模电课程设计循环彩灯

1、郑州科技学院模拟电子技术课程设计任务书专业 12电科 班级 1班 学号 201231012 姓名 赵永岩 一、设计题目 循环彩灯控制电路 二、设计任务与要求1. 采用直流12V电压供电；2. 电路中设有控制开关，当开关闭合时，电路中蓝、绿两种颜色的发光二极管按某种规律发光，呈现彩灯效果，若开关断开，则发光二极管不亮；3. 使用分立元件设计电路。三、参考文献1 芮静康. 实用电工典型线路图利. 北京 ：中国水利水电出版社. 20072 陈有卿. 实用灯光控制电路300例. 北京：中国电力出版社. 20053 王俊峰. 你问我答学电工. 陕西：电子工业出版社. 20074 曾建唐. 电工电子基础实

2、践教程. 北京：机械工业出版社. 20027 阮祁忠、蔡声镇. 数字电路指南. 福建：福建科学技术出版社. 20078 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社. 1994四、设计时间 2014 年 4 月 18 日 至 2014 年 4月 25 日指导教师签名： 专业负责人签名： 2014年4月18日郑州科技学院模拟电子技术课程设计题 目 循环彩灯控制电路 学生姓名 赵永岩 专业班级 12 级电科 学 号 201231012 院 （系） 电气工程学院 指导教师 邵峰 完成时间 2014 年4月25日 目 录4号宋体加粗1 课程设计的目的12 课程设计的任务与要求1页码5号Times n

3、ew Roman字体，右对齐2.1 设计任务12.2 设计要求13 设计方案与论证23.1 方案选择与论证23.2 循环彩灯控制电路的原理方框图24 设计原理与功能说明34.1 元器件选用原理34.2 总体电路图85 单元电路设计95.1 单桥式整流电路电路95.2 滤波电路105.3 自激多谐振荡电路116 硬件的制作与调试126.1 焊接的注意事项126.2 电子产品的调试与仿真137 总结147.1 实训报告157.2 安装与使用16参考文献17附录一：总体电路原理图18附录二：元器件清单.191 课程设计的目的 通过这次模拟电子理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在模拟电子

4、技术中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。1、学习循环彩灯控制电路的设计方法；一级节标题为1.1，1.2，1.3，小3号黑体2、研究循环彩灯控制电路的设计方案；3、掌握单桥式整流电路的原理和振荡电路的原理；正文部分：文字小4号，中文宋体；英文和数字Times New Roman1.5倍行距4、掌握三极管管脚极性的判断方法；5、焊接的注意事项。2 课程设计的任务与要求2.1 设计任务设计一个应用三极管，二极管以及电容电阻利用单桥式整流电路的原理和振荡电路原理制成的循环彩灯控制电路。2.2 设计要

5、求1. 采用直流12V电压供电；2. 电路中设有控制开关，当开关闭合时，电路中蓝、绿两种颜色的发光二极管按某种规律发光，呈现彩灯效果，若开关断开，则发光二极管不亮；3. 使用分立元件设计电路。3 设计方案与论证3.1 方案选择与论证方案一：选用集成芯片控制集成芯片控制彩灯电路直流稳压电源220V交流电压图3-1 集成芯片控制原理图方案二：选用单片片及控制单 片机的控制彩灯电路直流稳压电源220V交流电压图3-2 单片片及控制原理图方案三：选用自激振荡电路 彩灯电路自激多谐震荡直流稳压电源220V交流电压图3-4 自激振荡电路控制原理图 综合以上三种方案：方案一中运用的是集成芯片对电路进行控制，

6、但是这样。此种电路能在模拟仿真软件上运行，且实验室里不一定有现成的芯片，还不能彻底理解电路的原理，故不选此方案。方案二运用的是单片机控制电路，这种方案最常用，但是要编程序做成芯片，但现在还没学单片机，故不支持用此种做法。方案三运用的是模拟电子的知识，所有原器件都能在实验室找到，结构清晰，原理易懂。因此，最终确定的方案为方案三和各步骤的方案如下：1. 运用二极管组成单相桥式整流电路。2. 电容滤波电路。3. 用三块三极管搭成自激多谐振荡器，达到交替导通和截止的目的。4. 组成彩灯电路。3.2 循环彩灯控制电路的原理方框图彩灯电路自激多谐振荡器直流稳压电源220V交流电压图3-3 电路原理方框图

7、该原理是先输出220V的交流电压，然后再由变压器输出直流点，交流电通过变压器以及电桥式整流电路从而输出直流电，然后电流通过自激多谐振荡电路电路，自激多谐振荡电路中的三极管由于电容的充放电从而起到开关作用控制灯的循环亮灭，这就是循环彩灯控制电路的原理图。4 设计原理与功能说明4.1 元器件选用原理（1）三极管的选用：由于这次是模拟电子设计，三极管的作用是至关重要的，三极管是由晶体管和三个支架组成的，晶体管是由两个相距很近、有一定联系的背靠背的PN结，外加电极、管壳封装而成。由于两个PN结在一定条件下，它们之间的载流子运动是相互影响的，因而它具有电流放大作用。 本次设计选用两个NPN型硅管VT1、

8、VT2,制作时需判断三极管管脚的极性。NPN型管判断管脚极性的方法是：先判断基极的极性：假设晶体管的某一管脚为基极，将万用表转换开关置于电阻档“R×1K”或“R×100”，用万用表黑笔接触该极，用红笔分别触及剩下的两个管脚。若两次测量的电阻值都很小，则说明表内电源对晶体三极管的两个PN结是正偏，假设的管脚为基极，且该管为NPN型管。要想进一步确定两个PN结的质量，可用红笔接触该管脚，用黑笔分别触及另外两管脚，两次测得的电阻均很大（几十千欧至几百千欧），则可确认前面的判断是正确的。集电极与发射极的判别：将万用表的红、黑表笔分别接触基极以外的两管脚，并准备一支100K的固定电阻

9、。若被检测的是NPN型管，假设基极之外的任一管脚为集电极，用万用表的黑表笔接触该极，用红表笔触及剩余管脚，同时用100K电阻跨接于黑表笔与基极之间，如图25所示。观 在使用时，输入功率最好不要超过标称功率太多，以防损坏。万用表R1电阻档测试扬声器，若有咯咯声发出说明基本上能用。测出的电阻值是直流电阻值，比标称阻抗值要小，是正常现象。察表针的读数，可获得一电阻值R1。然后交换表笔，100K电阻仍然跨接于黑表笔与基极之间，同样得到又一电阻值R2。比较两次测得的阻值，若R1R2，则假设的管脚为集电极。若R1>R2,则假设的管脚不是集电极而是发射集。由此可推出第三个管脚的极性。总之，用上述方法辨

10、别（100K电阻一直跨接于黑表笔与基极之间）管脚，测得的阻值较小的一次，黑表笔对应的是集电极c，红表笔对应的则是发射极e。在测试中，如果检测者身边没有100K的电阻，也可以用潮湿的手指捏住集电极与基极之间，利用人体电阻代替100K电阻的作用，也可作出相应的判断。察表针的读数，可获得一电阻值R1。然后交换表笔，100K电阻仍然跨接于黑表笔与基极之间，同样得到又一电阻值R2。比较两次测得的阻值，若R1R2，则假设的管脚为集电极。若R1>R2,则假设的管脚不是集电极而是发射集。由此可推出第三个管脚的极性。总之，用上述方法辨别（100K电阻一直跨接于黑表笔与基极之间）管脚，测得的阻值较小的一次，

11、黑表笔对应的是集电极c，红表笔对应的则是发射极e。在测试中，如果检测者身边没有100K的电阻，也可以用潮湿的手指捏住集电极与基极之间，利用人体电阻代替100K电阻的作用，也可作出相应的判断。图4-1 用万用表测三极管的极性连接三极管时，必须满足三极管的放大条件：Je正偏UBE>0，Jc反偏UBC<0。在三极管Je正偏、Jc反偏的条件下，处在放大状态的NPN型管，不论采用哪种连接方法，均为集电极电位最高，发射极电位最低，而基极电位稍高于发射极电位。这样就可以判断集电极，发射极，基极。（2）电容的选用：电容的分类有很多种，其中按照电解质来分类的话大致分为以下几种：有机介质电容器、无机介

12、质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。低频中使用的范围较宽，可以使用高频特性比较差的；但是在高频电路中就有很大的限制，一旦选择不当会影响电路的整体工作状态。一般的电源里用的有电解电容、和瓷片电容、但是在高频中就要使用云母等价格较贵的电容，就不可以使用绦纶的电容，和电解的电容，因为它们在高频情况下会形成电感，以致影响电路的工作精度。由于我们的电路的电压较小所以我们选择了电解电容器。4.2 总体电路图总电路图是由单相桥图连接而成。式整流电路.电容滤波电路和自激多谐振荡电路三组电路：图4-2 彩灯控制总电路图 该电路由电容滤波电路.单相桥式整流电路和自激振荡电路组成，市网电压220V电压加到电路上

13、，经VD2形成半波整流，给C1-C3充电，当期电压达到一定时，VT1导通, 由于晶体管参数的差异合上电源后，例如晶体管VT1先导通，则其集电极中灯X1，X2发光，同时二极管V1导通,使VT2基极被钳住而截至。VT1导通后，电容C1通过V3，VT3放电，使VT1截止，而VT2又因电容C2的充电而导通。这样也就使的电路中的的一个连接一个的发光.熄灭,使得电路具有流动性。5 单元电路设计5.1 单桥式整流电路电路单相桥式整流电路： 图5-1 单相桥式整流电路电路图单相桥式整流电路，有电源变压器T,整流二极管VD1,VD2,VD3,VD4，和负载Rl, 组成， 与全波整流电路一样，变压器将电网交流电压

14、转化成整流电路所需的交流电压，设U2=1.414U2sinwt。当电流电压处于U2的正半周时变压器的二次绕组的a端电压高于b端电压VD1, VD3,在正向电压作用下导通，VD2,VD4在反向电压下截止，电流从变压器的二次绕组的a端发出，经VD1, Rl, VD3,由b端返回构成通路。有电流流过负载电阻Rl，输出电压U0= U2。当电源电压U2的负半周时，变压器二次绕组的b端电位高于a端电位，VD4, VD2, 在正向电压作用下导通，VD1, VD3,在反向电压作用下截止，电流从变压器二次绕组的 b端出发，经VD2, Rl,VD4回到a端。有电流通过负载Rl，输出电压U0= U2。由此可见，在交

15、流电压U2的整个周期内，整流器件在正，负半周期内各导通一次，负载Rl始终有电流流过而且保持为同一方向，得到两个半波电压和电流。所以，桥式整流电路为电路整流再好不过了。第二个暂稳态C2放电：C1充电：不断循环往复，便形成了自激振荡，发光二级管便会交替发光。5.2 滤波电路 图5-2 电容滤波电路电容滤波电路就是在负载两端并联一只电容组成。整流后的波形含有直流和交流两种成分，题目中需要直流电，则必须把交流成分滤掉，电容器是一种储能元件，具有吞吐能量的能力。电容器具有通交流.隔直流的特性，电容滤波电正是利用这一特性，利用电容充.放电方法，把整流后的交流成分短路滤掉。在电源的正半周，二级管道通，一方面

16、给负载Rl供电；另一方面对电容器C进行充电。充电时间常数T1=2RdC,其中Rd为二极管的正向导通电阻，其值非常小，充电电压Uc与上升的正弦电压U2一致，U0=UcU2，当Uc充电到U2的最大值1.414U2时，U2开始下降，且下降速率加快。当U2<Uc时，4个二极管均截止，电容C经负载Rl放电，放电时间常数T2=RlC故放电较慢。图5-3 电容滤波电路前后的电压波形图5.3 自激多谐振荡电路 自激多谐振荡电路由6只电阻、三只电容、三只二极管和三只三极管组成，R1=R2=R3=51千欧姆,R4=R5=R6=51欧姆, C1=C2=C3=47微法；三只二极管的型号是1N4001,三只三极管

17、型号为：2N222A。图5-4 自激多谐振荡电路图自激多谐振荡电路主要由Q1Q3组成，他们组成三级共发射极电路放大器，由于电容C1C3的耦合作用而产生振荡，电路振荡后三极管Q1Q3均处于开关工作状态，并在导通状态与截止状态之间进行周期性翻转。但在任何时刻总有一只三极管处于导通状态，另两只三极管处于截止状态。此时若导通的那一路是Q3路，则电容C3开始放电，电容C2开始充电达到能导通D2时，X5,X6就熄灭了，X3,X4就闪烁了，以此类推，三路灯依次循环不停的闪烁。由于主控电路的三只三极管的开关状态不断翻转，所以三路彩灯X1X6也就依次点亮与熄灭。6 电子产品的调试与仿真6.1电路的仿真1.按照上

18、述总电路图在multisim11连接电路。2.改变电路中的参数对灯的闪烁频率进行改变。3.利用抓图记录电路中每一路灯的闪烁情况。图6-1 EDA调试电路图 仿真图画好运行以后，先是绿灯亮，蓝灯灭，然后是绿灯灭，蓝灯亮，如此循环交替，我们的循环控制电路成功了。由于我们之前并没有使用过仿真软件所以导致我们的仿真花了一些时间，最后在同学及老师的帮助之下我们成功的完成了电路的仿真，并且也学会了仿真软件的应用，真是一举两得7 总结在这五天的模拟电子课程设计中，老师先给我们介绍各种电子原件，让我们了解了各种原件的不同以及注意事项，这次课程不仅仅让我们动了手动了脑，更让我们体会到了理论与实践相结合的重要性，

19、使我又不得不承认理论的重要，我们必须打好基础。在实验设计的过程中，让我们体会到以前从来没有过的动手能力，以及新颖的思维方式，让我从中获益非浅。实验过程中，刚开始就参看电路指导书，画出了多电路图，进行了仿真，但是由于实验元件选择的不恰当，是的电灯不能依次闪烁，许但最后用万用表才得以发现问题的所在，并在老师的指导下，终于完成了实验设计，虽然道路艰难，但我们却也乐在其中，既锻炼了动手能力，有培养了动脑能力，更加利于我们在社会上工作。 在这次的动手汉街的过程中我们又熟练了焊接工艺，在焊接过程中稍不小心哪怕只焊错一个引脚、一根导线都会导致整个电路无法正常工作。首先要对电路进行合理的布局，元器件的放置不仅

20、要考虑到美观，还要考虑到要便于步线焊接。焊接时要胆大心细，因为一点点的疏忽都可能导致最后的失败。这次课程不仅培养了我们的动手能力，在相关材料的搜集过程中，不同设计方式和电路图都有各自特点和相关要求，这些材料的整理和对比就花费了自己很多的精力。因为这些材料中的器件、芯片和工作方式等有很多是自己在课堂的学习中从来没有遇到过的，我们必须利用一切方式查找到相关的资料，自学其相关的原理等。所设计电路的实际可行性、经济效益等也是在这次课程设计过程中必须要考虑到的问题。这些问题的解决是仅仅停留在书面上的作业所不能让我们得到的。在这次的模拟电子技术设计课上，不仅培养了我们独立思考、动手操作的能力，在各种其它能

21、力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。在这次课程设计过程中,我把理论知识运用到实践中去,真正做到了理论与实践相结合,加深了自己对课本知识的理解和认识。对原来理论中学到的一些常用器件进行了实际运用大大的激发了我对科研的兴趣，让我受益非浅。在这次课程设计过程中我们是两人一组的，加强了我的团队精神。在后期的调试过程中遇到了很多困难，老师给予了极大的帮助，经过自己的努力和他人的帮助设计的作品最终