彩灯循环控制器的设计.docx
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彩灯循环控制器的设计.docx
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彩灯循环控制器的设计
电子技术课程设计选题
题目1数控直流稳压电源设计
题目2函数信号发生器设计
题目3便携式语音放大电路设计
题目4交通灯控制器设计
题目5数字钟设计与制作
题目6八路数字抢答器设计
题目7烟雾浓度监测器电路
题目8声·光·触摸三控延时照明电路
题目9四位电子密码锁电路
题目10救护车音响电路设计
题目11汽车尾灯控制电路设计
题目12双音门铃设计
题目1数控直流稳压电源设计
1、设计指标
输出直流电压调节范围5~15V,纹波小于10mV;
输出电流:
500mA;
稳压系数小于0.2;
直流电源内阻小于0.5Ω;
输出直流电压能步进调节,步进值为1V;
由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进的增或减。
2、设计方案
根据设计任务要求,数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。
主要包括三大部分:
数字控制部分、D/A变换器及可调稳压电源。
数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器,二进制计数器的输出输入到D/A变换器,经D/A变换器转换成相应的电压,此电压经过放大到合适的电压值后,去控制稳压电源的输出,使稳压电源的输出电压以1V的步进值增或减。
图1简易数控直流稳压电源框图
3、电路设计
⑴整流、滤波电路设计
首先确定整流电路结构为桥式电路;滤波选用电容滤波。
电路如图2所示。
图2整流滤波电路
电路的输出电压UI应满足下式:
U≥Uomax+(UI-UO)min+△UI
式中,Uomax为稳压电源输出最大值;(UI-UO)min为集成稳压器输入输出最小电压差;URIP为滤波器输出电压的纹波电压值(一般取UO、(UI-UO)min之和的确良10%);△UI为电网波动引起的输入电压的变化(一般取UO、(UI-UO)min、URIP之和的10%)。
对于集成三端稳压器,当(UI-UO)min=2~10V时,具有较好的稳压特性。
故滤波器输出电压值:
UI≥15+3+1.8+1.98≥22(V),取UI=22V.根据UI可确定变压器次级电压U2。
U2=UI/ 1.1~1.2≈(20V)
在桥式整流电路中,变压器,变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为:
I2=(1.5~2)II≈(1.5~2)IO=1.5×0.5=0.75(A).取变压器的效率η=0.8,则变压器的容量为
P=U2I2/η=20×0.75/0.8=18.75(W)
选择容量为20W的变压器。
因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为
ID=1∕2Imax=1/2IOmax=1/2×0.5=0.25(A)
每只整流二极管承受的最大反向电压为
选用三极管IN4001,其参数为:
ID=1A,URM=100V。
可见能满足要求。
一般滤波电容的设计原则是,取其放电时间常数RLC是其充电周期的确2~5倍。
对于桥式整流电路,滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半,即
RLC≥(2~5)T/2=2~5/2f,
由于ω=2πf,故ωRLC≥(2~5)π,取ωRLC=3π则
C=3π/ωRL
其中RL=UI/II,所以滤波电容容量为C=3πII/2πfUI=(3π×0.5)/2π×50×22=0.681×103(μF)
取C=1000µF。
电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。
UCmax=1.1×
U2max=1.1×
×20≈31.1(V)
综合考虑波电容可选择C=1000µF,50V的电解电容。
另外为了滤除高频干扰和改善电源的动态特性,一般在滤波电容两端并联一个0.01~0.1µF的高频瓷片电容。
⑵可调稳压电路设计
为了满足稳压电源最大输出电流500mA的要求,可调稳压电路选用三端集成稳压器CW7805,该稳压器的最大输出电流可达1.5A,稳压系数、输出电阻、纹波大小等性能指标均能满足设计要求。
要使稳压电源能在5~15V之间调节,可采用图3所示电路。
图3可调稳压电路
设运算放大器为理想器件,所以UN≈UP。
又因为
UP=(R2/R1+R2)UIN,UN=(U0-R3/R3+R4)×5
所以,输出电压满足关系式
U0=UNI·(R·/R1+R2)+(R3/R3+R4)×5
令R1=R4=0,R2=R3=1KΩ。
则U0=UIN+5。
由此可见,U0与Uin之间成线性关系,当UIN变化时,输出电压也相应改变。
若要求输出电压步进增或减,UIN步进增或减即可。
⑶D/A变换器设计
若要使UIN步进变化,则需要一数模转换器完成。
电路如图4所示。
图4D/A转换器电路
该电路的输入信号接四位二进制计数器的输出端,设计数器输出高电平为UH≈+5V,输出低电平UL≈0V。
则输出电压表达式为
Uo1=-Rf〔UH/8R·D0+UH/4R·D1+UH/2R·D2+UH/R·D3〕
=-RfUH/23R〔23D3+22D2+21D1+20D0〕
设Uo2=-Uo1(UIN).当D3D2D1D0(Q3Q2Q1Q0)=1111时,要求UIN=10V,即:
10=RfUH/23R×15
当UH=5V时,Rf=1.067R.取R=20KΩ,Rf由20KΩ电阻和电阻10KΩ电位器串联组成。
⑷数字控制电路设计
数字控制电路的核心是可逆二进制计数器。
74LS193就是双时钟4位二进制同步可逆计数器。
计数器数字输出的加/减控制是由“+”、“-”两面三刀按键组成,按下“+”或“-”键,产生的输入脉冲输入到处74LS193的CP+或CP-端,以便控制74LS193的输出是作加计数还是作减计数。
电路如图5所示。
图5可逆二进制计数器
⑸辅助电源设计
要完成D/A转换及可调稳压器的正常工作,运算放大器LM324必须要求正、负双电源供电。
现选择±15V供电电源。
数字控制电路要求5V电源,可选择集成三端稳压器实现。
辅助电源原理图如图6所示。
图6辅助电源电路图
总体电路如图7所示。
图7总体电路
题目2函数信号发生器设计
1、目的
1.设计、调试函数信号发生器
2.输出波形:
输出为方波、三角波、正弦波三种波形,用开关切换输出。
3.输出为方波时,输出电压峰值为0~1V可调,输出信号频率为l00Hz~lkHz可调;
4.输出为锯齿波时,输出电压峰值为0~1V可调,输出信号频率为100Hz~lkHz可调。
5.正弦波VPP>1V
2、原理
正弦波的产生可以用RC桥式振荡电路来产生;用过零比较器来实现对正弦波变成方波的转换;再用对方波的积分运算电路来实现对方波变成三角波的转换,同时,用对方波的微分运算电路来实现方波变成尖顶波的转换。
⑴正弦波发生电路的工作原理
正弦波发生电路的电路图,如图所示
原理:
上图是一个RC串并联的桥式振荡电路。
正弦波振荡的平衡条件为AF=1,因为当f=f0时,F=1/3,所以,A=3,因此只要为RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3的放大电路就可以构成正弦波振荡电路。
同时,考虑到起振条件,所以放大电路的电压放大倍数应略大于3。
在上面的电路图中,通过调节滑动变阻器R21,R22的阻值,就可以改变输出波形的频率,从而达到了频率可调的作用。
⑵正弦波——方波转换电路的工作原理
正弦波——方波转换电路的电路图,如图所示
原理:
上图是一个过零比较器,则阈值电压UT=0V,集成运放工作在开环状态,当输入电压UI<0V时,Uo=+UOM;当输入电压UI>0V时,Uo=-UOM。
用稳压管接到反馈电路中的作用是限制输出同时让电路能够正常工作。
因此,当输入为方波时,输出电压波形就是三角波。
⑶方波——三角波转换电路的工作原理
方波——三角波转换电路的电路图,如图(4)所示
原理:
由积分运算电路的积分公式uo=-1/RC∫t1t2uIdt+uo(t1),uI为常量时,可以看出,当输入为方波时,输出电压波形就是三角波。
⑷方波——尖顶波转换电路的工作原理
方波——尖顶波转换电路的电路图,如图所示
原理:
由微分电路的微分公式uo=-RCduI/dt得,若输入电压为方波,且R11C6< 其中,R12是为了限制输入电流,电容C5是为了起相位补偿作用,提高电路的稳定性。 ⑸三角波——正弦波转换电路的工作原理 三角波——正弦波转换电路的电路图,如图所示 原理: 图示是一个一阶低通滤波器,它具有滤波的作用。 由公式Au=(1+R2/R1)(1/1+jf/fo)得,只有低频的波能够通过,而高频的波不能通过,达到了滤波的作用,输出正弦波。 ⑷总电路图 题目3便携式语音放大电路设计 1、设计要求 ⑴利用分立元件或集成电路制作一个语音放大电路; ⑵额定输出功率Po≥5W; ⑶负载阻抗RL=8Ω; ⑷频率响应: fL~fH=50Hz~20KHz; ⑸输入阻抗: >20K欧姆; ⑹电路要求有独立的前置放大级(放大话筒信号); ⑺电路要求有独立的功率放大级。 ⑻在话筒放大级和功放级之间利用模拟延时器件实现电子混响(选做) 2、电路方案 为简化电路设计,音频前置放大器采用LM324通用四运算放大器,音频功率放大电路选用TDA2030芯片。 TDA2030是一款输出功率大,最大功率到达35W左右,静态电流小,负载能力强,动态电流大既可带动4-16Ω的扬声器,电路简洁,制作方便、性能可靠的高保真功放,并具有内部保护电路。 电路整体框图如图3-1所示。 图3-1 2.1话音放大器与混合前置放大器的设计 由于话筒的输出信号一般只有5mV左右,而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω,200Ω等),所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。 其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。 图3-2所示话音放大器,U1A组成同相放大器,具有很高的输入阻抗,能与高阻话筒配接作为话音放大器电路,其放大倍数A =1+R5/R1=8.5。 图3-2话音放大器电路图。 图3-3中的混合前置放大器的电路中,U1B作反相放大器。 电路中电容C3、C7是用作噪声去耦合的,可以用小体积大容量的钽电容或普通电解电容,一般选为10μF。 耦合电容的作用是阻止前后两级电路的信号相互干扰影响,并且不会影响信号的传递。 图3-3混合前置放大器的电路 2.2音调控制器的设计 音调控制器的电路如图3-4所示,其中,R20称为音量控制电位器,其滑臂在最上端时,音量放大器输出最大功率。 R14是临场感控制器,它能对500~2000Hz频率范围内的信号提升或衰减6~8dB,,可用来控制现场气氛。 R13为超低音控制器,它与一般低音控制器不同之处在于它的起控转折频率取得较低(100Hz),所以当播放动态宽阔的音乐时,其低音柔和而又具力度。 单调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减,中音频的增益保持0dB不变。 因此,单调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。 由运放构成的单调控制器构成,如图4-5所示。 这种电路调节方便,元器件较少,在一般收录机、音响放大器中应用较多。 图3-4音调控制器电路 工作状态及元件参数计算: 第一: 低频时的情况: 低频提升与衰减,电路图如下图3-5(a)和图3-5(b)所示: 图3-5低频提升与衰减电路 增益为: A(jω)= =-[(RP31+R32)/R31]*[1+(jω)/ω2]/[1+(jω)/ω1]................................(公式1) 式中: ω1=1/(RP31*C32),ω2=(RP31+R32)/(RP31*R32*C32) 当f AVL=
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- 彩灯 循环 控制器 设计