光控音乐门铃的设计.docx
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光控音乐门铃的设计
2010~2011学年第一学期
《电子技术》课程实验设计报告
实验名称：
光控音乐门铃
班级：
通信工程1092
姓名：
褚效维
学号：
1091302203
指导教师：
庄立运
1函数发生器的总方案及原理框图……………………………………
（1）
1.1电路设计原理框图…………………………………………………………
（1）
1.2电路设计方案设计…………………………………………………………
（1）
2设计的目的及任务……………………………………………………………
（2）
2.1课程设计的目的……………………………………………………………
（2）
2.2课程设计的任务与要求……………………………………………………
（2）
2.3课程设计的技术指标……………………………………………………
（2）
3各部分电路设计………………………………………………………………（3）
3.1方波发生电路的工作原理………………………………………………（3）
3.2方波---三角波转换电路的工作原理………………………………（3）
3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理…………………………（6）
3.4电路的参数选择及计算…………………………………………………（8）
3.5总电路图……………………………………………………………………（10）
4电路仿真…………………………………………………………………………（11）
4.1方波---三角波发生电路的仿真……………………………………（11）
4.2三角波---正弦波转换电路的仿真…………………………………（12）
5电路的安装与调试…………………………………………………………
（13）
5.1方波---三角波发生电路的安装与调试…………………………（13）
5.2三角波---正弦波转换电路的安装与调试………………………（13）
5.3总电路的安装与调试………………………………………………（13）
5.4电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法…………（13）
6电路的实验结果…………………………………………………………（15）
6.1方波---三角波发生电路的实验结果…………………………（15）
6.2三角波---正弦波转换电路的实验结果………………………（15）
6.3实测电路波形、误差分析及改进方法…………………………（16）
7实验总结……………………………………………………………………（17）
8仪器仪表明细清单………………………………………………………（18）
9参考文献………………………………………………………………………（19）
摘要：
本设计将通过光控音乐门铃的设计说明稳压电路的工作原理和稳压电源的指标及其测试方法，同时也将说明光控电路的原理。
一般电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。
光控电路由光敏二极管及晶体管组成。
关键字：
直流稳压电源；光控电路；音乐门铃
一、概述
“门铃”这在中国古代较少听说，有钱的大户人家是在大门上装有装饰性的门环，叫门的人可用门环拍击环下的门钉发出较大的响声，有现代“门铃”的作用。
“门铃”在外国电影的古代片中常有出现，也多是有钱的人户在门前吊着一只硕大的青铜手柄。
马车夫将客人送到门前的时候，会顺便拉拉它牵动里面的铃当以示来人。
在近代“门铃”不再是有钱人家的专项，“门铃”已在平民百姓人家广泛普遍应用。
各式各样的“门铃”比比皆是，是我们日常生活不可缺少的一部分。
设计一个集成直流稳压电源。
设计一个可调的直流稳压电源，其技术指标为：
输入交流电压220Vf=50HZ,输出直流电压Uo=5～12V，输出电流Iomax=1,纹波电压
Vopp
5mV。
设计光控电路及音乐门铃部分。
在选择器件时，应考虑成本。
根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。
根据技术指标制定实验方案；进行实验数据处理和分析。
二、电路工作原理说明
图1光控音乐门铃原理框图
电路中，首先将电网电压利用变压器得到合适的交流电压，其次将降压的交流电压通过整流电路变成单向的脉动电压，这种直流电压的脉动成分比较大，往往需要利用滤波电路将其中的脉动成分滤掉。
得到较平滑的直流电压。
此时的电压值还会受到电网电压的波动和负载变化的影响，这样的直流电源是不稳定的，最后加上稳压电路部分，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定，从而得到稳定的直流电压。
然后再将稳定的直流电压加在光控电路上。
1电源变压器
电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的交流电压值，如图2所示：
图2电压变压器原理图
2整流电路
整流电路的任务是将交流电变为直流电，如图3所示。
完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用。
因此二极管是整流电路的关键元件。
图3整流电路原理图
图4中的桥式整流器是典型的容性负载桥式整流电路。
其中电源变压器将220V、50Hz的电网电压变为所要求的交流电压，再经硅桥堆整流变为单向脉动电流，电容和负载（稳压器的输入电阻）组成低通滤波器用来减小单向电流的脉动成分，使输出为平滑的直流电压。
图4硅桥的等效电路
3滤波电路
滤波电路用于滤去输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。
由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即C具有平波作用。
滤波原理见图5所示。
图5滤波电路原理图
4稳压电路
在图8所示电路图中，在LM317输入端接电容C3可进一步滤除纹波，输出端接电容C5能消除自激振荡，确保电路稳定。
电容C4与电阻R2并联组成滤波电路，减小输出的纹波电压。
二极管D2的作用是防止输出端与地短路时，电容C3上的电压损坏稳压器。
图6所示为其基本结构及应用电路。
图6LM317的基本结构框图（虚线内）及应用电路
5光控电路
当光照射PD时，使三极管基极处于低电位，三极管V截止，输出高电平；当无光照时，V导通，输出低电平。
图7光控电路
三、电路设计
图8电路图
1电阻选择
由输出电压Uo=1.25[1+R2/R1]，R2=120～240
，取R2=200
，由Uo=5～12V得R1=600～1720
，取4.7K
电位器。
2电源变压器选择
通常根据变压器副边输出功率P2来选购电源变压器，由Uo1=（1.1～1.2）U2可得变压器副边电压U2与稳压器输入电压Uo1关系一般取Uo1
Uimin/1.1，Io1>Iomax.。
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压U2。
电源变压器的效率为：
其中，P2是变压器副边的功率，P1是变压器原边的功率。
一般小型变压器的
功率如表1所示：
因此，当算出了副边功率P2后，就可以根据下表算出原边功率P1。
表1小型变压器的效率
副边功率P2
<10VA
（10～30）VA
（30～80）VA
（80～200）VA
效率η
0.6
0.7
0.8
0.85
由
得12+3
Ui
5+40
即15V
Ui
45V
副边电压U2
Umin/1.1，取U2=14V
副边电流I2>IOmax，取I2=1A
副边输出功率P2
I2U2=14W
由表可得选择效率为0.7的电源变压器。
故取TSMISC-25TO1型电源变压器。
3整流二极管及滤波电容的选择
整流二极管D的反向击穿电压URM应满足URM>1.414U2，其额定工作电流应满足IF>Iomax故取D1为1B4B42。
同理取D2为1N4148。
滤波电容可由下式估算
故取2个3000
F的电容并联。
4稳压电路选择
本设计考虑到指标要求并使输出电压可调，因此选用LM317系列集成稳压器。
这种稳压器的特点是外形结构简单、保护功能齐全、外接元件很少、调节极为方便。
图6是它的基本结构框图。
由图可知，它是由基准电压、比较放大、调整管及其保护电路、恒流源偏置及其启动一电路以及外接电阻R1、R2组成。
改变外接电阻R2就可得到1.25V～37V的输出稳压值。
图6中，R1与R2组成输出调节电路，输出电压Uo为 Uo=1.25[1+R2/R1] 。
5光控电路选择
晶体管选择2N2218。
四、性能测试方法与实验数据
测量稳压电源最大输出电压的仿真图，如图9所示：
图9测量最大输出电压的仿真电路图
测量稳压电源最小输出电压的仿真图，如图10所示：
图10测量最小输出电压的仿真电路图
测量稳压电源纹波电压的仿真图，如图11所示：
图11稳压电源纹波电压波形
测量稳压电源输出电流的仿真图，如图12所示：
图12测量稳压电源输出电流的仿真电路图
测量蜂鸣器电压的仿真图，如图13所示：
图13蜂鸣器电压
整体仿真图，如图14所示：
图14整体仿真图
1测量Uo的方法
将电压表并联在负载两端，调节电位器R2使其在600～1720
间变化此时电压在4.810～12.504V间变化。
2测量IOmax的方法
电流表与负载串联，调节电位器即可得到所要电流IOmax=1.015V。
3测量纹波电压的方法
用示波器在输出端直接观察。
五、结论及性价比
通过在Multisim软件中的仿真实验，证明了所设计的方案是正确的可以实现的，同时经过对各个部分的监测表明设计方案能满足任务书的要求并且波形效果较好，各个指标均能达到任务书中的要求，其中直流稳压电源输出电压UO=4.810～12.504V，最大输出电流Iomax=1.015A，
Vopp
5mA。
光控音乐门铃应用广泛，组成器件性能优越且成本低具有很高的性价比，市场前景广阔。
六、课设体会及合理化建议
这次课程设计在短短的三周时间内完成，由于查找资料有限，本人的精力和水平有限幸好有了老师的指导帮助才勉强完成了课程设计，结果基本上都符合了设计的技术指标要求。
这次课程设计也确实锻炼了自己，自己温习了所学课程模拟电子技术基础部分知识。
通过本次课程设计，我也了解了稳压电源的基本组成，知道了稳压电源各个部分的工作原理及选取方法。
同时熟悉了Multisim、protel等软件的各种功能，更加熟练了电脑的使用。
锻炼了自己的动脑动手能力，知道了什么叫做团队精神。
希望学校能使用学生设计的成果以减少投入成本
并以此激发学生对动手实践的热情。
参考文献
[1]赵淑范.王宪伟.模拟电子实验与课程设计，[M]北京：
清华大学出版社，2006年65～71页
[2]荆西京.模拟电子电路实验技术，[M]西安，第四军医大学出版社，2004年.69～71页
[3]华成英等.模拟电子技术基础（第四版），[M]北京：
高等教育出版社，2006.513～556页
[4]曲学基等.稳定电源实用电路选编.[M]北京：
电子工业出版社,2003.77～104页
[5]曲学基等.稳定电源基本原理与工艺设计.[M]北京：
电子工业出版社,2003.56页
附录Ⅰ
总电路图
PCB版
附录Ⅱ
元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
C1C2
电容器
3000
F
2
2
C3
电容器
0.1
F
1
3
C4
电容器
10
F
1
4
C5
电容器
1.0
F
1
5
U1
三端稳压器
LM317
1
6
T1
变压器
TSMICS-25TO1
1
7
D1
整流桥
1B4B42
1
8
D2D3
二极管
1N4148
2
9
R1
电阻
200
1
10
R2
滑动变阻器
4.7K
1
11
R3
电阻
11
1
12
R4
滑动变阻器
1K
1
13
R5
电阻
1K
1
14
Q1
晶体管
2N2218
1
15
U2
蜂鸣器
GL
1
（注：
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）
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