聲光雙控?zé)舻脑O(shè)計(jì)與制作

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系）指導(dǎo)教師(職稱)完成時(shí)間 2010 年6 月 4日 目 錄摘 要IABSTRACTII1 引言11.1 課題背景11.2 課題研究的目的和意義11.3 國內(nèi)外概況22 方案設(shè)計(jì)與論證42.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求42.2 方案一42.3 方案二53 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算63.1 整流電路背景知識(shí)介紹63.2 橋式整流電路83.3 降壓濾波電路103.4 聲音信號(hào)輸入電路103.5 光信號(hào)輸入電路113.6 延時(shí)控制電路123.7 負(fù)載電路144 總原電路及元器件清單154.1 總原理圖154.2 PCB制板圖154.

2、3 整體電路仿真圖以及仿真結(jié)果分析165 安裝與調(diào)試195.1 電路安裝195.2 電路調(diào)試196 性能測(cè)試與分析207 結(jié)論與心得21致 謝22參考文獻(xiàn)23附錄1 聲光雙控電路原理圖24聲光雙控?zé)舻脑O(shè)計(jì)與制作摘 要本文介紹的是一種聲光雙控電子開關(guān)的原理和設(shè)計(jì)，它是由集成芯片CD4011和晶閘管為核心實(shí)現(xiàn)的，駐極話筒的聲音信號(hào)和光敏電阻感受到的光信號(hào)以“與”的關(guān)系來控制CD4011輸出高低電平，經(jīng)過延時(shí)，然后CD4011的輸出控制晶閘管的導(dǎo)通和斷開，從而控制燈泡的亮與滅。在白天，無論有無聲音，這種電子開關(guān)控制燈泡不亮，但是在晚上，一旦有聲音，電子開關(guān)便控制燈泡自動(dòng)點(diǎn)亮，經(jīng)過一段時(shí)間，燈自動(dòng)熄滅

3、，這種裝置可廣泛使用于樓梯、走廊及廁所等公共場(chǎng)所的照明控制，它不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便實(shí)用、安全并能延長(zhǎng)燈泡壽命，而且具有明顯的節(jié)約能源的作用。關(guān)鍵字 節(jié)能開關(guān)/光控/聲控/自動(dòng)延時(shí)/CD4011Sound and Light double control switchABSTRACTThis article describes a dual-energy sound and light control theory and design of electronic switch, which is integrated core chip CD4011 and thyristor achieved

4、, in most microphone voice signal and photosensitive resistance felt light signalsand relationship to control the CD4011 output high and low, after a delay, then CD4011 output control thyristor conduction and off to control light bulb on and off.During the day, with or without sound, this electronic

5、 switch control lamp does not light, but at night, if there is voice controlled electronic switch will automatically light bulb, over time, lights turn off, the device can be widely used in the stairs, corridors and toilets and other public places, lighting control, it is not only simple, convenient

6、 andpractical, cost-effective, safe and can extend lamp life, and obviously the role of energy conservation.KEY WORDS Energy switch; light control; voice; automatic delay; CD4011.1 引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈的自動(dòng)發(fā)亮、節(jié)能節(jié)電、延長(zhǎng)燈的壽命變得越來越重要，而且貼近我們的實(shí)際生活。聲光控電路已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵罚恍枰_關(guān)，當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)會(huì)自動(dòng)的亮；廣泛應(yīng)用于走

7、廊、樓道招待所等公共場(chǎng)所，給人們的生活、帶來極大的方便。因此，得到了廣泛的應(yīng)用。聲光控電路是聲音和光控制電路工作的電子開關(guān)。它將聲音（如擊掌聲）和光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)放大、整形，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)去控制各種電器的工作，在自動(dòng)控制工業(yè)電器和家用電器方面有著廣泛的用途。由于，本電路廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，所以，有很大的重用作用。該電路在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用了仿真軟件，來進(jìn)行仿真然后才確定下來的，雖然用的僅僅是EWB軟件，但是在論文中也是比較有特色。能夠使人們?cè)诓恢挥X中感受方便。1.1 課題背景 隨著千年鐘聲的敲響,歷史的車輪被推進(jìn)了一個(gè)新的世紀(jì)21世紀(jì)。站在新世紀(jì)的門檻上，我們感受到的是高速發(fā)展的現(xiàn)代科技

8、。也因如此，照明燈的需求也在不斷地發(fā)展，人類有意識(shí)地采用各種方法改進(jìn)它。照明，不僅改變了人們”日出而作，日落而息“的生活方式，也充斥豐富了我們的精神世界。是的，也許你不禁要問：為什么一個(gè)小小的照明燈有如此神奇的功效。我想這要?dú)w功它的結(jié)構(gòu)及發(fā)明原理啊！這當(dāng)中到底包含了多少值得我們?nèi)ヌ剿?，發(fā)現(xiàn)的奧秘呢？帶著這個(gè)問題，我們共同選擇了這個(gè)課題，一起從課題研究中找到答案！1.2 課題研究的目的和意義 研究目的：通過這次的課題研究我們希望在理清它的發(fā)展脈絡(luò)上進(jìn)一步了解它的發(fā)明原理，將平時(shí)所學(xué)習(xí)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)探索上，這對(duì)提高我們的動(dòng)手能力，創(chuàng)新意識(shí)，及鍛煉思維活動(dòng)無疑是一個(gè)莫大的幫助。同時(shí)我們也希望這次的

9、研究能讓同學(xué)進(jìn)一步地了解照明燈。從小的突破點(diǎn)入手，掌握又一項(xiàng)科技知識(shí)，為現(xiàn)代教育科學(xué)盡一份力量！研究意義：用聲光控延時(shí)開關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門或走出公寓，樓道燈延時(shí)幾分鐘后會(huì)自動(dòng)熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會(huì)亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時(shí)開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，適合于各種樓房走廊的照明設(shè)備。 降低能耗、節(jié)約能源、注重環(huán)保是當(dāng)今世界的主潮流，高能耗且會(huì)加劇溫室效應(yīng)的白熾燈越來越不

10、受歡迎。繼公布“歐盟后年封殺白熾燈”的時(shí)間表后，世界各地陸續(xù)拋棄白熾燈已成定局，環(huán)保型節(jié)能熒光燈是白熾燈的替代者。 節(jié)能熒光燈VS白熾燈，勝券在握已無懸念，但樓道照明卻限制了熒光燈的使用，因?yàn)闃堑勒彰魇欠浅掷m(xù)性的，有人經(jīng)過才需要光亮，而不斷的開關(guān)通斷會(huì)影響熒光燈的使用壽命，所以聲光控白熾燈在樓道照明領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1.3 國內(nèi)外概況由于近年來我國的照明器材行業(yè)的迅速崛起，中國已經(jīng)成為電光源產(chǎn)品的主要輸出國之一。照明器材行業(yè)屬一般性競(jìng)爭(zhēng)行業(yè)，是我國輕工業(yè)對(duì)外開放較早的行業(yè)之一。WTO后，國際上一些知名品牌大企業(yè)相繼進(jìn)入國內(nèi)產(chǎn)銷領(lǐng)域，使得國內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)國際化。努力增加節(jié)能光源和不同檔次、花樣、不同用途

11、的照明器具的開發(fā)，加快綠色、節(jié)能光源產(chǎn)品的開發(fā)推廣和應(yīng)用是我國目前照明器材行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn)。我國照明器材行業(yè)將面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，而由此帶來的巨大商業(yè)利益也成為一些企業(yè)矚目的焦點(diǎn)。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，發(fā)達(dá)國家產(chǎn)業(yè)調(diào)整的步伐進(jìn)一步加快，一般照明電器產(chǎn)品生產(chǎn)大量向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，而中國又是一個(gè)比較適合的國家，一是中國具備生產(chǎn)這些產(chǎn)品的條件，二是勞動(dòng)力成本比較低，從而使中國逐步成為照明電器產(chǎn)品出口大國。 展望未來的國內(nèi)市場(chǎng)，需求仍會(huì)呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，以下強(qiáng)力因素都預(yù)示著我國照明市場(chǎng)仍有很大的潛力可挖?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面：機(jī)場(chǎng)、鐵路、港口、城市軌道交通等訊速發(fā)展，每一項(xiàng)工程均需要照明。城市亮化工

12、程方面：城市廣場(chǎng)、綠地、道路、建筑物泛光照明，已從大城市發(fā)展到中小城市。根據(jù)國內(nèi)外市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)，我國照明電器行業(yè)的高速增長(zhǎng)期還將繼續(xù)，對(duì)未來的預(yù)測(cè)如何更加科學(xué)化是我們面臨的問題。進(jìn)一步提高照明產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次進(jìn)一步提高照明產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，這既是當(dāng)前擺在我們面前的課題，同時(shí)也是全行業(yè)共同努力的長(zhǎng)期目標(biāo)。就國內(nèi)市場(chǎng)需求而言，人們生活水平逐步提高，對(duì)生存環(huán)境質(zhì)量的要求也越來越高，對(duì)照明電器產(chǎn)品提出更高的要求。新的建筑照明標(biāo)準(zhǔn)已完成制訂工作，即將批準(zhǔn)執(zhí)行，新標(biāo)準(zhǔn)基本與國際接軌，對(duì)不同場(chǎng)合的照明提高了要求，也需要我們不斷的創(chuàng)新。2 方案設(shè)計(jì)與論證 設(shè)計(jì)要求電子開關(guān)控制燈泡白天不亮，只有在晚上且聲音時(shí)才

13、亮，并且可自動(dòng)延時(shí)?？煽啃?、安全性、壽命性能要良好、價(jià)格低。分析此設(shè)計(jì)要求，則設(shè)計(jì)方案中要有聲音信號(hào)和光信號(hào)的接收來控制開關(guān)的通斷。想出以下兩種設(shè)計(jì)方案。2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1. 白天正常光照下，無論有無聲音，該開關(guān)不動(dòng)作，燈不亮；2. 夜晚無聲音的時(shí)候，燈不亮；有聲音觸發(fā)時(shí)，開關(guān)動(dòng)作，燈亮；3. 燈亮一定時(shí)間以后，自動(dòng)熄滅且延時(shí)時(shí)間可調(diào)；4. 可靠性、安全性、壽命性能要良好、價(jià)格低；2.2 方案一系統(tǒng)主要采用六個(gè)三極管9014來控制可控硅的導(dǎo)通與斷開，從而實(shí)現(xiàn)燈泡的亮滅。工作原理圖如圖1所示。220V市電經(jīng)D2，D3，D5，D6橋式整流，再經(jīng)D1，R1，然后經(jīng)過穩(wěn)壓二極管D4削波，C3濾波

14、得到12V直流供電路工作。蜂鳴片Y1接收的聲音信號(hào)和光敏電阻LR接收的光信號(hào)控制六個(gè)三極管9014的導(dǎo)通與截止，從而控制可控硅Q3的通斷，實(shí)現(xiàn)燈泡的亮滅，C5和R11構(gòu)成延時(shí)電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)延時(shí)。圖2-12.3 方案二系統(tǒng)采用CD4011為核心控制晶閘管的通斷。其工作電路如圖2-2所示。二極管D2-D5組成橋式整流電路將220V市電變成脈動(dòng)直流電壓，再經(jīng)過R7限流，D6穩(wěn)壓，C2濾波輸出10V直流電壓，為集成塊CD4011及三極管Q1提供電源。駐極話筒MIC的聲音信號(hào)和光敏電阻RG感受到的光信號(hào)以“與”的關(guān)系來控制CD4011輸出高低電平，經(jīng)過C3和R6構(gòu)成的延時(shí)電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)延時(shí)，然后CD40

15、11的輸出控制晶閘管的導(dǎo)通和斷開，從而控制燈泡的亮與滅。圖2-2比較以上兩種設(shè)計(jì)方案，二者都方便實(shí)用，安全可靠，并節(jié)約能源，但方案二的原理及電路明顯簡(jiǎn)單，所用器件少，更有利于硬件的制作，故采用方案二。3 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算本設(shè)計(jì)的原理框圖如圖3-1所示。本設(shè)計(jì)主要由橋式整流電路、降壓濾波電路、聲音信號(hào)輸入電路、光信號(hào)輸入電路、延時(shí)控制電路以及負(fù)載電路6部分組成。電源部份聲控部份光控部份延時(shí)部份受控部份DC10VAC 220V圖3-13.1 整流電路背景知識(shí)介紹1、 交流電：電路中的電壓（電流）的大小和方向隨時(shí)間進(jìn)行周期性變化的電壓（電流）稱為交流電，若遵循正弦規(guī)律變化則為正弦交流電。例如：

16、常用的市電為單相正弦交流電，電壓為220V，頻率為50HZ。2、 直流電：電路中的電壓（電流）的方向不發(fā)生變化的稱為直流電。例如：常用的AA干電池電壓為1.5V；鋰離子充電電池電壓為3.6V。3、 整流：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程。4、 濾波：?jiǎn)蜗嗾麟娐氛骱蟮闹绷麟姙槊}動(dòng)直流電，其中仍包含較多的交流成分，為保證電源質(zhì)量需要濾除其中的交流成分，保留直流成分，將脈動(dòng)變化的直流電變?yōu)槠交闹绷麟姺Q為濾波。5、 單相整流濾波電路：將電網(wǎng)220V的單相交流電路進(jìn)行整流、濾波，輸出平滑的直流電。圖3-26、常見整流電路：（1）單相半波整流電路圖3-3 （2）單相全波整流電路圖3-4 （3）單相橋式整流

17、電路圖3-5在整流濾波電路中，單相橋式整流電容濾波電路應(yīng)用最為廣泛。3.2 橋式整流電路它是由二極管D1、D2、D3、D4組成。其功能是將220V的交流市電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電壓。整流電路的工作原理 ：橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖3-6所示。整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖3-6的電路圖和圖3-7的波形圖可知： 當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。 當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。圖3-6橋式二極管整流電路圖3-7橋式二極管

18、整流電路波形參數(shù)計(jì)算：二極管橋式整流電路輸入、輸出之間的數(shù)量關(guān)系及二極管選擇的條件：輸出電壓、電流與輸入電壓的關(guān)系：VO=20.45V2=0.9V2IO=0.9(VO/RL）二極管所承受的電流及耐壓值IV=IO/2=0.45(VO/RL）VRM=V2m單向橋式整流電路二極管選擇條件：IVZIO/2=0.45(VO/RL）VRMV2m3.3 降壓濾波電路由電阻R5、R7、電容C2和穩(wěn)壓管D6組成。電路中燈泡也起到了很重要的降壓作用。橋式整流電路輸出的脈動(dòng)直流電壓經(jīng)過R7限流降壓，電容C2濾波，從而得到比較小的直流電壓加到穩(wěn)壓管D6上，獲得10V左右的直流電壓，作為控制電路的直流電源。3.4 聲音

19、信號(hào)輸入電路由駐極話筒MIC、電阻R1、R2、R3、電容C1和三極管Q1組成。駐極話筒的基本結(jié)構(gòu)由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個(gè)上面有若干小孔的金屬電極（背稱為背電極）構(gòu)成。駐極體面與背電極相對(duì)，中間有一個(gè)極小的空氣隙，形成一個(gè)以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有自由電荷。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式：Q =CU 所以當(dāng)C變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲電的變

20、換。由于實(shí)際電容器的電容量很小，輸出的電信號(hào)極為微弱，輸出阻抗極高，可達(dá)數(shù)百兆歐以上。因此，它不能直接與放大電路相連接，必須連接阻抗變換器。通常用一個(gè)專用的場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)二極管復(fù)合，組成阻抗變換器。本設(shè)計(jì)采用駐極話筒的二端輸出方式，它是將場(chǎng)效應(yīng)管接成漏極輸出電路，類似晶體三極管的共發(fā)射極放大電路。只需兩根引出線，漏極D與電源正極之間必須接一漏極電阻R1，信號(hào)才能由漏極輸出有一定的電壓增益，使話筒的靈敏度比較高。 工作原理：當(dāng)沒有聲音時(shí)，三極管Q1工作在飽和狀態(tài)，CD4011的2腳為低電平；當(dāng)有聲音時(shí)，聲音信號(hào)經(jīng)話筒MIC轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后經(jīng)C1耦合至三極管Q1放大，Q1由飽和進(jìn)入放大狀態(tài)，其集電極

21、由低電平轉(zhuǎn)變成高電平并送入集成電路CD4011的2腳。3.5 光信號(hào)輸入電路它是由電阻R4和光敏電阻RG組成。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻如圖所示。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。構(gòu)成光敏電阻的材料有金屬的硫化物、硒化物、碲化物等半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大

22、。入射光消失，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。本設(shè)計(jì)所用的光敏電阻亮電阻為20K-30K,暗電阻約為3M，在光敏電阻上串接的電阻R4的阻值應(yīng)該大于30K,小于3M。具體阻值在調(diào)試時(shí)依據(jù)對(duì)光的靈敏性而定。本設(shè)計(jì)取R4的阻值為180K。光信號(hào)輸入電路的工作原理：光的強(qiáng)弱經(jīng)光敏電阻RG轉(zhuǎn)換為高、低電平后送入集成電路CD4011的1腳。由降壓濾波電路知，光敏電阻和R4的總電壓U為10V,白天光線射到光敏電阻RG上時(shí)，其阻值變得很小，約為20K,則光敏電阻的電壓U1為：U1=URG/(R4+RG)=10V20/(180+20)=1V根據(jù)4011的PDF資料可知， CD4011的

23、1腳為低電平，則3腳被鎖定為高電平，與2腳的輸入高低電平無關(guān)，所以電路封鎖了聲音通道，使聲音信號(hào)不能通過，即燈泡亮滅不受聲音控制。這時(shí)，門U1A的3腳輸出的高電平經(jīng)過門U1B、U1C、U1D三次反相后成低電平，晶閘管D7無觸發(fā)信號(hào)不導(dǎo)通，燈不亮。夜晚，RG因無光線照射呈高阻，約為3M。則光敏電阻的電壓U2為：U2=URG/(R4+RG)=10V/(180+)10V則與非門U1A的輸入端1腳變成高電平，門U1A的輸出狀態(tài)受2腳輸入電平的控制，這為聲音通道的開通創(chuàng)造了條件。3.6 延時(shí)控制電路延時(shí)電路由二極管D1，電阻R6和電容C3組成?？刂齐娐酚杉呻娐稢D4011、電阻R5和可控硅D7組成，可

24、控硅的作用是控制開關(guān)的通斷。集成電路CD4011是整個(gè)電子開關(guān)的核心原件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。它是四-二輸入與非門集成電路。其中1、2腳和3腳分別為與非門1的輸入和輸出端；5、6和4腳分別為與非門2的輸入與輸出端；8、9腳和10腳分別為與非門3的輸入和輸出端；12、13腳和11腳分別為與非門4的輸入和輸出端；7腳接地；14腳接電源。在該電路中與非門1和與非門2組成聲音信號(hào)和光信號(hào)與邏輯電路；與非門3、與非門4和電阻R7組成觸發(fā)電路。圖3-8CD4011的主要參數(shù)如下表：表3-1 本設(shè)計(jì)還采用單向可控硅MCR100-6作為控制開關(guān)，其導(dǎo)通條件：一是可控硅陽極與陰極間必須加正向電壓，二是控制

25、極也要加正向電壓。以上兩個(gè)條件必須同時(shí)具備，可控硅才會(huì)處于導(dǎo)通狀態(tài)。另外，可控硅一旦導(dǎo)通后，即使降低控制極電壓或去掉控制極電壓，可控硅仍然導(dǎo)通。起到開關(guān)的開通作用，從而控制燈泡點(diǎn)亮；可控硅關(guān)斷條件：降低或去掉加在可控硅陽極至陰極之間的正向電壓，使陽極電流小于最小維持電流以下?？煽毓璧膶?dǎo)通與斷開控制燈泡的亮滅。 延時(shí)控制電路的工作原理：在白天時(shí)，與非門U1A的輸入端1腳為低電平，則3腳被鎖定為高電平，與2腳的輸入高低電平無關(guān)，所以電路封鎖了聲音通道，使聲音信號(hào)不能通過，即燈泡亮滅不受聲音控制。這時(shí)，門U1A的3腳輸出的高電平經(jīng)過門U1B、U1C、U1D三次反相后成低電平，晶閘管D7無觸發(fā)信號(hào)不導(dǎo)

26、通，燈不亮。當(dāng)在夜晚同時(shí)有聲音信號(hào)時(shí)，與非門U1A的輸入端1腳和2腳都為高電平，則其輸出為低電平，再經(jīng)與非門U1B反相輸出高電平，通過隔離二極管D1給電容C3充電，當(dāng)C3充電電壓達(dá)到與非門U1C的閾值電平時(shí)，使與非門U1D輸出高電平，通過R5觸發(fā)可控硅D7使其導(dǎo)通，主回路便有較大的電流通過白熾燈使其發(fā)光。當(dāng)聲音消失后，與非門U1A的輸入端的2腳變?yōu)榈碗娖?，則其輸出端為高電平，從而使與非門U1B輸出為低電平，因D1的阻斷作用，電容C2只能通過R5緩慢放電，經(jīng)過大約20S下降到與非門U1C的閾值電壓以下，使與非門U1D輸出低電平，當(dāng)交流電過零點(diǎn)時(shí)，可控硅自動(dòng)關(guān)斷，白熾燈熄滅。延時(shí)時(shí)間理論值為：t=

27、2RC=210uF1M62.8S3.7 負(fù)載電路 由白熾燈及220V交流電組成。4 總原電路及元器件清單4.1 總原理圖圖4-14.2 PCB制板圖圖4-24.3 整體電路仿真圖以及仿真結(jié)果分析 用Mutisim仿真的電路如下各圖所示。光敏電阻用一個(gè)普通電阻代替，當(dāng)在白天時(shí)，光敏電阻用阻值約為16K的電阻代替，在夜晚時(shí)，光敏電阻用阻值約為5M的電阻代替。駐極話筒用信號(hào)V1和開關(guān)JI代替。開關(guān)閉合時(shí)，表示有聲音信號(hào)，開關(guān)斷開時(shí)，表示沒有聲音信號(hào)。 圖4-3為夜晚無聲音時(shí)的仿真圖，圖4-4為夜晚且有聲音時(shí)的仿真圖，圖4-5為白天有聲音時(shí)的仿真圖，圖4-6為白天沒有聲音時(shí)的仿真圖。圖中電壓值為燈泡兩

28、端的電壓。圖4-3 夜晚無聲音圖4-4 夜晚且有聲音圖4-5 白天有聲音圖4-6 白天沒有聲音 仿真結(jié)果:在白天，即RG為16K時(shí)，無論有無聲音信號(hào)（圖中的開關(guān)無論閉合與否），燈泡不亮；晚上時(shí)，即RG為5M時(shí)，有聲音時(shí)（開關(guān)閉合），燈泡發(fā)光，聲音消失（把開關(guān)斷開后），燈泡繼續(xù)發(fā)光20s左右后自動(dòng)熄滅。此結(jié)果表示該設(shè)計(jì)電路達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。4.4 元件清單序號(hào)器件名稱主要參數(shù)及型號(hào)數(shù)量備注1電阻27K 1/4W1R12電阻2.2M 1/4W1R23電阻33K 1/4W1R34電阻180K 1/4W1R45電阻51K 1/4W1R56電阻1M 1/4W1R67電阻270K 1/4W1R78瓷片電容1

29、041C19電解電容100uF/25V1C210電解電容10uF/50V1C311集成芯片TC4011BP1U112可控硅MCR100-61D713三極管90141Q114二極管1N41484D115二極管1N40071D2D516穩(wěn)壓二極管10V1D617駐極體話筒1MIC18光敏電阻1RG表4-15 安裝與調(diào)試5.1 電路安裝先按照電路圖將元器件安裝在面包板上進(jìn)行調(diào)試，安裝前先檢查元器件是否完好。安裝時(shí)要特別注意駐極體話筒的極性，三極管和可控硅的管腳分布。在面包板上調(diào)試成功后方可在印制電路板上焊接。印制電路板實(shí)際尺寸約為50mm45 mm，。按照印制電路板所示原件位置進(jìn)行安裝焊接。焊接駐極

30、體話筒及電容時(shí)，應(yīng)該不帶電焊接。負(fù)載燈泡采用外接方式，不安裝在印制電路板上。注意在裝接電路，改變電路連接或插、拔電路時(shí)，均應(yīng)切斷電源，嚴(yán)禁帶電操作。5.2 電路調(diào)試在面包板上調(diào)試時(shí)，仔細(xì)對(duì)照原理圖，先檢查是否有漏接和短路現(xiàn)象，檢查時(shí)可用數(shù)字萬用表的蜂鳴檔，兩表筆分別接觸兩個(gè)點(diǎn)，若發(fā)出蜂鳴聲，則此兩點(diǎn)相連，若沒有蜂鳴聲，則此兩點(diǎn)斷開，等檢查無誤后，接上負(fù)載白熾燈以及220V交流市電進(jìn)行檢測(cè)。在印制電路板上調(diào)試時(shí)，用以上方法檢查整個(gè)電路板是否有虛焊、漏焊和短路現(xiàn)象，以免上電后燒壞器件，檢查無誤后，接上負(fù)載白熾燈以及220V交流市電進(jìn)行通電檢測(cè)。調(diào)試時(shí)用萬用表直流電壓檔測(cè)試集成電路U1的14腳應(yīng)有1

31、0V左右的直流電壓。在有光無聲音時(shí)測(cè)量三極管Q1的集電極C應(yīng)為低電平，集成電路U1的1腳和2腳都為低電平，3腳輸出高電平，4腳為低電平，則二極管D1把電流隔離，可控硅應(yīng)不導(dǎo)通，燈泡不亮。在有光有聲音時(shí)，集成電路U1的1腳為低電平，2腳為高電平，3腳輸出高電平，同上，白熾燈應(yīng)不亮。用不透明的蓋子蓋住光敏電阻RG。在有聲音時(shí)，集成電路U1的1腳和2腳都為高電平，3腳輸出低電平，11腳為高電平，可控硅應(yīng)導(dǎo)通，白熾燈應(yīng)能點(diǎn)亮并延時(shí)20S左右后自動(dòng)熄滅。達(dá)到以上要求，說明電路已調(diào)試成功。注意：由于電路外接220V的強(qiáng)電，所以通電調(diào)試時(shí)一定要注意安全。6 性能測(cè)試與分析 測(cè)試本設(shè)計(jì)的電路板上的各參數(shù)時(shí)，理

32、論值和實(shí)際值基本相近。通過檢測(cè)，光敏電阻對(duì)光的接收很靈敏，駐極話筒對(duì)聲音的拾取也較靈敏，但不是很理想。是由于電阻R4的參數(shù)選擇不夠恰當(dāng)?？煽毓枰埠芎玫钠鸬介_關(guān)的控制作用，總體設(shè)計(jì)達(dá)到要求。在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)延時(shí)時(shí)間的實(shí)際值和理論值相差遠(yuǎn)，本設(shè)計(jì)延時(shí)電路用C3和R6組成，理論延時(shí)時(shí)間應(yīng)為：t=2RC根據(jù)此公式本設(shè)計(jì)的延時(shí)時(shí)間應(yīng)為：t=210uF1M62.8S而實(shí)際測(cè)得延時(shí)時(shí)間約為20S左右。通過分析此現(xiàn)象，才知道公式t=2RC是電容放完電時(shí)使用的，而本設(shè)計(jì)中只要電容C3通過R6放電，使電壓下降到與非門3的閾值電壓以下，使與非門4輸出低電平，燈泡就熄滅；而4011的與非門的輸入管腳電壓大約為2V時(shí)就為低

33、電平，則說明電容并沒有放完電時(shí)燈泡就熄滅，所以導(dǎo)致理論值和測(cè)量值有大的誤差。7 結(jié)論與心得本次課程設(shè)計(jì)成功地制作出了一個(gè)節(jié)能的聲光雙控電子開關(guān)，它能實(shí)現(xiàn)以下功能：1.白天正常光照下，無論有無聲音，燈泡不亮；2.夜晚無聲音的時(shí)候，燈不亮；有聲音觸發(fā)時(shí)，燈亮；3.燈亮一定時(shí)間以后，自動(dòng)熄滅且延時(shí)20S左右；4.靈敏度較高；本設(shè)計(jì)安全節(jié)電、使用壽命長(zhǎng)且成本低。達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了聲光雙控且能自動(dòng)延時(shí)，可廣泛使用于公共場(chǎng)所的照明控制，在日常生活中具有很大的實(shí)用性。通過本課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步熟悉了各元器件的工作原理及功能，比如駐極體話筒和可控硅的管腳分布、參數(shù)及工作原理，進(jìn)一步掌握了原理圖的設(shè)計(jì)

34、與電路板的焊接。在電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中也遇到了很多問題，第一次在面包板上調(diào)試時(shí)，由于電路的一根線短路而導(dǎo)致調(diào)試失敗，這使我明白了在調(diào)試電路時(shí)必須先仔細(xì)檢查各部分電路的連接情況。第一次在焊接好的電路板上調(diào)試時(shí)，由于把可控硅的A極與K極接反導(dǎo)致可控硅不導(dǎo)通，從而使電路不工作，這使我深刻認(rèn)識(shí)到在用每一個(gè)元器件時(shí)，首先要查清楚它的pdf資料，明白它的工作原理及各管腳的功能。致 謝在本論文的完成過程中，首先感謝我的。本學(xué)位論文是在的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，豐富淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作作風(fēng)，平易近人的態(tài)度深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，楊老師都

35、始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此謹(jǐn)向郝老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。 參考文獻(xiàn)1 康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）M.高等教育出版社出版20032 彭介華,電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.高等教育出版社20023 華成英,童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.清華大學(xué)電子學(xué)教研組 編, 高等教育出版社,20044 楊旭東,劉行景,楊興瑤.實(shí)用電子電路精選M.化學(xué)工業(yè)出版社,19995 華成英. 電子技術(shù)M.北京.中央廣播電視大學(xué)出版社,19966 陳清山, 陳科燕編譯. 世界最新晶體管手冊(cè)M. 江西科學(xué)

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