阴极节点

正常充电时：接近 0V；
V2 突然导通时：瞬间跌至负电压；
C1 放电后：逐渐回到 0V。

LED 两端电压

平时不足以点亮；
每次 C1 节点发生负向跳变时，出现接近 3V 的短脉冲；
LED 因而周期性闪光。

闪烁速度的估算

主要时间常数近似为：

\tau\approx(R4+R3)C1

代入原图参数：

\tau\approx(1\text{k}\Omega+1\text{k}\Omega)\times470\mu\text{F}

\tau\approx0.94\text{s}

闪烁周期通常是一个或若干个时间常数，并不严格等于 0.94s，因为实际翻转时刻还取决于三极管门限和动态电流。

C1 容量	近似时间常数
100μF	0.20s
220μF	0.44s
470μF	0.94s
1000μF	2.00s

参数变化趋势：

C1 增大：闪烁变慢；
C1 减小：闪烁变快；
R4 或 R3 增大：闪烁变慢；
R4 或 R3 减小：闪烁变快，但电流增大。

实际制作注意事项

优先使用红色 LED

红色 LED 的正向压降通常较低，更适合由单节 1.5V 电池和电容脉冲驱动。

蓝色或白色 LED 的正向压降较高，可能出现亮度低、电池稍旧便无法闪烁等问题。

C1 极性不能接反

C1 正极：连接 R4 下端和 V2 发射极；
C1 负极：连接 LED 阴极、V1 发射极和 R3 上端。

实物三极管必须核对数据手册

原理图中的 B、C、E 只是电气功能，不代表实体三极管从左到右一定是固定排列。

不同厂家或不同封装批次的 S9012、S9013 可能采用不同引脚排列，例如：

E-B-C；
E-C-B；
其他排列。

焊接前应根据具体厂家和封装的数据手册确认。

不要误接交叉线路

以下两个节点相互独立：

V1 发射极、C1 负极、LED 阴极、R3 上端；
V2 集电极、R5 上端。

两者不能短接。

工作过程总结

黑暗
→ RG 阻值增大
→ V1 基极电压升高
→ V1 与 V2 进入振荡状态

V2 截止
→ C1 通过 R4、R3 缓慢充电至约 1.5V

V2 导通
→ C1 正极被快速拉低
→ C1 负极瞬间跌至约 -1.5V

LED 两端电压
≈ 1.5V - (-1.5V)
≈ 3V

LED 闪亮
→ C1 放电
→ V2 截止
→ C1 重新充电
→ 进入下一次闪光

因此，该电路本质上是一个集成了 光控开关、互补晶体管弛张振荡器和电容式脉冲升压驱动 的低电压 LED 闪烁电路。