紅外線遙控插座電路設(shè)計(jì)10級(jí)應(yīng)用電子技術(shù)

1、. . . . 5 / 36畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（說 明 書）題 目：紅外線遙控插座電路設(shè)計(jì)姓 名：王賢 編號(hào)：工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013 年 5 月 10 日. . . . 6 / 36工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 任 務(wù)書 王賢 專業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè) 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2013 年 3 月 4 日設(shè)計(jì)（論文）開始日期 2013 年 3 月 11 日設(shè)計(jì)（論文）完成日期 2013 年 5 月 17 日設(shè)計(jì)（論文）題目：紅外線遙控插座電路設(shè)計(jì)A編制設(shè)計(jì)B設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文）指 導(dǎo)教師 堵會(huì)曉 系（部）主 任 莉 2013 年 5 月 24 日. . . . 7 / 36工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄自動(dòng)化與信息工程系應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)，學(xué)生 王賢 于年月日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目： 紅外線遙控插座電路設(shè)計(jì)專題（論文）題目： 紅外線遙控插座電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師： 堵會(huì)曉 答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會(huì)討論評(píng)定，給予學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)?。答辯委員會(huì)人，出席人答辯委員會(huì)主任（簽字）：答辯委員會(huì)副主任（簽字）：答辯委員會(huì)委員：， ， ， ， ， ， 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語第頁共頁. . . . 8 / 36學(xué)生：王賢專業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè) 年級(jí) 2010 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：紅外線遙控插座電

3、路設(shè)計(jì)評(píng)閱 人：指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績(jī)：系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與答辯評(píng)語：. . . . 1 / 36摘要摘要隨著經(jīng)濟(jì)科技的不斷進(jìn)步，建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)在不斷的加快，人們對(duì)方便環(huán)保綠色的追求，空前的高漲！現(xiàn)有的被控設(shè)備，如空調(diào)、電視等都配有紅外遙控器，但是這些電器在待機(jī)的情況下還會(huì)損耗一部分電流，仍然會(huì)浪費(fèi)電能，在耗電的同時(shí)也是對(duì)電器壽命的折損，這不僅增加生活成本還不節(jié)能，所以當(dāng)被連接的插座的電器遙控?cái)嚯姾螅瑯永眠b控器對(duì)插座進(jìn)行遙控?cái)嚯?，這不僅減少不必要的浪費(fèi)，還能更好保護(hù)電器，因此只要在插座等處安裝相應(yīng)的模塊即紅外線遙控裝置就可實(shí)現(xiàn)

4、智能節(jié)能控制。在本設(shè)計(jì)過程中，使用了 555 定時(shí)器、CC4069、LM567、74LS74 等集成塊，通過發(fā)射紅外線控制信號(hào)、放大、譯碼和信號(hào)處理等過程，實(shí)現(xiàn)紅外線插座的紅外線遙控；對(duì)于目前高端智能節(jié)能電器，本論文設(shè)計(jì)出的更適用于中低層消費(fèi)者的紅外遙控插座具有如下實(shí)踐價(jià)值：（1）本系統(tǒng)主要由 LM567 集成電路構(gòu)成，價(jià)格便宜，性能可靠。 （2）在維修上，由于采用集成度較高的芯片（555 定時(shí)器、CC4069、LM567、74LS74） ，所以，該系統(tǒng)也具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，一旦某個(gè)模塊出現(xiàn)問題，由于是分開設(shè)計(jì)，也不會(huì)影響其它模塊的使用，同時(shí)，出現(xiàn)問題的模塊也可以直接更換或自己動(dòng)手維修。這樣，費(fèi)用

5、又得到了大大的降低。3）本設(shè)計(jì)應(yīng)用型強(qiáng)，只要對(duì)插座部分稍加改裝就可以實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：紅外線 遙控 插座 LM567 555 定時(shí)器目錄目錄. . . . 2 / 36第一章 紅外遙控發(fā)展?fàn)顩r與設(shè)計(jì)方案11.1 遙控的種類與特點(diǎn) 11.2 紅外線遙控發(fā)展現(xiàn)狀 11.3 紅外線簡(jiǎn)介 21.3.1 紅外線 21.3.2 紅外線遙控技術(shù)的工作原理 31.3.3 紅外線遙控系統(tǒng)的組成 31.4 紅外線遙控插座設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu)框圖 3第二章 紅外線發(fā)射電路的設(shè)計(jì)52.1 555 定時(shí)器 52.1.1 555 定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)與引腳功能 52.1.2 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧

6、振蕩器 62.2 發(fā)光二極管 72.3 紅外線發(fā)射電路 8第三章 信號(hào)接收放大電路設(shè)計(jì)103.1 紅外接收方式 103.2 信號(hào)放大電路 10第四章 音頻譯碼集成電路164.1 器件簡(jiǎn)介 164.2 由 LM567 構(gòu)成的音頻譯碼集成電路 17第五章 觸發(fā)器電路設(shè)計(jì)195.1 D 觸發(fā)器 195.1.1 D 觸發(fā)器器件簡(jiǎn)介 195.1.2 D 觸發(fā)器的特征 215.2 雙 D 觸發(fā)器 215.2.1 74LS74 簡(jiǎn)介 225.2.2 由 74LS74 構(gòu)成的雙 D 觸發(fā)器集成電路 23第六章電源與控制電路246.1 電源電路 246.1.1 整流電路 24. . . . 3 / 366.1.

7、2 濾波電路 256.1.3 穩(wěn)壓電路 276.2 控制執(zhí)行電路 29參考文獻(xiàn)30附 錄31致 33第一章第一章 紅外遙控發(fā)展?fàn)顩r與設(shè)計(jì)方案紅外遙控發(fā)展?fàn)顩r與設(shè)計(jì)方案1.11.1 遙控的種類與特點(diǎn)遙控的種類與特點(diǎn). . . . 2 / 36遙控可以分為有線遙控和無線遙控兩種，在本設(shè)計(jì)中著重介紹無線遙控。無線遙控大體分為以下幾個(gè)種類：無線電遙控、超聲波遙控和紅外線遙控。無線電是無線電技術(shù)的簡(jiǎn)稱。是研究利用無線電波來傳送各種信號(hào)的技術(shù)，其最大特點(diǎn)是可以進(jìn)行 360 度全方位無線射頻遙控，而且耗電量較低，具有觸發(fā)工作待機(jī)休眠等功能。它具有雙或多波段，如果有多個(gè)無線設(shè)備，均可以通過這一個(gè)接收器進(jìn)行管理

8、。無線電遙控是利用無線電信號(hào)對(duì)遠(yuǎn)方的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的技術(shù)，無線電遙控以其傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、無方向性等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于許多領(lǐng)域。但因電器復(fù)雜，發(fā)送設(shè)備龐大，調(diào)試?yán)щy等原因，所以在民用領(lǐng)域一直受到限制，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，這些問題都得到了解決，使之具有強(qiáng)大的生命力。超聲波是頻率高于 20000 赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。超聲波因其頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名。超聲波具有聚束、定向、反射和透射等特性。超聲波遙控是通過超聲波產(chǎn)生、傳播、接收和控制的過程來

9、完成的。紅外線遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，目前是目前使用最為廣泛的一種遙控手段。紅外遙控裝置具有體積小、功耗小、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。因此在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多。同時(shí)在家電與其他小型電器上也得到廣泛應(yīng)用。1.21.2 紅外線遙控發(fā)展現(xiàn)狀紅外線遙控發(fā)展現(xiàn)狀近年來，紅外遙控技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通信技術(shù)，家用電器等多種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用，更加受到了人們的矚目，在車載影音導(dǎo)航系統(tǒng)也被廣泛的應(yīng)用。紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其他電器設(shè)備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電

10、器可使用通用的遙控器而不會(huì)產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡(jiǎn)單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；由于各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了大量紅外遙控專用集成電路，需要時(shí)按圖索驥即可。60 年代初，一些發(fā)達(dá)國(guó)家開始研究民用產(chǎn)品的遙控技術(shù)，但由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，遙控技術(shù)發(fā)展很緩慢。70 年代末，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，遙控技術(shù)才得到快速發(fā)展。在遙控方式上大體經(jīng)歷了從有線到無線的超聲波、從振動(dòng)子到紅外線、再到使用總線的微機(jī)紅外遙控這樣幾個(gè)階段。無論采用何種方式，準(zhǔn)確無誤地傳輸信號(hào)，最終達(dá)到滿意的控制效果是非常重要的。最初的無線遙控裝置采用的是電磁波傳輸信號(hào)，由于電磁波容易產(chǎn)生干擾，也易受

11、干擾，因此逐漸采用超聲波和紅外線媒介來傳. . . . 3 / 36輸信號(hào)。與紅外線相比，超聲傳感器頻帶窄，所能攜帶的信息量少，易受干擾而引起誤動(dòng)作。較為理想的是光控方式，采用紅外線的遙控方式逐漸取代了超聲波遙控方式，出現(xiàn)了紅外線多功能遙控器，并且成為當(dāng)今時(shí)代的主流。1.31.3 紅外線簡(jiǎn)介紅外線簡(jiǎn)介1.3.11.3.1 紅外線紅外線紅外線是太線中眾多不可見光線中的一種，由英國(guó)科學(xué)家霍胥爾于 1800 年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射,他將太用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計(jì)，試圖測(cè)量各種顏色的光的加熱效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側(cè)的那支溫度計(jì)升溫最快。因此得到結(jié)論：太譜中，紅光的外

12、側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線。也可以當(dāng)作傳輸之媒界。太譜上紅外線的波長(zhǎng)大于可見光線，波長(zhǎng)為 0.751000m。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長(zhǎng)為 0.751.50m 之間；中紅外線，波長(zhǎng)為 1.506.0m 之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為 6.0l000m 之間。紅外線在電磁波譜圖中的位置如圖 1-1 所示。圖 1-1 電磁波譜圖1.3.21.3.2 紅外線遙控技術(shù)的工作原理紅外線遙控技術(shù)的工作原理. . . . 4 / 36紅外線遙控裝置和紅外接收兩部分。既然幾乎所有的物遙控器體都在不停的發(fā)射紅外線，那么怎樣才能保證指定遙控器發(fā)射的控制信號(hào)既能準(zhǔn)確無誤地被接收，又不會(huì)受到其他信號(hào)的干擾

13、呢？紅外傳感器的配套使用紅外發(fā)射傳感器和紅外接收傳感器配套使用，就組成一個(gè)紅外線遙控系統(tǒng)。遙控用的紅外發(fā)射傳感器，也就是紅外二極管，采用砷化鎵或砷鋁化鎵等半導(dǎo)體材料制成，前者的發(fā)光效率低于后者。峰值波長(zhǎng)是紅外發(fā)光二極管發(fā)出的最大紅外光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)的發(fā)光波長(zhǎng)，紅外發(fā)光二極管的峰值波長(zhǎng)通常為 0.88um0.951Am。遙控用紅外接收傳感器有光敏二極管和光敏三極管兩種，響應(yīng)波長(zhǎng)反映了光敏二極管和光敏三極管的光譜響應(yīng)特性?？梢娨岣呓邮招?，遙控系統(tǒng)所用紅外發(fā)光二極管的峰值波長(zhǎng)與紅外接收傳感器的響應(yīng)波長(zhǎng)必須一致或相近是十分重要的。1.3.31.3.3 紅外線遙控系統(tǒng)的組成紅外線遙控系統(tǒng)的組成通用紅外遙控

14、系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，使用專門的集成電路。發(fā)射電路部分包括鍵盤矩陣、振蕩器、LED 紅外發(fā)射器；接收部分由光/電轉(zhuǎn)換放大電路、譯碼電路組成。如圖 1-2 所示。 紅外遙控器 接收與信號(hào)放大按鈕 振蕩器 紅外線發(fā)光二極管接受二極管 信號(hào)放大圖 1-2 紅外遙控系統(tǒng)圖1.41.4 紅外線遙控插座設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu)框圖紅外線遙控插座設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu)框圖紅外線插座由電源電路、紅外遙控發(fā)射器、紅外線光電轉(zhuǎn)換與放大電路、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、反相器、雙 D 觸發(fā)器以與控制執(zhí)行電路組成。各部分作用如下：1.電源電路：為整個(gè)電路與插座供電；2.紅外線遙控發(fā)射器：發(fā)出指令，控制插座是否輸出電流；3.紅外線接收與信號(hào)放

15、大電路：接收紅外信號(hào)并將信號(hào)放大；4.雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行譯碼；5.反相器：對(duì)譯碼信號(hào)進(jìn)行反向輸出；6.雙 D 觸發(fā)器：對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理；7.控制執(zhí)行電路；根據(jù)接收到的信號(hào)，控制繼電器的開關(guān)通斷。如圖 1-3 所示為其結(jié)構(gòu)框圖。. . . . 5 / 36電路電源雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器反相器控制執(zhí)行電路雙 D 觸發(fā)器紅外線遙控發(fā)射器紅外線接收與信號(hào)放大圖 1-3 紅外線遙控插座設(shè)計(jì)框圖第二章第二章 紅外線發(fā)射電路的設(shè)計(jì)紅外線發(fā)射電路的設(shè)計(jì). . . . 6 / 36紅外線發(fā)射電路由電壓源、按鈕、振蕩器、紅外發(fā)射器等部分組成。其中，振蕩器的選擇很重要，在振蕩器中，以由 CC4011 與非門集

16、成塊構(gòu)成的振蕩器和由 555 集成電路構(gòu)成的振蕩器做比較，與非門振蕩器具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、功耗低等特點(diǎn)，但其有其缺點(diǎn)，振蕩頻率較低且電路固定后振蕩頻率不宜調(diào)整。而對(duì)于由 555 定時(shí)器構(gòu)成的振蕩器具有頻率可調(diào)、輸出精度高、輸出穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。2.12.1 555555 定時(shí)器定時(shí)器555 定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以 555 定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與交換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。2.1.12.1.1 555555 定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)與引腳功能定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)與引腳功能555 定時(shí)

17、器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 的1C同相輸入端的電壓為 2 /3， 的反相輸入端的電壓為 若觸發(fā)輸入端 TR 的CCV2CCCV電壓小于 1/3 ，則比較器的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端=1。CCV2COv如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2/3 ，同時(shí) TR 端的電壓大于 1/3 ，則 的CCVCCV1C輸出為 0， 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。555 定時(shí)器部2C電路圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1555 定時(shí)器部電路圖它的各個(gè)引

18、腳功能如下：1 腳：外接電源負(fù)端或接地，一般情況下接地。SSV. . . . 7 / 368 腳：外接電源，雙極型時(shí)基電路的圍是 4.5 16V，CMOS 型時(shí)基電路CCVCCV的圍為 3 18V。一般用 5V。CCV3 腳：輸出端。2 腳：低觸發(fā)端。6 腳：高觸發(fā)端。4 腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論 TR、TH 處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0” ，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5 腳：為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，COV當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只 0.01F 電容接地，以防引入干擾。7 腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器

19、時(shí)電容的放電。在 1 腳接地，5 腳未外接電壓，兩個(gè)比較器、基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，5551C2C時(shí)基電路的功能表如表 2-1 示。表 2-1 555 時(shí)基電路功能表清零端高觸發(fā)端 TH低觸發(fā)端TRQ放電管DT功能0 xx0導(dǎo)通直接清零123CCV13CCVx保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)123CCV13CCV1截止置 1123CCV13CCV0導(dǎo)通清零2.1.22.1.2 555555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波

20、。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。如圖 2-2 為多諧振蕩器電路與其工作波形。 . . . . 8 / 36圖 2-2 多諧振蕩器和工作波形接通電源后，經(jīng)電阻R1和 R2對(duì)電容 C 充電，其電壓由 0 按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)CCVCCVcu2/3時(shí)，電壓比較器和的輸出分別為=0、=1，基本 RS 觸發(fā)器被置cuDDV1C2C1cv2cv0，Q=0、為 1，輸出躍到低電平.與此同時(shí)，放電管導(dǎo)通，電容 C 經(jīng)電阻 R2QovOLUDT和放電管放電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。DT隨著電容 C 的放電，隨之下降。當(dāng)下降到1/3時(shí)，則電壓比較器和cucucuCCV1C的輸出為=1、=0，基本 RS 觸發(fā)器被置 1，Q=1

21、、為 0，輸出由低電平2C1cv2cvQov躍到高電平。同時(shí)，因?yàn)?0，放電管截止，電源又經(jīng)電阻 R1、R2 對(duì)OLUOHUQDTCCV電容 C 充電。電路又返回前一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容 C 上的電壓將在 2/3和 1/3cuCCV之間來回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生了振蕩，輸出矩形脈沖。經(jīng)分析可得： CCV輸出高電平時(shí)間：T=0.7(R1+R2)C （2-1） 輸出低電平時(shí)間：T=0.7R2C （2-2） 振蕩周期：T=0.7(R1+2R2)C （2-3） 2.22.2 發(fā)光二極管發(fā)光二極管. . . . 9 / 36常用的紅外發(fā)光二極管，其外形和發(fā)光二極管 LED 相似，發(fā)出紅外光。管壓降約

22、1.4V，工作電流一般小于 20mA。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。 發(fā)射紅外線去控制相應(yīng)的受控裝置時(shí)，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因?yàn)槊}動(dòng)光（調(diào)制光）的有效傳送距離與脈沖的峰值電壓成正比，只需盡量提高峰值 Ip，就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高 Ip 的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度 T，一些彩電紅外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖占空比約為 1/3-1/4；一些電器產(chǎn)品紅外遙控器，其占空比是1/10。減小脈沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率(1mW-1

23、0mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW 以上)三大類。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生調(diào)制光，只需在驅(qū)動(dòng)管上加上一定頻率的脈沖電壓。 用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時(shí)，受控裝置中均有相應(yīng)的紅外光一電轉(zhuǎn)換元件，如紅外接收二極管等。實(shí)用中光電二極管已有紅外發(fā)射和接收配對(duì)的二極管。常見的紅外線發(fā)射二極管實(shí)物圖如圖 2-3 所示。圖 2-3 紅外線二極管實(shí)物圖2.32.3 紅外線發(fā)射電路紅外線發(fā)射電路紅外線發(fā)射電路由 555 定時(shí)器以與外圍電路、兩個(gè)紅外線發(fā)射二極管、供電電源構(gòu)成。電路圖如圖 2-4 所示。圖 2-4 紅外線發(fā)射電路按下按鈕 SB，電路起振，振蕩電流由 3

24、 腳輸出驅(qū)動(dòng)兩只紅外發(fā)光二極管 VL1、VL2向外發(fā)射紅外光線。又 RP 為可調(diào)電阻，其最小振蕩頻率為 0，其最大振蕩頻率=1/T=1/0.7(R1+2R2)C=206Hz。f. . . . 10 / 36第三章第三章 信號(hào)接收放大電路設(shè)計(jì)信號(hào)接收放大電路設(shè)計(jì)3.13.1 紅外接收方式紅外接收方式紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管與接收管并列一起，平時(shí)接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇到反射物時(shí)，接收管收到反射回來的紅外光線才工作。在本設(shè)計(jì)電路中，我們采用直射式。接收方式如圖

25、3-1 所示。（a）反射式 （b）直射式圖 3-1 紅外線接收方式3.23.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。對(duì)于信號(hào)放大電路又有什么要求呢？可以. . . . 11 / 36總結(jié)為以下幾個(gè)特點(diǎn)：輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；低噪聲；低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以與低的漂移；足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率（無畸變的放大瞬態(tài)信號(hào)） ；高輸入共模圍（如達(dá)幾百伏）和高共模抑制比；可調(diào)的閉環(huán)增益；線性好、精度高；成本低。相對(duì)于這些特點(diǎn)，我們這里采用 CC4069 六非門數(shù)字集成

26、電路。1.非門也稱反相器，它是執(zhí)行邏輯反相功能的電路，其邏輯特點(diǎn)是:當(dāng)輸入端 A 為邏輯低電平“0”狀態(tài)時(shí)，輸出端 Y 為邏輯高電平“1”狀態(tài)；當(dāng)輸入端 A 為邏輯低電平“1”狀態(tài)時(shí)，輸出端 Y 為邏輯高電平“0”狀態(tài)。由于非門只有一個(gè)輸入端，輸入信號(hào)只有兩種信號(hào)，它反映輸出對(duì)輸入否定的邏輯關(guān)系。非門邏輯輸出公式為：Y= （3-1）A如圖 3-2 所示為其邏輯符號(hào)與輸出波形。圖 3-2 非門的邏輯符號(hào)與輸出波形2.CMOS 門電路典型運(yùn)用時(shí)處理的是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)， 其輸入、 輸出端只有“1”或“0”兩種狀態(tài)。但電路狀態(tài)在兩者之間變換時(shí)依然是需要時(shí)間的也就是說在“1”和“0”之間變換時(shí)有一個(gè)短暫

27、的過渡過程。通過對(duì)比運(yùn)算放大器、小信號(hào)放大器和 CMOS 非門的轉(zhuǎn)移特性,我們可知:它們是相當(dāng)相似的。運(yùn)算放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)在零點(diǎn),這是由其本身部結(jié)構(gòu)與特性所決定的;小信號(hào)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)是通過其外部偏置電路所決定;CMOS 非門的靜態(tài)工作點(diǎn)也可通過其外部偏置電路決定。則用非門也可構(gòu)成交流放大器。如圖 3-3、3-4 所示為其轉(zhuǎn)移特性。（a）小信號(hào)放大電路轉(zhuǎn)移特性 （b）運(yùn)放轉(zhuǎn)移特性圖 3-3 小信號(hào)放大電路與運(yùn)放轉(zhuǎn)移特性. . . . 12 / 36圖 3-4 CMOS 非門輸出特性據(jù) CMOS 門的工作原理和其傳輸特性的五個(gè)工作區(qū)域可知:CMOS 非門除其開關(guān)功能外,在高低電平的轉(zhuǎn)換過程

28、中,存在一個(gè)快速變換的線性過渡區(qū),在過渡區(qū)中間部分基本上呈線性狀態(tài),且與小信號(hào)放大器和運(yùn)算放大器的傳輸特性相似,因此,只要使其的工作點(diǎn)處在線性區(qū),即 1/ 2處,就能使非門在其工作點(diǎn)附近有小的輸入信號(hào)變化時(shí),輸出DDV一個(gè)大的信號(hào)。從而使非門具有良好的線性放大器的性能。為此,通過 CMOS 非門工作點(diǎn)的合理設(shè)置,就可使 CMOS 非門構(gòu)成線性放大器。圖 3-5 所示，在非門 D 的輸出端與輸入端之間并接一個(gè)反饋電阻 R 將非門 D 工作點(diǎn)偏置于轉(zhuǎn)移特性曲線的中間，就構(gòu)成了一個(gè)線性模擬放大器。如圖 3-5 所示。圖 3-5 簡(jiǎn)單的門級(jí)放大器其工作點(diǎn)與輸入、輸出信號(hào)波形如圖 3-6 所示。圖 3-

29、6 非門工作點(diǎn)與其信號(hào)波形圖 3-5 所示放大器工作于開環(huán)狀態(tài)，其放大倍數(shù)等于非門 D 的開環(huán)放大倍數(shù)，但電路失真嚴(yán)重。圖 3-7 是加入了負(fù)反饋的采用單個(gè)非門構(gòu)成的放大器，R 為反饋電阻R 為輸入電阻，放大器的放大倍數(shù)與反饋電阻與輸入電阻的比值有關(guān)。加入了負(fù)fRRi反饋可以改 善放大器的失真，但由于單個(gè)非門的開環(huán)增益有限，所以該放大器的放大倍數(shù)較小。. . . . 13 / 36圖 3-7 加入負(fù)反饋的非門放大器一般非門構(gòu)成的放大器如圖 3-8 所示。圖 3-8 單極非門構(gòu)成的放大器其中 RF 是反饋偏置電阻,它是在其輸出端接一高值反饋電阻到輸入端,這樣非門就有一個(gè)線性高增益區(qū),從而可對(duì)交流

30、信號(hào)進(jìn)行線性放大,其放大增益大約為 2030 倍左右(=10M) 。FR在實(shí)際應(yīng)用中需要更高的增益時(shí),可采用如下圖所示的多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)使用,它是三個(gè)非門通過級(jí)聯(lián)構(gòu)成的一級(jí)線性交流放大器。是反饋偏置電阻,它構(gòu)成電壓并聯(lián)FR負(fù)反饋,直流反饋穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn),交流反饋穩(wěn)定了增益,但降低了放大倍數(shù)。的FR選擇規(guī)則一般應(yīng)滿足 100(0.10.01),其中:是非門的輸出電阻,一般ORFRiROR為 815K; Ri 是非門的輸入電阻,一般為M。是外接電阻,它作為放大器的輸入1010fR電阻,一般可取幾十到幾百 K。在此,和均可用于調(diào)節(jié)放大器的增益。fRFR根據(jù)以上分析和已知的 CMOS 非門輸入、輸出特

31、點(diǎn),可得出如圖所示三級(jí)非門構(gòu)成的交流放大器的電壓增益與運(yùn)放一樣,即=/,其中:電容和用于耦合信號(hào),VAFRfR1C2C同時(shí)也有抑制寄生振蕩的功能。如圖 3-9 所示多級(jí)放大器的輸出電壓 Up-p 值為電源電壓的 1/ 2 時(shí),有良好的線性性能。此放大器的頻率響應(yīng)約 20KHz,信噪比 SNR 約為50dB。當(dāng)要求非門作為放大器輸出較大功率時(shí),可采用多個(gè)門并聯(lián)使用,以提高輸出功率。圖 3-9 三個(gè)非門級(jí)聯(lián)構(gòu)成的放大器3. 在本設(shè)計(jì)電路中，我們將采用由 CC4069 構(gòu)成的三級(jí)放大器。CC4069 型數(shù)字集成電路部集成了六個(gè)相互獨(dú)立的非門單元，它在非門應(yīng)用中最為廣泛。CC4069 采用標(biāo)準(zhǔn) DIP

32、-14 塑料封裝，其引腳排列如圖所示。圖中，第 14 腳為電源正腳、第 7 腳為DDV電源負(fù)腳，在實(shí)際接線中應(yīng)分別將它們接在電源的正端和負(fù)端。CC4069 中六個(gè)非門SSV在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以只用一個(gè)、幾個(gè)或全部。使用時(shí)注意：如只用其中幾個(gè)非門，應(yīng)將不使用的非門的輸入端全部接地或接電源正端，不得懸空，以防受外界電場(chǎng)干擾是邏輯功能混亂。CC4069 部電路圖如圖 3-10 所示。. . . . 14 / 36圖 3-10 CC4069 部電路圖下圖 3-11 所示放大器由 CC4069 的三個(gè)非門、一個(gè)反饋電阻、一個(gè)輸入電阻和兩個(gè)耦合電容構(gòu)成，紅外線接收二極管在接收到紅外線發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光線后

33、，經(jīng)電阻和電容耦合的信號(hào)加在門級(jí)電路左端，再經(jīng)三個(gè)非門放大到門級(jí)電路右端，此時(shí)得到一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)再經(jīng)反饋電阻到門級(jí)電路左端，再經(jīng)過三個(gè)非門放大，在門級(jí)電路右端又得到一個(gè)比之前的信號(hào)又強(qiáng)的信號(hào)，以此來循環(huán)，使原來的信號(hào)放大到一定程度，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的作用。由上面的放大倍數(shù)公式可知，本設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為 100 倍。因?yàn)?，紅外線發(fā)射電路發(fā)射的紅外信號(hào)頻率為 206Hz，所以，由紅外二極管接收的紅外信號(hào)經(jīng)放大電路 100 倍放大以后，輸出的頻率為 20.6KHz。如圖 3-11 所示。圖 3-11 由 CC4069 構(gòu)成的三個(gè)非門級(jí)聯(lián)構(gòu)成的放大器. . . . 15 / 36第四章第四章 音頻譯碼

34、集成電路音頻譯碼集成電路譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯” ，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)據(jù)分配，存貯器尋址和組合控制信號(hào)等。不同的功能可選用不同種類的譯碼器。譯碼器可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。前者又分為變量譯碼器和代碼變換譯碼器。本設(shè)計(jì)電路中，將用 LM567 集成電路。該集成電路為通用音調(diào)譯碼器，當(dāng)輸入信號(hào)于通帶時(shí)提供飽和晶體管對(duì)地開關(guān)，電路由 I 與 Q 檢波器構(gòu)成，由電壓控制振蕩器驅(qū)動(dòng)振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨(dú)立設(shè)定中心頻率帶寬

35、和輸出延遲。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對(duì)講機(jī)亞音頻譯碼，遙控等。4.14.1 器件簡(jiǎn)介器件簡(jiǎn)介L(zhǎng)M567 是一種能對(duì)某一段設(shè)定頻率的電信號(hào)作出反應(yīng)，并能輸出邏輯電平的通用型鎖相環(huán)音頻譯碼器集成電路。它采用 DIP-8 腳塑料封裝，如圖 4-1 所示。各引腳功能：1 腳接同步檢波輸出濾波電路；2 腳接相位檢波輸出即低通濾波電容器；3 腳信號(hào)輸入端；4 腳為電源正端；5、6 腳接電流控制振蕩器的 R、C,以決定中心振蕩頻率；DDV0f7 腳為電源負(fù)端；8 腳為輸出端。SSV. . . . 16 / 36圖 4-1 引腳功能圖圖 4-2 原理圖LM567 的基本

36、工作原理如圖 4-2 所示。圖中，方框?yàn)?LM567 的電路功能框圖，其中1 是鑒相器，2 是電流控制振蕩器，3 是正交鑒相器，A1、A2 為放大器。外接部分中，C 為時(shí)間常數(shù)電容器，R 為時(shí)間常數(shù)電阻器，C2 為低通濾波電容器，C1 為輸出濾波電容器，RL 為負(fù)載電阻。使用時(shí)，當(dāng)從 3 腳輸入的音頻信號(hào)符合電路的中心頻率時(shí)，0f8 腳將輸出邏輯低電平“0” ；當(dāng)輸入信號(hào)頻率在以為中心頻率的一定帶寬以外時(shí)，80f腳輸出邏輯高電平“1” 。其中心頻率由外部元件 R、C 決定，計(jì)算公式為：0f=1.1/RC （4-1）0f式中 R 一般取值為 220 千歐。低通濾波電容器 C2 一般為 122uf

37、，其電容量愈大，通頻帶愈窄；輸出濾波電容 C1 的取值一般為 C2 的兩倍，通頻帶帶寬的計(jì)算公式為：BW=1070（4-2）20CfViLM567 的輸入信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)在 25200mV 圍，中心頻率調(diào)節(jié)圍在 0.01Hz500kHz。0f使用電源電壓圍為 4.7515V。LM567 工作溫度圍隨產(chǎn)品的后綴型號(hào)不同而有所不同，DDVLM567CN、LM567CM、LM567CH 為 0+70，LM567H 則能工作在-55125的極端條件下。與 LM567 功能相似的同類產(chǎn)品有 NE567、XR567、AD567、SE567 等，它們都可以與LM567 直接互換使用。4.24.2 由由 LM567

38、LM567 構(gòu)成的音頻譯碼集成電路構(gòu)成的音頻譯碼集成電路. . . . 17 / 36該集成電路主要由 LM567 構(gòu)成，外圍電路由四個(gè)電容和一個(gè)電阻構(gòu)成。3 腳為信號(hào)輸入端，8 腳為信號(hào)輸出端。由放大電路輸出的放大信號(hào)即脈沖信號(hào)由 C4 加到 3 腳輸入端進(jìn)行鑒頻，看此脈沖信號(hào)頻率是否與音頻譯碼電路中心頻率一致，若一致，則 8腳輸出高電平“1” ；不一致，則輸出低電平“0” 。由第二章紅外線發(fā)射電路中紅外發(fā)射的頻率以與放大電路的放大倍數(shù)可得到放大后的頻率為 20.6KHz，在音頻譯碼電路中，其鑒頻器的中心頻率要在 0Hz20.6KHz。經(jīng)測(cè)算，其中心頻率為 20.3KHz。電路原理圖如圖 4

39、-3 所示。圖 4-3 電路原理圖第五章第五章 觸發(fā)器電路設(shè)計(jì)觸發(fā)器電路設(shè)計(jì)觸發(fā)器是一個(gè)具有記憶功能的二進(jìn)制信息存儲(chǔ)器件，是構(gòu)成多種時(shí)序電路的最基本邏輯單元，也是數(shù)字邏輯電路中一種重要的單元電路。在數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中有著廣泛的應(yīng)用。觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即“0”和“1” ，在一定的外界信號(hào)作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。觸發(fā)器有集成觸發(fā)器和門電路組成的觸發(fā)器。觸發(fā)方式有電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)兩種。在本設(shè)計(jì)中，我們采用由 74LS74 雙 D 型觸發(fā)器構(gòu)成的集成電路。. . . . 18 / 365.15.1 D D 觸發(fā)器觸發(fā)器5.1.15.1.1 D D 觸發(fā)器器件簡(jiǎn)介觸發(fā)器器

40、件簡(jiǎn)介電平觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時(shí)，必須在正跳沿前加入輸入信號(hào)。如果在 CP 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號(hào)，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯(cuò)。而邊沿觸發(fā)器允許在CP 觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號(hào)。這樣，輸入端受干擾的時(shí)間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。邊沿 D 觸發(fā)器也稱為維持-阻塞邊沿 D 觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器有以下三個(gè)特點(diǎn)：1.邊沿 D 觸發(fā)器具有接收并記憶信號(hào)的功能，又稱為鎖存器；2.邊沿 D 觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)方式；3.邊沿 D 觸發(fā)器不存在約束條件和一次變化現(xiàn)象，抗干擾性能好，工作速度快。D 觸發(fā)器由 6 個(gè)與非門組成，其中和構(gòu)成基本 RS 觸發(fā)器。1G2G如圖 5-1、5-2 所示分

41、別為其部電路圖與其封裝圖。圖 5-1 D 觸發(fā)器部電路圖圖 5-2 D 觸發(fā)器封裝圖和接至基本 RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。DSDR當(dāng)=1 且=0 時(shí),不論輸入端 D 為何種狀態(tài)，都會(huì)使 Q=0，=1，即觸發(fā)器置 0；當(dāng)DSDRQ=0 且=1 時(shí)，Q=1，=0，觸發(fā)器置 1,和通常又稱為直接置 1 和置 0 端。DSDRQDSDS我們?cè)O(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過程如下：1.CP=0 時(shí)，與非門和封鎖，其輸出=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時(shí)，3G4G3Q4Q由于至和至的反饋信號(hào)將這兩個(gè)門打開，因此可接收輸入信號(hào) D，=D，3Q5Q4Q6Q5Q=。6Q

42、5QD2.當(dāng) CP 由 0 變 1 時(shí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時(shí)和打開，它們的輸入和的狀態(tài)由3G4G3Q4QG5 和 G6 的輸出狀態(tài)決定。=，=D。由基本 RS 觸發(fā)器的邏輯功能可知，3Q5QD4Q6QQ=D。3Q3.觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在 CP=1 時(shí)輸入信號(hào)被封鎖。這是因?yàn)楹痛蜷_后，它們的3G4G輸出和的狀態(tài)是互補(bǔ)的,即必定有一個(gè)是 0，若為 0，則經(jīng)輸出至輸入的3Q4Q3Q3G5G反饋線將封鎖，即封鎖了 D 通往基本 RS 觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器5G維持在 0 狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?1 狀態(tài)的作用,故該反饋線稱為置 0 維持線,置 1 阻塞線。為 0 時(shí)，將和封鎖，D 端通往基本 RS

43、觸發(fā)器的路徑也被封鎖。輸出端4Q3G6G4Q至反饋線起到使觸發(fā)器維持在 1 狀態(tài)的作用，稱作置 1 維持線；輸出至輸入6G4Q3G的反饋線起到阻止觸發(fā)器置 0 的作用,稱為置 0 阻塞線。表 5-1 為其真值表。DSDRQ. . . . 19 / 36表 5-1 74LS74 真值表輸 入輸 出SDRDCPD1nQnQ01xx1010 xx0100 xx不允許不允許111111100111xnQnQ5.1.25.1.2 D D 觸發(fā)器的特征觸發(fā)器的特征1.D 觸發(fā)器的輸出特征=D （5-1）1nQ2.D 觸發(fā)器的真值表表 5-2 D 觸發(fā)器真值表CLKD1nQ0 xnQ1001113.D 觸發(fā)

44、器的輸出波形如圖 5-3 所示。圖 5-3 D 觸發(fā)器的輸出波形圖5.25.2 雙雙 D D 觸發(fā)器觸發(fā)器. . . . 20 / 36雙 D 觸發(fā)器中包含兩個(gè)一樣的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā) D 觸發(fā)器電路。在本設(shè)計(jì)電路中，我們將采用的雙 D 觸發(fā)器為 74LS74 型雙 D 觸發(fā)器。5.2.15.2.1 74LS7474LS74 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介74LS74 含兩個(gè)獨(dú)立的上升沿雙 D 觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入 D、置位輸入PR、復(fù)位輸入 CLR、時(shí)鐘輸入 CLK 和數(shù)據(jù)輸出 Q。PR、CLR 的低電平使輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無關(guān)。當(dāng) PR、CLR 均無效（高電平式）時(shí)，符合建立時(shí)間要求

45、的 D 數(shù)據(jù)在 CP 上升沿作用下傳送到輸出端。以下為 74LS74 的部電路圖、引腳功能。如圖 5-4 所示為其部電路。圖 5-4 74LS74 部電路圖表 5-3 74LS74 引腳功能表腳號(hào)引腳代碼引腳功能1CLR1復(fù)位信號(hào)2D1觸發(fā)信號(hào)3CLK1時(shí)鐘信號(hào)4PR1控制5Q1同相位輸出61Q反向位輸出7GND地82Q反向位輸出9Q2同相位輸出10PR2控制11CLK2時(shí)鐘信號(hào)12D2觸發(fā)信號(hào)13CLR1復(fù)位信號(hào)14CCV電源. . . . 21 / 365.2.25.2.2 由由 74LS7474LS74 構(gòu)成的雙構(gòu)成的雙 D D 觸發(fā)器集成電路觸發(fā)器集成電路該集成電路主要由 74LS74

46、 構(gòu)成，其外圍電路兩個(gè)電阻與有極電容構(gòu)成。當(dāng) LM567的 8 腳輸出高電平經(jīng) CC4069 其中一個(gè)非門反相后使 74LS74 的 3 腳變?yōu)榈碗娖?，?dāng)?shù)碗娖降纳仙氐絹頃r(shí)，74LS74 電路翻轉(zhuǎn)，其 5 腳輸出高電平；反之，則輸出低電平。電路圖如圖 5-5 所示圖 5-5 雙 D 觸發(fā)器第六章電源與控制電路第六章電源與控制電路6.16.1 電源電路電源電路在本設(shè)計(jì)中，電源電路包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路三部分構(gòu)成。在設(shè)計(jì)中我們采用電容降壓，在這里，電源變壓器不多作介紹。6.1.16.1.1 整流電路整流電路電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種。

47、整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，. . . . 22 / 36這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動(dòng)性直流電壓。1. 橋式整流電路在本設(shè)計(jì)電路中，我們將采用橋式整流電路，下面對(duì)橋式整流電路作一下介紹。橋式整流是對(duì)二極管半波整流的一種改進(jìn)。半波整流利用二極管單向?qū)ㄌ匦裕谳斎霝闃?biāo)準(zhǔn)正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負(fù)半部分則損失掉。橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半

48、部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對(duì)輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。如圖 6-1 所示為橋式整流電路圖。圖 6-1 橋式整流電路圖橋式整流電路的工作原理如下：E2 為正半周時(shí)，對(duì) D1、D3 和方向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；對(duì) D2、D4 加反向電壓，D2、D4 截止。電路中構(gòu)成 E2、Dl、Rfz、D3 通電回路，在 Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，E2 為負(fù)半周時(shí)，對(duì) D2、D4 加正向電壓，D2、D4 導(dǎo)通；對(duì) D1、D3 加反向電壓，D1、D3 截止。電路中構(gòu)成 E2、D2、Rfz、D4 通電回路，同樣在 Rfz 上形成上正

49、下負(fù)的另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz 上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半。所以橋式整流電路輸出電壓平均值為： （6-1）229 . 045. 02EEUSC橋式整流是交流電轉(zhuǎn)換成直流電的第一個(gè)步驟。橋式整流器是由多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成，大功率橋式整流器在絕緣層外添加金屬殼包封，增強(qiáng)散熱。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整流效率高，穩(wěn)定性好，最大整流電流從0.5A 到 50A，最高反向峰值電壓從 50V 到 1000V。. . . . 23 / 3

50、66.1.26.1.2 濾波電路濾波電路整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有大量的交流成分。為了獲得平滑的直流電壓，應(yīng)在電路的后面加接濾波電路，以濾去交流成分。整流電路有電容濾波電路、電感濾波電路、 型濾波電路。在本設(shè)計(jì)中，我們采用電容濾波電路。其它兩種不多作介紹，著重介紹電容濾波電路。橋式整流電容濾波電路如圖 6-2（a）所示是在橋式整流電路輸出端與負(fù)載電阻之間并聯(lián)一個(gè)較大電容 C，構(gòu)成電容濾波電路。（a）電路ab. . . . 24 / 36（b）電壓、電流波形圖 6-2 橋式整流電容濾波電路設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定在 t=0 時(shí)接通電路，U2 為正半周，當(dāng) U2 由零上升時(shí)，

51、D1、D3 導(dǎo)通，C 被放電，同時(shí)電流經(jīng) D1、D3 向負(fù)載電阻供電。如果忽略二極管正向電壓降和變壓器阻，電容充電時(shí)間常數(shù)近似為零，因此=,在 U2 達(dá)到OU2UUC最大值，也達(dá)到最大值，見圖 6-2（b）中 a 點(diǎn)，然后 U2 下降，此時(shí)CUCUU2，D1、D3 截止，電容 C 向負(fù)載電阻放電，由于放電時(shí)間常數(shù) =RC,一般較大，電容電壓按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng)下降到圖 6-2（b）中 b 點(diǎn)后，D2、D4CUCU2UCU導(dǎo)通，電容 C 再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充、放電過程，便可得到圖（b）所示輸出電壓波形，它近似為以鋸齒波直流電壓。由此可見，整流電路接入濾波電容后，不僅使輸出電

52、壓變得平滑，紋波顯著減小，同時(shí)輸出電壓的平均值也增大了。輸出電壓平均值的大小與濾波電容 C 與負(fù)載電阻 RL 的大小有關(guān)，C 的容量一定時(shí)，OURL 越大，C 的放電時(shí)間常數(shù)就越大，其放電速度越慢，輸出電壓就越平滑，就越OU大。當(dāng) RL 開路時(shí)，。為了獲得良好的濾波效果，一般?。篛U22URLC(35)T/2 （6-2）式中 T輸入交流電壓的周期。此時(shí)輸出電壓的平均值近似為：1.2U2 （6-3）OU在整流電路采用電容濾波后，只有當(dāng)時(shí)，二極管才導(dǎo)通，故二極管的導(dǎo)2UCU通時(shí)間縮短，一個(gè)周期的導(dǎo)通角 ，如圖 6-2（b）所示。由于電容 C 充電的瞬間電流很大，形成浪涌電流，容易損壞二極管，故在選

53、擇二極管時(shí)必須留有足夠的電流裕量。6.1.36.1.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用時(shí)當(dāng)輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路包括硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、線性集成穩(wěn)壓器三種。在本設(shè)計(jì)中，我們將采用由硅穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路，其它兩種不多作介紹。由硅穩(wěn)壓管的正、反向伏安特性可知，當(dāng)穩(wěn)壓管工作于反向擊穿狀態(tài)時(shí)，只要反向電流不超過極限電流和極限功耗，穩(wěn)壓管是不會(huì)損壞的。從反向特性可知，ZMIZMP反向電流 在較大圍變化時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓變化 變化很小，故有穩(wěn)壓性ZIZU能，如圖 6-3 所示。圖 6-3 硅穩(wěn)壓管的伏安特性. . . . 25 / 36如

54、圖 6-4 所示由穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路，R 起限流作用。由于負(fù)載與用作調(diào)整LR元件的穩(wěn)壓管并聯(lián)連接，故又稱為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。ZD圖 6-4 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路電路的穩(wěn)壓過程如下：（1）當(dāng)負(fù)載上電流不變，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)由于電源電壓發(fā)生變化造成輸入電壓增加時(shí)，輸出電壓也會(huì)相應(yīng)增加，也就是穩(wěn)壓管兩端電壓增加。根據(jù)IUOU穩(wěn)壓管的特性，穩(wěn)壓管的工作電流也將增加，使流過限流電阻 R 的電流 I 增加，于ZI是 R 上的電壓降=IR 增加，因?yàn)?-，的增加將使得減小，這樣就保RUOUIURURUOU持了輸出電壓基本不變。上述過程可表示為：OUIUOUZIRUOU（2）當(dāng)輸入電壓不變，而負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)。當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，在 R 上的LI電壓降增加，引起下降，穩(wěn)壓管兩端的電壓下降，使減小，最后使通過限流電阻OUZIR 上的電流基本保持不變。同樣地，當(dāng)變小時(shí)，限流電阻上的電壓降減小，輸出電LI壓升高，使增加