郑州科技学院《模拟电子技术》课程设计题目学生姓名专业班级学号院（系）指导教师完成时间目录1课程设计的目的 (1)2 课程设计的任务与要求 (1)3设计方案与论证 (2)3.1 设计方案 (2)3.2 设计论证 (3)4设计原理及功能说明 (4)4.1 设计原理 (4)4.2工作原理图当中各个元器件的功能说明 (5)5 单元电路的设计及说明 (6)5.1 主电路的说明 (6)5.1.1 主电路核心器件的说明 (6)5.1.2 主电路的设计及分析 (7)5.2 驱动电路介绍说明 (9)5.2.1 驱动电路核心器件介绍 (9)5.2.2 驱动电路的组成及说明 (13)6硬件的安装与调试 (15)6.1 晶闸管调光电路的安装 (15)6.2 晶闸管调光电路的调试 (15)6.3 晶闸管调光电路故障分析及处理 (15)7 总结 (16)参考文献 (17)附录1：总体电路原理图 (18)附录2：元件清单如下表： (19)1课程设计的目的课程设计是课程的总结性教学环节，是培养我们综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一实际问题的基本训练，加深对该课程知识的理解。
在整个教学计划中,它起着培养我们独立工作能力的重要作用。
通过本课程设计, 主要训练和培养我们的查阅资料，方案的选择的能力。
2 课程设计的任务与要求1. 课程设计的任务本课程设计的任务主要是利用晶闸管所受电压的大小，调节发光二极管的亮度，并且比较一些元器件实际输出波形与理论波形的区别。
同时，也让我从实际动手当中知道在制作过程中常见一些困难，及解决这些困难的方法。
2. 课程设计的要求本课程设计主要是对工作原理方面、制作工艺方面等方面作出要求具体如下所述（1）工作原理要求：对整流之后加在晶闸管两端的电压的大小进行控制调节，其驱动调节的工作要求如下：1）触发信号要有足够的功率。
2）触发信号波形应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能的陡，以使元件再触发导通后阳极电流能迅速上升超过擎住电流而导通。
3）为使晶闸管在每个周期都在相同的控制角触发导通，触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，且脉冲与电源波形保持固定的相位关系。
4）晶闸管的误导通往往是由于干扰信号进入门极电路而引起的，因此需要对触发电路进行屏蔽、隔离等抗干扰措施。
防止干扰与误触发（2）制作工艺要求：1．注意元件布置要合理。
2．焊接应无虚焊、错焊、漏焊，焊点应圆滑无毛刺。
3．焊接时应重点注意二极管、稳压管、单结晶体管、晶闸管等元件的管脚。
3设计方案与论证3.1设计方案本课程设计采用控制输出电压波形的面积的大小，来达到对LED调光的目的。
其中有两种方案可以应用：第一种方案是在晶闸管的阳极串上一个滑动变阻器，调节滑动变阻器阻值的大小来改变LED的亮度。
第二种方案是在单结晶体管的发射极上串上一个滑动变阻器，调节滑动变阻器阻值的大小就相当于间接调节驱动信号相位角的大小，即改变输出电压的大小，从而调节了LED的亮度。
本电路设计采用了第二种方案，本方案电路设计主要有主电路和驱动电路（单结晶体管触发电路）两部分电路组成，其中主电路是由变压器、桥式整流电路、稳压电路、晶闸管、限流电阻等部分组成，驱动电路是由单结晶体管、电容，滑动变阻器、电阻等部分组成。
具体设计如下3-1图所示：图3-1总体设计方案方框图3.2设计论证本课程设计的论证介绍有以下几个方面：1)主电路采用单个晶闸管的单相桥式可控整流电路，电路的负载是LED灯，它与晶闸管串联。
2)驱动电路（单结晶体管触发电路）电源是由主电路桥式整流输出，经稳压管电路削波后得到的梯形波电压。
3)触发脉冲形成过程：梯形波电压经电阻对电容C充电，当C两端电压上升到单结晶体管峰点电压U p时单结晶体管由截止变为导通，此时，电容C就通过e—b1，电阻迅速放电，放电电流在电阻上产生一个尖顶脉冲，随着C的放电，当C两端电压降至单结晶体管谷点电压Vr时，单结晶体管重新截止，电容C又重新充电，重复上述过程，在电阻两端就输出一组尖脉冲（在一个梯形波电压周期内，脉冲产生的个数是由电容C充放电的次数决定）。
在周期性梯形波电压的连续作用下上述过程反复进行。
4）脉冲的同步当梯形波电压过零时，电容C两端电压也降为零，因此电容C每次连续充放电的起始点也就是主电路电压过零点，这样就保证了输出脉冲电压的频率和电源频率同步。
5)脉冲移相在一个梯形波电压作用下，单结晶体管触发电路产生的第一个脉冲就能使晶闸管触发导通，衙面的脉冲通常是无用的。
由于晶闸管导通的时刻只取决于阳极电压为正半周时，加到控制极第一个触发脉冲的时刻，因此，电容C充放电过程越快，第一个脉冲出现的时刻越早，晶闸管的导通角也就越大，整流输出的平均电压也就越高，反之，如电容C放电越慢，第一个脉冲出现的越迟，整流输出的平均电压也就越小。
由此，只要改变滑动变阻器R p的大小就可以改变电容C的充电速度，也就改变了第一个脉冲出现的时刻，这就起到了脉冲移相的目的。
4设计原理及功能说明4.1 设计原理本课程设计原理如下所述，电路接通交流220V电源，电源经变压器降为12V交流电，12V电源经D1~D4整流后得到10.8V 的直流电源供给负载和驱动电路，当10.8V经过稳压管是会产生一个梯形波，在这个梯形波电压作用下，驱动电路（单结晶体管触发电路）产生的第一个脉冲就能使晶闸管触发导通，衙面的脉冲通常是无用的。
由于晶闸管导通的时刻只取决于阳极电压为正半周时，加到控制极第一个触发脉冲的时刻，因此，电容C充放电过程越快，第一个脉冲出现的时刻越早，晶闸管的导通角也就越大，整流输出的平均电压也就越高，反之，如电容C放电越慢，第一个脉冲出现的越迟，整流输出的平均电压也就越小。
由此，只要改变滑动变阻器R p的大小就可以改变电容C的充电速度，也就改变了第一个脉冲出现的时刻，这就起到了脉冲移相的目的。
工作原理图4-1图所示：图4-1工作原理图4.2工作原理图当中各个元器件的功能说明D1-D4组成桥式整流提供直流电源R1 —限流电阻R2—温度补偿电阻R3—形成并输出脉冲R4—保护电阻R p—移相控制，改变Rp大小就能改变电容C的充放电时间C—充、放电D8—控制电容的充、放电及脉冲形成D9—削波、稳压D7—保护单结晶体管，使前极对后极不产生影响5 单元电路的设计及说明本电路设计有主电路和驱动电路两部分组成，具体说5.1和5.2所述：5.1 主电路的说明5.1.1 主电路核心器件的说明1.晶闸管的结构晶闸管的内部结构如5-1图所示，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。
它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件。
5-1晶闸管内部结构图图5-1晶闸管结构2.晶闸管的工作原理可控硅是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，其等效图解如5-2图所示：图5-2等效电路图当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。
此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流I b2流过，经BG2放大，其集电极电流I c2=β2I b2。
因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以I b1=I c2。
此时，电流I c2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流I c1=β1I b1=β1β2I b2。
这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使I b2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。
5.1.2 主电路的设计及分析本电路设计的主电路主要是由变压器、桥式整流电路、稳压管、晶闸管、LED灯等组成。
具体如5-3所示：图5-3主电路整流电路是由四个普通型二极管组成。
由整理桥可得波形如下5-4图（左为实际波形，右为理论波形）所示：图5-4整流波形该波形同时也是控制角等于0时输出电压波形，整流后得到电压为U=0.9*U2=0.9*12=10.8V稳压电路是由一个12V的稳压二极管独立构成。
由稳压电路可得波形如5-5图（左为实际波形，右为理论波形）所示：图5-5稳压波形5.2 驱动电路介绍说明5.2.1 驱动电路核心器件介绍1．单结管结构单结晶体管结构示意图如图5-6（a）所示。
在一块高电阻率的N型硅半导体基片上引出两个电极：第一基极b1与第二基极b2。
这两个基极之间的电阻R bb即是基片的电阻，约2～12 kΩ。
在两基极之间，靠近b2极处设法掺入P型杂质铝，引出电极称为发射极e。
所以，它是一种特殊的半导体器件，有三个引出端，只有一个PN结，故称单结晶体管，又称双基极二极管。
其等效电路、符号与管脚如图5-6（b）、（c）、（d）所示，R b1、R b2分别为e极与b1、b2之间的基片电阻。
图5-6单结管的结构与符号2．单结管的特性和工作原理将单结管接成下图所示电路，称U bb 为基极电压，U e 随发射极电流变化，称为发射极电压。
（1）当S 1断开，S 2闭合时，外加基极电压U bb 由R b1和R b2分压，则管子A 点对b1点之间的电压U A 为 (1) 当S 1断开、S 2闭合时，外加基极电压U bb 由R b1、R b2分压，则管子中A 点对b 1点之间的电压U Abb bb b b b A U U R R R U η=+=121（A 点在管子内部，无法直接测量）（4-1）式中η单结晶体管分压比，由管子内部结构决定，通常在0.3～0.9之间。
式中η为单结管分压比，由管子内部结构决定，通常在0.3～0.9之间。
图5-7单结管试验电路(2) 当U bb断开，I bb=0，闭合S1加上U e时，二极管VD与R b1组成串联电路。
发射极电压与电流的伏安特性如图5-7中最下边一条曲线所示，与二极管正向特性接近。
(3) 若管子加上一定的基极电压U bb(10 V),U e从零开始增大，当U e<U A=ηU bb时，二极管VD反偏，只有很小的反向漏电流，I e 为负值。
当U e增大到与U A相等时，二极管VD零偏，I e=0，对应于图5-8中曲线①上b点。
当U e再增大，U e<U A+U D（U D为二极管VD的导通压降），通常为0.7 V时,二极管VD开始正偏,但还未充分导通，大于零，不过数值很小。
当U e继续增大，达到U P值（U P=ηU bb+U D）时，则二极管VD充分导通,I e显著增大。
由于发射极P区的空穴不断注入N区，使N区R b1段中的载流子大量增加，阻值迅速减小。