視力保健燈電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書第Ⅰ頁(yè)視力保健燈電路設(shè)計(jì)摘要人類的視覺(jué)系統(tǒng)具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為人眼對(duì)事物的感知提供了極其細(xì)微的分辨能力。但是，如果不注意保護(hù)，環(huán)境照明不佳，可導(dǎo)致睫狀肌痙攣，緊張，睫狀肌內(nèi)血管扭曲變形，微循環(huán)不好，形成近視。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)視力保健電路是很有必要的。本課題利用三端穩(wěn)壓集成電路LM7805做直流穩(wěn)壓電源電路，555時(shí)基集成電路做定時(shí)電路，與測(cè)試調(diào)光電路構(gòu)成視力保健燈的主要組成，具有觸摸式開燈和定時(shí)關(guān)燈功能，并且能根據(jù)室內(nèi)光線的強(qiáng)弱自動(dòng)的調(diào)整燈光亮度。它可以緩解眼部疲勞，有效改善假性近視的發(fā)生率。為人們學(xué)習(xí)和工作提供了有效的幫助。其適用場(chǎng)合廣，必然能被人們廣泛接受。關(guān)鍵詞：LM7805集成電路，555定時(shí)器，光敏晶體管，整流橋目錄TOC\o"1-3"\u1緒論 11.1設(shè)計(jì)背景 11.2設(shè)計(jì)概述 12元件選擇 22.1整流橋 22.1.1全波整流橋工作原理 22.1.2全波整流橋性能分析 32.2三端穩(wěn)壓集成電路 32.2.1LM7805引腳排列 32.2.2LM7805應(yīng)用 42.2.3LM7805電參數(shù) 42.3555定時(shí)器 52.3.1555定時(shí)器基本組成 52.3.2555定時(shí)器的工作原理及功能特點(diǎn) 62.4光敏三極管 72.5晶閘管 82.6單結(jié)晶體管 93總體設(shè)計(jì) 103.1整體設(shè)計(jì)原理圖 103.1.1原理圖分析 10總結(jié) 12致謝 13參考文獻(xiàn) 14為輸出的直流電壓。在整流橋的每個(gè)工作周期內(nèi)，同一時(shí)間只有兩個(gè)二極管進(jìn)行工作，通過(guò)二極管的單向?qū)üδ?，把交流電轉(zhuǎn)換成單向的直流脈動(dòng)電壓。對(duì)一般常用的小功率整流橋進(jìn)行解剖發(fā)現(xiàn)，橋內(nèi)的四個(gè)主要發(fā)熱元器件——二極管被分成兩組分別放置在直流輸出的引腳銅板上。在直流輸出引腳銅板間有兩塊連接銅板，他們分別與輸入引腳（交流輸入導(dǎo)線）相連，形成我們?cè)谕庥^上看見(jiàn)的有四個(gè)對(duì)外連接引腳的全波整流橋。2.1.2全波整流橋性能分析全波整流輸出電壓的直流成分（較半波）增大，脈動(dòng)程度減小，但變壓器需要中心抽頭、制造麻煩，整流二極管需承受的反向電壓高，故一般適用于要求輸出電壓不太高的場(chǎng)合。2.2三端穩(wěn)壓集成電路LM7805即三端穩(wěn)壓集成電路。電子產(chǎn)品中，常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的LM78××系列和負(fù)電壓輸出的LM79××系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO-220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有LM9013樣子的TO-92封裝。2.2.1LM7805引腳排列，如圖3：(b)圖3LM7805引腳排列圖引腳①為最高電位，③腳為最低電位，②腳居中。從圖中可以看出，不論正壓還是負(fù)壓，②腳均為輸出端。對(duì)于LM78**正壓系列，輸入是最高電位，自然是①腳，地端為最低電位，即③腳。對(duì)于LM79**負(fù)壓系列，輸入最低電位是③腳，而地端①腳為最高電位。如圖4所示：圖4LM7805內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖2.2.2LM7805應(yīng)用7805典型應(yīng)用電路圖:78XX系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如下圖所示，這是一個(gè)輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電流較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板。如圖5所示：圖5LM7805典型應(yīng)用電路2.2.3LM7805的電參數(shù)：

表1LM7805電參數(shù)2.3555定時(shí)器555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V～16V工作，7555可在3～18V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。2.3.1555定時(shí)器基本組成555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器、三個(gè)等值串聯(lián)電阻、一個(gè)RS觸發(fā)器、一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓1/3VCC和2/3VCC。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖[2]及引腳排列如圖6：（a）（b）圖6555定時(shí)器內(nèi)部電路框圖及電路符號(hào)（a）原理圖（b）電路符號(hào)555定時(shí)器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端，3腳是輸出端OUT，4腳是清除端，5腳是電壓控制端CO，6腳是高觸發(fā)端TH，7腳是放電端D，8腳是電源端VCC。2.3.2555定時(shí)器電路的工作原理及功能特點(diǎn)555定時(shí)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C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0。555定時(shí)器功能表[2]如表2：表2555定時(shí)器功能表[2]輸入輸出復(fù)位U11U12輸出U0放電管T0××0導(dǎo)通1＞2／3Ucc＞1／3Ucc0導(dǎo)通1＜2／3Ucc＜1／3Ucc1截止1＜2／3Ucc＞1／3Ucc保持保持由以上分析可以把555功能簡(jiǎn)單歸結(jié)為三種情況，講U和U與各自的基準(zhǔn)電平相比較：U11和U12都高：u0=0，VT導(dǎo)通：U11和U12都低：u0=1，VT截止；U11和U12中間：u0保持，VT保持。2.4光敏三極管光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。光敏三極管圖形如圖7：圖7光敏三極管三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電極?；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。半導(dǎo)體就像一個(gè)開關(guān)，可以通過(guò)導(dǎo)通與截止來(lái)控制電路。當(dāng)具有光敏特性的PN結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于β倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。光敏三極管用于測(cè)量光亮度，經(jīng)常與發(fā)光二極管配合使用作為信號(hào)接收裝置。2.5晶閘管晶閘管是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡(jiǎn)稱為可控硅；1957年美國(guó)通用電器公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極：陽(yáng)極，陰極和門極；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過(guò)程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。其圖形符號(hào)如圖8所示：圖8晶閘管晶閘管工作條件為：加正向電壓且門極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導(dǎo)晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號(hào)為“V”、“VT”表示（舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母“SCR”表示）。晶閘管T在工作過(guò)程中，它的陽(yáng)極（A）和陰極（K）與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。2.6單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管（簡(jiǎn)稱UJT）又稱基極二極管，它是一種只有一個(gè)PN結(jié)和兩個(gè)電阻接觸電極的半導(dǎo)體器件，它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別用歐姆接觸引出兩個(gè)基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側(cè)用合金法制作一個(gè)P區(qū)作為發(fā)射極e。其結(jié)構(gòu)、符號(hào)和等效電路如圖9所示：圖9單結(jié)晶體管只有一個(gè)PN結(jié)作為發(fā)射極而有兩個(gè)基極的三端半導(dǎo)體器件，早期稱為雙基極二極管。其典型結(jié)構(gòu)是以一個(gè)均勻輕摻雜高電阻率的N型單晶半導(dǎo)體作為基區(qū),兩端做成歐姆接觸的兩個(gè)基極，在基區(qū)中心或者偏向其中一個(gè)極的位置上用淺擴(kuò)散法重?fù)诫s制成PN結(jié)作為發(fā)射極(圖中)。當(dāng)基極B1和B2之間加上電壓時(shí)（圖中b），電流從B2流向B1,并在結(jié)處基區(qū)對(duì)B1的電勢(shì)形成反偏狀態(tài)。如果將一個(gè)信號(hào)加在發(fā)射極上，且此信號(hào)超過(guò)原反偏電勢(shì)時(shí)，器件呈導(dǎo)電狀態(tài)。一旦正偏狀態(tài)出現(xiàn)，便有大量空穴注入基區(qū)，使發(fā)射極和B1之間的電阻減小，電流增大，電勢(shì)降低，并保持導(dǎo)通狀態(tài)，改變兩個(gè)基極間的偏置或改變發(fā)射極信號(hào)才能使器件恢復(fù)原始狀態(tài)。因此，這種器件顯示出典型的負(fù)阻特性（見(jiàn)圖c）,特別適用于開關(guān)系統(tǒng)中的弛張振蕩器，可用于定時(shí)電路、控制電路和讀出電路。

3總體設(shè)計(jì)3.1整體設(shè)計(jì)原理圖運(yùn)用Protel99SE軟件，繪制出原理圖如圖10所示：圖103.1.1原理圖分析電路中，直流穩(wěn)壓電源電路由電源開關(guān)s、電源變壓器T、整流橋堆D、濾波電容器C4和C5、三端集成穩(wěn)壓電路ICLM7805、限流電阻器R4和電源指示發(fā)光二極管LED組成；觸摸／定時(shí)控制電路由電極片A、可變電阻器Rp1、電阻器R1、電容器C1、C2和時(shí)基集成電路IC55組成；測(cè)光調(diào)光電路由光敏晶體管Q1、晶體管Q2、單結(jié)晶體管Q3、晶閘管Q4、電阻器R2和R3、可變電阻器Rp2、電容器C3和照明燈EL組成。接通電源開關(guān)s，交流220v電壓經(jīng)T降壓、整流橋?yàn)V波后產(chǎn)生＋9v電壓，供給IC555和單結(jié)晶體管Q3，同時(shí)還經(jīng)7805穩(wěn)壓、R4限流降壓后將LED點(diǎn)亮。當(dāng)人觸摸電極片A時(shí)，人體感應(yīng)的雜波信號(hào)加至IC555的2腳，使由IC555和Rp1、R1、C1、C2組成的單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，IC555的3腳輸出高電平，測(cè)光調(diào)光電路導(dǎo)通，EL點(diǎn)亮。與此同時(shí)，C1經(jīng)R1和Rp1緩慢充電，當(dāng)C1兩端電壓充至一定值時(shí)（40-60min)，單穩(wěn)態(tài)電路恢復(fù)為穩(wěn)態(tài)，IC555的3腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，Q1、Q2、Q3和Q4截止，EL熄滅。Q1用來(lái)檢測(cè)室內(nèi)光線的強(qiáng)弱，當(dāng)室內(nèi)光線較暗時(shí)，Q1的導(dǎo)通內(nèi)阻變大，使Q2的工作電流增大，C3充電速度加快，觸發(fā)脈沖前移，使Q4的導(dǎo)通角增大，EL的工作電壓變高，其發(fā)光亮度增大；反之，若室內(nèi)光線變強(qiáng)，則Q1的導(dǎo)通內(nèi)阻變小，使Q2的工作電流下降，Q4的導(dǎo)通角變小，EL的工作電壓降低，其發(fā)光亮度減弱。調(diào)整Rp1的阻值，可改變EL定時(shí)點(diǎn)亮的時(shí)間；調(diào)整Rp2的阻值，可改變光控的靈敏度。

總結(jié)本課題利用三端穩(wěn)壓集成電路LM7805做直流穩(wěn)壓電源電路、555時(shí)基集成電路做定時(shí)電路、與測(cè)試調(diào)光電路制作而成的視力保健燈電路具有觸摸式開燈和定時(shí)關(guān)燈功能，能根據(jù)室內(nèi)光線的強(qiáng)弱自動(dòng)的調(diào)整燈光亮度。因而，此視力保健燈能達(dá)到節(jié)能環(huán)保以及保護(hù)眼睛的作用。在此次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我受益匪淺，感受頗多。首先，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)并積累了很多知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。在這兩個(gè)多星期的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查找了很多資料，閱讀了相關(guān)文獻(xiàn)，了解了很多陌生或已經(jīng)遺忘的知識(shí)，諸如直流穩(wěn)壓電源電路的結(jié)構(gòu)、集成穩(wěn)壓電路lm7805的功能特性、如何利用Protel99SE繪制電路原理圖以及制作數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在的元件等等。其次，此次課程設(shè)計(jì)激發(fā)了我對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的極大興趣。在最初接觸這個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)藝不精的我還是很茫然，不知所措的。但是課程設(shè)計(jì)必須要完成，這種壓力也因此成為了我的動(dòng)力。通過(guò)了兩個(gè)多星期的不懈努力學(xué)習(xí)、查資料，終于完成了本次以“視力保健燈設(shè)計(jì)”為課題的設(shè)計(jì)?？吹阶约旱膭趧?dòng)成果，我很是欣喜，也因此使我對(duì)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了濃厚的興趣。最后，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)了自身的很多不足之處，有些數(shù)電方面的知識(shí)掌握的還不夠扎實(shí)，不能靈活的將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中。在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)不斷的完善自我，不斷進(jìn)取，使自己能夠在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面取得更進(jìn)一步的成就。

致謝此次課程設(shè)計(jì)的完成，不是我一個(gè)人力所能及的。首先，感謝學(xué)校的精心培養(yǎng)，使我更適應(yīng)社會(huì)的需求；其次，要特別感謝我的指導(dǎo)老師李老師，她的前期耐心講解與指導(dǎo)是我得以完成這次課程設(shè)計(jì)的根本前提。當(dāng)然，在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，也得到了很多同學(xué)的幫助，他們的或多或少的幫助都讓我備受感激。再次感謝指導(dǎo)老師和幫助過(guò)我們的同學(xué)們，謝謝你們！

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