畢業(yè)設(shè)計----節(jié)日彩燈循環(huán)閃亮控制器

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目：節(jié)日彩燈循環(huán)閃</p><p><b>　　亮控制器</b></p><p>　　系 別：電氣工程系</p><p>　　專 業(yè)：電氣自動化</p><p>　　班 級：

2、</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　完成日期： </b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計中由HFC3040模塊構(gòu)成的六路

3、循環(huán)彩燈控制電路，電路中巧妙地利用閃光集成模塊HFC3040，觸發(fā)晶閘管驅(qū)動彩燈循環(huán)流動。</p><p>　　關(guān)鍵詞 晶閘管 HFC3040</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 引言 …………………………………………………………………………… 4</p><p>

4、;　　2電路元器件功能分析………………………………………………………… 5</p><p>　　2.1電阻∕可變電阻……………………………………………………………… 5</p><p>　　2.2電容…………………………………………………………………………… 7</p><p>　　2.3二極管………………………………………………………………………… 8</p

5、><p>　　2.4穩(wěn)壓二極管…………………………………………………………………… 9</p><p>　　2.5雙向晶閘管…………………………………………………………………… 9</p><p>　　3 節(jié)日彩燈循環(huán)閃亮控制器電路模塊化分析……………………………… 11</p><p>　　3.1交流降壓整流濾波穩(wěn)壓電路………………………………

6、…………… 11</p><p>　　3.2 無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路………………………………………………… 16</p><p>　　3.3 觸發(fā)電路……………………………………………………………………20</p><p>　　4 節(jié)日彩燈循環(huán)閃亮控制器硬件介紹 ………………………………………25</p><p>　　4.1 電路構(gòu)成原理圖

7、……………………………………………………………25</p><p>　　4.2 電路工作原理分析…………………………………………………………26</p><p>　　5 電氣元件清單………………………………………………………………… 26</p><p>　　總結(jié) …………………………………………………………………………… 28</p><p&g

8、t;　　致謝 …………………………………………………………………………… 29</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………… 30</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　數(shù)字電路以其先天的便捷、穩(wěn)定的優(yōu)點在現(xiàn)在電子技術(shù)電路中占有越來越重要的地位。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和

9、美化，在許多場合可以看到彩色流水燈。彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到廣泛應(yīng)用，用彩燈來裝飾建筑和街道已經(jīng)成為一種時尚。但是目前市場上各式樣的彩燈循環(huán)閃亮控制器大多數(shù)用硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)點亮?xí)r間。因此，設(shè)計這款彩燈循環(huán)閃亮控制器，通過HFC3040模塊產(chǎn)生觸發(fā)信號來控制晶閘管，進一步控制彩燈的點亮，實現(xiàn)了對彩燈循

10、環(huán)閃亮控制的功能。</p><p>　　4 節(jié)日彩燈循環(huán)閃亮控制器硬件介紹</p><p>　　4.1 電路構(gòu)成原理圖</p><p>　　圖2.1電路構(gòu)成原理圖</p><p>　　4.2 電路工作原理分析</p><p>　　電源接220V交流電，經(jīng)過R1降壓限流、V1半波整流后，使LED發(fā)光。同時，LED兩端約1

11、.6V穩(wěn)壓直流電壓經(jīng)C1濾波后供集成電路IC1用電。由于TR觸發(fā)端與地相連，所以通電后電路立即觸發(fā)工作。6個輸出端L1~L6依次出現(xiàn)低電平，故使6個PNP三極管VT1~VT6依次循環(huán)導(dǎo)通，單向晶閘管VS1~VS6也循環(huán)開通，彩燈H1~H6被循環(huán)點亮。S為速度選擇開關(guān)，當(dāng)S置于“1”時，彩燈速度為高速擋；當(dāng)S置于“2”時，即電阻R2接到集成電路內(nèi)部雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端Q，由于經(jīng)過內(nèi)部1/2分頻，Q輸出高低交替變化電平。只有Q端輸出高電平時

12、，才有可能被觸發(fā)導(dǎo)通，所以彩燈循環(huán)速度降低了一半。該電路由于采用了專用芯片，不需要任何調(diào)試，通電后即能正常工作。</p><p>　　2電路元器件功能分析</p><p>　　2.1 電阻∕可變電阻</p><p>　　圖4.1電阻的實物圖</p><p>　　在物理學(xué)中，用電阻（Resistance）來表示導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電

13、阻越大，表示導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大。不同的導(dǎo)體，電阻一般不同，電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)。電阻元件是對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件。電阻在電路中主要起分壓分流的作用，對信號來說，交流與直流信號都可以通過電阻。</p><p>　　電阻都有一定的阻值，它代表這個電阻對電流流動阻擋力的大小。電阻的單位是歐姆，用符號“Ω”表示。歐姆是這樣定義的：當(dāng)在一個電阻的兩端加上1伏特的電壓時，如果在這個電阻中有1安培的電流過時，則

14、這個電阻的阻值是1歐姆。</p><p>　　在國際單位制中，電阻的單位是Ω（歐姆），還有ΚΩ（千歐）、ΜΩ（兆歐）。其中：</p><p>　　1ΜΩ=1000ΚΩ ， 1ΚΩ=1000Ω</p><p>　　電阻的阻值標(biāo)法通常有色環(huán)法、數(shù)值法。色環(huán)法在一般的電阻上比較常見。色環(huán)法的讀取方法如圖4.2所示;</p><p>　　圖4

15、.2電阻阻值讀取方法色譜圖表</p><p>　　電阻是一線性元件。說它是線性元件，是因為通過實驗發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，流經(jīng)一個電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，即它是符合歐姆定律：I=U∕R</p><p>　　常見的碳膜電阻或者金屬膜電阻在溫度恒定，且電流電壓值限制在額定條件之內(nèi)時，可用線性電阻累模擬。如果電流或電壓值超過規(guī)定值，電阻將因熱而不遵從歐姆定律，甚至還會被燒壞。電阻的種類有很

16、多，通常分為碳膜電阻，金屬電阻，線繞電阻等；它包含固定電阻與可變電阻，光敏電阻，壓敏電阻，熱敏電阻等。</p><p>　　可變式電阻器一般稱為電位器，從形狀上分有圓柱形、長方體形等多種形狀；從結(jié)構(gòu)上分有直滑式、旋轉(zhuǎn)式、帶開關(guān)式、帶緊鎖裝置式、多連式、多圈式、微調(diào)式和無接觸式等多種形式；從材料上分有碳膜、合成膜、有機導(dǎo)電體、金屬玻璃釉和合金電阻絲等多種電阻體材料。碳膜電位器是較常用的一種。電位器在旋轉(zhuǎn)時，其相應(yīng)的

17、阻值依旋轉(zhuǎn)角度而變化。測試：使用萬用表判斷出電阻的好壞，將萬用表調(diào)節(jié)在電阻擋的合適擋位，并將萬用表的兩個表筆放在電阻的兩端，就可以從萬用表上讀出電阻的阻值。應(yīng)當(dāng)注意的是，測試電阻時手不能接觸到表筆的金屬部分。</p><p><b>　　2.2電容</b></p><p>　　圖4.3電容的實物圖</p><p>　　電容（或稱電容量）是表征電

18、容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。電容器從物理學(xué)上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲介質(zhì)（就像一只水桶一樣，你可以把電荷充存進去，在沒有放電回路的[1]情況下，刨除介質(zhì)漏電自放電效應(yīng)/電解電容比較明顯，可能電荷會永久存在，這是它的特征），它的用途較廣，它是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號濾波、信號耦合、諧振、隔直流等電路中。 </p><p&

19、gt;<b>　　電容的符號是C。 </b></p><p>　　C=εS/d=εS/4πkd(真空)=Q/U </p><p>　　在國際單位制里，電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F,常用的電容單位有毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)(皮法又稱微微法)等，換算關(guān)系是： </p><p>　　1法拉(F)= 1000毫法(m

20、F)＝1000000微法(μF) </p><p>　　1微法(μF)= 1000納法(nF)= 1000000皮法(pF)。 </p><p>　　電容與電池容量的關(guān)系: </p><p>　　1伏安時=25法拉=3600焦耳 </p><p><b>　　1法拉=144焦耳</b></p><p&

21、gt;<b>　　2.3二極管</b></p><p>　　圖4.4二極管的實物圖</p><p>　　采用特定的制造工藝，在同一塊半導(dǎo)體基片的兩邊分別形成N型和P型半導(dǎo)體。在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時，兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。這時空間電荷區(qū)的寬度一定，內(nèi)電場一定，形成了所謂的PN

22、結(jié)。</p><p>　　在PN結(jié)的兩端各引出一根電極引線，然后用外殼封裝起來就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管。由P區(qū)引出的電極稱正極，有N區(qū)引出的電極稱負極，電路符號中的箭頭方向表示正向電流的流通方向。</p><p>　　二極管加正向電壓時導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的電阻，形成較大的正向電流；加反向電壓時截止，呈現(xiàn)很大的電阻，反向電流近似為零。因此，晶體二極管具有單相導(dǎo)電性。當(dāng)反方向電壓增大到一定值時，二極管

23、的反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。</p><p>　　二極管的識別和檢測：將萬用表至于R×1K擋，調(diào)零后用表筆分別正接、反接二極管的兩端引腳，這樣可分別測得大、小兩個電阻值。其中較大的是二極管的反向阻值，較小的是二極管的正向阻值。故測得正向阻值時，與黑表筆相連的是二極管的正極（萬用表置歐姆擋時，黑表筆連接表內(nèi)電池正極，紅表筆連接表內(nèi)電池負極）。二極管的材料及二極管的質(zhì)量好壞

24、也可以從其正、反向阻值中判斷出來。一般硅材料的正向電阻為幾千歐，而鍺材料二極管的正向電阻為幾百歐。判斷二極管的好壞，關(guān)鍵是看有無單向?qū)щ娦?，正向電阻越小，反向電阻越大的二極管的質(zhì)量越好。如果一個二極管正、反向電阻值相差不大，則必為劣質(zhì)管。如果正、反向電阻都是無窮大或者都是零，則二極管內(nèi)部已斷路或已被擊穿短路。</p><p><b>　　2.4穩(wěn)壓二極管</b></p><

25、;p>　　圖4.5穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線</p><p>　　穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型硅二極管，其伏安特性曲線如圖所示，它的正向伏特曲線與普通二極管相似，而反向擊穿特性曲線很陡。正常情況下穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)，由于曲線很陡，反向電流在很大范圍內(nèi)變化時，端電壓變化很小，因而具有穩(wěn)壓作用。只要反向電流不超過其最大穩(wěn)定電流，就不會形成破壞性的熱擊穿。</p><p><b

26、>　　2.5雙向晶閘管</b></p><p>　　晶閘管是晶體閘流管的簡稱，按照IEC（國際電工委員會）的定義，晶閘管是指具有三個以上的PN結(jié)的四層三端器件，器件外部有三個極；陽極A、陰極K和門極G。晶閘管是一種既具有開關(guān)作用，又具有整流作用的大功率半導(dǎo)體器件，應(yīng)用于可控整流、變頻、逆變及無觸點開關(guān)等多種電路。對它只需要提供一個弱點觸發(fā)信號，就能控制強電流輸出。所以說，它是半導(dǎo)體器件從弱電領(lǐng)域

27、進入強電領(lǐng)域的橋梁。</p><p>　　晶體管的導(dǎo)通條件是：在晶閘管的陽極和陰極兩端加正向電壓，同時在晶閘管的門極和陰極兩端也加正向電壓。關(guān)斷條件是：使流過晶閘管的陽極電流小于維持電流，使其內(nèi)部正反饋無法維持，晶閘管才會恢復(fù)關(guān)斷，常用的方法是在晶閘管兩端加反向電壓。</p><p>　　圖4.6雙向晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路及電器符號</p><p>　　雙向晶閘管

28、是把兩個反向并聯(lián)的晶閘管集成在同一個硅片上，用一個門極控制觸發(fā)的組合型器件。這種結(jié)構(gòu)使它在兩個方向都具有和單只晶閘管同樣的對稱的開關(guān)特性，且伏安特性相當(dāng)于兩只反向并聯(lián)的分立晶閘管，不同的是它由一個門極進行雙方向控制，因此可以認為是一種控制交流功率的理想器件。</p><p>　　雙向晶閘管的外形與普通晶閘管類似，有塑封式、螺栓式、平板式。但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一NPNPN五層結(jié)構(gòu)三端器件，有兩個主電極T1、T2，一個門極

29、G。雙向晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路及電氣符號如圖4.6所示。</p><p>　　雙向晶閘管的參數(shù)與普通晶閘管相似，但因其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用條件的差異又有所不同。雙向晶閘管的主要參數(shù)中額定電流的定義與普通晶閘管有所不同，由于雙向晶閘管工作在交流電路中，正、反向電流都可以通過，所以它的額定電流不是用平均值而是用有效值來表示。定義為：在標(biāo)準散熱條件下，當(dāng)器件的單向?qū)ń谴笥?70°，允許通過器件的最大交流正弦電

30、流有效值，用IT（RMS）表示。</p><p>　　雙向晶閘管額定電流與普通晶閘管額定電流之間的換算關(guān)系式為：</p><p>　　IT（AV）=0.45 IT（RMS）</p><p>　　以此推算，一個100A的雙向晶閘管與兩個反向并聯(lián)的45A的普通晶閘管電流容量相等。</p><p>　　雙向晶閘管每個半波都有各自的通態(tài)壓降。由于結(jié)構(gòu)

31、和工藝的原因，其正、反兩個通態(tài)壓降值可能有較大的差別，使用時應(yīng)盡量選用偏差小的，即具有比較對稱的正、反向通態(tài)壓降的器件。</p><p>　　3 節(jié)日彩燈循環(huán)閃亮控制器電路模塊化分析</p><p>　　3.1交流降壓整流濾波穩(wěn)壓電路</p><p>　　圖3.1交流降壓整流濾波穩(wěn)壓電路功能實現(xiàn)流程圖</p><p><b>　　變

32、壓電路</b></p><p>　　變壓器有升壓和降壓兩種作用，升壓變壓器提升輸電電壓，使長途輸電更加經(jīng)濟，降壓變壓器使得電力運用方面更加多元化。該彩燈循環(huán)閃亮控制器電路中變壓電路是降壓電路，采用降壓變壓器來實現(xiàn)。變壓器主要有初級線圈和次級線圈，變壓器Tr與220V交流電相連接的是初級線圈，初級線圈只有一組。次級線圈有兩組，可分別輸出不同電壓，即10V和100V的電壓。輸出的10V交流電與整流器相連，

33、輸出的100V交流電為彩燈電路提供電源。</p><p>　　大部分變壓器具有固定的鐵芯，其上纏有初級和次級的線圈。基于鐵材的高導(dǎo)磁性，大部分磁通量局限在鐵芯里。因此，初級線圈和次級線圈可以獲得相當(dāng)高程度的磁耦合。在一些變壓器中，線圈和鐵芯二者間緊密的結(jié)合，其初級與次級電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。因此，變壓器線圈匝數(shù)比，一般作為變壓器升壓或降壓的參考指標(biāo)。</p><p><

34、;b>　　單相橋式整流電路</b></p><p>　　單相橋式整流電路就是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路。主要是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單相脈沖性直流電，這就是交流電的整流過程。整流電路主要有二極管組成。經(jīng)過整流后的電流已不是交流電流，而是一種含有直流電流和交流電流的混合電流，習(xí)慣上稱單相大脈動性直流電。</p><p>　　整流電路利用了二極管的單相導(dǎo)電

35、性進行整流，為了提高整流效率，使交流電的正負半周信號都被利用，則采用全波整流，現(xiàn)以全波橋式整流為例，其電路和相應(yīng)的波形如下圖：</p><p>　　圖3.2單相橋式整流電路及其波形圖</p><p>　　圖3.3單相橋式整流電路工作原理圖</p><p>　　單相橋式整流電路如圖所示，其中（a）、（b）、（c）是它的三種不同的畫法，圖中，D1、D2、D3、D4四只整

36、流二極管接成電橋形式，故稱為橋式整流。</p><p>　　橋式整流電路的工作原理如圖所示。在U2的正半周，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，電流由Tr二次側(cè)上端經(jīng)D1→RL→D3回到Tr二次側(cè)下端，在負載RL上得到一半波整流電流，在U2的負半周，D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止，電流由Tr二次側(cè)下端經(jīng)D2→RL→D4回到Tr二次側(cè)上端，在負載RL上得到另一半波整流電流。這樣就在負載RL上得到一個與全波整流相同的電壓

37、波形，其電流的計算與全波整流相同，即：</p><p><b>　　UL=0.9U2</b></p><p><b>　　IL=</b></p><p>　　流過每個整流二極管的平均電流為</p><p><b>　　ID=</b></p><p>　　

38、每個整流二極管所承受的最高反向電壓為</p><p><b>　　URM=U2</b></p><p>　　經(jīng)過整流后的電流仍然是“脈動”的直流電，為了減少波動，通常要加濾波器，下面對濾波器進行介紹。</p><p><b>　　( 3) 濾波</b></p><p>　　整流電路將交流電變?yōu)槊}動直

39、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)在直流電路的后面加接濾波電路，以濾去交流成分。</p><p>　　常用的濾波電路有電容濾波電路和電感濾波電路，本次設(shè)計中算用的是電容濾波電路。橋式整流電路輸出端與負載電阻RL并聯(lián)一個較大電容，構(gòu)成了電容濾波電路。</p><p>　　電容濾波電路是利用電容的充電和放電來使脈動的直流電變?yōu)槠椒€(wěn)的直流電。設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定

40、在t=0時接通電路，U2為正半周，當(dāng)U2由零上升時，D1、D3導(dǎo)通，C被充電，同時電流經(jīng)過D1、D3向負載電阻供電。如果忽略二極管正向管壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充放電時間常數(shù)近似為零，在U2達到最大值時Uc也達到最大值，然后U2下降，此時Uc＞U2，D1、D3截止，電容C向負載電阻RL放電，由于放電時間常數(shù)τ=RLC，一般較大，電容電壓Uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng)Uc下降到最低時，|U2|＞Uc，D2、D4導(dǎo)通，電容C在此被充電，輸出電壓增

41、大，以后重復(fù)上述充放電過程，輸出電壓波形，近似為一鋸齒波直流電壓。</p><p>　　有上述可知，整流電路接入了濾波電容后，不經(jīng)使輸出電壓變得平滑、紋波顯著減少，同時輸出電壓的平均值也增大了輸出電壓平均值Uo的大小與濾波電容C及負載電阻RL的大小有關(guān)，C的容量一定時，RL越大，C的發(fā)電時間常數(shù)τ就越大，其放電速度越慢，輸出電壓就越平滑，Uo就越大。讓RL開路時，Uo=U2。為了獲取良好的濾波效果一般取</

42、p><p><b>　　RL（3~5）</b></p><p>　　式中，T為輸入交流電的周期。此時輸出電壓的平均值近似為</p><p><b>　　Uo1.2 U2</b></p><p><b>　?。?）穩(wěn)壓</b></p><p>　　圖3.4穩(wěn)壓

43、二極管穩(wěn)壓電路</p><p>　　由圖3.4可知，當(dāng)穩(wěn)壓二極管正常穩(wěn)壓工作時，有下述方程式：</p><p>　　Uo=U1－IrR=UZ Ir=Iz+IL</p><p>　　若U1增大，Uo將會隨著上升，加于穩(wěn)壓二極管兩端的方向電壓增加，使電流Iz大大增加，由上式可知，Ir也隨之顯著增加，從而使限流電阻上的壓降IrR增大，其結(jié)果是，U1的增加

44、量絕大部分都降落到限流電阻R上，從而使輸出電壓Uo基本維持恒定。反之，U1下降時Ir減少，R上的壓降減少，從而維持Uo的基本恒定。</p><p>　　若負載電阻RL增大（即負載電流IL減少），輸出電壓Uo將會跟隨增大，則流過穩(wěn)壓管的電流Iz大大增加，致使IrR增大，迫使輸出電壓Uo下降，同理，若RL減少，使Uo下降，則Iz顯著減少，致使IrR減少，迫使Uo上升，從而維持了輸出電壓的穩(wěn)定。</p>

45、<p>　　3.2無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路</p><p>　　無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路是一種簡單的振蕩電路。它不需要外加激勵信號就能連續(xù)地、周期性地自行產(chǎn)生矩形脈沖，該脈沖是由基波和多次諧波構(gòu)成，因此稱為多諧振蕩器電路。多諧振蕩器可以由三極管構(gòu)成，也可以用555或者通用門電路等來構(gòu)成。本次設(shè)計中采用555多諧振蕩器電路。</p><p>　　555集成時基電路時一種數(shù)字、模擬混合型的中

46、規(guī)模集成電路，可連接成多諧振蕩電路，產(chǎn)生單位脈沖，用于觸發(fā)計數(shù)器。在延時操作中，脈沖由一個電阻和一個電容控制。555會在下降延觸發(fā)和清零，工作電壓為5 ~16V，工作溫度為0℃~70℃。 </p><p>　　圖3.5（a）所示為555定時器的邏輯圖，圖（b）為其邏輯功能示意圖。它主要由電阻分壓器、電壓比較器C1和出C2、與非門G1和G2組成的基本RS觸發(fā)器、發(fā)電管V和輸出緩沖極G3等五部分組成。圖中TH為電壓

47、比較器C1的閾值輸入端，為電壓比較器C2的觸發(fā)輸入端，C0為控制端，為直接置0端，DIS為放電端，OUT為輸出端。各部分的作用如下</p><p>　　圖3.5 555定時器的邏輯圖和邏輯功能示意圖</p><p>　　電阻分壓器：它是由三個電阻值均為5KΩ的電阻串聯(lián)而成，分別為電壓比較器C1和C2提供基準電壓。其中UR1=Vcc為C1同相輸入端的基準電壓；UR2=Vcc為C2反向輸入端的

48、基準電壓。如在控制端C0加固定電壓UC0時，則UR1=UC0，UR2=UC0。如C0端不用時，為防止高頻干擾，通常在C0端對地接一個0.01μF的電容。</p><p>　　電壓比較器：C1和C2兩個比較器由運算放大器組成，同相端和反向端的電壓分別用U+和U—表示。當(dāng)U+＞U—時，電壓比較器輸出高電平1；當(dāng)U+＜U—時，電壓比較器輸出低電平0。</p><p>　　基本RS觸發(fā)器：基本RS

49、觸發(fā)器有G1和G2兩個與非門組成，它的輸入信號分別為C1和C2的輸出電壓UC1和UC2。觸發(fā)器有兩個基本特性：①它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，可分別用來表示二進制數(shù)碼0和1；②在輸入信號作用下，觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換，輸入信號消失后，已轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定狀態(tài)可長期保持下來，這樣就使得觸發(fā)器能夠記憶二進制信息，常用作二進制存儲單元。</p><p>　　放電管和輸出緩沖器：三級管V是作為開關(guān)管來使用的，其工作狀態(tài)受基本RS觸

50、發(fā)器輸出端的信號控制。當(dāng)為低電平0時，V截止；當(dāng)為高電平1時，V導(dǎo)通。G3為輸出緩沖器，用以提高555定時器的負載能力和隔離外接負載對定時器工作的影響。</p><p>　　各管腳的功能說明：1接地2觸發(fā)3輸出4復(fù)位5控制電壓6門限7放電8電源電壓Vcc。</p><p>　　下面根據(jù)圖3.5（a）所示電路分析555定時器的邏輯功能。設(shè)TH和端輸入電壓分別為UI1和UI2，555定時器的工

51、作情況如下：</p><p>　　當(dāng)UI1＞Vcc、UI2＞Vcc時，電壓比較器C1和C2的輸出UC1=0、UC2=1，基本RS觸發(fā)器被置0，Q=0、=1，輸出Uo=0，同時V導(dǎo)通。</p><p>　　當(dāng)UI1＜Vcc、UI2＜Vcc時，電壓比較器輸出UC1=1、UC2=0，基本RS觸發(fā)器置1，Q=1、=0，輸出Uo=1，同時V截止。</p><p>　　當(dāng)UI1

52、＜Vcc、UI2＞Vcc時，兩個電壓比較器的輸出UC1=1、UC2=1，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，輸出Uo和V的狀態(tài)不變，即電路保持原狀態(tài)不變。</p><p>　　綜上所述，555定時器的功能表如下表所示。</p><p>　　將555與三個電阻一個電容如圖2.1中連接，便構(gòu)成了無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩模式。與單穩(wěn)模式不同之處在于觸發(fā)端接在了充、放電回路的C上，而不是受外部觸發(fā)控制。當(dāng)加上電壓

53、后，由于電容C上端電壓不能突變，故555處于置位狀態(tài)，輸出呈現(xiàn)高電平“1”，而內(nèi)部的放電管截止，C通過兩個串聯(lián)電阻對其充電，2腳電位隨C上端電壓的升高呈指數(shù)上升。</p><p>　　當(dāng)C上的電壓隨時間增加，達到輸入電壓閾值電平時，上比較器翻轉(zhuǎn)，使RS觸發(fā)器置位，經(jīng)緩沖級倒相，輸出呈低電平“0”。此時放電管飽和導(dǎo)通，C上的電荷放電，當(dāng)C放電使其電壓降至輸入電壓觸發(fā)電平時，下比較器翻轉(zhuǎn)，RS觸發(fā)器復(fù)位，經(jīng)倒相后，使

54、輸出端呈高電平“1”。</p><p>　　多諧振蕩器的振蕩周期T為</p><p><b>　　T=tW1+tW2</b></p><p>　　tW1為電容C上的電壓由Vcc充到Vcc所需的時間，充電回路的時間常數(shù)為（R1+R3+R2）C。tW1可用下式估算：</p><p>　　tW1=（R1+R3+R2）C㏑2≈0

55、.7（R1+R3+R2）C</p><p>　　tW2為電容C上的電壓由Vcc下降到Vcc所需的時間，放電回路時間常數(shù)為（R3+R2）C。tW2可以用下式估算：</p><p>　　tW2=（R3+R2）C㏑2≈0.7（R3+R2）C</p><p>　　所以多諧振蕩器的振蕩周期T為</p><p>　　T=tW1+tW2≈0.7（R1+2R

56、3+2R2）C</p><p><b>　　振蕩頻率為</b></p><p><b>　　f==</b></p><p><b>　　3.3 觸發(fā)電路</b></p><p>　　晶閘管由阻斷轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通，除了在陽極和陰極加正向電壓外、還需在控制極和陰極間加合適的正向觸發(fā)電壓。

57、提供正向觸發(fā)電壓的電路稱為觸發(fā)電路。觸發(fā)電路的工作方式不同，對觸發(fā)電路的要求也不完全相同。這里把基本要求歸納如下。</p><p>　　一、觸發(fā)信號常采用脈沖形式。因晶閘管在觸發(fā)導(dǎo)通后控制極就失去了作用，雖觸發(fā)信號可以是交流、直流或脈沖形式，但為減少控制極損耗，故一般觸發(fā)信號常采用脈沖形式。</p><p>　　二、觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率。觸發(fā)脈沖的電流和電壓應(yīng)大于晶閘管要求的數(shù)值，并留有

58、一定的余量，以保證晶閘管可靠導(dǎo)通。晶閘管屬于電流控制器件，為了保證足夠的觸發(fā)電流，一般可取2倍左右所要求的觸發(fā)電流大?。ò措娏鞔笮Q定電壓）</p><p>　　三、觸發(fā)脈沖電壓的前沿要陡，要求小于10μS，且要有足夠的寬度。因同系列晶閘管的觸發(fā)電壓不盡相同，如果觸發(fā)脈沖不陡，就會造成晶閘管不能被同時觸發(fā)導(dǎo)通，使整流電壓波形不對稱。觸發(fā)脈沖應(yīng)要求觸發(fā)脈沖消失前陽極電流已大于擎住電流，以保證晶閘管的導(dǎo)通。</

59、p><p>　　四、觸發(fā)脈沖與晶閘管陽極電壓必須同步。兩者頻率應(yīng)該相同，而且要有固定的相位關(guān)系，使每一周期都能在相同的相位上觸發(fā)。</p><p>　　五、觸發(fā)脈沖滿足主電路移相范圍的要求。觸發(fā)電路的移相范圍與主電路形式、負載性質(zhì)及變流裝置的用途有關(guān)。</p><p>　　隨著晶閘管技術(shù)的發(fā)展，對其觸發(fā)電路的可靠性提出了更高的要求，集成觸發(fā)電路具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點

60、，它近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用越來越廣。本文是由CD4017組成的觸發(fā)電路。</p><p>　　十進制計數(shù)∕分配器CD4017計數(shù)器就是用來累計和寄存輸入脈沖個數(shù)的時序邏輯部件。它是一種用途非常廣泛的電路。在其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是Q0、Q1、Q2、……Q9，依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。</p><p>　　CD401

61、7是一塊十進制計數(shù)∕分配器。當(dāng)復(fù)位端為“1”時，計數(shù)器清零。在clockunable為“0”狀態(tài)下，計數(shù)器在信號的正上升沿觸發(fā)。圖3.6為CD4017的邏輯功能示意圖，其管腳分布如下所示。</p><p><b>　　1腳：第五輸出端</b></p><p><b>　　2腳：第一輸出端</b></p><p>　　3腳：

62、第零輸出端,電路清零時，該端為高電平</p><p><b>　　4腳：第二輸出端</b></p><p><b>　　5腳：第六輸出端</b></p><p><b>　　6腳：第七輸出端</b></p><p><b>　　7腳：第三輸出端</b>&l

63、t;/p><p><b>　　8腳：電源負極</b></p><p><b>　　9腳：第八輸出端</b></p><p><b>　　10腳：第四輸出端</b></p><p><b>　　11腳：第九輸出端</b></p><p>

64、　　12腳：級聯(lián)進位輸出端，每輸入10個時序脈沖時就可以得到一個計數(shù)器的時鐘信號</p><p>　　13腳：時鐘輸入端，脈沖輸入端，脈沖下降沿有效</p><p>　　14腳：時鐘輸入端，脈沖上升沿有效</p><p>　　15腳：清零輸入端，在該管腳加高電平或正脈沖時，CD4017計數(shù)器中，各計數(shù)單元輸出低電平“0”，在譯碼器中只有對應(yīng)“0”狀態(tài)的輸出端3腳為高

65、電平</p><p>　　16腳：電源正極，可以使用3―18V直流電源供電</p><p>　　圖3.6 CD4017邏輯功能示意圖</p><p>　　圖3.7 為CD4017工作波形圖，圖3.8為 CD4017的邏輯圖。下表是CD4017的功能表。</p><p>　　圖3.7 CD4017工作波形圖</p><p&g

66、t;　　圖3.8 CD4017的邏輯圖</p><p>　　4 節(jié)日彩燈循環(huán)閃亮控制器硬件介紹</p><p>　　4.1 電路構(gòu)成原理圖</p><p>　　圖2.1電路構(gòu)成原理圖</p><p>　　4.2 電路工作原理分析</p><p>　　變壓器Tr（220∕10、100）一次側(cè)電源接220V交流電，二次側(cè)輸

67、出電壓10V和100V的交流電流，10V的交流電再通過橋式整流電路的整流，電容C1的濾波，以及穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓，這時的電流為12V的直流電流，為后面的電路提供電源；100V的交流電為主電路提供電源，并串聯(lián)上熔斷器作為過流保護。</p><p>　　觸發(fā)電路：555與R1、R2+R3及C2組成可調(diào)式脈沖振蕩器，其接通電源后不需要外加脈沖觸發(fā)信號，電路通過電容的充放電就可以在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生自激振蕩，

68、輸出周期性矩形脈沖信號，為移位控制電路輸出移位脈沖，脈沖周期可通過變阻器R3來調(diào)節(jié)。</p><p>　　在此彩燈循環(huán)閃亮控制器電中，十進制計數(shù)∕脈沖分配器CD4017，在移位脈沖的驅(qū)動下，它的輸出端以Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5……的順序循環(huán)移動。CD4017的第6輸出端與復(fù)位端Rst連接，當(dāng)?shù)诹敵龆溯敵龈唠娖綍r，通過Rst使CD4017復(fù)位，Q0輸出高電平。這樣，每一個循環(huán)中，Q1、Q2、Q3、Q4、

69、Q5的輸出端各連接一個雙向晶閘管的門極G，第六輸出端連接復(fù)位端，Q0空置。</p><p>　　主電路：雙向晶閘管、電阻和彩燈串聯(lián)在一起，五個這樣的電路并聯(lián)在一起形成的主電路。當(dāng)振蕩器為CD4017輸入的第一脈沖到達時，CD4017的Q0輸出</p><p>　　高電平，當(dāng)?shù)诙€脈沖到達時，Q1輸出高電平，雙向晶閘管S1門極觸發(fā)，S1導(dǎo)通，電流流通，彩燈L1被點亮。當(dāng)Q1變?yōu)榈碗娖胶螅俳?jīng)

70、過半個周期雙向晶閘管S1關(guān)斷，彩燈L1熄滅。當(dāng)?shù)诙€脈沖到達時，Q2輸出高電平，雙向晶閘管S2門極觸發(fā)，S2導(dǎo)通，彩燈L2被點亮。當(dāng)Q2變?yōu)榈碗娖胶螅俳?jīng)過半個周期雙向晶閘管S2關(guān)斷，彩燈L2熄滅。依次類推，當(dāng)?shù)谌齻€到第六個脈沖到達時，彩燈L3、L4、L5依次點亮。當(dāng)?shù)谄邆€脈沖到達時，Q6輸出高電平，通過Rst使CD4017復(fù)位，進入下一個循環(huán)。</p><p><b>　　5電氣元件清單</b&

71、gt;</p><p>　　本文中選用的彩燈額定電壓為12V額定功率為6W，所以彩燈的電阻為24Ω，額定電流為0.5A。主電路電壓由變壓器Tr次級第二組線圈提供，所以主電路電壓為100V。為了使彩燈在額定狀態(tài)下工作，需給每個彩燈串聯(lián)一個200Ω，的電阻。本設(shè)計中所用元件如下表所示。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　

72、此次畢業(yè)設(shè)計是我們從大學(xué)畢業(yè)走向社會的重要的一步。從最初的選題，直到完成設(shè)計。其間，查找資料，與同學(xué)交流，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。</p><p>　　通過這次實踐，極大的鍛煉了電路設(shè)計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設(shè)計能力。此次畢業(yè)設(shè)計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計收獲很多，作為電氣專業(yè)的學(xué)生，

73、設(shè)計是我們將來必需的技能，這次課程設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機會，從查找資料到電路成型，都對我所學(xué)的知識進行了檢驗。</p><p>　　同時，畢業(yè)設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力。給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅韌的毅力。</p><p>　　雖然馬上要畢業(yè)了，但這次實踐使我明白自己知識還很淺薄，自己的求學(xué)之

74、路還很長，我會爭取把本系統(tǒng)應(yīng)用到實際工作中，使之產(chǎn)生商業(yè)價值。總之本次畢業(yè)設(shè)計是我的電子研發(fā)之路的良好開端。我會一次為契機以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　彈指一揮間，大學(xué)三年已經(jīng)接近了尾聲。三年的艱苦跋涉，幾個月的精心準備，畢業(yè)設(shè)計終于到了劃句號的時候，心頭照例該如釋重負，但

75、設(shè)計過程中常常出現(xiàn)的輾轉(zhuǎn)反側(cè)和力不從心之感卻揮之不去。畢業(yè)設(shè)計的過程并不輕松：各種壓力的時時襲擾，知識積累的尚欠火候，致使我一次次埋頭于圖書館中，一次次在深夜奮力敲打鍵盤。第一次花費如此長的時間和如此多的精力，完成一套設(shè)計，其中的艱辛與困難難以訴說，但曲終幕落后留下的滋味，是值得我一生慢慢品嘗的。在這里需要的感謝的人很多，是他們讓我這大學(xué)三年從知識到人格上有了一個全新的改變。</p><p>　　感謝我的指導(dǎo)老師

76、***老師，夠順利完成畢業(yè)設(shè)計，離不開他的悉心指導(dǎo)，他對我的設(shè)計從確定題目、修改直到完成，給予了我許多的指點和幫助。感謝他在繁忙的工作之余，擠出時間對設(shè)計提出精辟的修改意見。在此，向xx老師致以最誠摯的謝意。</p><p>　　我也要感謝學(xué)院所有教育過我的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉，也是完成本設(shè)計的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻</b&g

77、t;</p><p>　　[1] 石生《電路基本分析》高等教育出版社</p><p>　　[2] 胡宴如《模擬電子技術(shù)》高等教育出版社</p><p>　　[3] 楊志忠《數(shù)字電子技術(shù)》高等教育出版社</p><p>　　[4] 張濤《電力電子技術(shù)》電子工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 尹克寧《變壓器設(shè)計原理》中