課程設(shè)計(jì)閃光燈電路

1、 課程設(shè)計(jì) 題 目 自激多諧振蕩閃光燈電路 學(xué)生姓名 楊凡 學(xué)號(hào) 1010064040 所在院(系) 陜西理工學(xué)院 物電學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電子信息科學(xué)與技術(shù)102 指導(dǎo)教師 周平和 完成地點(diǎn) 陜西理工學(xué)院 2012年 11 月 15 日閃光燈電路 楊凡 （陜西理工學(xué)院物電學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)102班 陜西漢中 723001）指導(dǎo)老師：周平和【摘要】：自激多諧振蕩器是一種阻容耦合式的矩形波發(fā)生器，矩形波含有豐富的奇次諧波，多諧振蕩器由此得名。在習(xí)慣上，人們只將阻容耦合式的矩形波發(fā)生器稱(chēng)為多諧振蕩器，而把采用變壓器耦合的強(qiáng)反饋振蕩器稱(chēng)為間歇振蕩器。 【關(guān)鍵字】：LED、 晶體管、電容、仿真軟件 L

2、ED multivibrator Yang fan(Grade10,Class2,Major Electronic Information Science and TechnologyDepartment of Physics,Shannxi University of Technology,Hanzhong,723001)Tutor：Zhouheping 【abstract】：Self-exciting multivibrator is a kind of resistance and capacitance coupled type rectangular wave generator,

3、rectangular wave contains rich odd harmonics,harmonic oscillator hence the name.in the habit,people will only resistance capacity coupling type rectangular wave generator called multivibrator,and take the transformer coupling of strong feedback oscillator.【keywords】:LED , transistor proteus1 引言自激多諧振

4、蕩器又稱(chēng)為無(wú)穩(wěn)態(tài)振蕩電路，這種電路在沒(méi)有外加觸發(fā)信號(hào)的情況下能夠連續(xù)的、周期性的產(chǎn)生矩形脈沖，所產(chǎn)生的矩形脈沖是由基波和各次諧波疊加構(gòu)成的，故將此路稱(chēng)為多諧振蕩電路。此電路在生產(chǎn)生活的許多領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用。無(wú)穩(wěn)態(tài)電路存在多種形式，本文介紹的是以三極管和電容器為核心元器件的對(duì)稱(chēng)的自激多諧振蕩器。這種電路沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，有電容器的充放電來(lái)控制三極管的導(dǎo)通與截止，從而使電路在兩個(gè)暫態(tài)之間自行“振蕩”。2原理圖 方案：多諧振蕩器無(wú)須外界觸發(fā)即能直接產(chǎn)生矩形波，電路也較簡(jiǎn)單，所以在脈沖和數(shù)字系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。這種振蕩電路之所以能產(chǎn)生矩形波，主要是因?yàn)椋弘娐分杏泻軓?qiáng)的正反饋，各極電壓能快速變化并使晶體管

5、進(jìn)入較深的截止或飽和狀態(tài)；電路中一般沒(méi)有選擇性很強(qiáng)的諧波濾除電路（或至少在輸出端上沒(méi)有），輸出信號(hào)中諧波成分十分豐富。原理圖：圖2.13 自激多諧振蕩器的原理3.1產(chǎn)生自激振蕩的原因自激振蕩的幅度條件和相位條件 由反饋的一般表達(dá)式可知，負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)放大系數(shù)可表示如下：Af=A/（1+AF），如果1+AF=0，則Af為無(wú)窮，此時(shí)即使沒(méi)有輸入信號(hào)，放大電路仍將有一定的輸出信號(hào)，說(shuō)明放大電路產(chǎn)生了自激振蕩。因此，負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是1+AF=0，即AF=-1。用模值表示| AF |=1.相位表示arg AF=±（2n+1) (n=0,1,2,)阻容耦合單管共射放大電路

6、在中頻段時(shí)=-180°，而在低頻段和高頻段，還將分別產(chǎn)生=0+90°和=0-90°的附加相移。顯然，如為兩級(jí)放大電路，可以產(chǎn)生0±180°的附加相移，而對(duì)于三級(jí)放大電路，附加相移可達(dá)0±270°。如果當(dāng)信號(hào)為某個(gè)頻率時(shí)，附加相移等于180°，假設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻特性，則此時(shí) argAF=180°,即可滿(mǎn)足自激振蕩的相位條件。3.2自激多諧振蕩器原理它是一個(gè)典型的分立元件集基耦合多諧振蕩器。它有兩個(gè)晶體管反相器經(jīng)RC電路交叉耦合接成正反饋電路組成。兩個(gè)電容器交替沖放電使兩管交替導(dǎo)通和截止，使電路自動(dòng)地從一個(gè)

7、狀態(tài)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到另個(gè)狀態(tài)，形成自激振蕩。此電路可由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路中的兩支電阻耦合支路改為電容耦合支路得到。那么雙穩(wěn)態(tài)電路就變成沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài),即多諧振蕩電路為無(wú)穩(wěn)電路 。自激振蕩電路兩邊是對(duì)稱(chēng)的，接通電源后，兩管均應(yīng)導(dǎo)通。為便于分析，假定因某種因素影響，iC1有上升趨勢(shì)，那么就會(huì)發(fā)生如下的正反饋循環(huán)過(guò)程：iC1uR1uA1ub2ib2iC2uR4uA2- ib1ub1致使T1迅速飽和，VC1由+EC突變到接近于零，uA1為低電平；T2迅速截止，迫使BG2的基極電位VB2瞬間下 降到接近-EC，uA2為高電平。此后，一方面C2將通過(guò)R4、T1的be結(jié)構(gòu)成的回路充電（電壓極性左負(fù)右正）；另一方面，C

8、1將通過(guò)T1、R1構(gòu)成的回路，將本身貯存的電荷（左正右負(fù)）逐漸釋放。即出現(xiàn)了第一次暫穩(wěn)態(tài)；（BG1飽和瞬間, , ,于是BG2可靠截止.）這樣 ub2逐漸上升，當(dāng)ub2高于晶體三極管導(dǎo)通電壓后，將發(fā)生如下的正反饋循環(huán)：ub2ib2iC2uR4uA2ub1ib1ic1- uA1 uR1致使T2迅速導(dǎo)通，VB2隨著C1放電而升高到+0.5V，uA2為低電平；T2迅速截止，通過(guò)正反饋使BG1截 止，uA1為高電平。此后，一方面C1將通過(guò)R1、T2的be結(jié)構(gòu)成的回路充電（電壓極性左正右負(fù)），另一方面，C2將通過(guò)T2、R2構(gòu)成的回路放電，ub1相應(yīng)提高，即出現(xiàn)第二次暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)ub1高于三極管導(dǎo)通電壓后，

9、又發(fā)生使T1導(dǎo)通，T2截止的正反饋過(guò)程，于是形成振蕩。此后不斷循環(huán)往復(fù),便形成了自激振蕩。從T1、T2集電極輸出的輸出電壓是矩形脈沖?？梢宰C明，集基耦合多諧振蕩電路的振蕩周期T0.7R1C10.7R2C21.4RC，T=T1+T2=0.7(RB2*C1+RB1*C2)=1.4RB*C，振蕩頻率: F=1/T=0.7/RB*C，輸出幅度接近電源電壓。（.波形的改善: 可以同單穩(wěn)態(tài)電路,采用校正二極管電路）圖2.1是帶有兩個(gè)交替發(fā)光二極管的晶體管多諧振蕩器，由于電路元件左右對(duì)稱(chēng)，因此每只二極管發(fā)亮?xí)r間也相等。該振蕩器有兩級(jí)倒相放大器及相互間用電阻電容器耦合在一起形成正反饋環(huán)路而構(gòu)成的。倒相放大器1

10、由晶體管T1及它的負(fù)載發(fā)光二級(jí)管D1的限流電阻R1，耦合元件R3，C2組成；同樣倒相放大器2由T2、D2、R4及R2、C1組成。倒相放大器1的輸出端T1的集電極經(jīng)耦合元件R2、C1與倒相放大器2的輸入端T2的基極相連，同樣T2輸出信號(hào)經(jīng)R3、C2耦合至T1的信號(hào)輸入端，形成兩級(jí)倒相放大器相互之間強(qiáng)烈的正反饋，產(chǎn)生自激振蕩，使T1、T2輪流導(dǎo)通或截止，使D1和D2點(diǎn)亮熄滅，如果示波器觀(guān)測(cè)T1、T2集電極輸出信號(hào)的波形，是占空比為1:1的矩形波，見(jiàn)圖1（b）。R3、C2和R2、C1的時(shí)間常數(shù)決定多諧振蕩器振蕩的周期或頻率。即 T1=R3C2ln2=0.7R3C2T2=R2C1Ln2=0.7R2C1

11、T=T1+T2=0.7(R3C2+R2C1) 通過(guò)改變定時(shí)電容器C1、C2的大小，或微調(diào)定時(shí)電阻器R2、R3的電阻值。若R3、C2與R2、C1不等，將產(chǎn)生在同一周期內(nèi)兩個(gè)寬度不等的矩形波，使發(fā)光二極管亮滅時(shí)間不在均等。兩個(gè)集電極波形圖：圖 如圖3.2.1上下分別為T(mén)1、T2集電極輸出波形，其占空比為1:1.也可以理論計(jì)算出，l T1=R3C2ln2=0.7R3C2=0.7×30k×47×10(-6)l T2=R2C1ln2=0.7R2C1=0.7×30k×47×10(-6)l T=T1+T2=0.7(R3C2+R2C1)= 0.7&#

12、215;60k×47×10(-6)它是由于兩個(gè)電容器交替沖放電使兩個(gè)晶體管交替導(dǎo)通和截止，使電路自動(dòng)地從一個(gè)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另個(gè)狀態(tài)，晶體管的導(dǎo)通使兩個(gè)發(fā)光二級(jí)管在等間隔時(shí)間中輪流點(diǎn)亮熄滅。若R3、C2與R2、C1不等，將產(chǎn)生同一周期內(nèi)兩個(gè)寬度不等的矩形波，是發(fā)光二極管的發(fā)光不再均等。圖 3.2.2 如圖所示，白線(xiàn)圖為T(mén)1集電極的輸出波形（即A1點(diǎn)電壓波形），綠線(xiàn)為T(mén)2集電極輸出波形（即A2點(diǎn)電壓波形），兩個(gè)三極管交替導(dǎo)通與截止。藍(lán)線(xiàn)為T(mén)1基極的輸出波形，紅色為T(mén)2基極輸出波形。以T1集電極波形為參考看起，上圖正如以下的正反饋循環(huán)過(guò)程：iC1uR1uA1ub2ib2iC2uR4u

13、A2- ib1ub1致使T1迅速飽和，VC1由+EC突變到接近于零，uA1為低電平；T2迅速截止，迫使BG2的基極電位VB2瞬間下 降到接近-EC，uA2為高電平。3.3 元器件三極管T1及T2可選用C1815或9014 或開(kāi)關(guān)3DK等，三極管的放大系數(shù)應(yīng)大于60；電源電壓Ec為3V；兩個(gè)發(fā)光二極管；電阻 200和30K的各兩個(gè)；電容 47u 兩個(gè)；3.4 電路仿真在仿真電路中，選器件還比較簡(jiǎn)單，所以在以后難的電路中要多下功夫，首先掌握電路原理，知道各器件的作用，頭腦清楚連接電路圖。4 結(jié)束語(yǔ)在此設(shè)計(jì)中，雖然第一次課程設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但也有很多問(wèn)題對(duì)于我來(lái)說(shuō)。比如，模電中的三極管的工作原理，電容

14、的充放電。通過(guò)此次設(shè)計(jì)熟悉了設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，并鞏固了相關(guān)的理論知識(shí)。充分理解到數(shù)字、模擬電路等電子電路在現(xiàn)今生活的方方面面的重要作用。還有就是這次模數(shù)電課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在周老師的辛勤指導(dǎo)下，終于迎刃而解。同時(shí)，在周老師的身上我學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)?？傮w來(lái)說(shuō),這次實(shí)習(xí)我受益匪淺.在摸索該如何設(shè)計(jì)程序使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過(guò)程中,特別有趣,培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維,增加了實(shí)際操作能力.在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的艱辛的同時(shí),更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂(lè). 這次模數(shù)電課程設(shè)計(jì),雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嫹糯箅娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有

15、了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見(jiàn)邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認(rèn)識(shí)到，模擬電路這門(mén)課程在科學(xué)發(fā)展中的至關(guān)重要性2，查閱參考書(shū)的獨(dú)立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，遇到很多不理解的東西，有的我們通過(guò)查閱參考書(shū)弄明白，有的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到，但由于時(shí)間和資料有限我們更多的還是獨(dú)立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如電路設(shè)計(jì)中的晶體管的設(shè)計(jì)，開(kāi)始并不知道其開(kāi)啟電壓，但是經(jīng)仿真測(cè)試和同學(xué)討論后，理解了它的的基本原理后，很快的設(shè)計(jì)了電路原理圖。5 致謝在這次課程設(shè)計(jì)中，首先很感謝周老師 能不時(shí)的指導(dǎo)，我在設(shè)計(jì)的過(guò)程中才慢慢掌握技巧，終于趕交作品之前完成了，還有非常感謝在電路出問(wèn)題時(shí)，焊接時(shí)同學(xué)的幫忙。電路出問(wèn)題時(shí)他們餓了都顧不得吃飯希望趕緊把問(wèn)題找出來(lái)，有他們的幫助，我這次還算可以。再一次感謝他們。參考文獻(xiàn)1. 童詩(shī)白,華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京:高等教育出版社.2001.62. 余孟嘗. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程. 北京:高等教育出版社.1999.2.54. 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社.1998.95