课程设计闪光灯电路

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1、 课程设计 题 目 自激多谐振荡闪光灯电路 学生姓名 杨凡 学号 1010064040 所在院(系) 陕西理工学院 物电学院 专业班级 电子信息科学与技术102 指导教师 周平和 完成地点 陕西理工学院 2012年 11 月 15 日闪光灯电路 杨凡 （陕西理工学院物电学院电子信息科学与技术102班 陕西汉中 723001）指导老师：周平和【摘要】：自激多谐振荡器是一种阻容耦合式的矩形波发生器，矩形波含有丰富的奇次谐波，多谐振荡器由此得名。在习惯上，人们只将阻容耦合式的矩形波发生器称为多谐振荡器，而把采用变压器耦合的强反馈振荡器称为间歇振荡器。 【关键字】：LED、 晶体管、电容、仿真软件 L

2、ED multivibrator Yang fan(Grade10,Class2,Major Electronic Information Science and TechnologyDepartment of Physics,Shannxi University of Technology,Hanzhong,723001)Tutor：Zhouheping 【abstract】：Self-exciting multivibrator is a kind of resistance and capacitance coupled type rectangular wave generator,

3、rectangular wave contains rich odd harmonics,harmonic oscillator hence the name.in the habit,people will only resistance capacity coupling type rectangular wave generator called multivibrator,and take the transformer coupling of strong feedback oscillator.【keywords】:LED , transistor proteus1 引言自激多谐振

4、荡器又称为无稳态振荡电路，这种电路在没有外加触发信号的情况下能够连续的、周期性的产生矩形脉冲，所产生的矩形脉冲是由基波和各次谐波叠加构成的，故将此路称为多谐振荡电路。此电路在生产生活的许多领域中有广泛应用。无稳态电路存在多种形式，本文介绍的是以三极管和电容器为核心元器件的对称的自激多谐振荡器。这种电路没有稳定状态，有电容器的充放电来控制三极管的导通与截止，从而使电路在两个暂态之间自行“振荡”。2原理图 方案：多谐振荡器无须外界触发即能直接产生矩形波，电路也较简单，所以在脉冲和数字系统中得到广泛的应用。这种振荡电路之所以能产生矩形波，主要是因为：电路中有很强的正反馈，各极电压能快速变化并使晶体管

5、进入较深的截止或饱和状态；电路中一般没有选择性很强的谐波滤除电路（或至少在输出端上没有），输出信号中谐波成分十分丰富。原理图：图2.13 自激多谐振荡器的原理3.1产生自激振荡的原因3.1.1自激振荡的幅度条件和相位条件 由反馈的一般表达式可知，负反馈放大电路的闭环放大系数可表示如下：Af=A/（1+AF），如果1+AF=0，则Af为无穷，此时即使没有输入信号，放大电路仍将有一定的输出信号，说明放大电路产生了自激振荡。因此，负反馈放大电路产生自激振荡的条件是1+AF=0，即AF=-1。用模值表示| AF |=1.相位表示arg AF=（2n+1) (n=0,1,2,)阻容耦合单管共射放大电路在

6、中频段时=-180，而在低频段和高频段，还将分别产生=0+90和=0-90的附加相移。显然，如为两级放大电路，可以产生0180的附加相移，而对于三级放大电路，附加相移可达0270。如果当信号为某个频率时，附加相移等于180，假设反馈网络为纯电阻特性，则此时 argAF=180,即可满足自激振荡的相位条件。3.2自激多谐振荡器原理它是一个典型的分立元件集基耦合多谐振荡器。它有两个晶体管反相器经RC电路交叉耦合接成正反馈电路组成。两个电容器交替冲放电使两管交替导通和截止，使电路自动地从一个状态自动翻转到另个状态，形成自激振荡。此电路可由双稳态触发器电路中的两支电阻耦合支路改为电容耦合支路得到。那么

7、双稳态电路就变成没有稳定状态,即多谐振荡电路为无稳电路 。自激振荡电路两边是对称的，接通电源后，两管均应导通。为便于分析，假定因某种因素影响，iC1有上升趋势，那么就会发生如下的正反馈循环过程：iC1uR1uA1ub2ib2iC2uR4uA2- ib1ub1致使T1迅速饱和，VC1由+EC突变到接近于零，uA1为低电平；T2迅速截止，迫使BG2的基极电位VB2瞬间下 降到接近-EC，uA2为高电平。此后，一方面C2将通过R4、T1的be结构成的回路充电（电压极性左负右正）；另一方面，C1将通过T1、R1构成的回路，将本身贮存的电荷（左正右负）逐渐释放。即出现了第一次暂稳态；（BG1饱和瞬间,

8、, ,于是BG2可靠截止.）这样 ub2逐渐上升，当ub2高于晶体三极管导通电压后，将发生如下的正反馈循环：ub2ib2iC2uR4uA2ub1ib1ic1- uA1 uR1致使T2迅速导通，VB2随着C1放电而升高到+0.5V，uA2为低电平；T2迅速截止，通过正反馈使BG1截 止，uA1为高电平。此后，一方面C1将通过R1、T2的be结构成的回路充电（电压极性左正右负），另一方面，C2将通过T2、R2构成的回路放电，ub1相应提高，即出现第二次暂稳态。当ub1高于三极管导通电压后，又发生使T1导通，T2截止的正反馈过程，于是形成振荡。此后不断循环往复,便形成了自激振荡。从T1、T2集电极输

9、出的输出电压是矩形脉冲。可以证明，集基耦合多谐振荡电路的振荡周期T0.7R1C10.7R2C21.4RC，T=T1+T2=0.7(RB2*C1+RB1*C2)=1.4RB*C，振荡频率: F=1/T=0.7/RB*C，输出幅度接近电源电压。（.波形的改善: 可以同单稳态电路,采用校正二极管电路）图2.1是带有两个交替发光二极管的晶体管多谐振荡器，由于电路元件左右对称，因此每只二极管发亮时间也相等。该振荡器有两级倒相放大器及相互间用电阻电容器耦合在一起形成正反馈环路而构成的。倒相放大器1由晶体管T1及它的负载发光二级管D1的限流电阻R1，耦合元件R3，C2组成；同样倒相放大器2由T2、D2、R4

10、及R2、C1组成。倒相放大器1的输出端T1的集电极经耦合元件R2、C1与倒相放大器2的输入端T2的基极相连，同样T2输出信号经R3、C2耦合至T1的信号输入端，形成两级倒相放大器相互之间强烈的正反馈，产生自激振荡，使T1、T2轮流导通或截止，使D1和D2点亮熄灭，如果示波器观测T1、T2集电极输出信号的波形，是占空比为1:1的矩形波，见图1（b）。R3、C2和R2、C1的时间常数决定多谐振荡器振荡的周期或频率。即 T1=R3C2ln2=0.7R3C2T2=R2C1Ln2=0.7R2C1T=T1+T2=0.7(R3C2+R2C1) 通过改变定时电容器C1、C2的大小，或微调定时电阻器R2、R3的

11、电阻值。若R3、C2与R2、C1不等，将产生在同一周期内两个宽度不等的矩形波，使发光二极管亮灭时间不在均等。两个集电极波形图：图 如图3.2.1上下分别为T1、T2集电极输出波形，其占空比为1:1.也可以理论计算出，l T1=R3C2ln2=0.7R3C2=0.730k4710(-6)l T2=R2C1ln2=0.7R2C1=0.730k4710(-6)l T=T1+T2=0.7(R3C2+R2C1)= 0.760k4710(-6)它是由于两个电容器交替冲放电使两个晶体管交替导通和截止，使电路自动地从一个状态翻转到另个状态，晶体管的导通使两个发光二级管在等间隔时间中轮流点亮熄灭。若R3、C2与

12、R2、C1不等，将产生同一周期内两个宽度不等的矩形波，是发光二极管的发光不再均等。图 3.2.2 如图所示，白线图为T1集电极的输出波形（即A1点电压波形），绿线为T2集电极输出波形（即A2点电压波形），两个三极管交替导通与截止。蓝线为T1基极的输出波形，红色为T2基极输出波形。以T1集电极波形为参考看起，上图正如以下的正反馈循环过程：iC1uR1uA1ub2ib2iC2uR4uA2- ib1ub1致使T1迅速饱和，VC1由+EC突变到接近于零，uA1为低电平；T2迅速截止，迫使BG2的基极电位VB2瞬间下 降到接近-EC，uA2为高电平。3.3 元器件三极管T1及T2可选用C1815或901

13、4 或开关3DK等，三极管的放大系数应大于60；电源电压Ec为3V；两个发光二极管；电阻 200和30K的各两个；电容 47u 两个；3.4 电路仿真在仿真电路中，选器件还比较简单，所以在以后难的电路中要多下功夫，首先掌握电路原理，知道各器件的作用，头脑清楚连接电路图。4 结束语在此设计中，虽然第一次课程设计比较简单，但也有很多问题对于我来说。比如，模电中的三极管的工作原理，电容的充放电。通过此次设计熟悉了设计的基本方法和步骤，并巩固了相关的理论知识。充分理解到数字、模拟电路等电子电路在现今生活的方方面面的重要作用。还有就是这次模数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在周老师

14、的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在周老师的身上我学得到很多实用的知识。总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐. 这次模数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑放大电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。另外，我们还更加充分的认识到，模拟电路这门课程在科学发展中的至关重要性2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我

15、们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的晶体管的设计，开始并不知道其开启电压，但是经仿真测试和同学讨论后，理解了它的的基本原理后，很快的设计了电路原理图。5 致谢在这次课程设计中，首先很感谢周老师 能不时的指导，我在设计的过程中才慢慢掌握技巧，终于赶交作品之前完成了，还有非常感谢在电路出问题时，焊接时同学的帮忙。电路出问题时他们饿了都顾不得吃饭希望赶紧把问题找出来，有他们的帮助，我这次还算可以。再一次感谢他们。参考文献1. 童诗白,华成英

16、. 模拟电子技术基础. 北京:高等教育出版社.2001.62. 余孟尝. 数字电子技术基础简明教程. 北京:高等教育出版社.1999.23. 翁树光. 电子技术实验. 西安.陕西科学技术出版社.2000.54. 阎石. 数字电子技术基础.北京:高等教育出版社.1998.95. K. Benkird, A. Benkrid and S. Belkacemi .Efficient FPGA hardware development: A multi-language approach .Journal of Systems Architecture, 2007(04):184-2096. Altera, Novas Team for FPGA Visibility Enhancement .Electronic News (North America).2006,