電子課程設(shè)計報告--保健燈自控電路

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、總體設(shè)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(nèi)部集成了放大電路、保護(hù)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(diào)整振蕩頻率；而方案二用555定時器接成的多諧振蕩器，可調(diào)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(diào)光電路方面，方案一使用高壓調(diào)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(diào)光電路，安全可靠，所以方案二的調(diào)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(shè)計方案。</p><p><b>　　1.2 指標(biāo)確定<

6、;/b></p><p>　　調(diào)光設(shè)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?qū)щ娦?，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?qū)?。電流流過RL時產(chǎn)生的電壓極性是上正下負(fù)。</p><p>　　在u2負(fù)半周時，D1、D3反偏截止，D2、D4正向?qū)?。電流流過RL時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時相同。</p><p>　　因此在負(fù)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(dǎo)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)，當(dāng)e2達(dá)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(fù)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(nèi)部原理圖如下：</p><p><b>　　圖 2.2</b></p><p>　　2.2.1內(nèi)部電路組成</p><p>　　基準(zhǔn)電源，輸出電壓與

13、基準(zhǔn)電壓是成正比關(guān)系，基準(zhǔn)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(diào)整管，調(diào)整管為幾個三極管組成的復(fù)合管。這種結(jié)構(gòu)要求放大電路用較小的電流即可驅(qū)動調(diào)整管回路中較大的輸出電流，而且提高了調(diào)整管的輸入電阻。</p><p>　　取樣點(diǎn)路，取樣電路有兩個分壓電阻組

14、成，它對輸出電壓進(jìn)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(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，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(shí)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(yīng)，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(dǎo)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(dāng)開關(guān)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(chǎn)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(guān)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(hù)開關(guān)管，即鉗位開關(guān)管的反向電壓，也可以使電感儲能盡快釋放，并使負(fù)載在開關(guān)管截止時依然有能量提供。</p><p>　　2.6自動調(diào)光電路 </p><p>　　自動調(diào)光模塊由雙向可控硅、可觸發(fā)單結(jié)晶體管、光敏電阻、電位器組成，實(shí)現(xiàn)臺燈的光照

21、值由旋鈕設(shè)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(jié)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(dǎo)通，燈泡L1點(diǎn)亮。在環(huán)境光偏弱時，光敏電阻LCR1內(nèi)阻變大，使雙向可控硅

22、門U2極觸發(fā)控制電壓上升，U2導(dǎo)通角增大，燈泡L1的亮度增強(qiáng)；若環(huán)境光偏弱時，LCR1內(nèi)阻變小，使U2導(dǎo)通角減小，燈泡L1的亮度減弱。</p><p>　　三、單元電路的設(shè)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(shè)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(dāng)我們?nèi)=1mF ，但實(shí)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(diào)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(fù)載端的頻率</p><p>　　圖4.4.2 負(fù)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(shè)計小結(jié)</b></p><p><b>　　5.1 收獲體會</b></p><p>　　回顧起此次電類課程設(shè)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(shè)計報告。這個過程本身就

35、是從理論到實(shí)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(biāo)。</p><p>　　在這個過程中，暴露了很多問題，比如某些基礎(chǔ)知識掌握得不扎實(shí)；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(xì)參數(shù)；還有電路的整體規(guī)劃上沒有考慮到在實(shí)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(shè)

36、計中遇到了很多問題。最后在老師的指導(dǎo)下，有了思路，糾正錯誤后，這些問題終于游逆而解。在今后學(xué)習(xí)實(shí)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(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅。</p><p>　　課程設(shè)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(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)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(jìn)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(diǎn)冗雜，電路整體上不夠簡潔。在不影響電路功能的情況下，應(yīng)該盡可能地減少所需元器件的數(shù)目。還有一點(diǎn)，就是有些元器件沒有詳細(xì)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(shí)際環(huán)境中，某些器件工作或者響應(yīng)就沒有想象中的那么理想。所以此方案還要結(jié)合實(shí)際的測試才能更加完善。</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　楊素行.模擬電子技術(shù)基

39、礎(chǔ)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(shù)基礎(chǔ)【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(hù)實(shí)用電路【M】. 第一版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　張慶雙.娛樂與保健實(shí)用電路【M】. 第一版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p>&