用CD4040制作七彩变色灯

用CD4040制作七彩变色灯

用CD4040制作的七彩变色灯具有电路简单、耗电省、成本低、发光绚丽、不用调试等优点。CD4040是12位二进制计数器／分频器，图1是CD4040引脚排列图。附表是CD4040功能表。

1．工作原理

七彩变色灯原理图如图2所示，由电源电路、计数脉冲输入电路、计数器（含驱动电路）全灭状态消除电路、负载电路等组成。

市电经R1、C1降压（R2是泄放电阻）、VD1-VD4桥式整流、VD5稳压、C2滤波输出12V直流电压给IC及三组发光二极管供电。同时，市电由A点经R5、R7分压、经R6到IC⑩脚输入幅度较低的50Hz正弦波，这里可近似地看作方波。由CD4040作分频器，分频后的脉冲由IC的(15)、(14)、(12)脚输出，分别经R8、R9、R10限流接蓝、绿、红三组发光二极管负极，输出低电平有效。IC的(15)脚即Q11是把⑩脚输入的脉冲以2^(n-1)分频输出，其频率为50÷2^(n-1)Hz。由于把周期性脉冲N分频，就是把输入脉冲的频率缩小N倍，也即把输入脉冲的周期扩大N倍，这样计算就方便了。设IC(15)、(14)、(12)脚输出的脉冲周期分别为T15、T14、T12，由于输入脉冲的周期T=1/50s=0.02s，所以：

T15=0.02sx2^10=20.48s（约等于20s）

T14=0.02sx2^9=10.24s（约等于10s）

T12=0.02sx2^8=5.12s（约等于5s）

如果IC第(11)脚不按照图2的接法，而是按图3的接法，只是开机清零，后来IC永远处于计数状态。

CD4040对50Hz方波分频后的波形、混色效果、彩色顺序如图4所示。从图4看出，从白、青、紫、蓝、黄、绿、红到全灭时共八个状态约20秒一个遁环周期，每个状态持续约2.5秒。

全灭状态消除电路由R4、VD6-VD8组成，复位端(11)脚通过R4接正电源，二极管VD6-VD8的负极分别接到三个输出端，组成一个原始三输入与门电路，(15)、(14)、(12)脚分别是这个与门的输入端。(11)脚是这个与门的输出端。由于与门的逻辑功能是：有低为低，全高为高。刚开机时(11)脚为高电平，清零，三路灯全亮，混色效果为白色，其后由青~红六色输出时，三个输出端至少有一个为低电平，计数器处于计数状态（功能表第二行）。当红色持续结束时，三个输出端仍有输出高电平的趋势，于是又一次清零，计数器重新计数。但这个清零脉冲很窄，占用白光持续的时间很短，人眼无法查觉，只能借助低频示波器来观察，

实际输出的波形如图5所示（阴影部分是清零脉冲），由于(11)脚的这种接法改变了三个输出端的原始输出波形，清除了全灭状态。白、青、紫、蓝、黄、绿、红共七个状态为一循环周期，一个循环周期约为17.5秒，每个状态仍持续约2.5秒。

负载分别由4支蓝、绿、红高亮度发光二极管（散射型）串联组成，当输出端为低电平时，该路发光二极管点亮，根据三基色混色原理，外用乳色灯泡，即能达到混色目的。R8、R9、R10是限流电阻，其阻值由电源电压和发光二极的参数（正向电压，额定正向电流）在调试中决定。

2．制作方法

灯头用损坏的节能灯的灯头，选用32W的（用9W的灯头，圆形电路板直径只有34mm，元件密集，手工制作难度较大），小心去除灯管及内部电路板，灯头前端掏空，用一直径50mm的单面敷铜板制作电路板，如图6(a)(略)所示。发光二极管安装在灯头前端的塑料隔板上，如图6(b)(略)，电路板中心和塑料隔板中心各钻约大于直径3mm的孔，用直径3mm的螺丝杆和螺帽把二者连接并固定起来，二者有四根导线连接，见图6(略)，装入灯头内，乳色灯泡用外径约50mm的塑料西药瓶（乳色），去除瓶颈，用粘合剂固定在灯头前端（套内套外均可），混色效果很不错。图7是笔者制作的七彩变色灯实物图。

3．元器件选择

R1为2W，其余电阻均为1/8W；C1为0.68uF/400V聚丙烯电容。VD5为12V，1W稳压二极管，如IN4742。LED为红、绿、蓝高亮度发光二极管，其他元件按原理图标注选取。