電子課程設計報告--保健燈自控電路

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p><b>　　一、總體設計</b></p><p>　　1.1方案選擇及分析</p><p><b>　　表 1.1</b></p><p>　　在使用變壓器方面，方案一使用了兩個變壓器用來升壓降壓，而方案二沒

2、有使用變壓器，所以方案二的成本比前者低很多；</p><p>　　在使用的穩(wěn)壓器件方面，方案一使用的穩(wěn)壓元件是穩(wěn)壓二極管，可穩(wěn)壓二極管輸出電壓才接近5V，由于整體電路的功率比較高，所以電路的電流比較大，可能造成后面的低壓控制電路燒壞；而方案二使用的是三端穩(wěn)壓芯片，內部集成了放大電路、保護電路等，可以穩(wěn)定地輸出15V直流電壓，而且后面的元器件都承受得了15的電壓，所以方案二的穩(wěn)壓模塊比較可靠。</p>

3、<p>　　在使用定時器方面，兩個方案都用到了555定時器，不同的是，方案一使用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來定時，但是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只外接單個電容和電阻，長時間定時需要超大值的電阻和電容；而方案二使用的555定時器接成的多諧振蕩器外接了兩個電阻、一個電位器和一個電容，可以滿足定時的需求。而且該電路還能確定蜂鳴器報警的時間，所以方案二的定時模塊比較可靠。</p><p>　　在脈沖發(fā)生器方面，方案一使

4、用了對稱式多諧振蕩器，含有豐富的高次諧波成分，只能近似地調整振蕩頻率；而方案二用555定時器接成的多諧振蕩器，可調節(jié)輸出占空比為1:1的脈沖方波，而且方波的頻率計算了也很精確，所以方案二的脈沖發(fā)生器比較可靠。</p><p>　　在使用逆變電路方面，方案一使用NPN三極管接成的單相半橋逆變器，半橋逆變器輸出電壓比全橋低一半，且NPN三極管不太穩(wěn)定；而方案二絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）接成的單相全橋逆變器，IGB

5、T能承受高壓，而且輸出較穩(wěn)定，所以方案二的逆變電路比較可靠。</p><p>　　在使用調光電路方面，方案一使用高壓調光，安全系數(shù)比較低，極易發(fā)生危險；而方案二雙向可控硅觸發(fā)的低壓調光電路，安全可靠，所以方案二的調光電路比較可靠。</p><p>　　綜上所述，方案二比較可行，所以選擇方案二作為設計方案。</p><p><b>　　1.2 指標確定<

6、;/b></p><p>　　調光設定：0—100%；</p><p><b>　　光變化率：<5%</b></p><p>　　光頻率：2000Hz±10%；</p><p>　　提示閱讀時間范圍：20—100min±5min；</p><p>　　供電電源：AC

7、220V。</p><p>　　燈參數(shù)：AC220V、 50W白熾燈；</p><p><b>　　1.3 原理框圖</b></p><p><b>　　圖1.3</b></p><p>　　二、單元模塊工作原理介紹</p><p><b>　　2.1整流濾波電路&

8、lt;/b></p><p><b>　　2.1.1整流電路</b></p><p>　　二極管具有單向導電性，因此可以利用二極管的這一特性組成整流電路，將交流電壓變成單向直流電壓，本方案采用的是單相全橋電路，原理圖如下：</p><p><b>　　圖 2.1.1</b></p><p>　

9、　在u2正半周時，D2、D4反偏截止，D1、D3正向導通。電流流過RL時產生的電壓極性是上正下負。</p><p>　　在u2負半周時，D1、D3反偏截止，D2、D4正向導通。電流流過RL時產生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。</p><p>　　因此在負載上得到一個單方向的脈動電壓。</p><p><b>　　2.1.2濾波電路</b&g

10、t;</p><p>　　整流電路的輸出電壓都含有較大的脈動成分，通常在整流電路后面還要加上一定的濾波電路。電容和電感都是基本的濾波元件，利用他們的儲能作用，在二極管導電時將一部分能量儲存在電場或電感中，然后再逐漸釋放出來，從而在負載上得到比較平滑的波形。本方案采用的是電容濾波電路。其原理圖如下：</p><p><b>　　圖 2.1.2</b></p>

11、<p>　　將一個大電容C與負載并聯(lián)，即可組成電容濾波電路，在e2的正半周，除了有一個電流流向負載RL之外，還有一個電流向電容C充電，電容電壓的極性上正下負，當e2達到最大之后開始下降，此時電容開始放電而兩端的電壓逐漸下降。在e2的負半周時，同理。因此，由于電容的儲能作用，輸出波形比較平滑。</p><p><b>　　2.2穩(wěn)壓電路</b></p><p&

12、gt;　　通過整流和濾波后，輸出的電壓和理想的電壓還有些差距，為了得到更加穩(wěn)定的直流電壓，需要在整流濾波之后再加上穩(wěn)壓電路。本方案采用的是三端集成穩(wěn)壓器LM7815CT，穩(wěn)定輸出15V直流電壓。其內部原理圖如下：</p><p><b>　　圖 2.2</b></p><p>　　2.2.1內部電路組成</p><p>　　基準電源，輸出電壓與

13、基準電壓是成正比關系，基準電壓的穩(wěn)定性直接影響穩(wěn)壓電路輸出電壓的穩(wěn)定性。</p><p>　　誤差放大器，電路組態(tài)為共射接法，可以獲得較高的電壓放大倍數(shù)。</p><p>　　調整管，調整管為幾個三極管組成的復合管。這種結構要求放大電路用較小的電流即可驅動調整管回路中較大的輸出電流，而且提高了調整管的輸入電阻。</p><p>　　取樣點路，取樣電路有兩個分壓電阻組

14、成，它對輸出電壓進行采樣，并送入放大電路的輸入端。</p><p>　　2.2.2 電路接法</p><p><b>　　圖 2.2.2</b></p><p>　　為改善紋波電壓，常在輸入端接入電容Ci。同時，在輸出端接上電容Co，以改善負載的瞬態(tài)響應，兩個電容均直接接在集成穩(wěn)壓器的引腳處。</p><p><b

15、>　　2.3定時電路</b></p><p>　　采用555定時器可以很方便的接成多諧振蕩器，其原理圖和波形圖如下。</p><p><b>　　圖2.3</b></p><p><b>　　充電時間：</b></p><p><b>　　放電時間：</b>&

16、lt;/p><p>　　所以通過改變R和C的值就可以改變充放電的時間，從而實現(xiàn)定時的功能。</p><p><b>　　2.4脈沖發(fā)生電路</b></p><p>　　脈沖發(fā)生器也是用555定時器接成的多諧振蕩器，與定時電路不一樣的地方是電容的充電時間和放電時間相等，即輸出脈沖的占空比為1:1。電路圖如下：</p><p>

17、<b>　　圖 2.4</b></p><p>　　由于接入二極管D1和D2，電容的充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只留經(jīng)R1，放電電流只留經(jīng)R2，因此</p><p><b>　　電容C充電時間為：</b></p><p><b>　　電容C放電時間為：</b></p>&l

18、t;p>　　輸出脈沖的占空比為： </p><p>　　若取R1=R2,則q=50%</p><p><b>　　2.5逆變電路</b></p><p>　　逆變電路是與整流電路相對應，將低電壓變?yōu)楦唠妷?，把直流電變成交流電的電路稱為逆變電路。逆變電路模塊為白熾燈提供交流電壓，本方案采用單相全橋式逆變電路。其原理圖如下：</p>

19、;<p><b>　　圖 2.5</b></p><p>　　該變換電路共有4個橋臂，可以看成2個半橋電路組合而成。T1、T4和T2、T3交替導通，輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，其幅值高出半橋變換電路1倍。改變直流電壓E就可改變輸出交流有效值，輸出功率大。</p><p>　　四個二極管D1、D2、D3、D4的作用是當開關管截止的時候，由于電感儲

20、能，其上的電流不能突變，所以會產生一個反向電動勢，且往往比電源電壓高許多倍。這么大的電壓加在開關管上，會將其反向擊穿，所以加上一個蓄流二極管，既可以保護開關管，即鉗位開關管的反向電壓，也可以使電感儲能盡快釋放，并使負載在開關管截止時依然有能量提供。</p><p>　　2.6自動調光電路 </p><p>　　自動調光模塊由雙向可控硅、可觸發(fā)單結晶體管、光敏電阻、電位器組成，實現(xiàn)臺燈的光照

21、值由旋鈕設定、閱讀區(qū)的光照值不受外界環(huán)境影響的功能。其原理圖如下：</p><p><b>　　圖2.6</b></p><p>　　電橋后的電路是一個弛張振蕩器，由R1-R4、電位器RV1、光敏電阻LCR1、可觸發(fā)單結晶體管Q1、電容C1組成，弛張振蕩器，為雙向可控硅U2提供脈沖觸發(fā)信號，使其導通，燈泡L1點亮。在環(huán)境光偏弱時，光敏電阻LCR1內阻變大，使雙向可控硅

22、門U2極觸發(fā)控制電壓上升，U2導通角增大，燈泡L1的亮度增強；若環(huán)境光偏弱時，LCR1內阻變小，使U2導通角減小，燈泡L1的亮度減弱。</p><p>　　三、單元電路的設計及計算</p><p>　　3.1 整流濾波電路</p><p>　　3.1.1單元電路圖 </p><p><b>　　圖 3.1</b>

23、</p><p>　　3.1.2元器件的選擇</p><p><b>　　表3.1.2</b></p><p><b>　　3.2穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　3.2.1單元電路圖</p><p><b>　　圖 3.2.1</b></p&

24、gt;<p>　　3.2.2元器件的選擇</p><p><b>　　表3.2.2</b></p><p><b>　　3.3定時電路</b></p><p>　　3.3.2元器件的選擇</p><p><b>　　圖 3.3.2</b></p>&

25、lt;p>　　3.3.2參數(shù)的計算</p><p>　　要定時20min=1200s,即充電時間：</p><p><b>　　即</b></p><p>　　設定蜂鳴器提示時間為10s,即放電時間：</p><p><b>　　即</b></p><p>　　為了滿足

26、長時間的定時，所以C比較大，取C=3.3mF,則,仿真測試時比較合適，則，仿真測試時取比較合適。</p><p>　　要定時20min以上，100min以下時，即充電時間：</p><p><b>　　即,</b></p><p>　　3.3.3元器件的選擇</p><p><b>　　表3.3.3</b

27、></p><p><b>　　3.4脈沖發(fā)生電路</b></p><p>　　3.4.1單元電路圖</p><p><b>　　圖 3.4.1</b></p><p>　　3.4.2參數(shù)的計算</p><p><b>　　電容C充電時間為：</b>

28、;</p><p><b>　　電容C放電時間為：</b></p><p>　　輸出脈沖的占空比為： </p><p>　　若取R1=R2，則q=50%</p><p>　　振蕩周期為： 所以，當我們取C=1mF ，但實際仿真時C=0.91mF，即910 nF。</p><p>　　3.4.3元器

29、件的選擇</p><p><b>　　表3.4.3</b></p><p><b>　　3.5逆變電路</b></p><p>　　3.5.1單元電路圖</p><p><b>　　圖 3.5.1</b></p><p>　　3.5.2元器件的選擇<

30、;/p><p><b>　　表3.5.2</b></p><p>　　3.6自動調光電路 </p><p>　　3.6.1單元電路圖 </p><p><b>　　圖 3.6.1</b></p><p>　　3.6.2元器件的選擇</p&

31、gt;<p><b>　　表 3.6.2</b></p><p>　　四、 Multisim仿真</p><p><b>　　4.1整流濾波</b></p><p>　　圖4.1.1整流后的電壓 圖4.1.2整流前后的波形的對比</p><p>

32、;　　正弦波為整流前的波形</p><p><b>　　直線為整流后的波形</b></p><p><b>　　4.2穩(wěn)壓</b></p><p>　　圖4.2.1穩(wěn)壓后的電壓 圖4.2.2穩(wěn)壓后的波形</p><p><b>　　4.3脈沖發(fā)生器

33、</b></p><p>　　圖4.3.1脈沖發(fā)生器輸出頻率</p><p>　　圖4.3.2 輸出波形</p><p><b>　　4.4 逆變電路</b></p><p>　　圖4.4.1逆變器負載端的頻率</p><p>　　圖4.4.2 負載兩端的電壓值(交流值)</p&

34、gt;<p>　　圖4.4.3 白熾燈兩端電壓波形</p><p><b>　　五、設計小結</b></p><p><b>　　5.1 收獲體會</b></p><p>　　回顧起此次電類課程設計，感慨頗多，的確，從接到題目到確定方案，從繪制單元電路圖到繪制總電路圖，從模擬仿真到完成設計報告。這個過程本身就

35、是從理論到實踐的一個過程，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜。由于第一個星期還有兩門考試，所以但耽擱很多時間，所以時間很緊，但最終經(jīng)過那么多天的奮戰(zhàn)，終于完成了原來確定的目標。</p><p>　　在這個過程中，暴露了很多問題，比如某些基礎知識掌握得不扎實；前期在仿真時沒有考慮到要查詢元器件的數(shù)據(jù)手冊來了解它的詳細參數(shù)；還有電路的整體規(guī)劃上沒有考慮到在實現(xiàn)功能不受影響的情況下，盡量縮減元器件的數(shù)量?？傊谠O

36、計中遇到了很多問題。最后在老師的指導下，有了思路，糾正錯誤后，這些問題終于游逆而解。在今后學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，勤于思考，善于思考，然后才能解決問題。只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅。</p><p>　　課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升,一

37、門辨思課，給了我很多思，也給了我莫大的空間。同時，設計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我掌握了電阻電容等元器件的識別和測試；熟悉了電子電路CAD作圖的方法；了解了電路測試仿真的方法；以及如何提高電路的總體性能等等。</p><p><b>　　5.2 改進意見</b></p><p>　　整體上，方案所需的元器件和芯片還是偏多了些，顯得

38、有點冗雜，電路整體上不夠簡潔。在不影響電路功能的情況下，應該盡可能地減少所需元器件的數(shù)目。還有一點，就是有些元器件沒有詳細了解它的參數(shù)，雖然軟件上仿真沒有多大的問題，但是可能出在實際環(huán)境中，某些器件工作或者響應就沒有想象中的那么理想。所以此方案還要結合實際的測試才能更加完善。</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　楊素行.模擬電子技術基

39、礎簡明教程【M】.第二版.北京：高等教育出版社，1998</p><p>　　閻石.數(shù)字電子技術基礎【M】.第四版.北京：高等教育出版社，1998</p><p>　　張慶雙.家用控制與保護實用電路【M】. 第一版.北京：機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　張慶雙.娛樂與保健實用電路【M】. 第一版.北京：機械工業(yè)出版社，2007</p>&