光控音樂門鈴的設計

1、20102011學年第一學期電子技術課程實驗設計報告 實驗名稱： 光控音樂門鈴 班 級： 通信工程1092 姓 名： 褚 效 維 學 號： 指導教師： 莊 立 運 目 錄1 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖（1） 1.1 電路設計原理框圖（1） 1.2 電路設計方案設計（1）2設計的目的及任務（2）2.1 課程設計的目的（2）2.2 課程設計的任務與要求（2）2.3 課程設計的技術指標（2）3 各部分電路設計（3）3.1 方波發(fā)生電路的工作原理（3）3.2 方波-三角波轉換電路的工作原理（3）3.3 三角波-正弦波轉換電路的工作原理 （6） 3.4電路的參數(shù)選擇及計算 （8）3.5 總電路圖（10

2、）4 電路仿真 （11）4.1 方波-三角波發(fā)生電路的仿真（11） 4.2 三角波-正弦波轉換電路的仿真（12）5電路的安裝與調(diào)試 （13）5.1 方波-三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試（13）5.2 三角波-正弦波轉換電路的安裝與調(diào)試（13）5.3 總電路的安裝與調(diào)試 （13）5.4 電路安裝與調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法 （13） 6電路的實驗結果 （15）6.1 方波-三角波發(fā)生電路的實驗結果 （15）6.2 三角波-正弦波轉換電路的實驗結果 （15）6.3 實測電路波形、誤差分析及改進方法（16）7 實驗總結 （17）8 儀器儀表明細清單 （18）9 參考文獻 （19）摘要：本設計將通過光

3、控音樂門鈴的設計說明穩(wěn)壓電路的工作原理和穩(wěn)壓電源的指標及其測試方法，同時也將說明光控電路的原理。一般電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。光控電路由光敏二極管及晶體管組成。關鍵字：直流穩(wěn)壓電源；光控電路；音樂門鈴一、概述“門鈴”這在中國古代較少聽說，有錢的大戶人家是在大門上裝有裝飾性的門環(huán)，叫門的人可用門環(huán)拍擊環(huán)下的門釘發(fā)出較大的響聲，有現(xiàn)代“門鈴”的作用。 “門鈴”在外國電影的古代片中常有出現(xiàn)，也多是有錢的人戶在門前吊著一只碩大的青銅手柄。馬車夫?qū)⒖腿怂偷介T前的時候，會順便拉拉它牽動里面的鈴當以示來人。 在近代“門鈴”不再是有錢人家的專項，“門鈴”已在平民百姓人家廣泛

4、普遍應用。各式各樣的“門鈴”比比皆是，是我們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠?。設計一個集成直流穩(wěn)壓電源。設計一個可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，其技術指標為：輸入交流電壓220V f=50HZ,輸出直流電壓Uo=512V，輸出電流Iomax=1 ,紋波電壓Vopp5mV。設計光控電路及音樂門鈴部分。在選擇器件時，應考慮成本。根據(jù)技術指標通過分析計算確定電路形式和元器件參數(shù)。根據(jù)技術指標制定實驗方案；進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。二、電路工作原理說明直流穩(wěn)壓電壓源光 控電 路音 樂門 鈴圖1 光控音樂門鈴原理框圖電路中，首先將電網(wǎng)電壓利用變壓器得到合適的交流電壓，其次將降壓的交流電壓通過整流電路變成單向的脈動電壓，這種直

5、流電壓的脈動成分比較大，往往需要利用濾波電路將其中的脈動成分濾掉。得到較平滑的直流電壓。此時的電壓值還會受到電網(wǎng)電壓的波動和負載變化的影響，這樣的直流電源是不穩(wěn)定的，最后加上穩(wěn)壓電路部分，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定，從而得到穩(wěn)定的直流電壓。然后再將穩(wěn)定的直流電壓加在光控電路上。1電源變壓器電源變壓器的作用是將交流220V的電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷褐担鐖D2所示：圖2 電壓變壓器原理圖2 整流電路整流電路的任務是將交流電變?yōu)橹绷麟?，如圖3所示。完成這一任務主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?。因此二極管是整流電路的關鍵元件。圖3 整流電路原理圖圖4中的橋式整流器是典型的容性負載

6、橋式整流電路。其中電源變壓器將220V、50Hz的電網(wǎng)電壓變?yōu)樗蟮慕涣麟妷?，再?jīng)硅橋堆整流變?yōu)閱蜗蛎}動電流，電容和負載（穩(wěn)壓器的輸入電阻）組成低通濾波器用來減小單向電流的脈動成分，使輸出為平滑的直流電壓。圖4 硅橋的等效電路3 濾波電路 濾波電路用于濾去輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當電壓降低時，就能把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，即C具有平波作用。濾波原理見圖5所示。圖5 濾波電路原理圖4 穩(wěn)壓電路在圖8所示電路圖中，在LM317輸入端接電容C3可進一步濾除紋波，輸出端接電容C5能消除

7、自激振蕩，確保電路穩(wěn)定。電容C4與電阻R2并聯(lián)組成濾波電路，減小輸出的紋波電壓。二極管D2的作用是防止輸出端與地短路時，電容C3上的電壓損壞穩(wěn)壓器。圖6所示為其基本結構及應用電路。圖6 LM317的基本結構框圖（虛線內(nèi)）及應用電路5 光控電路當光照射PD時，使三極管基極處于低電位，三極管V截止，輸出高電平；當無光照時，V導通，輸出低電平。圖7光控電路三、電路設計圖8電路圖1電阻選擇由輸出電壓Uo=1.25 1+R2/R1，R2 =120240，取R2=200，由Uo=512V得R1 =6001720，取4.7K電位器。2電源變壓器選擇通常根據(jù)變壓器副邊輸出功率P2來選購電源變壓器，由Uo1=(

8、1.11.2 ) U2可得變壓器副邊電壓U2與穩(wěn)壓器輸入電壓Uo1關系 一般取Uo1Uimin/1.1，Io1Iomax.。電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓U1變換為整流電路所需要的交流電壓U2。電源變壓器的效率為：其中，P2是變壓器副邊的功率，P1是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的功率如表1所示：因此，當算出了副邊功率P2后，就可以根據(jù)下表算出原邊功率P1。表1 小型變壓器的效率 副邊功率P2IOmax，取I2=1A副邊輸出功率P2I2U2=14W由表可得選擇效率為0.7 的電源變壓器。故取TSMISC-25TO1型電源變壓器。3整流二極管及濾波電容的選擇整流二極管D的反向擊

9、穿電壓URM 應滿足URM1.414U2，其額定工作電流應滿足IFIomax 故取D1為1B4B42。 同理取D2為1N4148。濾波電容可由下式估算 故取2個3000F的電容并聯(lián)。4穩(wěn)壓電路選擇本設計考慮到指標要求并使輸出電壓可調(diào)，因此選用LM317系列集成穩(wěn)壓器。這種穩(wěn)壓器的特點是外形結構簡單、保護功能齊全、外接元件很少、調(diào)節(jié)極為方便。圖6是它的基本結構框圖。由圖可知，它是由基準電壓、比較放大、調(diào)整管及其保護電路、恒流源偏置及其啟動一電路以及外接電阻R1、R2組成。改變外接電阻R2就可得到1.25V37V的輸出穩(wěn)壓值。圖6中，R1與R2組成輸出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓Uo為Uo =1.25 1+

10、R2/R1。5光控電路選擇 晶體管選擇2N2218。四、性能測試方法與實驗數(shù)據(jù)測量穩(wěn)壓電源最大輸出電壓的仿真圖，如圖9所示：圖9 測量最大輸出電壓的仿真電路圖測量穩(wěn)壓電源最小輸出電壓的仿真圖，如圖10所示： 圖10測量最小輸出電壓的仿真電路圖測量穩(wěn)壓電源紋波電壓的仿真圖，如圖11所示： 圖11穩(wěn)壓電源紋波電壓波形測量穩(wěn)壓電源輸出電流的仿真圖，如圖12所示 ： 圖12 測量穩(wěn)壓電源輸出電流的仿真電路圖測量蜂鳴器電壓的仿真圖，如圖13所示：圖13蜂鳴器電壓整體仿真圖，如圖14所示：圖14 整體仿真圖1測量Uo的方法將電壓表并聯(lián)在負載兩端，調(diào)節(jié)電位器R2使其在6001720間變化此時電壓在4.810

11、12.504V間變化。2測量IOmax的方法電流表與負載串聯(lián)，調(diào)節(jié)電位器即可得到所要電流IOmax=1.015V。3測量紋波電壓的方法 用示波器在輸出端直接觀察。五、結論及性價比通過在Multisim軟件中的仿真實驗，證明了所設計的方案是正確的可以實現(xiàn)的，同時經(jīng)過對各個部分的監(jiān)測表明設計方案能滿足任務書的要求并且波形效果較好，各個指標均能達到任務書中的要求，其中直流穩(wěn)壓電源輸出電壓UO=4.81012.504V，最大輸出電流Iomax=1.015A，Vopp 5mA。光控音樂門鈴應用廣泛，組成器件性能優(yōu)越且成本低具有很高的性價比，市場前景廣闊。六、課設體會及合理化建議這次課程設計在短短的三周時

12、間內(nèi)完成，由于查找資料有限，本人的精力和水平有限幸好有了老師的指導幫助才勉強完成了課程設計，結果基本上都符合了設計的技術指標要求。這次課程設計也確實鍛煉了自己，自己溫習了所學課程模擬電子技術基礎部分知識。通過本次課程設計，我也了解了穩(wěn)壓電源的基本組成，知道了穩(wěn)壓電源各個部分的工作原理及選取方法。同時熟悉了Multisim、protel等軟件的各種功能，更加熟練了電腦的使用。鍛煉了自己的動腦動手能力，知道了什么叫做團隊精神。希望學校能使用學生設計的成果以減少投入成本并以此激發(fā)學生對動手實踐的熱情。參考文獻1趙淑范.王憲偉.模擬電子實驗與課程設計，M北京：清華大學出版社，2006年6571頁2荊西京.模擬電子電路實驗技術，M西安，第四軍醫(yī)大學出版社，2004年.6971頁3華成英等.模擬電子技術基礎（第四版），M北京：高等教育出版社，2006.513556頁4曲學基等.穩(wěn)定電源實用電路選編. M北京：電子工業(yè)出版社,2003.77104頁5曲學基等.穩(wěn)定電源基本原理與工藝設計. M北京：電子工業(yè)出版社,2003.56頁 附錄總電路圖PCB版附錄元器件清