目 錄 摘 要 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第一章 緒 論 . 1 引言 . 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) . 1 本文研究的內(nèi)容 . 2 第二章 制電路設(shè)計(jì)方案 . 4 電特性 . 4 驅(qū)動(dòng)方式 . 6 電源的設(shè)計(jì)方案 . 8 時(shí)間控制的設(shè)計(jì)方案 . 9 第三章 制電路設(shè)計(jì) . 11 系統(tǒng)的功能 . 11 動(dòng)設(shè)計(jì) . 11 電源的設(shè)計(jì) . 12 時(shí)間控制的設(shè)計(jì) . 21 總體電路設(shè)計(jì) . 27 第四章 總結(jié) . 29 致 謝 . 30 附 錄 . 31 參考文獻(xiàn) . 33 I 摘 要 隨著信息時(shí)代高新技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)及時(shí)獲取并顯示各類信息的愿望日益強(qiáng)烈，由此帶動(dòng)了信息傳媒的飛速發(fā)展，發(fā)光二極管（ 示屏就是信息顯示的重要傳媒之一。 示技術(shù)是將光電、計(jì)算機(jī)及控制等技術(shù)綜合一體的現(xiàn)代新技術(shù)。由于它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和城市照明方面應(yīng)用很廣泛，因此對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 本文詳細(xì)的分析了 驅(qū)動(dòng)方式，給出了 示控制系統(tǒng)具體的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)系統(tǒng)分文 電源設(shè)計(jì)部分和時(shí)間控制部分。 電源部分采用 5V 直流穩(wěn)壓電源，電源設(shè)計(jì)采用了變壓、濾波、穩(wěn)壓、整流這 4 個(gè)部分。每個(gè)部分都有不同的選擇，選擇不同的電路達(dá)到的目的和效果也和不同，因此本文通過(guò)仿真和實(shí)際詳細(xì)分析了每個(gè)部分的功能和為什么選擇這種連接方式。 時(shí)間控制部分主要采用了 555 定時(shí)器，因?yàn)槠潇`活、功能強(qiáng)大、價(jià)格便宜受到很多人的喜歡。根據(jù)外圍電路的不同連接可組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)，多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)和多諧振蕩三種方式。本次設(shè)計(jì)主要采用多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)方式達(dá)到定時(shí)的目的，定時(shí)部分采用二極管的亮滅來(lái)顯示。 總體實(shí)現(xiàn)一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以 控制 滅時(shí)間。 關(guān)鍵詞 ： 源，時(shí)間控制，定時(shí)，發(fā)光二極管顯示 of in of of is of is as a As is in So of is ED ED is in of V DC is of as in So in of 55 is of to to to in is to of of ED or to of an ED or 1 1 緒 論 引言 如今全世界對(duì) 究已經(jīng)很成熟了，為什么科學(xué)家發(fā)明了 種光源呢？比于熱光源有很多優(yōu)點(diǎn)： 體積小、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、高亮度、低熱量、環(huán)保、堅(jiān)固耐用、多變幻、高新尖。 在城市工業(yè)中， 城市夜景照明追求的不是亮度，而是藝術(shù)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，小功率的 品應(yīng)該能夠找到他的用武之地。 光角度小，方向性強(qiáng)，可作局部重點(diǎn)照明。問(wèn)題是要給設(shè)計(jì)師提 供有足夠大的選擇范圍，外觀上也應(yīng)有美觀的要求?？梢钥隙ǖ卣f(shuō)， 會(huì)在未來(lái)引領(lǐng)照明的時(shí)尚與新潮。 在設(shè)施農(nóng)業(yè)中 ,通常所采用的人工光源是熒光燈與高壓鈉燈 。 近年來(lái) ， 隨著光電技術(shù)的發(fā)展 ,發(fā)光二極管 (亮度與效率也大幅度提高 ,使得這種光源在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用變?yōu)榭尚?， 尤其對(duì)封閉可調(diào)控的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境 (如植物工廠 ， 組織培養(yǎng)室、植物生長(zhǎng)箱等 ) 是一種非常合適的人工光源 主要介紹了 設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 1。 市景觀照明追求的不是亮度，而是藝術(shù)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)， 品應(yīng)該能夠找到它的用武之地 。發(fā)光角度小的 向性強(qiáng)，可作局部重點(diǎn)照明；在封裝材料中添入散射劑可以實(shí)現(xiàn) 175 度的發(fā)光角適合較大范圍內(nèi)的照明，問(wèn)題是目前城市夜景照明中建設(shè)單位過(guò)于追求高亮度難以給設(shè)計(jì)師提供足夠大的選擇范圍，目前在城市夜景照明工程中常用的 源主要有：線性發(fā)光燈具、裝飾草坪燈、景觀燈、球泡、水下燈、地面燈具：地埋燈、發(fā)光地磚、石燈、利用太陽(yáng)能電池作為能源的 具 2。 國(guó)際上 醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究工作從 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始， 1993 年美國(guó)太空總署（ 先提出 物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究。其研究?jī)?nèi)容包括：利用 射舒緩宇航員運(yùn)動(dòng)疲勞、處理傷口，用于腫瘤的光動(dòng)力治療和消除皮膚炎癥、潰瘍，促進(jìn)創(chuàng)傷愈合以及面部嫩膚、除皺、除斑，治療座瘡等等。相繼推出 療應(yīng)用成果的還有以色列和英國(guó)。通過(guò)大量臨床實(shí)踐，各國(guó)生物醫(yī)學(xué)界專家一致認(rèn)為 療器械是目前最能替代 光器進(jìn)行光療的器械，在醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域有著極其廣泛的開(kāi)發(fā)前景 3。 故 路的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，沒(méi)有驅(qū)動(dòng) 遠(yuǎn)發(fā)不了光。每個(gè)廠家所用 同之處在于驅(qū)動(dòng)電路的不同，好的驅(qū)動(dòng)電路能使其工作時(shí)間更長(zhǎng)，發(fā)揮更多的作用，節(jié)約更多的能源， 比于普通的白熾燈所用電量更少，但能發(fā)出同樣的 光芒，使用年限也更長(zhǎng)，正因?yàn)橛懈鞣N高性能高質(zhì)量的電路使得 發(fā)揮其歷史性的作用，來(lái)為我們照福，為國(guó)家照福，為人類照福。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外 路發(fā)展現(xiàn)狀 2 半導(dǎo)體照明技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究引起了全球研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視。國(guó)外共有近 200 家公司參與 件、材料和設(shè)備的開(kāi)發(fā)，近 300 所大學(xué)和研究所參與 研發(fā)。目前，功率型白光 視效能（發(fā)光效率）已經(jīng)達(dá)到 100 ，研究水平達(dá)到 160 。經(jīng)過(guò)技術(shù)發(fā)展和 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，世界主要 商已經(jīng)形成各自的技術(shù)特色。日本日亞化學(xué)處于全球技術(shù)領(lǐng)先水平，壟斷高端白色、藍(lán)、綠色 市場(chǎng)，豐田合成在白光 國(guó) 碳化硅襯底生長(zhǎng) 延片國(guó)際領(lǐng)先，傳統(tǒng)照明巨頭 對(duì)控股的美國(guó) 率型白光 際領(lǐng)先；傳統(tǒng)照明巨頭 司朗控股的德國(guó)歐司朗光電半導(dǎo)體功率型 裝和車(chē)用 具開(kāi)發(fā)國(guó)際領(lǐng)先 4。 國(guó)內(nèi) 路發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)的外延片生長(zhǎng)技術(shù)主要源于美國(guó)、基本上是進(jìn)口美國(guó)的有機(jī)金屬化 學(xué)氣相沉淀（ 備，這些裝備在美國(guó)就不是一流的裝備，在整個(gè) 業(yè)外延片的生長(zhǎng)、芯片、芯片封裝 3 個(gè)環(huán)節(jié)中，外延片生長(zhǎng)投資要占到 70%，外延片成本要占到封裝成成品的 70%，同時(shí)外延片生長(zhǎng)技術(shù)的人才全世界都缺乏，簡(jiǎn)單的說(shuō)，外延片的水平?jīng)Q定了整個(gè) 業(yè)水平，國(guó)內(nèi)近幾年也陸續(xù)引進(jìn)了 50 多臺(tái) 備，均處理大生產(chǎn)工藝摸索階段，一旦工藝成熟，則會(huì)上 10 倍地增大裝備數(shù)量形成規(guī)模生產(chǎn)，市場(chǎng)需求巨大。 國(guó)家 “863”計(jì)劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金及時(shí)支持了國(guó)產(chǎn)外延設(shè)備如液相外延爐和備的研發(fā)（中科院半 導(dǎo)體所、中電科技集團(tuán)公司第四十八所），通過(guò)整機(jī)消化吸收，關(guān)鍵技術(shù)再創(chuàng)新等措施，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，使長(zhǎng)期制約我國(guó) 業(yè)發(fā)展的裝備瓶頸得以突破。 隨著國(guó)家照明工程的起步，國(guó)內(nèi) 片設(shè)備的巨大需求再次引起了國(guó)外半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商的積極響應(yīng)，他們?nèi)找嬷匾曋袊?guó)這個(gè)巨大的市場(chǎng)，但是，這里面也存在著一個(gè)隱憂，國(guó)外芯片設(shè)備高昂的價(jià)格，相對(duì)制約了國(guó)內(nèi)企業(yè)的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，也消耗了國(guó)家大量寶貴的外匯。同樣也擠占了國(guó)內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商的發(fā)展空間。 本文研究的內(nèi)容 論文在查閱了大量有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)的分析了 和 出了 個(gè)系統(tǒng)分為電源部分和時(shí)間控制部分。 了解 同種類 為其發(fā)光效率高、耗電少、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠性強(qiáng)、環(huán)保。所以在惡劣的場(chǎng)合應(yīng)使用壽命長(zhǎng)、精度要求不需太高的 實(shí)驗(yàn)室或者精密測(cè)量的場(chǎng)合應(yīng)使用精度高、電氣特性好的 時(shí)按照材料的不同 單管、七段數(shù)碼管、 根據(jù)不同的要求選用不同的 3 了解 式直流驅(qū)動(dòng)、恒流驅(qū)動(dòng)、脈沖驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)。并知道每種方式應(yīng)用于什么場(chǎng)合。 電源部分采用 5于該電源主要由變壓、濾波、穩(wěn)壓、整流這 4部分組成。所以本文電源部分主要從這 4部分入手，每部分都有不同的選擇，主要通過(guò)仿真觀看波形來(lái)最終選擇合適的電路。選擇該電源的主要原因是簡(jiǎn)單而且很實(shí)用，畢竟提供 且這次設(shè)計(jì)所用的是單管 此對(duì)電源的要求很低。 時(shí)間控制部分 時(shí)間控制部分主要采用 555定時(shí)器。該芯片比較器靈敏度高、輸出 驅(qū)動(dòng)電流大、功能靈活，因此在電子電路中獲得廣泛應(yīng)用。 555時(shí)基電路可用作：脈沖發(fā)生器、方波發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、自由振蕩器、內(nèi)振蕩器、定時(shí)電路、延時(shí)電路、脈沖調(diào)制電路、儀器儀表的各種控制電路 。 在本次設(shè)計(jì)中僅用到其定時(shí)的功能，來(lái)控制 定時(shí)電路在日常生活中很常見(jiàn)，如電飯煲、空調(diào)等家用電器需要定時(shí)開(kāi)關(guān)的。所以非常實(shí)用。 4 第二章 發(fā)光二極管，是一種把電能變成光能的特種器件，當(dāng)電流通過(guò)它的時(shí)候，產(chǎn)生可 視的光。當(dāng)在 區(qū)， 區(qū)， 互注入的電子與空穴相遇后即產(chǎn)生復(fù)合，這些少數(shù)載流子在注入和復(fù)合中產(chǎn)生輻射而發(fā)光。利用這個(gè)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光 8。如圖 2過(guò)電流的表達(dá)式見(jiàn) (2： V (2其中 (1)電壓： 電電壓在 6據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。 (2)效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少 80%。 (3)適用性：很小，每個(gè)單元 以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境。 (4)穩(wěn)定性： 10萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的 50%。 R 陽(yáng)極 陰極 +V 圖 2工作原理 5 (5)響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)， (6)對(duì)環(huán)境污染：無(wú)有害金屬汞。 (7)顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便 地通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的 著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色。 (8)價(jià)格： 之于白熾燈，幾只 通常每組信號(hào)燈需由上 300 500只二極管構(gòu)成。 我們所說(shuō)的 識(shí)一個(gè)概括的名詞，其實(shí)隨著 60 年代進(jìn)出商業(yè)后，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)發(fā)展了很多很多種類，其主流的大類有 5： (1) 我們有叫它 品的、有叫它 品的、也有叫它插件 ，不管怎么樣只要是直插式的都?xì)w與一種。而 類里面還有很多種類： 1)按膠體形狀分： 34581012形、橢圓形、墓碑形、還有一些特殊形狀等等 。 2)按膠體顏色分：無(wú)色透明、有色透明、有色散射、無(wú)色散射等 。 3)按顏色分：紅色（ 橙色（ 黃色（ 黃綠色（ 綠色 （ 、 藍(lán)綠色（ 藍(lán)色（ 紫色（ 紫外線（ 白色（ 紅外線等等 。 (2) 表面貼裝二極管或表面貼裝元器件都是他的叫法，這個(gè)里面也有多中類別： 1)按形狀大小分： 0603、 0805、 1210、 5060、 1010 等等，一般 是菱形的，所以其叫法都是根據(jù)長(zhǎng) *寬的尺寸來(lái)叫，行業(yè)善用的都是英寸，不是毫米，也有用毫米叫的，不如 1608（ 。 2)發(fā)光顏色和膠體的種類和 品一樣，只是產(chǎn)品的形狀發(fā)生了很大的變化。 (3)食人魚(yú)（ 這個(gè)是因 發(fā)光效率不能滿足汽車(chē)使用其要求，所以就開(kāi)發(fā)了這個(gè)產(chǎn)品，是小功率產(chǎn)品，其驅(qū)動(dòng)電流一般在 50般 的 20高電流可以達(dá)到 70是因?yàn)槠渖岜容^好，一般用在汽車(chē)后尾燈。 他的分類也是按膠體形狀不同分的： 35頭的，還有，還有根據(jù)頂部的珠子不同滿足不同客戶角度的要求等等。你像 30、 50、 70、 120 度等等。 (4)大功率（ 這個(gè)大家應(yīng)該都比較熟悉了，現(xiàn)在是這個(gè)行業(yè)炒的最熱火的。都爭(zhēng)先恐后的還取代現(xiàn)有照明的產(chǎn)品。不知道的看看圖片是什么樣 子的： 1)按功率分： 1w、 3w、 5w、等等 。 6 2)按頂部發(fā)光透鏡分 :平頭、聚光、酒杯形狀等 。 3)按工藝還有鋁基板的和防 。 (5)數(shù)碼管（ 這個(gè)大家是最早用在來(lái)做顯示屏和數(shù)碼顯示用的 。 1)按外形分： 1 位、 2 位、 3 位、 4 位等等 。 2)表面顏色：灰面黑膠的、也有黑面白膠的等等 。 3)極性：共陰、共陽(yáng) 。 4)顏色也和 樣可以做很多種類。 (6)點(diǎn)陣（ 從 向 此 時(shí)為了控制它的發(fā)光強(qiáng)度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問(wèn)題。具體的驅(qū)動(dòng)方式有直流驅(qū)動(dòng)、恒流驅(qū)動(dòng)、脈沖驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)等，本論文 6】 。 直流驅(qū)動(dòng) 直流驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方法，由滑阻 圖 2 2連接時(shí)令 極接正極方向。只要保證 光二極管與電阻的位置是可 以互換的。直流驅(qū)動(dòng)時(shí)， k、串 聯(lián)電阻 應(yīng)于工作點(diǎn)的電壓電流分別為 ，。改變 以調(diào)解 而調(diào)節(jié) 圖 2 7 圖 2直流驅(qū)動(dòng)方式適合于 光強(qiáng)度恒定的情況，例如目前有的公交車(chē)上用于固定顯示“ 樣的顯示器上，就可以用這種驅(qū)動(dòng)方式。一方面它顯示的字?jǐn)?shù)很少，另一方面它的顯示內(nèi)容固定不變。因此只要在需要顯示字樣的筆畫(huà)上排列 樣一塊屏上大約有 100只管子 。采用直流驅(qū)動(dòng)可以簡(jiǎn)化電路，降低造價(jià)。 恒流驅(qū)動(dòng) 由于 上器件的分散性，使得在同樣電影電壓和同樣的限流電阻的情況下，各器件的正向電流并不相同，引起發(fā)光強(qiáng)度的差異。如果能夠?qū)σ懔髦迪嗤?，發(fā)光強(qiáng)度就比較接近 (同樣存在著法光強(qiáng)度與正向電流之間各個(gè)器件的分散性，但是這種分散性沒(méi)有伏安特性那么陡，所以影響也就小得多 )。晶體管輸出特性具有恒流性質(zhì)。如圖 2 圖 2 8 脈沖驅(qū)動(dòng) 脈沖驅(qū)動(dòng)方式主要利用人眼視覺(jué) 暫留現(xiàn)象驅(qū)動(dòng) 用該方式驅(qū)動(dòng) 掃描驅(qū)動(dòng) 掃描驅(qū)動(dòng)通過(guò)數(shù)字邏輯電路，使若干 以節(jié)省控制驅(qū)動(dòng)電路。如圖 2 圖 2動(dòng)時(shí)也就按行按列驅(qū)動(dòng)。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描，按列控制：也可以按列掃描，按行控制。掃描就是指依次循環(huán)接通整行的 一列的 列控制電路來(lái)負(fù)責(zé)。 依據(jù)上述分析，本文由于控制一個(gè)發(fā)光二極管， 故只用直流驅(qū)動(dòng)，既簡(jiǎn)單又實(shí)用，所用元器件少。也可以用滑動(dòng)變阻器代替定值電阻來(lái)調(diào)節(jié) 電源的設(shè)計(jì)方案 開(kāi)關(guān)電源 開(kāi)關(guān)電源主要采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路，電路中的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即調(diào)整管主要工作在飽和導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)。由于管子飽和導(dǎo)通時(shí)管壓降和截止時(shí)管子的電流都很小，管耗主要發(fā)生在狀態(tài)開(kāi)于關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電源效率可提高到 75% 95%。由于省去了電源變變壓器和調(diào)整管的散熱裝置，所以其體積小、重量輕。它的主要缺點(diǎn)是輸出電壓中所含紋波較大，對(duì)電子裝備的干擾較大，而且電路比較復(fù) 雜，對(duì)元器件要求較高。但由于工藝已經(jīng)成熟，而優(yōu)點(diǎn)又突出，已成為宇航、計(jì)算機(jī)、通信、家用電器和功率較大的電子設(shè)備中電源的主流，應(yīng)用日趨廣泛 【 7】 。 線性電源 線性電源主要采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路，由于調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，因此在負(fù) 9 載電流較大時(shí)，調(diào)整管的集電極損耗先當(dāng)大，電源效率較低，一般為 40% 60%，有時(shí)還要配備龐大的散熱裝置。但其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出電壓中所含紋波較小，所以廣泛應(yīng)用于小信號(hào)、小功率電路中。 比較與選取 從上面對(duì)兩種電源的分析并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的要求，決定選用線性電源 。理由如下： (1)輸出電壓方面 開(kāi)關(guān)電源輸出電壓紋波較大，線性電源較小。而本次設(shè)計(jì)是對(duì) 555 提供電源，這些小型的器件對(duì)電壓的穩(wěn)定性要求較高，故選擇線性電源。 (2)電路整體方面 開(kāi)關(guān)電源整體電路復(fù)雜，對(duì)元器件要求高，線性電源則相反。根據(jù)本次設(shè)計(jì)屬于簡(jiǎn)單的定時(shí)電路。電路相對(duì)簡(jiǎn)單，故選取線性電源。 (3)電源轉(zhuǎn)換效率方面 開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率高，功耗小，線性電源轉(zhuǎn)換效率低，功耗高。但是由于 特性可知，其需要的電流很低，所以也不需要大功率的電源，線性電源足以。 所以綜上所述，選擇線性電源。在設(shè)計(jì)過(guò)程中 困難在于變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓這4 個(gè)部分的選取和鏈接以及完成后對(duì)電路的仿真。 時(shí)間控制的設(shè)計(jì)方案 用 555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器 其功能主要是將輸入任何波形轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾ǎ烧?、?fù)閾值電壓決定高低電平?？捎糜跒V波電路，濾除噪聲等等干擾。 用 555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 其功能是用作失落脈沖檢測(cè)，或?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)速或人體的心律進(jìn)行監(jiān)視，如果轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或人體的心律不齊時(shí)，輸出低電平可用作報(bào)警信號(hào)。 如果將單穩(wěn)態(tài)電路的電壓控制端加入一個(gè)變化的電壓，當(dāng)控制電壓升高時(shí)，電路的閾值電壓升 高，輸出的脈沖寬度隨之增加；而當(dāng)控制電壓降低時(shí)，電路的閾值電壓也降低，單穩(wěn)的輸出脈寬則隨之減小。如果加入的控制電壓是三角波，則在單穩(wěn)的輸出端便可得到一串隨控制電壓變化的脈寬調(diào)制波形?？捎迷撾娐纷鳛槎〞r(shí)電路 【 8】 。 用 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器 其功能是產(chǎn)生多諧振蕩，每隔一段時(shí)間就有電平觸發(fā)，其占空比是根據(jù)外圍 間主要由電容的沖放電時(shí)間決定。因此改變 果將電阻用滑動(dòng)變阻器代替，則可實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)的驅(qū)動(dòng)電路。 綜上所述，結(jié)合本次設(shè)計(jì)要求應(yīng)當(dāng)選擇 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其優(yōu)點(diǎn)在于比較器的靈敏度高、輸出驅(qū)動(dòng)電流大、功能活，在電子電路中獲得廣泛應(yīng)用。但是選擇該電路存在一個(gè)問(wèn)題，就是定時(shí)時(shí)間不能太長(zhǎng)，而且時(shí)間精度不高。不 10 適于那些精密儀器的定時(shí)。當(dāng)然，可以將做好后的電路通過(guò)精密的儀器測(cè)量其定時(shí)時(shí)間，也就是測(cè)量其觸發(fā)電平時(shí)間間隔。也可以用示波器觀看輸出波形來(lái)計(jì)算時(shí)間。 11 第三章 系統(tǒng)的功能 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 3該系統(tǒng)中以 5用 555定時(shí)器定時(shí)功能和波形產(chǎn)生功能驅(qū)動(dòng) 該系統(tǒng)可控制 到定時(shí)預(yù)報(bào)的功能。圖 3統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 脈沖驅(qū)動(dòng)方式，采用向 是利用人眼的視覺(jué)暫留特性，采用這種方式時(shí)應(yīng)該注意兩個(gè)問(wèn)題：脈沖電流幅值的確定和重復(fù)頗率的選擇。首先，要想獲得與直流驅(qū)動(dòng)方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強(qiáng)度的話，脈沖驅(qū)動(dòng)電流的平均值 圖 3均電流 于矩形波來(lái)說(shuō)， 其表達(dá)式如 (3所示： Ta 1 （ 3 其中 電源電路 定時(shí)電路 示 脈沖波形產(chǎn)生電路 12 圖 3脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖電流的幅值應(yīng)該比直流驅(qū)動(dòng)電流大。其次是脈沖重復(fù)頻率的問(wèn)題，通過(guò)視覺(jué)暫留特性的分析，己經(jīng)知道脈沖重復(fù)頻率必須高于 24則會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。脈沖驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面掃描驅(qū)動(dòng)和占空比驅(qū)動(dòng)。 電源的設(shè)計(jì) 線性電源（ 5電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。其流程 圖如圖 3 圖 3電源變壓器 圖 3路中 20次繞組輸出的是電壓較低的交流電壓，這一電壓加到 交流電網(wǎng)電壓 t t t t t F 2 220V 50O R 1 電源變壓器 整流 電路 穩(wěn)壓 電路 濾波 電路 13 (1)電路分析 這一電源變壓器降壓電路的工作原理是：在開(kāi)關(guān) 2201（圖中未閉合）加到電源變壓器 流電流經(jīng) 入，從一次繞組的下端流出。在 樣， 20路中的電源變壓器 以 一電壓直接加到整流二極管 圖 3 (2)電路中的電源變壓器有幾組二次繞組，關(guān)系到這一電路能輸出幾組交流低電壓，也關(guān)系到對(duì)電源電路工作原理的進(jìn)一步分析（分析整流電路等）。上面的電源變壓器降壓電路中 以是最簡(jiǎn)單的電源變壓器降壓電路。其輸出波形如圖 3 圖 源變壓器降壓電路 圖 壓后的波形 整流電路 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)?14 電作用，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率（ 1流電路中，常見(jiàn)的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。本文主要研究單相橋式整流電路。以下分析整流電路時(shí)，二極管用理想模型來(lái)處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。 (1)工作原理 電路如圖 3中 只整流二極管 故有橋式整流電路之稱。通過(guò)負(fù)載 然它們都是單方向的全波脈動(dòng)波形。 圖 3入輸出仿真波形圖 (2)負(fù)載上的直流電壓 用傅立葉級(jí)數(shù)對(duì)圖 . . . . . . . . 4co 2co 22 2 （ 3 式中恒定分量即為負(fù)載電壓的平均值，因此有 2 （ 3 直流電流為 L 3 15 由式 (3出，最低次諧波分量的幅值為 )3/(242 V，角頻率為電源頻率的兩倍，即 2w。其他交流分量的角頻率為 4w、 6w偶次諧波分量。這些諧波分量總稱為紋波，它疊加于直流分量上。常用紋波系數(shù) V （ 3 式中 表示為 222 42 2 （ 3 式中 次諧波的有效值。由式 (3式 (3出橋式整流電路的紋波系數(shù) 2 于 需用濾波電路來(lái)濾除紋波電壓。 (3)整流元件參數(shù)的計(jì)算 在橋式整流電路中，二極管是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為 R (3一般電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為 10%0%的余量。 橋式整流電路的特點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。 濾波電路 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器 C，或在整流電路輸出端與負(fù)載間串聯(lián)電感器 L，以及由電容、電感組合而成的 各種復(fù)式濾波電路。常用的結(jié)構(gòu)如圖 3 a） 16 （ b）倒 (c)形濾波電路 圖 3波電路的基本形式 由于電抗元件在電路中有儲(chǔ)能作用，并聯(lián)的電容器 把部分能量存儲(chǔ)起來(lái)，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把電場(chǎng)能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容 負(fù)載串聯(lián)的電感 L，當(dāng)電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時(shí)，它把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)電流減小時(shí)，又把磁場(chǎng)能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電流比較平滑，即電感 濾波電路的形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式和電感輸入式。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率 電源中（而且當(dāng)電流很大時(shí)僅用一電感器與負(fù)載串聯(lián)）。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)分析小功率整流電源中應(yīng)用較多的電容濾波電路，然后再簡(jiǎn)要介紹其他形式的濾波電路。 (1)電容濾波電路 圖 3容濾波電路。在分析電容濾波時(shí)，要特別注意電容器兩端電壓 流元件只有受正向電壓作用時(shí)才導(dǎo)通，否則便截止。 17 圖 3容濾波電路 負(fù)載 關(guān) 的情況：設(shè)電容器兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當(dāng) 1、 充電； 電時(shí)間常數(shù)為 (3式中 的正向電阻。由于 容器很快就充電到交流電壓 22，輸出為一個(gè)恒定的直流電壓。 接入負(fù)載 關(guān) 的情況：設(shè)變壓器二次電壓 開(kāi)始上升（即正半周開(kāi)始）時(shí)接入負(fù)載 于電容器在負(fù)載未接 入前充了電，故剛接入負(fù)載時(shí) 極管 時(shí) 1、 一方面向電容器 后， ,時(shí)，比較器 較器 單 端置 0，放電三極管 輸出端 23 當(dāng) 時(shí)，簡(jiǎn)單 =1,S=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變 9。 (2)電路功能 綜上所述分析，可得 555定時(shí)器功能表，如表 3 表 355定時(shí)器功能表 輸入 輸出 閾值輸入（ 觸發(fā)輸入（ 復(fù)位（ 輸出（ 放電管 T 0 0 導(dǎo) 通 323 導(dǎo)通 3變 不變 (3)用 555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 用 555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖 3有觸發(fā)信號(hào)時(shí) 2）處于高電平，如果接通電源后 Q=0， 電容通過(guò)放電三極管 ， 果接通電源后 Q=1，放電三極管 源通過(guò)電阻 2充電，當(dāng)于 R=0,S=1,鎖存器置 0， 時(shí)放電三極管 容此，電路通電后在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài) 。如圖 3 若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號(hào)為低電平，電路的輸出狀態(tài)由低電平跳為高電平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，放電三極管 后電容 c=2，電路的輸出電壓 時(shí) 是電容 路返回到穩(wěn)定狀態(tài)。如果忽略 。 因此可用改電路作為定時(shí)器產(chǎn)生電路，定時(shí)時(shí)間通過(guò) 2來(lái)設(shè)置，這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可從幾個(gè)微秒到數(shù)分鐘，精度可達(dá) 24 圖 355定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖 355定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出波形 (4)用 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器 用 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖 3通電源后，電容 時(shí)， 使 時(shí)放電三極管 時(shí)電容 2和 時(shí)， 容器 (3當(dāng)放電結(jié)束時(shí)， 1、 2充電， 上升到 2所需的時(shí)間為 2)7,012212 (2(3 25 當(dāng) 時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。電路的工作波形如圖 3振蕩頻率為 21 2 (3圖 3諧振蕩電路圖 圖 3諧振蕩輸出波形圖 26 由于 555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用 555定時(shí)器組成多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。 圖 3路的 ，而且占空比固定不變。如果要實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)，可采用如圖 3于電路中二極管 電容器 節(jié)電位器，就可調(diào)節(jié)多諧振蕩器的占空比。圖中， A、 充電，充電時(shí)間為 (3電容器 2、 55中的三極管 電時(shí)間為 (3因而，振蕩頻率為 (3電路輸出波形的占空比為 %10 0% (3圖 3空比可調(diào)多諧振蕩電路 27 圖 3空比可調(diào)多諧振 蕩輸出波形 說(shuō)明：圖 30K，滑動(dòng)點(diǎn)設(shè)為中點(diǎn)，那么 K， K，按式 (3 (3算得 9是通過(guò) 3現(xiàn)其系數(shù)是 公式中的 圖 3 該電路可作為脈沖產(chǎn)生電路，可以脈沖驅(qū)動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng) 率由式（ 3得。同時(shí)也可以做為定時(shí)電路，定時(shí)時(shí)間可由式（ 3得。 體電路設(shè)計(jì) 將上述各設(shè)計(jì)連接好后便得到本次設(shè)計(jì)所需要的 電路圖，初步設(shè)定該電路定時(shí)時(shí)間為 11S， 源電壓為 5V。該電路可用于很多簡(jiǎn)單的控制電路，在工業(yè)，醫(yī)藥，農(nóng)業(yè)以及照明系統(tǒng)中也廣泛應(yīng)用，因?yàn)橐粔K 555芯片的造價(jià)很便宜，而且集成度也較高。因此，本次設(shè)計(jì)是個(gè)小型的但很實(shí)用的系統(tǒng)。完成后的系統(tǒng)電路圖及 28 圖 3體設(shè)計(jì)電路圖 圖 3體設(shè)計(jì) 29 第四章 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉 了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，能是我的能力得到鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富并且意志品質(zhì)力，抵抗壓力及耐力也得到了不同程度的提高，這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。 畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種管道的安裝方式，這都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)運(yùn)用。 隨著國(guó)內(nèi)外 們的世界越來(lái)越美麗精彩。從國(guó)外先進(jìn)的 此絢麗的光景更是前所未有。顯然 此對(duì) 不不同功能的 本文詳細(xì)介紹了 源的設(shè)計(jì)及 555時(shí)基電路的設(shè)計(jì)都做了較為詳細(xì)地分析和設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)的電源部分包括：變壓電路、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路。該部分主要為各芯片以及 其能正常工作。 系統(tǒng)的 時(shí)間控制部分包括：由 555定時(shí)器