电子调光控制器的设计报告 (2)(2020年九月整理).doc

电子技术课程设计报告

题目：电子调光控制器的设计报告

学生姓名：杨康宁

学生学号： 1314030235

系别：电子工程学院

专业：通信工程

届别： 13级

指导教师：廖晓纬

电子调光控制器的设计

学生：杨康宁

指导老师：廖晓纬

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

设计可控硅控制的照明灯光调光电路。

1.2课程设计的要求

在220V市电电压作用下，照明灯泡受规律控制。

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。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。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。在晶闸管

的阳极和阴极正偏置一个周期内，触发后至正偏置为零的区间的宽度称为导通

角，通过改变导通角的大小控制晶闸管输出电压大小，以弱电控制强电，从而使

灯泡两端电压改变以达到控制照明亮度的效果。

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 原理框图

灯泡

电源整流电路晶闸管脉冲信号发生器

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。

图1 可控整流电路

如上图所示，由四个二极管构成整流桥，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。

图2 晶闸管D5输出电压波形

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。

图3脉冲单元电路

上图为脉冲单元电路的电路图，电路中Q 1、Q 2构成互补振荡器来触发晶闸管下图为互补振荡器原理图。 b2

e

Q1

e

b2

Q2

R1

b1

图4互补振荡器原理

上图即为互补振荡器原理。

对于图4脉冲单元电路先令R 6为一固定值，且令R=R 2+R 6（固），接通电源，则有两路电流流通。电流I R 经电阻R 对电容C 1进行充电，充电时间常数为R C ,电容C 1上的电压U C 按指数规律上升。在电容上电压上升到管子的峰值电压UP 时，单结晶闸管D 5截止，所以当电容C 1处以充电过程时，R 5两端没有脉冲输出。 当U C 上升到U P 时，管子E-B 1和E-B 2结突然导通，电容C 1通过E-B 1和E-B 2结

和R

3回路放电，由于管子导通后R

B1

，R

B2

急剧减小，R

3

又很小，所以起始电流很

大，I

E 由几微安跃变到几十毫安，使R

5

两端电压U

5

产生跳变。随着电容的放电，

U C 按指数规律下降，降到谷点电压 U

V

时，管子又重新截止，放电过程结束，I

E

约等于零，R

5

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C

1

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U

C

的连续锯齿波和负载电

阻R

5上电压U

5

的间断尖顶脉冲波。如下图所示。

图5 R5脉冲波形和C1锯齿波

上图通道A为R

5脉冲波形，通道B为C

1

波形。

为了使次电路能产生连续震荡，必须保证在电容C

1

的充放电过程中单结晶体管能够可靠地导通和截止。

3.2 系统整体电路图

图6 整体电路

图7 晶闸管D5输出波形和C1波形

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multisim 10版本。利用Multisim 10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

的阻值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R

6

导通角也会变化，如下图。

改变，晶闸管D

5