毕业设计臭氧发生器电路的设计

1、四川信息职业技术学院 毕业设计说明书 设计题目: 臭氧发生器电路的设计 专 业: 应用电子技术 班 级: 应电 12-4 班 学 号: 姓 名: 周建勇 指导教师: 吴志毅 二一四年十月十日 四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学 生 姓 名 周建勇学号班级应电 12-4专业应用电子技术 设计（或论文）题目臭氧发生器电路的设计 指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注 助讲 设计（论文）内容： 完成设计臭氧发生器电路。要求室内有人时能进行空气清新，其每隔 30 分钟工作 5 分钟；室内 无人进行空气消毒，连续工作 1 小时。 主要任

2、务：完成硬件电路设计。选择电路方案，确定电路形式，设计各单元电路并分析工作原理， 形成设计说明书。 选作任务：对电路进行仿真。 进度安排： 第 2-4 周：查找相关参考文献资料； 第 5-7 周：选择电路方案和进行可行性分析，并确定设计方案； 第 8-10 周：按照设计方案设计各电路模块，半期检查； 第 11-13：配合软件完成整机设计调试工作，并撰写论文； 第 14 周：制作 PPT，熟悉论文，准备答辩； 第 15 周：答辩。 主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)： 1 马建国.电子系统设计.北京:高等教育出版社，2002 2 高吉祥.电子技术基础实验与课题设计.北京:电

3、子工业出版社.1999 3 清源计算机工作室.Protel 99 SE 原理图与 PCB 及仿真.北京:机械工业出版社，2006 4 郑应光.模拟电子线路(一).南京:东南大学出版社，2000 5 邱寄帆.数字电子技术.北京:人民邮电出版社，1998 6 郑应光.模拟电子线路(二).南京:东南大学出版社，2003 审 批 意 见教研室负责人： 年 月 日 备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。 目录 摘要 .1 第 1 章绪论 .2 第 2 章设计要求与设计思路 .3 2.1 设计要求 .3 2.2 设计思路 .3 第 3 章电路设计 .5 3.1 芯片简介 .5

4、3.1.1 555 定时器的组成及原理.5 3.1.2 构成单稳态触发器.7 3.1.3 构成多谐振荡器.7 3.1.4 双 D 触发器 CD4013.8 3.2 单元电路设计、元器件选择和参数计算 .9 3.2.1 主电路的设计.9 3.2.2 清新控制电路设计.11 3.2.3 消毒控制电路的设计.12 3.2.4 遥控电路的设计.13 3.2.5 电源电路的设计.15 3.2.6 总体原理图设计.16 第 4 章臭氧发生器的仿真和调试 .18 4.1 仿真软件介绍 .18 4.2 电路性能指标 .18 4.2.1 振荡、功放、升压和放电仿真.18 4.2.2 清新电路性能指标验算.19

5、4.2.3 消毒电路性能指标验算.21 4.2.4 遥控发射与接收电路仿真.22 结论 .24 参考文献 .25 附录 1原理图.26 附录 2元器件明细表.27 摘要 臭氧发生器是一种利用臭氧进行空气净化处理和用品杀菌消毒的器件，它广泛使 用各企事业单位如银行、信用社、学校、幼儿园、宾馆、剧场及公共车辆等公共场所， 高档食品、饮料、药剂生产车间，医院、手术室，大中型家禽养殖场等。此设计的课 题就是“臭氧发生器电路的设计” ，是利用 555 定时器为核心器件来组成一个臭氧发生 器，它可以进行空气清新和消毒处理。 对于臭氧发生器中，关键是空气清新和消毒处理时间的控制。因为低浓度的臭氧 可消毒，但

6、超标的臭氧则是个无形杀手!它会造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、 记忆力衰退，更重要的是它还会破坏人体的免疫机能，诱发淋巴细胞染色体病变，加 速衰老，致使孕妇生畸形儿，所以，在本次设计中就充分的利用 555 定时器稳态触发 的功能，使它电路结构简单，而且速度快。 通过这次设计可以了解如何应用 555 定时器、双 D 触发器及其他一些器件组成臭 氧发生器。 关键词关键词555 定时器；双 D 触发器；集成电源电路 第 1 章绪论 我国臭氧技术起步较晚，上世纪七十年代中期才开始进行研究及开发应用，并在 八十年代能生产出单机产量为 1kg/h 的工频臭氧发生器。虽然当时的条件比较艰苦， 工业基础

7、也相对落后，但这是我国在研制大型臭氧设备方面发展比较快的一个历史时 期。在其后的十多年中，随着我国在瓶装水及桶装水生产中强制使用臭氧消毒政策的 出台，以及一些家用臭氧空气消毒产品的推广应用，对整个臭氧行业的发展起到了巨 大的推动作用，一些生产臭氧发生器及相关产品的企业如雨后春笋般的出现，中小型 臭氧发生器及空气消毒产品在技术和性能上也日趋完善。尽管这段时期臭氧及应用被 越来越多的人所认识和了解，应用领域不断拓展，但是，国产大型臭氧发生器在技术 上却没有明显的进步，还是以工频放电为主，尤其在单机产量上没有突破，直至目前， 仍没有 1kg/h 以上的工频臭氧发生器在实际运行当中，这与我国工业目前对

8、大型臭氧 设备的巨大需求甚不相符。国产大型工频臭氧发生器所存在的问题，经分析如下： 1.工频放电，效率低、耗电大； 2.臭氧浓度低、气体流量大； 3.放电介质易损坏，维护周期短； 4.产品规格小，设备体积大； 5.自动化程度低。 本次的设计主要是针对它的体积和自动化的程度进行设计。它可以实现室内有人 时能每隔 30 分钟进行 5 分钟清新；室内无人连续工作 1 小时进行空气消毒；还实现遥 控，方便了人们的生活。在本设计中，每一部分都用 555 定时器来实现，所以大大的 减小了它的体积。 第 2 章设计要求与设计思路 2.1 设计要求 1.设计一个臭氧发生器电路； 2.室内有人时能进行空气清新，

9、其每隔 30 分钟工作 5 分钟； 3.室内无人进行空气消毒，连续工作 1 小时。 2.2 设计思路 1.根据设计的需要，选择 555 定时器作为该电路的核心器件； 2.主电路由振荡频率 f=25kHz 左右的振荡电路，功率放大电路和升压变压器组成； 3.用 555 定时器构成空气“清新” 、 “消毒”时间的控制电路； 4.用 555 定时器和双 D 触发器构成遥控发送、接收电路； 5.用集成块 CW7812 和桥式整流、变压器构成电源电路，提供 220V 的交流电压； 6.本设计电路的总原理框图如图 2-1 所示； 7.想要产生臭氧我们只要电路输出一个高频脉冲电压，将这一高频脉冲电压加至 臭

10、氧发生器的电极后，它的周围就会产生臭氧。在经过 555 定时来实现“清新” 、 “消 毒”时间的控制。 图 2-1 设计总原理框图 本设计主要由振荡电路、功率放大电路来控制放电器件的工作；由“清新”控制 电路来实现室内无人时每隔 30 分钟工作 5 分钟的功能；由“消毒”控制电路来实现室 内无人连续 1 小时的消毒处理功能；由遥控发射和接收电路来实现遥控功能。 第 3 章电路设计 3.1 芯片简介 3.1.1 555 定时器的组成及原理 在这次的整个设计中，单元电路均以 555 定时器为中心来完成各自的功能。对于 555 定时器，我们并不陌生，它具有定时精度高、温度漂移小、速度快、可直接与数字

11、 电路相连、结构简单、功能多、驱动电流较大等优点。 555 定时器的组成及原理 555 定时器内部结构如图 3-1(b)所示，它主要由以下部分组成。 a) 外引脚排列 b) 内部电路 图 3-1 555 定时器 1.电阻分压器：由 3 个电阻值均为的电阻组成。K5 2电压比较器：由C1和C2组成，当控制输入端悬空时，C1和C2的基准电压分别 是和。 CC V 3 2 CC V 3 1 3.基本 RS 触发器：由两个与非门G1和 G2构成，对两个比较器输出的电压进行控 制。 4.放电三极管 VT：VT 是集电极开路的三极管，VT 的集电集作为定时器引出端 D。 5.缓冲器：由G3和G4构成，以提

12、高电路和负载能力。 引脚功能： 555 定时器为双列直插式引脚封装，引脚排列如图 3-1(a)所示。各引脚的功 能为： 1 脚接地；2 脚是低电平触发输入端；3 脚是输出端；4 脚是复位端；5 脚是电 压控制端；6 脚是高电平触发输入端；7 脚是放电端；8 脚是电源端。 工作原理： 是复位端，当0 时，定时器输出 OUT 为 0。当1 时，定时器器有以RRR 下几种功能。 1.当高电平触发输入端 TH，同时低电平触发输入端时，比较器 CC V 3 2 TR CC V 3 1 C1输出低电平；C1输出低电平将基本 RS 触发器置为 0，即Q0，使定时器的输出 OUT 为 0，同时放电管 VT 导

13、通。 2.当高电平触发输入端，同时低电平触发输入端时，比较器C2 CC VTH 3 2 TR CC V 3 1 输出为低电平；C2输出的低电平将基本 RS 触发器置为 1，即Q1，使得定时器的输出 OUT 为 1，同时放电管 VT 截止。 3.当高电平触发输入端，同时低电平触发输入端时，定时器TH CC V 3 2 TR CC V 3 1 的输出 OUT 和放电管 VT 状态保持不变。 由以上分析，同时得出 555 定时器的功能表见表 3-1。 表 3-1 555 定时器的功能 输入输出 THTRROUTVT 00 导通 CC V 3 2 CC V 3 1 10 导通 CC V 3 2 CC

14、V 3 1 1 保持保持 CC V 3 2 CC V 3 1 11 截止 3.1.2 构成单稳态触发器 将低电平触发端作为触发信号Ui的输入端，将高电平触发端和放电端输出TRTH 端连在一起，并与定时元件、相连接，可以组成单稳态触发器，电路如图 3-DRC 2(a)所示。 a) 电路 b) 工作波形 图 3-2 555 定时器组成的单稳态触发器 其工作原理如下： 接通电源后，当触发脉冲Ui下降沿到来时，由于，而，从TRVcc 3 1 c UTH 0 555 定时器的能功表可知，输出端 OUT 为 1，电路进入暂稳态，此时放电管 VT 截止。 由于截止，Vcc 则通过 R 对 C 充电，当Uc时

15、，输出端 OUT 为 0，电路自动THVcc 3 2 返回稳态，此时放电管 VT 导通。电路返回稳态后，C 通过导通的放电管 VT，让电路迅 速恢复到初始状态。电路工作波形如图 3-2(b)所示。 此电路输出脉冲宽度 Tw，且要求输入触发脉冲宽度要小于 Tw，并且必须RC1 . 1 等电路恢复后方可再次触发，所以为不可重复触发电路。 3.1.3 构成多谐振荡器 用 555 定时器组成多谐振荡器电路如图 3-3(a)所示。R1、R2的 C 为外接定时元件， 高、低电平触发输入端相连并连到定时电容C上，R1的R2的接点与放电端相连，电压 控制不用，通常外接 0.01uF 电容。 接通电源后，通过R

16、1、R2对Uc上升。开始时Uc，即高电平触发端VccVcc 3 1 ，低电平触发端，定时器，Q1，0，放电管载止。VccTH 3 2 TRVcc 3 1 Q 随后Uc越充越高，当Uc，时高电平触发端，低电平触发端Vcc 3 2 VccTH 3 2 TR ，定时器复位，Q0，1，放电管饱和导通，C通过R2经VT放电，Uc下降。Vcc 3 1 Q a) 电路 b) 工作波形 图 3-3 555 定时器构成的多谐振荡器 当Uc时，又回到高电平触发端，低电平触发端，定时Vcc 3 1 VccTH 3 2 TRVcc 3 1 器又置位，Q1，0，放电管载止，C停止放电而重新充电。如此反复，形成如图Q 3

17、-3(b)所示。 可以计算多谐振荡器周期 T 为 (3-1)CRRCRCRRttT Ww )2(7 . 07 . 0)(7 . 0 2122121 3.1.4 双 D 触发器 CD4013 CD4013 是 CMOS 双 D 触发器,内部集成两个性能相同，引脚独立（电源共用）的 D 触发器。采用 14 引脚双列直插塑料封装。它的使用相当灵活方便且易掌。 CD4013 的基本工作方式 CD4013 的管脚排列如图 3-4 双 D 触发器引脚排列。 内部有两个完全相同的 D 触发器。图中，D 为数据输入端，CP 为时钟脉冲输入端。 Q的一对互补的输出端，S 为置位端。R 为复位端，VDD的VCC分

18、别为电源正负端。Q 图 3-4 双 D 触发器引脚排列 CD4013 的功能如表 1 所示，由表可知，当 RS0 时。在 CP 上升沿作用下，Q端 状态与 D 端相同，即Qn+1D，也就是将 D 端数据置入触以器。当 R0、S0 时， Q1；当 R1、S0 时，Q0，称为直接置 1 的置 0，无需 CP 的 D 的配合。一般情况 下不允许同时在 R、S 两端加上高电平，因为此时触发器的两个输出端为高电平，是不 正常的工作状态。CD4013 的功能见表 3-5。 表 3-5 CD4013 的功能表 CPD R S Qn+1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 Qn 1 0 0 0 1 1 3

19、.2 单元电路设计、元器件选择和参数计算 3.2.1 主电路的设计 本设计中振荡、功放、升压和放电部分选择了两个方案，如图所示。 方案一：图 3-6 是变压器反馈式压控振荡器。晶体管T4 既是振荡管又是功放管。 变压器要有 2 个绕组，一个侧 L1（10 匝）接于基电极，二次侧 L2（3000 匝）接负载 R4（接臭氧发生片） ，即放电器件要注意同名端，若接错则不能起振。振荡频率通过R4 调节。 图 3-6 振荡和功率放大电路 方案二：对于图 3-7(a)为电路图，图 3-7(b)为其工作波形图。选用 NE555 组成多 谐振荡器. a) 振荡和功率放大电路 b) 工作波形图 图 3-7 55

20、5 定时器构成的多谐振荡器 振荡频率为： (3-2) 575 )2( 44 . 1 CRR f 首先肯定C5=2，取振荡频率=25kHz，若R5取 3，则可计算nFf R7=12.9，选取标称值为 13的电阻。但是图 3-6 构成的振荡和功率放大电路比 较繁琐，故此处选用 3-7(a)所示的用 555 定时器构成的电路。二极管 D 选用 1N4007。 其余元件参数为：C3=0.01uF，R6=300。 3.2.2 清新控制电路设计 “清新”控制电路根据要求采用占空比 17 的多谐振荡器，即 5min 输出高电平， 30min 输出低电平，交错循环。可以采用多种方法实现。这里采用 555 定时

21、器和电阻 R1、R2以及二极管D3、D4构成的占空比可调的多谐振荡电路，如图 3-8(a)、(b)“清新” 控制电路及工作波形波形图。 a) “清新”控制电路 b) 工作波形 图 3-8 555 定时器构成的多谐振荡器 刚通电时，由于C1上的电压不能跃变，即2脚起始为低电平，555 定时器置位，3 脚呈高电平。晶体管T2饱和导通，断电器K2线圈通电，其动合触点闭合，可以接通 高频振荡器和功放电源，电路工作，生成臭氧。以后通过R1、D4对C1充电，充电时间 为： （3-3）SSRCt30060570. 0 1 充 若先确定C1为 1000，则uF KR 6 . 428 10100070 . 0

22、300 6 1 取标称值为 430的电阻。 当C1上的电压充到阙值电平时，555 定时器复位，3 脚转呈低电平，三极管VCC 3 2 T2截止，K2线圈失电，动合触点复位断开，停止发出臭氧。在 3 脚为低电平后，C1通 过D3、R2及 555 定时器内部的放电管放电。 放电时间为： （3-4）SSCRt1800603070 . 0 12 放 前面已确定C1为 1000，则uF KR 4 . 2571 10100070 . 0 1800 6 2 取标称值为 2.7的电阻。另外，R3为基极限流电阻，D3并联在K2 线圈两端，M 可以在三极管 T2 关断时，形成续流通路，避免晶体管上出现高电压造成击

23、穿，起到保 护作用。K2 为继电器。当 555 定时器输出高电平时K2 线圈闭合，继电器导通。从而把 12V输入到功放电路。 3.2.3 消毒控制电路的设计 “消毒”控制电路为单稳延时电路，采用 555 定时器组成单稳态电路是比较方便的， 见图 3-9(a)，图 3-9(b)为其波形。 a) “消毒”控制电路 b) 工作波形 图 3-9 555 定时器组成的单稳态触发器 单稳态电路的暂态过程为 1h，当VCC接通时电C4开始充电，555 定时器的 2 脚要 求低电平触发，3 脚输出高电平即晶体管 2N930 饱和导通，断电器 KA 线圈通电，其动 合触点闭合，可以接通高频振荡器和功放电源，电路

24、工作，生成臭氧。1h 后C4充电到 。555 定时器 3 脚输出低电平三极管 T1 截止，K2 线圈失电，动合触点复位断开， 3 2 Vcc 停止发出臭氧。在这一过程中C1通过R2进行充电，下次在让它工作时按下 S4 把C4剩 的电放掉。 因此，单稳态的暂态时间为： （3-5）SCRt36001 . 1 48 由于延时时间比较长，C4取值比较大，取C4=2000，则uF （3-6） MR636. 1 1020001 . 1 3600 6 8 选用标称值为 1.6的电阻，C6选用 10nF，R14取，D2选用 IN4007。M300 3.2.4 遥控电路的设计 遥控电路对设计要求不高，即可用现有

25、的电路和环节稍加改造即可。图 3-10 所示 的电路为发射器。以 555 定时器为核心，组成多谐振荡器，按下按钮 S2，从 U9 的脚输 出的脉冲电平驱动红外发光二极管 VT 发出红外脉冲信号。对于接收电路，这里提供两 种方案。 图 3-10 遥控发送电路 方案一：图 3-11 遥控接收电路，图 3-12 为其工作波形。当接收到红外线时，555 定时器 3 脚输出高电平，其脉冲与照射时间相等，红外线发光管 VT 闪亮一下，表示开 关已接收到遥控指令，此正脉冲直接加到双 D 触发器 U6 的计数端 CP 此正脉冲直接加 到双 D 触发器 U6 的计数端 CP 端，它对脉冲上升沿有效，所以 U6

26、输出端Q状态翻转一 次，设初值时Q端即第 1 脚原先为低电平，现突变为高电平，T3 导通，继电器 K3 吸合， 被控电器通电工作。 需要关机时，只要再照射一下 VL，U3 的脚又输出一个方波正脉冲，U6 又翻转一次， Q端输出低电平，T3 截止，K 释放，被控电器断电停止工作。R16、C11组成上电自清零 电路，电路初次通电时，因C11两端电压不能突变，U6 的 1RST 端为高电平，故电 图 3-11 遥控接收电路 图 3-12 遥控接收波形 路自复位，1Q端输出低电平，从而保证被控电器不会因为电网停电后突然又来电而自 动重开机。 元件的选择：U6 选用 CD4013 型双 D 触发器 CM

27、OS 数字集成电路。 T3 选用 2N930 型硅 NPN 小功率晶体管，要求 300。 R10和R15用来调节光控灵敏度，可用 WS 型有机实体微调电位器；其它R选用 1/8W碳膜电阻器。 方案二：图 3-13，光线接收电路由时基电路 A1 与光敏晶体管 VL 等组成。A1 接成 施密特触发器，在本电路里主要起整形作用，调整电位器 RP 使 VL 无光照射时，A1 的 6、2 两脚电平大于，所以 A1 处于复位状态，3 脚输出低电平。当用光照射一下 DD V 3 2 VL 时，在照射瞬间 2 脚电平降至以下，A1 置位，3 脚输出高电平，经二极管 VD1 DD V 3 1 加到 A2 的 C

28、P 端进行计数。 A2 为十进制计数器/脉冲分配器，现将 A2 的奇数输出端Q1、Q3、Q5、Q7、Q9通过 二极管VD2VD6连接到电阻R3的左端，在 5 个奇数输出端中只要有任意一个输出端输 出高电平时，此高电平经过R3加到 V 的基极使其导通，继电器 K 便得电吸合，其常开 触点闭合，可接通臭氧发生器的电源使其工作。A2 的偶数输出端Q2、Q4、Q6、Q8均悬 空不接。C4、R2构成开关的上电复位电路，刚通电时，A2 的R端获得正脉冲，计数器 A2 复位，Q0 输出高电平，其他输出端均为低电平，所以平时 V 截止，继电器 K3 释放， 臭氧发生器不工作。 图 3-13 遥控接收电路 当光

29、每照一下 VL 时，A1 的 3 脚就通过 VD1 向 A2 的 CP 端输入一个计数脉冲，使 A2 进行计数，A2 的十个输出端Q0-Q9就依次轮流输出高电平。由上面的分析可知，如 果反复照射 VL，A2 的偶数输出端组于奇数输出端组就轮流出现高电平和低电平。当奇 数输出端组有一个出现高电平时，继电器 K 吸合，臭氧发生器通电工作；当偶数输出 端组有一个出现高电平时，T3 截止，继电器 K3 释放，臭氧发生器停止工作。但是这一 方案的电路较为复杂，元器件使用较多，所以选用方案一。 3.2.5 电源电路的设计 电路对电源的要求不高，如图 3-14。 采用 20W25W 变压器，将 220V 交

30、流电变成 12V，经桥式整流、电容滤波，在经过 三端稳压器 W7812 稳压，输出 12V 直流电压。如图 3-13，W7812 最大输出电流为 2A， 已经足够给电容供电了。其中 D7-D10 选用 1N4007 型硅整流二极管。 图 3-14 电源电路 3.2.6 总体原理图设计 在单元电路设计的基础上，进行各种方案的比较，将选中的单元电路有机组合，绘 出总原理图。本设计原理图如附录所示。 整机工作原理： 当电源（220V 的家用电）接通时，打下 S1 电路总开关，经过桥式（D7D10）整流 滤波，在经过三端稳器稳压之后供给遥控接收电路+12V 的直流电此时电源指示灯亮， 我们称它遥控接收

31、为待机状态。 遥控电路，当你按下 S2 时 555 定时器给红外发光管一个高电平，红外线 VT 闪烁 一次，由于遥控接收电路处于待机状态，当然 VL 接收到红外线光时，U5 开始工作通过 3 脚发一个脉冲给 U6（双 D 触发器）的 CP 端，正脉冲直接加到双 D 触发器 U6 的计数 端 CP 端，它对脉冲上升沿有效，所以 U6 输出端Q状态翻转一次，设初值时Q端即第 1 脚原先为低电平，现突变为高电平，T3 导通，继电器 K3 吸合，被控电器通电工作。 需要关机时，只要再照射一下 VL，U5 的脚又输出一个方波正脉冲，U6 又翻转一次， Q端输出低电平，T3 截止，K 释放，被控电器断电停

32、止工作。R16、C11组成上电自清零 电路，电路初次通电时，因C11两端电压不能突变，U6 的 1RST 端为高电平，故电路自 复位，1Q端输出低电平，从而保证被控电器不会因为电网停电后突然又来电而自动重 开机。K3 继电器工作时，主电路才能保持工常工作。 当 S3 关开打到 A 端时，清新电路开始工作，C1开始充放电。充电时间 5min，时 555 定时器 3 脚输出高电平，继电器开始工作使主电路电流送到功放的谐振电路从而产 生臭氧，放电时间 30min 使 555 定时器 3 脚输出端为低电平，继电器停止工作，从而 功放和放电端停止工作，不产臭氧（清新电路主要是由C1的充放电时来实现的）

33、。 当 S3 打到B端时，消毒电路开始工作，C4开始充电，555 定时器 3 脚输出高电平， 继电器 K1 工作，充电时间 1 小时即 K1 要闭合一小时，功放电路开始工作产生臭氧。 充到时 555 定时器 3 脚输出低电平，K1 继电器不工作，功放电路不产生臭氧。消Vcc 3 2 毒电路在次工作时在先按下 S4 放掉C4内的电流，在次消毒一小时。 第 4 章臭氧发生器的仿真和调试 4.1 仿真软件介绍 本次仿真用的是 Multisim 仿真软件。 Multisim 是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics 简称 IIT 公司)推出的以 Windo

34、ws 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计 工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿 真分析能力。可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。 Multisim 提炼了 SPICE 仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的 SPICE 技术就可以 很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过 Multisim 和虚拟仪器技术，PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与 仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 Multisim 发展简介 Multisim 发展经历了加

35、拿大 EWB（Electrical Workbench） 、 EWB4.0、EWB5.0、EWB6.0、Multisim 2001、Multisim 7、Multisim 8、Multisim 9、Multisim 10 等阶段。目前在各高校教学中普遍使用 Multisim2001，网上最为普遍 的是 Multisim 9，NI 于 2007 年 08 月 26 日发行 NI 系列电子电路设计软件，NI Multisim v 10 作为其中一个组成部分包含于其中。 4.2 电路性能指标 4.2.1 振荡、功放、升压和放电仿真 如图 4-1、4-2 是振荡、功放、升压和放电电路的仿真电路和其工作

36、波形，由 555 定时器构成的多谐振电路，由25kHz，555 定时器 3 脚输出 25kHz 575 )2( 44 . 1 CRR f 的频率并送入升压器 T1 的低端。将 12V 送到 T1 的高端，在通过 T1 的输出端最后加到 负载R4。本电路主要是产生一个 25kHz，4.7kV高频高压电流来触使臭氧片产生臭氧。 XMM1 R7 12.9k C5 2nF C3 10nF R5 3k R6 300 外 外 外 外 LMC555CM GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 R4 5T T4 2N930 D5 1N4007 D6 1N

37、4007 3 2 1 12V T1 2.5e-005 sq.m 0.025 m 4 7 6 5 XSC1 Tektronix 1 2 3 4T G P 11 8 1 0 1 图 4-1 振荡、功放、升压和放电电路 图 4-2 工作波形 4.2.2 清新电路性能指标验算 图 4-2(a)、(b)是清新电路的仿真和其工作波形。这了仿真方便清晰将实际仿真参 数改小了，但其占空比 1/7 没有变。如波形所示“清新”电路中C1取 250的普通电nF 容，R1取阻值为 430的碳膜电阻，R2取阻值为 2.7的碳膜电阻。由公式计算出M 电容的充电时间为： (4-1)mSCRt75102501043070 .

38、 0 70 . 0 93 11 充 图 4-3 清新电路仿真原理图 图 4-4 清新电路工作波形 图 4-3、4-4 是清新电路的仿真和其工作波形。这了仿真方便清晰将实际仿真参数 改小了，但其占空比 1/7 没有变。如波形所示“清新”电路中C1取 250的普通电容，nF R1取阻值为 430的碳膜电阻，R2取阻值为 2.7的碳膜电阻，由公式计算出电容M 的充电时间为： (4-1)mSCRt75102501043070 . 0 70 . 0 93 11 充 由公式计算出电容的放电时间为： (4-2)mSCRt450101000107 . 270 . 0 70 . 0 96 12 放 经验算电容C

39、1取 250的普通电容，R1取阻值为 430的碳膜电阻，R2取阻值uF 为 2.7的碳膜电阻。M 4.2.3 消毒电路性能指标验算 C4 20uF C6 10nF R8 10k R14 300 外 外 外 外 LM555CM GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 T1 2N930 K K1 EDR201A05 D2 1N4007 6 5 4 2 VCC 12V XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ 3 J3 Key = Space 0 J1 Key = A 1 7 VCC 8 图 4-5 消毒电路仿真 如图 4-5

40、 所示为消毒电路。 消毒电路中C4取 20的普通电容，R8取阻值为 10的的碳膜电阻，由公式计uFK 算出单稳态维持时间为： (4-3)mSCRt220102010101 . 11 . 1 63 48 经验算电容C1取 20的普通电容，R2取阻值为 10的的碳膜电阻。uFK 下图 4-6 为其波形图。当 J1 闭合时，也是消毒开始，C4开始充电，555 定时器 3 脚出高电平，直到C4充到VCC时也是8V时，555 定时器 3 脚输出低电平。只要 J1 不 3 2 断开 555 定时器 3 脚输一直出低电平。C4充到8V时时间为t。如果想重新开始工作 1 小时则按下 J3 开关，C4开始又充电

41、，55 定时器 3 脚出高电平，直到C4充到VCC时也 3 2 是8V时，555 定时器 3 脚输出低电平。继电器的闭合由 555 定时器 3 的高低电平控制 的，高电平导通，低电平闭合。 图 4-6 消毒电路的工作波形 4.2.4 遥控发射与接收电路仿真 R1 10k R2 220k Key=A50% C1 100nF U1 4013BP_5V 1Q 1Q1CLK 1RST 1D 1SET VSS 2SET 2D 2RST 2CLK2Q 2Q VDD R3 1M R5 300 U2 LMC555CM GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI

42、2 K K1 EDR201A05 外 外 外 1 OPTOCOUPLER_VIRTUAL V1 12 V R11 350 R19 27k R20 200 C13 100nF C14 100uF C15 200nF U9 LMC555CM GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 Q1 2N930 J1 Key = Space 15 26 32 28 27 25 24 23 22 18 13 VCC 12V XSC2 ABCD G T 17 14 21 0 16 D1 1N4007 VCC 30 1 0 图 4-7 遥控发射与接收电路仿真 如

43、图 4-7、4-8 为遥控发射接收电路和其工作波形，本电路主要由两个 555 定时器 构成的多谐振荡器，双 D 触发器，光效应管组成。工作原理：当电路接通时，按下遥 控开关 J1 红外线灯闪一下，遥控接收接收到红外线光而接收电路的 555 定时器开始工 作而产生一个脉冲信号，脉冲信号被送到双 D 触发器的 CP 端及 CP1 时，触发器开始 工作，双 D 触发器的 D 端翻转一次，从而使触发器的输出端Q为高电平（如果 CP 端不 加入其它信号则Q一直保持高电平）通过 PNP 管又使断电器工作（断电器工作及给主 电路供电） 。在按下 Key 时双 D 触发器在翻一次，使Q端输出低电平，断电器停止

44、工作。 下图为其波形图： 图 4-8 遥控接收发射器的工作波形 结论 这次设计的课题是“臭氧发生器的设计” 。臭氧发生器是生活中进行消毒，清新等 处理的常用器件，本次设计是利用 555 定时器为核心器件来组成的臭氧发生器，555 组 成的电路主要有三大类，单稳态多谐振、多谐振、施密特。本次设计中应用到了，多 谐振器和单稳态电路。其中用双 D 触发器的多谐振构成遥控电路。它可以对有人的房 间进行每 30 分钟连续 5 小时的空气清新处理，可以对无人的房间进行连续 1 小时的空 气消毒处理，并带有电网停电后不会自动重开机的遥控系统。 555 定时器是目前应用十分广泛的模拟-数字混合式集成电路。这次

45、设计主要考核 我们对 555 定时器的了解情况，并对仿真软件有了新的认识，它的各个管脚的功能和 它的两种触发状态的应用。目的是提高我们的动手能力、设计能力和分析问题、解决 问题的能力。 通过这次设计，学到了很多，学习是无止境的面对一个不懂的问题要积极的去收 集资料，无论是上网还是去图书馆，找老师，总之自己都要下功夫。对以前所学专业 知识不足之处有了更深的掌握，了解了如何应用 555 定时器，及其他一些器件组成臭 氧发生器，并让我了解和掌握 555 定时器应用设计的基本方法、设计思路、设计步骤 以及调试运行等全过程，达到理论联系实际，学以致用的目的，为以后在工作中的工 程设计奠定了良好的基础。 参考文献 1 马建国.电子系统设计.北京:高等教育出版社，2002 2 高吉祥.电子技术基础实验与课题设计.北京:电子工业出版社.1999 3 清源计算机工作室.Protel 99 S