大功率LED頻閃光源驅(qū)動解析

　　1.1、光源的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)足夠短

　　連續(xù)拍攝高速運(yùn)動的物體時(shí)，光源每發(fā)光一次，數(shù)碼照相機(jī)的CCD(類似光學(xué)相機(jī)的膠片) 也曝光一次。單位時(shí)間內(nèi)光源的連續(xù)閃光速度越快，每秒拍攝到的動作越多。所以要得到物體較好的運(yùn)動軌跡，必須保證光源有較快的閃光速度。如拍攝小球的自由落體運(yùn)動，若小球的高度為115m ，由h =12gt^2求得下落時(shí)間是0155s。為了拍攝出清楚的運(yùn)動軌跡，曝光應(yīng)為10 次以上，這就要求光源每秒約閃亮20 次(連拍速度20 幀P秒) 。

圖2 　LED 響應(yīng)時(shí)間曲線圖

　　響應(yīng)時(shí)間從使用角度來看，就是LED 點(diǎn)亮與熄滅所延遲的時(shí)間，即圖2 中的tr 、tf (圖中t0 值很小，可以忽略) 。LED 的上升時(shí)間tr 是指從接通電源、使發(fā)光亮度達(dá)到正常的10 %開始，一直到發(fā)光亮度達(dá)到正常值的90 %所經(jīng)歷的時(shí)間。LED 的下降時(shí)間tf是指從正常發(fā)光減弱至原來的10 %所經(jīng)歷的時(shí)間。不同材料的LED 響應(yīng)時(shí)間也有一定的差異，如GaAs、GaAsP、GaAlAs 其響應(yīng)時(shí)間小于 10^(-9)s ，GaP 則為10^(-7) s。

　　而通過調(diào)整LED 的驅(qū)動電路，還可以改變控制脈沖的寬度，使LED 的發(fā)光時(shí)間得到控制。因此它們可用在10～100MHz 高頻系統(tǒng)，完全可以滿足拍攝高速運(yùn)動物體軌跡的需要。

　　另外， 數(shù)碼相機(jī)也有連拍功能( continuousshooting) ，但由于數(shù)碼相機(jī)拍攝要經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換及媒體記錄等過程，其中無論轉(zhuǎn)換還是記錄都需要花費(fèi)時(shí)間，特別是記錄花費(fèi)的時(shí)間較多，因此所有數(shù)碼相機(jī)的連拍速度都不會很快。目前的數(shù)碼相機(jī)中，最快的連拍速度為7 幀P秒，離20 幀P秒還有很大差距。所以利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能還不能很好地拍攝高速運(yùn)動物體的運(yùn)動軌跡。

　　1.2、光源的照度應(yīng)足夠大

　　小功率LED 的額定電流為20mA ，額定電流大于20mA 的都可以算作大功率LED。一般的功率數(shù)有：015W、1W、2W、5W、8W、10W等。大功率LED 的光通量單位為lm(流明) 。通常閃光測速儀中使用的汞燈功率為20W，一般教學(xué)用頻閃光源也是使用兩個(gè)20W汞燈作為照明光源。大功率LED 的發(fā)光效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汞燈，目前，大功率LED 的光效已經(jīng)超過110 lmPW，而低壓汞燈約為60 lmPW。而且LED 響應(yīng)速度也比汞燈快得多，瞬間就可以達(dá)到很高亮度，更適合作頻閃光源。實(shí)踐證明，兩個(gè)8W的LED 的照度，完全可以滿足閃光測速儀和自由落體等物理實(shí)驗(yàn)的拍攝需要。