熊建平

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣東深圳518055）

《模擬電子技術(shù)》是高職電子類、機(jī)械類等專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)完該課程之后，應(yīng)達(dá)到掌握對(duì)整個(gè)課程系統(tǒng)的分析和理解的目的。但是，學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中所做實(shí)訓(xùn)都是一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立簡(jiǎn)單的小實(shí)訓(xùn)，對(duì)集合多個(gè)小實(shí)訓(xùn)的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目缺乏實(shí)踐性，所以往往對(duì)整個(gè)課程缺乏系統(tǒng)理解。因此，開發(fā)一個(gè)可讀性強(qiáng)，貼近實(shí)際生活，又不太復(fù)雜的電路系統(tǒng)是亟待解決的事情?；赑roteus壓控變色彩燈控制電路即是基于此開發(fā)出來的。

當(dāng)今文娛活動(dòng)場(chǎng)所通常都有一個(gè)變光、變色、閃爍的光源，使活動(dòng)場(chǎng)所帶來色彩斑斕、變幻迷離的感覺，增加活動(dòng)場(chǎng)所的活躍氣氛，本設(shè)計(jì)即是利用電路來模擬此種效果。根據(jù)三基色混色原理，將紅、綠、藍(lán)3個(gè)基色調(diào)和，可以得到紅、綠、藍(lán)、紫、青、黃、白、黑等多種顏色，若將紅、綠、藍(lán)3個(gè)燈泡置于一個(gè)透光的燈罩中，可使燈罩發(fā)出具有紅、綠、藍(lán)、紫、青、黃、白、黑等多種變化的顏色，從而達(dá)到變光變色并閃爍的效果。

1 開發(fā)思路

日常生活中所使用的市電是220 V，50 Hz的交流電，但整個(gè)電路中需要用直流電來供電，首先應(yīng)將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡鳛楣╇婋娫?。由于設(shè)計(jì)該電路系統(tǒng)將利用電壓比較器的比較輸出信號(hào)去觸發(fā)晶閘管，需產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓，而基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生由555定時(shí)器完成，可以得到一個(gè)近似鋸齒波波形，此波形經(jīng)過LM324放大，再輸入運(yùn)放的同相端做基準(zhǔn)信號(hào)，3個(gè)運(yùn)放的輸出經(jīng)三極管隔離后去觸發(fā)晶閘管，使其驅(qū)動(dòng)燈泡發(fā)亮，其工作過程如框圖1所示。

圖1 壓控變色彩燈結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Structure diagram of the voltage-controlled color changing lamp

2 電路實(shí)現(xiàn)

1）直流穩(wěn)壓電源電路

由于整個(gè)電路由+12 V的直流電源供電，采用單相全波整流、電容濾波電路[1]。變壓器二次側(cè)電壓的有效值為V2=12/1.2=10 V，整流二極管耐壓值故電源變壓器采用5 W，220 V/10 V具有中心抽頭的變壓器，整流二極管選取50 V，1 A的1N4001，濾波電容則采取25 V，1 000 μF的電解電容。

2）基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路

基準(zhǔn)比較電壓信號(hào)由555定時(shí)器產(chǎn)生，555定時(shí)器外接電阻電容元件構(gòu)成多諧振蕩器[2]，其電容器兩端將產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)，將此信號(hào)進(jìn)行電壓放大，作為比較器的基準(zhǔn)電壓信號(hào)。

3）電壓比較器電路

電壓比較器是一種將輸入電壓與另一電壓信號(hào)（基準(zhǔn)電壓）進(jìn)行比較的電路，輸入的是連續(xù)模擬信號(hào)，輸出的是以高、低電平為特征的數(shù)字信號(hào)[3]。電壓比較器采用LM324四運(yùn)放芯片，LM324具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電路中。

電路的最終設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 壓控變色彩燈電路Fig.2 The design of the voltage-controlled color changing lamp

在圖2所示電路中，由555構(gòu)成多諧振蕩器，電容C2上得到近似鋸齒波的電壓，此電壓經(jīng)LM324中的其中一運(yùn)放IC4放大，加給其他3個(gè)電壓比較器IC1、IC2、IC3的同相輸入端，3個(gè)電壓比較器輸出經(jīng)三極管V1～V3隔離后去觸發(fā)晶閘管VS1～VS3，從而驅(qū)動(dòng)3個(gè)燈泡H1～H3發(fā)亮。而3個(gè)電壓比較器的反相輸入端的電壓各不相同，其中：

其中uR、uG、uB為3個(gè)電壓比較器的輸出值。

由此可知，3個(gè)電壓比較器反相輸入端的電壓各個(gè)不相同，而它們的同相輸入端是同一個(gè)經(jīng)運(yùn)放放大的近似鋸齒波電壓uc（也可以選擇三角波、梯形波或不規(guī)則的電壓波形），所以IC1、IC2、IC3的導(dǎo)通時(shí)機(jī)和導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短各不相同，它們通過三極管V1～V3去觸發(fā)晶閘管VS1～VS3，使VS1～VS3的導(dǎo)通時(shí)機(jī)和導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短也各不相同，從而使得燈泡紅、綠、藍(lán)的導(dǎo)通時(shí)機(jī)和導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短也各不相同，產(chǎn)生燈光混色的效果。

若uc是理想的鋸齒波，則uc、uG、uR、uB的波形及uG、uR、uB組合而得到的彩色變化情況如圖3所示[4-5]。

其中3個(gè)燈泡都不亮，即uG=uR=uB=0為黑；uG=uR=0，uB=1為藍(lán)；uG=uB=0，uR=1為紅；uR=uB=0，uG=1為綠，它們的不同組合可得到紫、青、黃、白、黑等彩色，從而實(shí)現(xiàn)壓控變色彩燈的效果。

圖3 壓控變色彩燈工作波形Fig.3 The waveform of the voltage-controlled color changing lamp

圖2中的A點(diǎn)的波形為近似的鋸齒波，先進(jìn)行放大后作為3個(gè)電壓比較器的比較電壓。當(dāng)然此鋸齒波可以更換為其他類型的波形，比如音樂信號(hào)或光控信號(hào)，如圖4和圖5所示。

圖4 音樂信號(hào)輸入Fig.4 The music signal input

若將圖4所示的音樂信號(hào)接入到圖2中的A點(diǎn)，則燈光亮度及顏色會(huì)隨音樂變化而變化。

同理，若將圖5所示的光敏信號(hào)接入，則燈光亮度及顏色會(huì)隨光源的強(qiáng)度變化而改變。

圖5 光敏信號(hào)輸入Fig.5 The photosensitive signal input

3 電路仿真

利用電路仿真軟件Proteus對(duì)圖2電路進(jìn)行仿真調(diào)試[6]，電路仿真如圖6所示。

仿真結(jié)果顯示，燈H1～H3均可點(diǎn)亮，利用晶閘管控制燈導(dǎo)通時(shí)機(jī)及導(dǎo)通時(shí)間，并將3個(gè)燈泡放于反光罩中，即可實(shí)現(xiàn)變光、變色及閃爍的效果。

圖6 基于Proteus壓控變色彩燈仿真Fig.6 The circuit simulation of the voltage-controlled color changing lamp with Proteus

4 結(jié)論

本文以555和LM324芯片為核心，詳細(xì)闡述了壓控變色彩燈地開發(fā)過程，包括直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)以及電壓放大比較電路設(shè)計(jì)，最后利用Proteus軟件進(jìn)行仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了壓控變色彩燈的顯示效果。該彩燈具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、貼近實(shí)際生活、所用元器件均為常用器件等特點(diǎn)，可作為電子類相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)完《模擬電子技術(shù)》課程后進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的一個(gè)典型作品，也可作為相關(guān)行業(yè)所需彩燈設(shè)計(jì)的參考作品。

[1] 李源生.電路與模擬電子技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2003.

[2] 秦曾煌.電工學(xué)[M].6版.北京:高等教育出版社，2003.

[3] 陳梓城.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，2002.

[4] 劉守義.數(shù)字電子技術(shù)[M].2版.陜西:西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

[5] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.北京:高等教育出版社，2005.

[6] 王瑞萍.基于Proteus的單片機(jī)虛擬開發(fā)環(huán)境[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（8）:155-157.WANG Rui-ping.Virtual environment of single chip computer development system based on proteus[J].Modern Electronics Technique，2009，32（8）:155-157.