XUEHAO-XINGMING-用Multisim设计闪光灯电路的一点体会

用Multisim设计闪光灯电路的一点体会周****5********F******摘要：利用一阶电路的充电和放电，通过储能元件电容器的充电和放电的控制，可以实现闪光灯的功能。控制灯泡亮与灭的参数是电容器两端的电压，其功能可以通过晶体三极管、发光二极管、电容器和电阻等一些元件组合成多谐振荡器来实现。关键词：Multisim闪光灯晶体三极管发光二极管多谐振荡器1．引言闪光灯按照预设的频率自动重复闪光，可以达到提示和预警的效果，有关自动定时闪光灯的设计具有广阔的应用背景。随着科技的发展，目前已经可以通过集成芯片技术实现闪光灯电路，但是通过利用电路基本元件设计电路，可以加深对电路理论中原理的理解和领会。2．汽车闪光灯电路的原理图1汽车闪光灯简化电路图如图1所示，设电容器两端的电压为Uc，则当开关S断开时，易知：Uc=Us设开关S闭合时为零时刻，则由换路定律可知：Uc（0+）=Us开关闭合后，由KCL：Us−UcR=CdUcdt+UcRo结合初始条件解此微分方程得：Uc=UsR+Ro(Ro+R∗e−(R+Ro)tR∗Ro∗C)通过Multisim仿真可以得到Uc的变化为：图2电容器放电时端电压变化曲线开关S闭合充分长时间后，由欧姆定律可得Uc为此时再开关其断开并把当前时刻定为零时刻，由KVL得：Us-R*C*-Uc=0结合解此微分方程，得：Uc=Us-R∗UsR+Roe−tRC通过Multisim仿真可以得到Uc的变化为：图3电容器充电时端电压变化曲线由上面的图2和图3可以明显地看出，灯泡点亮时，电容器两端电压逐渐从Us减小到，而当灯泡熄灭时，电容器两端电压逐渐从恢复到Us。根据电压的这个变化规律，可以通过特定的元件实现对灯泡亮灭的控制。3．闪光灯控制电路图晶体三极管、发光二极管、电容器这些元件都有着特定的电路特性，可以通过特定的方法把它们组合起来，使电路能够产生矩形波，从而实现对闪光的控制。在数字电路中产生矩形波一般采用多谐振荡器，它是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲。在多谐振荡器两只三极管的集电极上分别接上发光二极管，发光二极管就能够依据多谐振荡器的周期进行交替闪烁。图4所示为多谐振荡器电路。它是由两级RC藕合放大器组成，其中每一级的输出藕合到另一级的输入。各级交替地导通和截止，每次只有一级是导通的。从电路结构上看，电路通电时，Vcc加到电路，由于两只三极管都是正向偏置的，所以它们处于导通状态，电容器Cl和C2充电到近于Vcc电压。充电的路径是由接地点经过晶体管基极，又通过电容器而至Vcc电源。两只晶体管不可能完全相同，因此，即使两级用的是相同型号的晶体管和用相同的元件值，一个晶体管也会比另一个起始导电量稍微大些。假定Ql的电压下降比Q2的快一点，那么通过电阻器R2放电的电容器C2藕台图4闪光灯原理电路图到Q2基极的电压就要比由C1和Rl藕合到Ql基极的电压负值更大些，这就使得Q2的导电量减少，而它的集电极电压则相应地增高。电路的时间常数取决于C1*Rl和C2*R2，时间常数越小，转换作用越快，因此多谐振荡器的频率也就越高。在了解了多谐振荡器的基本原理之后，就可以得到如图4所示的闪光灯电路了。在图4中，R4、R5分别为发光二极管LED2和LED1的限流电阻，这里为500Ω，取值越小LED将越亮。R1、R2、R3和R6取值10KΩ。每个灯点亮的时间可以通过对R2*C1，R1*C2用公式T=0.693*R*C计算导通时间得到，电路中的电阻取不同的值，可以得到不同闪烁的频率，两边的点亮频率可以不同。4．利用Multisim仿真过程中遇到的一些问题刚开始我考虑通过电压控制性电压源和受控开关实现这个功能，图6是相对应的电路图。我以为刚开始电容器两端电压较高，开关闭合，电容器放电，电灯点亮，电容器电压降到一定程度后开关会断开，使电容器充电，然后到达一定程度后开关闭合，循环往复，可以实现闪光。可是我忽略了一点，那就是电容器重新充电时其电压来不及升高开关就又闭合了，使得电路达到平衡，电压稳定，不会发生闪光。后来想到可以用再生反馈的双晶体管实现电压震荡，从而实现闪光，这就是图4所示的电路。在用Multisim仿真的过程中，我发现电压控制性电压源在实际情况下控制端是有电流通过的，这会使与之并联的电容器慢慢漏电；另外，通过运算放大器实现的受控电源是有源器件，实验中一般用它的简化图，忽略了它的有源性就会得出错误的结果。图5闪光灯电路图图6用受控电源和受控开关实现的闪光灯电路5．结束语这次在设计的过程中想到了许多方案，理论上分析都切实可行，但通过Multisim仿真时却得到了这样那样的错误结果，而错误都出在对元件过于理想化。我想到的几个方案得到的结果都不太理想，后来通过查阅资料了解了多谐振荡器，然后通过多谐振荡器设计出了最后的闪光灯电路，通过仿真软件验证，效果非常理想。随着以后课程的深入，我会继续学习，多做改进，争取能够有所进步。6．参考文献[1]陈洪亮等电路基础高等教育出版社（2007年版）[2]张峰、吴月梅、李丹电路实验教程高等教育出版社[3]阎石数字电子技术基础高等教育出版社