小夜灯电子设计报告
院系：电气工程学院 专业：10自动化
姓名：
班级：3 学号：201042111
目 录
1 课程设计的目的 ................................... 3 2 课程设计的任务和要求 .............................. 3 2.1 熟悉并掌握电子设计的流程和技能 ................. 3 2.2 设计用于夜间照明的微亮小夜灯 ................... 3 2.3 应用220v交流电源 ............................ 3 2.4 串联大电阻限流 ............................... 4 2.5 应用限流电路、整流电路、滤波电路等 .............. 4 3 设计方案与论证 ................................... 4 3.1 设计方案 .................................... 5 3.2 电路论证 .................................... 5 4 设计原理及功能说明 ................................ 6 4．1 原理 ...................................... 7 4.2 选择和运用 ................................. 8 4.3 基本概念 ................................... 9 4.4 工作原理 .................................. 10 4.5 电路分类 .................................. 10 4.6 电路作用 .................................. 11 5 单元电路的设计 .................................. 11 6 主要元器件说明 .................................. 12 7 硬件制作与调试 .................................. 12 8 总结........................................... 12
参考文献 ......................................... 13 附图一........................................... 13 附图二........................................... 13
1 课程设计的目的
产品名称为小夜灯，很显然它是用来解决夜间照明用的。夜晚的黑暗对人
的正常生活造成诸多不便，很多的地方需要光照，如楼道、洗手间、卧室等，普通照明灯光照强、功率高，不经济和环保，这就为小夜灯提供了舞台，小夜灯光照弱、功率小，即解决了实际需要，又经济环保，在生活中广泛应用。
我们设计的小夜灯正是应用它的经济环保等特点来解决实际问题的。实际生活中有很多地方应用的照明灯功率较高，希望小夜灯能替代它们。
2课程设计的任务和要求
2.1 熟悉并掌握电子设计的流程和技能
电子设计是一项应用很广的技术，也是大学生应当掌握的技术，它不仅能提
高大学生素养，对以后的毕业创业也很有帮助。
2.2 设计用于夜间照明的微亮小夜灯
设计微亮小夜灯用于夜间照明，解决实际中的照明需要。
2.3 应用220v交流电源
考虑到用电池作为电源不方便，要买电池进行更换，而插座则可随时使用很方便，所以选用220v交流电源。
2.4 串联大电阻限流
由于电源采用220v交流电源，而最终用于发光的二极管所需电压电流较小，所以串接大电阻限流。
2.5 应用限流电路、整流电路、滤波电路等
电子设计中用到限流电路进行限流以获得小电流，整流电路得到直流电源， 滤波电路获得电压稳定的直流电，从而给发光二极管供电，实现照明功能。
3 设计方案与论证
电路图如下：
3.1 设计方案
电路图如上所示。此电路图即为小夜灯的设计电路图，采用了220v交流
电源，限流电路，整流电路，滤波电路等电路。从方便性上考虑，此设计方案采用220v交流电源，因为它可以随时用随时插电源，而若采用电池供电，则存在买电池更换电池的麻烦。小夜灯的设计，最终的目的是发光，发光载体是三个二极管，所需电流电压都较小。为了获得小电流，该设计方案串联接入一个大电阻，其阻值达到了2.2M。用于发光的载体二极管具有单向导通性，为使其连续发光应接直流电源，所以设计方案中采用了整流电路，用以获得直流电，但整流电路获得的直流电的电压大小呈脉动波形，所以该设计方案中又加了一个滤波电路，用来获得电压平稳的直流电，得到的直流电供三个串联的二极管发光。
3.2 电路论证
电路是否符合要求，是否能达到设计目的，下面进行论证。总的来说，该
电路采用串联方式，在此基础上并联了两个电容，接了一个整流电路。接入交流电源，大电阻限流，整流电路整流获得直流电，滤波电路得到电压稳定直流电，得到的直流电供二极管发光，开关用来通断电路。总体来说，该电路符合要求，并没有明显问题，可以实现设计目的。综上所述，该电路正确，可以放心使用。
4 设计原理及功能说明
电路图如上所示。
由电路图可以看出，该电路总体采用了串联方式，在此基础上并联两个
电容c、1c2,又接了一个整流电路，该整流电路由四个二极管组成。
该电路的工作原理是这样的，它的供电电源是220v交流电源，而这个电
路设计的最终目的是照明，发光照明的载体是三个串联在一起的二极管，二极管的导通电压是0.7v,三个串联在一起的发光二极管的导通电压也不过是2.1v,所以为了使三个二极管正常工作，需要限流电路获得小电流，整流电路获得直流电，滤波电路获得电压稳定的直流电。对于限流电路，该电路采用了串联大电阻的方式，该大电阻的阻值2.2M,完全可以达到限流作用，但由于该电阻阻值很大，它
的阻抗也非常大，可能影响电路导通，为了得到一个低阻抗通路，在大电阻R1两端并联了一个电容C1，从而得到了低阻抗通路。但如果供电电源是直流电，不能并联电容获得低阻抗通路，因为电容具有阻止直流通过交流，阻低频通高频的特殊性能。通过这个限流电路，获得了小电流。该电路的最终目的是使三个串联在一起的三个发光二极管发光，二极管具有单向导通性，接入交流电不能使其连续发光，所以这里需要一个整流电路使交流电源转变为直流电源。
下面具体介绍一下桥式整流电路。
4．1 原理
桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、D1、Rfz 、D3通电回路，在Rfz 上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz 、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。
工作原理
如此重复下去，结果在Rfz 上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。 桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。
半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。
桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。
桥式整流电路图
桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步骤。 桥式整流器 BRIDGE RECTIFIERS，也叫整流桥堆。
桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反向峰值电压从50V到1000V。
4.2 选择和运用
需要特别指出的是,二极管作为整流元件,要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当,则或者不能安全工作,甚至烧了管子;或者大材小用,造成浪费。
桥式整流电路演示电路
电路中运用桥式整流电路获得了直流电，但获得的直流电的电压大小并不是稳定的，二极管的导通电压是0.7V，三个串联在一起的二极管的导通电压也不过是2.1V,所以要使三个二极管安全稳定的发光，两端必须要有稳定的电压。整流之后的电流虽然是直流电，但是它的电压不稳定，呈脉动波形，为了获得稳定平稳的电压，需要有一个滤波电路。
该滤波电路的组成是在三个串联的二极管两端并联一个电容C2,其工作原理是这样的，当电容两端电压增大时，电容充电，电容两端电容减小时，电容放电，从而使电容两端电压平稳，三个串联的二极管两端的电压也就平稳了，即三个发光二极管获得了电压大小平稳的直流电，从而正常发光。二极管发光功能得以实现。
下面介绍一下各种滤波电路。
4.3 基本概念
滤波电路
滤波是信号处理中的一个重要概念。滤波分经典滤波和现代滤波。 经典滤波的概念，是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念。根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。[1-2]
4.4 工作原理
当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的
变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。
在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。只有在RL>>ωL时才能获得较好的滤波效果。L愈大，滤波效果愈好。 另外，由于滤波电感电动势的作用，可以使二极管的导通角接近π，减小了二极管的冲击电流，平滑了流过二极管的电流，从而延长了整流二极管的寿命。[3]
4.5 电路分类
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。若滤波电路元件仅由无
源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。
无源滤波电路
无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频
率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者大电流负载时采用LC（电感、电容）电路滤波。
有源滤波电路
有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场
合。有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用，同时还可以进行放大。但电路的组成和设计也较复杂。有源滤波电路不适用于高电压大电流的场合，只适用于信号处理。
根据滤波器的特点可知，它的电压放大倍数的幅频特性可以准确地描述该电路属于低通、高通、带通还是带阻滤波器，因而如果能定性分析出通带和阻带在哪一个频段，就可以确定滤波器的类型。
识别滤波器的方法是：若信号频率趋于零时有确定的电压放大倍数，且信号频率趋于无穷大时电压放大倍数趋于零，则为低通滤波器；反之，若信号频率趋于无穷大时有确定的电压放大倍数，且信号频率趋于零时电压放大倍数趋于零，则为高通滤波器；若信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数均趋于零，则为带通滤波器；反之，若信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数具有相同的确定值，且在某一频率范围内电压放大倍数趋于零，则为带阻滤波器。[4]
4.6 电路作用
滤波电路作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。[5]
5 单元电路的设计
该电路可以说是由三个单元电路组成：限流电路，整流电路，滤波电路组成。限流电路主要是串联一个大电阻，整流电路应用桥式整流电路，实现交流变直流，滤波电路并联一个电容，获得电压大小平稳的直流电。
6 主要元器件说明
在限流电路中，有一个主要元器件大电阻R1,其阻值高达2.2M,用来限流获得小电流，又并联一个电容C1获得低阻抗通路。在整流电路中，四个二极管组成桥式整流电路，实现交流到直流的变换。在滤波电路中，并联了一个电容C2,利用其充放电特性稳定电压，供二极管正常发电。
7 硬件制作与调试
产品的调试，即是产品的故障排除，方法有：1、直接观察法 就是不 用任
何仪器，利用人的砚、听、嗅、触等手段来发现问题，寻找和分析故障。 直接观察包括不通电检查和通电观察。2、用万用表检查静态工作点，就是 电路图的供电系统、电子管或半导体三极管、集成块的直流工作状态、线路 中的电阻值等都可以用万用表测定，当测得值与正常值相差较大是，经过分 析可找出。3、对比法即怀疑某一电路存在问题时，可将电路参数与工作和 相同的正常电路中的参数进行一一对比，从中找出不正常情况，进而分析故 障原因，判断故障点。4、部件替换法 5、路旁法 6、短路法 7、断路法
8 总结
通过这一星期的电工技术实训，我得到了很大的收获，这些都是平时在课堂理论学习中无法学到的，我主要的收获有以下几点： ．掌握了电工工具的使用， 导线与导线的连接方法， 导线与接线柱的连接方法， 了解了电路安装中走线、 元件布局等基本常识； 2．了解了一般简单元器件的安装方法。3．本次实训大 大增强了我们的团队合作精神，培养了我们的动手实践能力和细心严谨的作风。 这一个星期的时间，我学到了很多东西，不仅有学习方面的，更学到了很多 做人的道理，对我来说受益非浅。作为一个刚踏入社会的年轻人来说，什么都不 懂，没有任何社会经验。不过，在老师的帮助下，我们能很快融入另一个新的环 境，这对我今后踏入新的工作岗位是非常有益的。除此以外，我还学会了如何更 好地与别人沟通， 如何更好地去陈述自己的观点， 如何说服别人认同自己的观点。 相信这些宝贵的经验会成为我今后成功的最重要的基石。 实训是每一个大学生
必 须拥有的一段经历，它使我们在实践中了解更多，让我们学到了很多在课堂上根 本就学不到的知识，也打开了视野，增长了见识，为我们以后更好地服务社会打下了坚实的基础。
参考文献
［1］张金.电子系统设计实战.北京：电子工业出版社，2011.1
［2］薛居宝，杨善迎.电子产品﹑电路设计与创新.天津:天津大学出版社，2010.1
附图一
附图二
序号 1 2 3 4
名称 电阻 电容 整流二极管 发光二极管 型号规格 2.2M 270 334 10uf 1N4004 位号 R1 R2 C1 C2 D1 D2 D3 D4 LED1,2,3
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