电工电子技术课程设计

题目**彩灯控制器设计。

班级 10材成2班。

学号 201010340

姓名李。指导江老师。

时间 2012/6/4---2012/6/11

景德镇陶瓷学院。

电工电子技术课程设计任务书。

姓名李班级 __10材成2班指导老师江老师。

1、总体方案与原理说明4

2、电源电路7

3、同步脉冲发生器和阶段波发生器的工作原理和设计8

4、带通滤波器的工作原理和设计11

5、放大电路12

6、精密整流器的工作原理和设计13

7、电压比较器和同步脉冲控制电路14

8、 10mv**信号鉴别器的设计和原理15

9、总体电路相关说明16

10、总体电路原理电路图17

11、原件清单18

12、参考文献19

13、心得体会20

1、总体方案与原理说明。

**彩灯控制器是用**信号控制多组颜色的灯泡，利用其亮度变化反映**信号。是一种将听信号转换为视信号的装置，随着**节奏的起伏彩灯的亮度有节奏得变换来调节听众欣赏**时的情绪和气氛。

图1是一个双向可控硅控制灯泡亮度电路，图2为控制波形图。如果输入交流220v正弦波电压过零点时在双向可控硅的控制极和阴极之间连续加入幅度大于3v，宽度大于1ms的同步触发脉冲，可控硅就可连续导通，忽略可控硅导通压降，正弦波电压将全部加到灯泡上，灯泡最亮。如果触发脉冲消失，可控硅就会在输入正弦波电压下一个过零点时自然截止，灯泡熄灭。

可以设想，把同步触发脉冲每八个分为一组，利用**信号的大小控制每组脉冲出现的个数，就可以控制加在灯泡正弦波半波的个数，从而也就控制了灯泡的亮度。

把**信号分成三个频率段可用带通滤波器去实现。组成带通滤波器电路的形式很多，其中最简单的并且上、下限截止频率分别可调的是由低、高通滤波电路串联而成的带通滤波器。这种电路的缺点是所用元件较多，优点是调整方便，很容易实现指标要求。

图1 双向可控硅控制灯泡亮度电路。

图2 控制波形图。

通过带通滤波器选出所需要的频率段的**信号，经过精密整流器变为直流，其直流电平随**信号大小而上下浮动。此电平作为参考电压加在电压比较器的一个输入端，由同步触发脉冲作为计数信号的数模转换器，输出阶梯波作为比较电压加在电压比较器的另一个输入端，使电压比较器的输出电压高电平的时间与参考电压成正比，并控制与门打开时间，以决定放过同步脉冲的个数去触发可控硅，从而控制灯泡的亮度。

图3 **彩灯控制器方框图。

由上述分析可知，**彩灯控制器大致由下面几个部分组成：①同步脉冲发生器，⑧阶梯波发生器，②带通滤波器和放大器，④精密整流器，⑤电压比较器，⑧与门和双向可控硅执行机构等组成。方框图如图所示。

2．电源电路：

由于实验给出电源为220v交流电，而实验所需芯片的工作电压大致在5－12v，故需要首先设计一个电压转换部分，将220v的交流电转换成5v，12v，相当于一个直流稳压源，以供数字和模拟芯片正常工作。其转换电路如下所示：

变压器变压，再经过全波整流电路和滤波电容得+12v和-12v直流电压作为运算放大器的电源。+12v经过w7805稳压后得到+5v的电压，供ttl数字集成电路使用。

3.同步脉冲发生器和阶段波发生器的工作原理和设计。

从图3方框图可以看出，除三个频率通道滤波器外，其他部分都相同。下面就一个频率通道电路，简述它们的电路组成工作原理和设计方法。

同步脉冲发生器和阶梯波发生器的工作原理和设计。

同步脉冲和阶梯波产生电路如图4所示。变压器副边输出交流10v电压经d1—d4二极管组成的全波整流电路和滤波电容c1、c2，得到±12v直流电压，作为各运算放大器的电源。+12v经集成稳压电路w7805稳压后得到十5v电压，供电乎转移电路和各ttl数字集成电路使用。

图4 同步脉冲和阶梯波产生电路。

d5是隔离二极管。c1输出电压的平均值为十l 2v，当ua全波整流电压低于12v时，d5因反偏而截止，当ua电压波形高于12v时，d5导通被限幅，所以ua电压波形是被削顶的近似全波整流波形。ua、ub 、uc、ud、ue各点电压波形如图5所示。

a1、r3、r4组成滞回电压比较器。二极管d6的正向导通电压ur作为比较器的参考电压，r5是d6的限流电阻。由电路参数可算出比较器的阈值电压uth。

设d6导通电压ur=0.7v，运算放大器的正，负饱和输出电压uc=±10v,则有。

公式1uc=±10v代入上式可得。

公式2图5 ua ub uc ud ue电压波形图。

可见阈值电压uth 只与r3和r4的比值有关。因为比较器的输入电压ub由全波整流电压经分压电阻得到，其值都为正值，为保证比较器可靠翻转，所以必须满足uth＞0这个条件，由此得到。

公式 3如设定r3和r4的比值和其中一个电阻值，另外一个电阻值很容易算出，并得到。

公式 4公式 5

代入已设定的r3／r4的值，uth1和uth2即可算出。

为使可控硅可靠触发，同步触发脉冲宽度不应小于1ms。由图1．3—4可知脉冲宽度tw=△t1+△t2，按照正弦波变化规律，可以列出uth1和uth2的表达式，其中，um为变压器副边输出正弦波峰值电压。如设定r1和r2的比值并把已算出的uth1和uth2代入以上二式，可算出△t1和△t2，如发现tw=△t1+△t2小于1ms，重新设定r1和r 2的比值再计算直至tw＞1ms为止。

公式 6公式 7

图1．3—3中cc40163四位二进制计数器和运算放大器a2组成了阶梯波发生器。用反馈归零法使cc40163构成八进制计数器。r7、r8、r9、r10为权电阻，如使r7＝8r11,r8=4r11，r9=2r11,r10=r11，就可以使a2的输出uf为八个台阶的阶梯波电压，如设计数器q端输出高电平为5v，低电平为0v，那么每个台阶的高度为5／8＝0．625v，为了减轻cc40163的负载r11的选择不应小于l0k。

因为计数器用同步触发脉冲作计数脉冲，所以每个台阶的宽度为l0ms。

4带通滤波器的工作原理和设计。

图6 **通道电路原理图。

**通道电路结构如图6所示。a3和a4分别为低通和高通滤波器。只要这两种滤波器相串联并且使通频带相重叠，就可组成带通滤波器，其上限截止频率取决于低通滤波，其下限截止频率取决于高通滤波器。

如果选r12＝r13、c7＝c8、r16＝r17、c9＝c10，其上、下限截止频率分别由下式决定。

公式 8fh和fl是技术指标给定的已知量，如设定c7和c9的值，运用上两式可以很方便地求出r12和r16的值。

为了避免自激振荡，r14／r15和r18／rl9，的比值应小于2。

5.放大电路。

由于**信号的幅度十分有限，仅为十几毫伏，为了驱动后面的电路，必须将输入信号放大后再经过选频等一系列处理。

放大电路可以采用很多的形式，比如lm339芯片，普通的三极管放大等等。由于无特殊要求，本实验采用三极管放大。

1)三极管的放大原理。

如图所示，图中为npn型三极管共基接法。因为基区很薄，在发射区的电子，少部分与基区的空穴复合多数载流子电子扩散到基区形成正向发射极电流的同时，到达基区的大部分电子迅速扩散到集电结边缘，在反偏集电结的强电场吸引下，漂移过集电结形成集电极电流。显然，流过正偏发射结的电流越大，则流过反偏集电结的电流也越大。

如果改变发射结的正偏电压，使发射结电流作相应变化，则集电结的电流也将随之变化。从而实现了电流的控制和放大作用。

三极管单极放大电路。

元器件的选择。

电阻20kω俩个，3kω一个、130kω一个、620kω一个、三极管俩个、稳压电源。

6. 精密整流器的工作原理和设计。

在图6中，a5、a 6组成半波精密整流电路。d8、d9为整流二极管。当a5的同相输入端输入信号为正半波时，d8导通并通过r20形成强的负反馈，a5工作在电压跟随状态，其输出为正。

a 6的同相输入端通过r22接地，d9因反偏而截止，a6同样工作在电压跟随状态，其输出为零。当a5的同相输入端输入负半波时，d8截止，d9导通，并通过r21与a6串联组成两级电压跟随器使a6输出为负半波波形，由于运用了理想运放输入端虚断、虚短和开环电压放大倍数无穷大的概念，使整流输出电压克服了二极管死区电压的影响，即使输入电压的幅度小于0．7v，只要大于0v，该整流器也可以进行精密整流。**信号被整流后，就会在rw上形成与**信号的幅度成正比的负的直流电压。

c11是滤波电容，以减小输出波形的脉动。

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