电子电路基础1课程设计【目录】 1.稳压电路的设计p12.声光开关电路p41 稳压电路的设计【题目】设计一个稳压电路，画电路原理图并且仿真。

要求输出电压5 V ，最大输出电流≥200 mA 。

希望采取各种技术手段（如采用稳压二极管、各种集成稳压电路等），提高稳压电路的性能。

给出设计电路的输出电阻、稳压系数O OI IU U S U U ∆=∆（I U 和O U 分别是输入电压和输出电压）和纹波电压。

1.1 设计思路一个稳压电路应该包括整流、滤波和稳压电路。

如图1.1.1及图1.1.2所示。

本设计辅以变压器等元件，采用桥式整流电路进行整流，采用滤波电容进行滤波，采用LM7805集成稳压块进行稳压。

根据这些条件可以设计出以下简单的稳压电路图。

1.2 电路设计1.2.1 电路结构图图1.2.1 稳压电路设计电路结构图图1.1.1 稳压电路结构框图图1.1.2 各部分输出波形示意图1.2.2 各元件参数设计及功能说明①由电压源Vs 输入220V 50Hz 的正弦交流电。

由于Pspice 不支持电压源直接与变压器相连，因此引入Rs ，其作用可忽略不计。

采用XFRM_linear 变压器TX ，将电压比设为22：1，即左右侧电感值的比值为484：1。

②型号为D1N4148的二极管D1-D4组成的桥式整流电路对电压器次级线圈输出的信号进行整流。

滤波电容选取时要求τ≥(3~5)T/2，其中T ＝0.02s 为交流电信号的周期。

由τ=R L C 知需要较大电容，故选取C ＝2.2mF ，其中C 、C1、C2分别为稳压部分的输入和输出滤波电容，C1的作用为尽量减少高频信号的影响。

③LM7805是常见的三端稳压集成电路，有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端，其输出是正5V 的直流电压。

由于其极限输入电压是36V ，最低输入电压比输出电压高3-4V ，此外还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗，所以一般输入为9-15V 之间。

而经电压比为22：1的变压器、桥式整流电路及滤波电容滤波的信号处于这一范围内，因此符合要求。

④为使最大输出电流I Omax ≥200mA ，可变电阻RL 的阻值选取为R L =20Ω。

为确保负载电阻不烧毁，应选择功率为1.5W 以上的电阻。

当输出电流较大时，应在LM7805上加散热片。

此外，普通7805的极限电流为1.5A ，为避免元器件损坏，使用时负载电流不能过大。

U O 为输出电压。

1.2.3 输出波形采用瞬态分析仿真，得到输出电压及输出电流波形图。

观察到I O 约为250mA ，符合要求。

图1.2.3 滤波后电压信号U 2、输出电压U O 、输出电流I O1.3 性能仿真1.3.1输出电阻在输入电压U i 保持不变的情况下，输出电阻R O =∆U O ∆I O。

因此在负载电阻不同的情况下分别仿真，得到如下结果：表1.3.1 不同负载电阻下输出电压及输出电流的平均值在软件中做图，得到输出信号的伏安特性曲线，如图1.3.1。

图1.3.1不同负载下输出电压电流关系及线性拟合表对图1.3.1进行线性拟合，读出其斜率slope ，其绝对值即为输出电阻。

输出电阻R O = 9.14 × 10-3 Ω1.3.2 稳压系数由稳压系数O OI IU U S U U ∆=∆（I U 和O U 分别是输入电压和输出电压），故在不同的输入电压下进行仿真，一般采取输入电压即市电的±10%。

不同输入电压下输出电压结果如下：表1.3.2 不同输入电压下的输出电压在软件中做图，得不同输入电压下的输出电压关系图如图1.3.2。

图1.3.2 不同输入电压下的输出电压关系图及线性拟合表对图1.3.2进行线性拟合，读出其斜率slope ，即为稳压系数。

稳压系数S = 3.2 × 10-6 V/V1.3.3 纹波电压绘出输出电压波形图，如图1.3.3所示。

图1.3.3 输出电压及测量纹波电压图将图放大，至可清晰地读出纹波电压的峰值。

从图中读得峰值电压为4.994743V ，谷值为4.994663V 。

故纹波电压为0.00008V ，即80μV 。

1.4 元器件清单表1.4.1 稳压电路元器件清单表2 声光开关电路【题目】利用门电路设计一个声光自动控制开关电路。

任务：一个声光控制延时开关电路包含光传感器和声传感器，当楼道内外界光线亮度低于一定值时，光传感器工作。

当楼道内声音大于某一定值时，声传感器工作。

只有当光和声传感器同时工作时楼道电灯才会持续点亮。

主要要求：①合理选择集成门电路，查手册确定所用门电路的性能特点及管脚排列。

②画出电路原理图并且仿真。

图2.1.2 光控可变电阻2.1 设计思路本开关电路内的关键点在于声控、光控、信号合成及延时四个部分。

声音信号和光信号分别通过声控模块和光控模块转化为电信号，之后经门电路进行合成，输入到延时模块，并将延时模块输出到电灯工作电路的压控开关，以此控制电灯的工作状态。

2.1.1 声控模块声控模块一般可以使用驻极体话筒，即一个恒电荷Q 的电容器，当声音震动话筒膜时，使得其电容值改变，进而改变其两端电压。

本设计中采用一个脉冲电压源对声控模块进行等价替代，即当有声音震动时，产生正向脉冲电压信号。

脉冲波信号幅度为+5V ，宽度为0.1s 。

2.1.2 光控模块光控模块一般可以使用光敏电阻控制，常用的光敏电阻器由半导体材料制成的。

光敏电阻的阻值随入射光线的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M 欧,在强光条件下，它的阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。

本设计中采用一个可变电阻对光敏电阻进行等价替代，在黑暗条件下，其阻值为10M Ω（set = 10000），在强光条件下，其阻值为1k Ω（set = 1）。

2.1.3 合成模块本设计中采用与非门对声光模块产生的信号进行合成。

逻辑为C =AB̅̅̅̅。

即当且仅当声、光信号同时发出（光敏电阻为暗阻、声控电压源输出正向脉冲波），1、2端为高电平时，端口3输出为低电平。

其余情况，端口3输出为高电平。

2.1.4 延时模块延时模块主要由555定时器构成。

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，它成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

本设计中采用单稳态触发器的应用电路。

图2.1.4为由555定时器和外接定时元件R 、C 构成的单稳态触发器。

D 为钳位二极管。

稳态时555电路输入端处于电源电平，输出端V o 输出低电平；当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi 端。

并使2端电位瞬时低于1/3VCC ，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C 开始充电，Vc 按指数规律增长。

当Vc 充电到2/3VCC 时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo 从高电平返回低电平，放电开关管重新导通，电容C 上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定。

暂稳态的持续时间T w 决定于外接元件R 、C 的大小。

T w = 1.1×R×C 。

在黑暗条件下，假设楼道内电灯在接受到声信号后需要持续点亮1分钟（即T w = 60s ），故设Rt = 2.48M Ω，Ct = 22μF ，电灯持续点亮的理论时间T w = 1.1 × Rt × Ct = 60.016 s 。

图2.1.1 声控脉冲电压源 图2.1.4 单稳态触发器原理图 图2.1.3 与非门2.2 电路设计2.2.1 电路结构图图2.2.1 声光控制延时电路结构图555B：555定时器74LS00：与非门R_light：光控可变电阻RL：电灯等效电阻S：压控开关V_sound：声控脉冲电压源Vcc：电源电平Vs：220V交流电源2.2.2 各元件参数设计及功能说明①+5V电压源Vcc、光控可变电阻R_light和分压电阻R0构成分压电路.有光情况下R_light = 1kΩ（set = 1），U A为低电平；黑暗下R_light = 10MΩ（set = 10000），U A为高电平。

②V_sound为声控脉冲电压源，假设在t = 20s时有声音信号输入，即脉冲电压源在t = 20s（即设置延迟参数TD = 20）时发出宽度为0.1s、幅度为+5V的脉冲电压信号，在这个时间区间内U B为高电平。

其余时间，U B为低电平。

③经与非门74LS00合成的信号由555定时器2端口输入。

接收到信号后，在设定的延时间隔（T w = 60s）内，3端口输出电平U O为高电平，其余时间内为低电平。

④输出电平控制压控开关，当U O ≥ 3V时，开关闭合；U O≤ 0.5V时，开关断开。

从而控制由220V 交流电源、电灯L组成的电灯工作电路的状态。

设楼道照明使用普通100W白炽灯，其等效电阻RL = 484Ω。

2.3 性能仿真2.3.1 有光条件有光条件下，R_light = 1kΩ（set = 1）。

采用瞬态分析，得到U O及IL波形图，如图1.3.1。

注意到纵轴单位为1mV或1mA，即说明有光条件下，555定时器输出信号及通过电灯L的电流趋近于0，及电灯处于不工作状态。

图2.3.1 有光条件下U O及IL波形图2.3.2 黑暗条件黑暗条件下，R_light = 10MΩ（set = 10000）。

采用瞬态分析，观察声音信号输入时与非门两端的信号如图1.3.2a。

图2.3.2a 黑暗条件下与非门A、B、C端电平从图中可以看到，在20s时，与非门输出端口C为低电平，符合要求。

该电平输入到555定时器，并引起输出信号U O的变化。

观察0-90s的情况，得到U O及IL的波形图，如图1.3.2b。

图2.3.2b黑暗条件下U O及IL波形图从图中可以看到，20s～81s的区间内，电灯工作，之后自动关断。

可以看到电灯持续点亮的时间比理论值略长，这一现象可能是电路其他参数造成。

但考虑到延长的时间较短，因此基本可以认为电路符合要求。

同样地，我们可以改变Rt及Ct的大小，从而得到不同的延时间隔，使电灯在任意的时间间隔内工作后自动关断。

2.4 元器件清单表2.4.1 声光开关电路元器件清单表。