音乐彩灯控制器设计报告

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1、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

2、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，

3、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

4、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

5、/(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 50~2501509420.753.11≈3800~1200100062832.54.43≈4.52000~40003000188501.54.06≈4表2.由公式及表1所得元件参数 频带HzRCR4R350~2504703.3u210100800~1200470470n3501002000~4000510147n300100（7

6、）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 （5）整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图6所示。在U2的

7、正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。图6.桥式全波整流原理（6）稳压电路可选集成三端稳压器电路。本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压器KA7815，它的主要参数有：输出直流电压U0＝＋22V，输出电流L:0.1A，M:0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻R0＝0.15Ω，输入电压UI的范围25～30V