音乐彩灯控制器设计报告.doc

音乐彩灯控制器设计报告 【设计目的】 通过设计过程中对问题的分析与思考、小组成员之间的密切合作，掌握电子电路的一般设计方法，并锻炼自己的学习能力和动手能力，培养良好的团结协作精神。 【设计要求】 要求电路把输入的信号分为高、中、低三个频段，并分别控制三种颜色的彩灯。 （1）高频段 2000Hz一4000Hz 控制蓝灯 （2）中频段 800Hz一1200Hz 控制绿灯 （3）低频段 50Hz一250Hz 控制红灯 （4）电源电压交流220V，输入信号的有效值为20mV。 【设计步骤】 1．电路图设计 （1）确定方案：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输。根据系统功能，选择各模块所用电路形式。 （2）确定参数:根据电路原理及设计要求确定元器件参数。 2．电路仿真、实际调试 （1）仿真：用Multisim进行电路仿真，初步调整电路。 （2）实验调试：在模电实验箱上模拟连接电路，检测是否符合技术指标，修改电路参数。 （3）焊接完成电路，最终确定电路参数。 【设计思路】 该电路初步可分为信号放大部分，滤波部分和稳压整流部分，由信号放大部分将20mv的输入信号放大，滤波部分进行分频，因为其中需要用到运放，故设计稳压整流部分将220交流电转化为22v的直流偏置作为运放的使能部分。 1.信号放大部分电路设计思路 图1 负反馈放大电路作为信号放大部分 由于晶体管的参数会随着环境温度的改变而改变，不仅放大器的工作点、放大倍数不稳定，还存在失真和干扰等问题。为了改善放大器的这些性能，常在放大电路中引入反馈环节。 故本次电路采用负反馈放大电路作为信号放大部分，其放大倍数为： Avf=1+R2/R1 (1) 2.分频滤波部分电路设计思路 （1）在滤波部分，因为三个彩灯的频率范围都有上下限，故使用带通滤波器执行这一部分功能。带通滤波器由低通与高通串接而成。 （2）相对于普通的二阶有源滤波器，sallen_key模式滤波器的带宽更宽，震荡更小，也更易于控制Q点。经小组讨论决定采用sallen_key模式滤波器。 （3）由于三个彩灯要同时控制亮度，故将三个滤波器并接组成最终的滤波部分。 （4）翻阅资料及上网搜索后得到sallen_key模式滤波器的经典电路连接方式如下图。 图2.sallen_key模式滤波器电路连接方式 其幅频特性曲线如下图。 ? 图3.sallen_key模式滤波器幅频特性 由图3可知，使用该滤波器在带宽方面的表现较好，只是因为运放输出阻抗的原因，会产生零点，导致在高频端会由-40dB/dec变成-2OdB/dec。但由于本次设计的最高频率范围只有4000HZ,故不会对彩灯信号造成太大影响。 （5）经小组成员初步仿真，决定确认滤波器实际连接方式如图4。如图，取R1=R2=R5=R,C1=C2=C,则经由电路分析可得增益公式为： Avf=1+R4/R3 （2） 中心角频率为： W0=?1.414／(RC) （3） 品质因数Q值（即f0/(fH-fL））为： Q= 1.414/（5-Avf） （4） ? 图4.初步确定的滤波器连接方式 （6）综合公式（2）（3）（4）及根据设计要求初步确定电路参数如表1与表2。 表1.由设计要求得出的电路参数 频带 （Hz） 中心频率fo （Hz） 中心角频率wo 品质因数Q 增益Avf ? 50~250 150 942 0.75 3.11≈3 800~1200 1000 6283 2.5 4.43≈4.5 2000~4000 3000 18850 1.5 4.06≈4 表2.由公式及表1所得元件参数 ? 频带Hz R C R4 R3 50~250 470 3.3u 210 100 800~1200 470 470n 350 100 2000~4000 510 147n 300 100 （7）初步确定电路参数后，便可以进行仿真验证。 3.整流稳压部分电路设计思路 （1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 （2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。 （3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。 （4）直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图5。 图5.直流稳压电路原理图 ? （