电子调光控制器的设计报告.docx
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电子调光控制器的设计报告
课程设计报告
题目：
电子调光控制器的设计报告
*********
学生学号：
**********
系别：
电子工程学院
专业：
通信工程
届别：
13级
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电子调光控制器的设计
学生：
杨康宁
指导老师：
***
通信工程13级2班
1课程设计的任务与要求
1.1课程设计的任务
1.2课程设计的要求
1.3课程设计的研究基础
2调光控制系统方案制定
2.1实验原理
2.2流程框图
3调光控制系统方案设计
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
3.2系统整体电路图
4调光控制系统仿真和调试
4.1仿真软件介绍
4.2系统仿真实现
4.3数据分析
5总结
5.1设计小结与收获体会
6参考文献
7附录
1课程设计的任务与要求
1.1课程设计的任务
设计用电子控制的调光控制器。
1.2课程设计的要求
灯光控制应满足亮度变化平稳且单调变化，不会发生忽暗狐明现象。
1.3课程设计的研究基础
本设计为基于可控硅的调光电路。
可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。
具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成。
它具有一个重要的特点——如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。
控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。
那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?
使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源或使阳极电流小于维持导通的最小值（称为维持电流）。
如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。
利用这一特点我们可以实现调光控制电路的设计。
2调光控制系统方案制定
2.1实验原理
若实现调光功能，即是改变灯泡输出功率的大小，可以从改变其电压大小入手。
通过所设计的电路来调节其端电压从而达到调光的目的。
此功能的具体实现可用一整流电路和一脉冲单元电路组合来实现。
整流电路用于实现其交流电变成直流电，而脉冲单元电路则用于产生触发脉冲去触发整流电路从而可调节其整流电路的导通角进而调节其可控整流电路的直流平均输出电压，进而达到调节灯泡亮度的目的。
2.2流程框图
3调光控制系统方案设计
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
此电路包含两个单元电路，可控整流电路与脉冲单元电路即弛张振荡器。
如上图所示，其为可控整流电路：
通过控制晶闸管触发角的大小和导通与关断，可得到其输出电压波形如图下所示。
其工作原理如下：
在开关闭合前，晶闸管为关断状态，当开关S闭合时，在上半周期，且触发角未到达时，其输出电压为零，当在特定时刻有触发脉冲时，晶闸管VS开始导通，此时其输出波形与输入波形相同，当输入电压过零时，流过晶闸管的电流也为零，此时晶闸管关断，从而进入下半周期。
在触发角到达前，输出波形也为零，在触发角到达时，输入与输出波形大小相同相位相反，以后重复次过程，便得到如上图所示输出电压波形。
通过改变触发角的大小，可以改变输出的直流平均电压的大小。
上图为脉冲单元电路的电路图，对于此脉冲单元电路先令R6为一固定值，且令R=R2+R6（固），接通电源，则有两路电流流通。
电流IR经电阻R对电容C1进行充电，起始电流为ICO=U2/R，充电时间常数为RC,电容C1上的电压UC按指数规律上升。
另一路电流I2从R2经B1,B2流向R3和R5,其数值为I2=U1/（R2+RBB+R3//R5）一般只有几毫安。
在电容上电压上升到管子的峰值电压UP以前，单结晶闸管VT截止，所以当电容C1处以充电过程时，R3两端没有脉冲输出。
当UC上升到UP时，管子E-B1和E-B2结突然导通，电容C1通过E-B1和E-B2结和R3，R5回路放电，由于管子导通后RB1，RB2急剧减小，R3,R5又很小，所以起始电流很大，IE由几微安跃变到几十毫安，使R3,R5两端电压U3，U5产生跳变。
随着电容的放电，UC按指数规律下降，降到谷点电压UV时，管子又重新截止，放电过程结束，IE约等于零，R3，R5两端的电压出现负跳变完成了一个脉冲过程。
放电过程结束的瞬间，电源U2又开始向电容C1重新充电，开始了第二次充放电过程，产生第二个输出脉冲。
周而复始的重复震荡，就获得了电容C上电压UC的连续锯齿波和负载电阻R3.R5上电压UR3.UR5的间断尖顶脉冲波。
如下图所示。
为了使次电路能产生连续震荡，必须保证在电容C1的充放电过程中单结晶体管能够可靠地导通和截止。
为此，电路应该满足一下两个条件：
（U2-U6）/R>I6,（U2-UV）/R由此两式可确定R的阻值，大体范围在几千欧到几千千欧。
R2可选用2千欧的，R6为一带开关电位器，其阻值最大可为30千欧即可。
为了使IE能从几微安跳变到几十毫安，则R3，R5的阻值不应过大，则选1.5千欧和1千欧的即可。
又开始电流为几毫安，则R4的阻值也应在R2,R3之间，可选用1.2Q千欧的电阻即可。
3.2系统整体电路图
4调光控制系统仿真和调试
4.1仿真软件介绍
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
本次设计选用的为multisim10版本。
利用Multisim10工具对电路环境和电路过程进行仿真，花费少，效率高，而且结果快捷、准确、形象。
4.2系统仿真实现
在工程电路图界面连接好电路后点击仿真按钮。
会发现随着电位器R6的阻值改变，灯泡两端电压会随之增加，亮度也会增加，证明了灯光的可调性。
4.3数据分析
表一
R6的位置/%
UX1/v
10
82.441
20
99.925
30
112.125
50
140.174
80
192.245
5总结
5.1设计小结与收获体会
通过本次实训，极大地丰富和锻炼了我的思维能力和实践动手能力，同时让我联想到此次我们的数电实训项目-电子调光控制器与模拟电子技术、电子测量与仪器、电路分析及实用电源的紧密联系，让我意识到学好各门学科，力争全面发展额重要意义。
由于我的理论知识不够熟练、扎实，动手能力不够强，所以在项目策划和筹备过程中走了不少弯路，结果白费了力气，浪费了精力，却收效甚微。
因此，学习中应多与实际应用相联系。
总之，通过这次设计，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。
而且提高了我分析问题及动手操作的能力。
使我的综合能力有了一个很大的提高。
6、参考文献
[1]谢自美.电子线路设计.实验.测试.武汉:
华中科技大学出版社.2006
[2]康华光，陈大钦，张林.电子技术基础.华中科技大学出版
[3]童诗白，华成英．模拟电子技术基础．高等教育出版社，2001
7附录
表二元器件清单
名称
代号
型号/参数
个数
万用表
XMM1
1
示波器
XSC1
1
二极管
D1~D4
IN4007
4
可控硅
D5
BT169_B
1
电阻
R1
36千欧
1
R2
2千欧
1
R3
1.5千欧
1
R4
1.2千欧
1
R5
1千欧
1
电位器
R6
30千欧
1
晶体管
Q1
2N3906
1
Q2
2N2222
1
电容
C1
200nF
1
电源
U1
220V/50Hz
1
灯泡
X1
220V
1
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