光電式電子蠟燭

1、模電課程設(shè)計(jì)（論文）說明書 題 目 如需pcb圖聯(lián)系qq：136550109添加時(shí)請備注摘 要光電式電子蠟燭一個(gè)模擬真實(shí)蠟燭的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，傳統(tǒng)蠟燭有各種缺陷，對大氣造成污染且容易引起火災(zāi)，光電式電子蠟燭用電路來實(shí)現(xiàn)蠟燭的功能，利用火柴來點(diǎn)燃蠟燭，用嘴吹滅蠟燭，實(shí)現(xiàn)了無污染，無危害，而且隨時(shí)可以開關(guān)，不會(huì)造成浪費(fèi)。電路中利用555定時(shí)器、UA741、光敏電阻對電路的控制。關(guān)鍵詞：運(yùn)算放大器；555定時(shí)器；光敏電阻 ABSTRACT Photoelectric electronic candle a simulation of the real candle in the experimental

2、products, traditional candles have various defects and easy to cause a fire, and the atmospheric pollution caused by, photoelectric electronic candle circuit to achieve a candle, using matches to light this candle, mouth to blow out the candles, realize the no pollution, no harm, and ready to switch

3、, no waste. Circuit in the control of 555 timer, UA741, photosensitive resistance.Key words: operational amplifier; 555 timer; Photosensitive resistance目 錄1.光電式電子蠟燭的概述11.1 蠟燭的發(fā)展歷史11.2 光電式電子蠟燭12.設(shè)計(jì)目標(biāo)及其設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)指標(biāo)22.1設(shè)計(jì)目標(biāo)22.2 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)23.電路組成及其理論分析33.1電路的組成33.2 理論分析34.元件選擇44.1運(yùn)算放大器44.2 555定時(shí)器74.3 熱敏電阻85

4、.電路圖105.1電路原理圖105.2 PCB圖106 電路調(diào)試117.總結(jié)13參考文獻(xiàn)14致謝15附錄A 元件清單16附錄B 實(shí)物圖171.光電式電子蠟燭的概述1.1 蠟燭的發(fā)展歷史 1809年6月至7月間，法國化學(xué)家米歇爾·歐仁·舍夫勒爾收到一家紡織廠的來信，請他分析、確定他們寄來的一個(gè)軟皂樣品的成份。在儀器設(shè)備非常簡單、樸素的學(xué)校實(shí)驗(yàn)，他研究了皂化過程中需要使用的各種油脂。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，他第一次發(fā)現(xiàn)了這樣的事實(shí)：在一切油脂中，不論其來源如何，脂肪酸的含量均占95%，其余的5%則是皂化過程中生成的甘油。通過研究他搞清了皂化過程的本質(zhì)，同時(shí)他還有一項(xiàng)重大的發(fā)現(xiàn)：當(dāng)時(shí)用油脂

5、做成的蠟燭，由于里面有甘油，燃燒時(shí)火焰帶煙，氣味難聞。若改用硬脂酸做成蠟燭，燃燒時(shí)不僅火焰明亮，而且?guī)缀鯖]有黑煙， 不污染空氣。舍夫勒爾把他的發(fā)現(xiàn)告訴蓋·呂薩克（Joseph LouisGay-Lussac），并建議兩人共同研究如何具體解決這個(gè)問題。他們用強(qiáng)堿把油脂皂化，再把得到的肥皂用鹽酸分解，擔(dān)取出硬脂酸。這是一種白色物質(zhì)，手摸著有油膩感，用它制成的蠟燭質(zhì)地很軟，價(jià)錢更加便宜。1825年，舍夫勒爾和蓋·呂薩克獲得了生產(chǎn)石蠟硬脂蠟燭的專利。石蠟硬脂蠟燭的出現(xiàn)，在人類照明史上開創(chuàng)了一個(gè)新時(shí)代。后來，有人在北美洲發(fā)現(xiàn)了大油田，于是可從石油中提煉出大量的石蠟，較理想的蠟燭因此在

6、全球得到了普及、推廣。 在古代尚未使用電力的情況下，蠟燭的照明作用尤為重要。但在高科技迅猛發(fā)展的今天，人們在日常生活中已經(jīng)一般不再使用蠟燭了，蠟燭則更多的被賦予了感情色彩，例如情侶相約、生日晚餐、對亡靈的悼念、對未來的祈禱等等，特別是在紀(jì)念日和喜慶的日子里，人們便會(huì)點(diǎn)起蠟燭。另外，蠟燭也常會(huì)作為一種物理或化學(xué)實(shí)驗(yàn)的用品。1.2 光電式電子蠟燭 光電式電子蠟燭是一種安全、環(huán)保且方便的電子產(chǎn)品。它克服了傳統(tǒng)蠟燭會(huì)造成污染，會(huì)發(fā)熱而且不安全的缺點(diǎn)，避免了著火現(xiàn)象的發(fā)生，使用發(fā)光二極管代替了實(shí)物蠟燭，可以多次循環(huán)使用。2.設(shè)計(jì)目標(biāo)及其設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)指標(biāo)2.1設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)光電式電子蠟燭;實(shí)現(xiàn)火柴或

7、打火機(jī)照亮下，發(fā)光二極管發(fā)光,采用吹氣開關(guān)實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管停止發(fā)光。2.2 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo) 1、采用光敏管在使用火柴或打火機(jī)照亮下使發(fā)光管發(fā)光作為蠟燭； 2、通過時(shí)基集成電路、繼電器和吹氣開關(guān)實(shí)現(xiàn)對發(fā)光管的控制；3.電路組成及其理論分析3.1電路的組成 電路主要包括555定時(shí)器組成的控制電路，UA741組成的放大電路，發(fā)光二極管組成的蠟燭。3.2 理論分析 整個(gè)電路由直流穩(wěn)壓電源的+5V插口供電，接通電源后，用打火機(jī)向熱敏電阻RT2加熱，其電阻會(huì)減少，導(dǎo)致555定時(shí)器2號接口的電壓小于1/3VCC，555定時(shí)器工作，使發(fā)光二極管發(fā)光，即點(diǎn)亮蠟燭。當(dāng)要熄滅蠟燭時(shí)，向熱敏電阻吹氣，使得運(yùn)算放大器

8、UA7413號腳的電壓增加，通過運(yùn)算放大器后，通入555定時(shí)器6號腳的電壓大于2/3VCC,使555定時(shí)器停止工作，發(fā)光二極管熄滅，即實(shí)現(xiàn)了燈的關(guān)閉。 開啟電路包括555定時(shí)器和一個(gè)10k的熱敏電阻，用熱敏電阻控制555定時(shí)器的輸入電壓，進(jìn)而控制電路的開啟。 關(guān)閉電路包括一個(gè)用于放大電路電壓的UA741型運(yùn)算放大器和一個(gè)10k的熱敏電阻，熱敏電阻兩端的電壓控制UA741的正向輸入端，然后與555定時(shí)器的6號腳相連，進(jìn)而熄滅蠟燭。 照明電路，也就是電路中的蠟燭，由5個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，并帶有5個(gè)500的電阻保護(hù)發(fā)光二極管。4.元件選擇4.1運(yùn)算放大器 741型運(yùn)算放大器具有廣泛的模擬應(yīng)用。寬范圍的

9、共模電壓和無阻塞功能可用于電壓跟隨器。高增益和寬范圍的工作電壓特點(diǎn)在積分器、加法器和一般反饋應(yīng)用中能使電路具有優(yōu)良性能。此外，它還具有如下特點(diǎn)：無頻率補(bǔ)償要求；短路保護(hù)；失調(diào)電壓調(diào)零；大的共模、差模電壓范圍；低功耗。741型運(yùn)放雙列直插封裝的俯視圖如圖1（a)所示。緊靠缺口（有時(shí)也用小圓點(diǎn)標(biāo)記）下方的管腳編號為1，按逆時(shí)針方向，管腳編號依次為2，3，8。其中，管腳2為運(yùn)放反相輸入端，管腳3為同相輸入端，管腳6為輸出端，管腳7為正電源端，管腳4為負(fù)電源端，管腳8為空端，管腳1和5為調(diào)零端。通常，在兩個(gè)調(diào)零端接一幾十千歐的電位器，其滑動(dòng)端接負(fù)電源，如圖1(b)所示。調(diào)整電位器，可使失調(diào)電壓為零。(

10、1）UA741符號 圖1 UA741符號 運(yùn)算放大器屬于使用反饋電路進(jìn)行運(yùn)算的高放大倍率型放大器，其放大倍率完全由外界組件所控制，透過外接電路或電阻的搭配，即可決定增益（即放大倍率）大小。圖5-1-1為運(yùn)算放大器于電路中的表示符號，可看出其包含兩個(gè)輸入端，其中（）端為非反相(Non-Inverting)端，而（）端稱為反相(Inverting)端，運(yùn)算放大器的作動(dòng)與此二輸入端差值有關(guān)，此差值稱為“差動(dòng)輸入”。通常放大器的理想增益為無窮大，實(shí)際使用時(shí)亦往往相當(dāng)高（可放大至105或106倍），故差動(dòng)輸入跟增益后輸出比較起來幾乎等于零。 (2)UA741管腳圖 圖2 UA741管腳圖（管腳說明：1和

11、5為調(diào)零端，2為正向輸出，3為方向輸出，4接地，6為輸出端，7接電源，8空腳） （3）UA741內(nèi)部原理圖 圖3 UA741內(nèi)部原理圖 （4）UA741輸出入電壓關(guān)系圖 圖4 UA741輸出入電壓關(guān)系圖741運(yùn)算放大器使用時(shí)需于7、4腳位供應(yīng)一對同等大小的正負(fù)電源電壓 VDC與VDC，一旦于2、3腳位即兩輸入端間有電壓差存在，壓差即會(huì)被放大于輸出端，唯運(yùn)算放大器具有一特色，其輸出電壓值決不會(huì)大于正電源電壓 VDC或小于負(fù)電源電壓VDC，輸入電壓差經(jīng)放大后若大于外接電源電壓VDC至VDC之范圍，其值會(huì)等于VDC或VDC，故一般運(yùn)算放大器輸出電壓均具有如圖5-1-4之特性曲線，輸出電壓于到達(dá)VDC

12、和VDC后會(huì)呈現(xiàn)飽和現(xiàn)象。 （5）UA741基本輸出入關(guān)系圖圖5 UA741基本輸出入關(guān)系圖 UA741運(yùn)算放大器之基本動(dòng)作如圖5所示，若在非反相輸入端輸入電壓，會(huì)于輸出端得到被放大的同極性輸出；若以相同電壓信號在反相輸入端輸入，則會(huì)在輸出端獲得放大相同倍率后但呈逆極性之信號輸出。而當(dāng)對放大器兩輸入端同時(shí)輸入電壓時(shí)，則是以非反相輸入端電壓值(V1)減去反相輸入端電壓值(V2)，可于輸出端得到(V1V2)經(jīng)過倍率放大后之輸出。4.2 555定時(shí)器 555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱為 555，用 互補(bǔ)金屬氧化物（CMOS ）工藝制作的稱為

13、7555，除單定時(shí)器外，還有對應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。（1）555定時(shí)器管腳圖 圖6 555定時(shí)器管腳圖 （管腳說明：1接地，2為觸發(fā)端，3為輸出端，4為復(fù)位端，5為控制電壓，6為門限，7為放電端，8為電源接入端。） （2）555定時(shí)器內(nèi)部框圖 圖7 555定時(shí)器內(nèi)部框圖 （3）555定時(shí)器工作原理 如圖7可看出，555定時(shí)器內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸

14、出級。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為1，A2的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置0，使輸出為低電平。 （4）555定時(shí)器的功能表表1 555定時(shí)器功能表輸入輸出RDV11

15、V12VOTD狀態(tài)0xx低導(dǎo)通1>VCC>VCC低導(dǎo)通1<VCC>VCC不變不變1<VCC<VCC高截止1>VCC<VCC高截止 4.3 熱敏電阻 熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。 在設(shè)計(jì)中，使用兩個(gè)熱敏電阻來控制蠟燭的亮和熄滅。 （1）熱敏電阻的符號 圖8 熱敏電阻符號 （

16、2熱敏電阻電阻值的變化 熱敏電阻阻值與溫度的變化的關(guān)系式： RT=RN exp B(1/T-1/TN).(1) RT:在溫度T(K)時(shí)的NTC熱敏電阻阻值。 RN:在額定溫度TN(K)時(shí)的NTC熱敏電阻阻值。 T:規(guī)定溫度。 B:NTC熱敏電阻的材料常數(shù)，即熱敏指數(shù)。 exp:以自然數(shù)e為底的指數(shù)（e=2.71828.）。 （3）熱敏電阻的材料常數(shù) 熱敏電阻的材料常數(shù)用B來表示，其計(jì)算公式為： B=T1T2/(T2-T1) LN(RT1/RT2).(2) RT1:溫度T1(K)時(shí)的零功率電阻值。 RT2溫度T2（K）時(shí)的零功率電阻值。 T1、T2：兩個(gè)被指定的溫度（K）。5.電路圖5.1電路原

17、理圖圖9 電路原理圖5.2 PCB圖 在電路原理圖無誤后，便可導(dǎo)出其PCB圖，并進(jìn)行連線。電路的PCB圖如下：圖10 PCB圖6 電路調(diào)試（1）電路測試圖如圖11所示： 圖11 光電式電子蠟燭測試圖 如圖11所示，初始狀態(tài)為與555定時(shí)器2號腿相連的電路中，開關(guān)打到R4，即電路下半部分電阻為10k；而與運(yùn)算放大器正向輸入端相連的電路中，開關(guān)打到10k，即上半部分電路電阻為10k。（2） 當(dāng)要點(diǎn)燃蠟燭，則將右邊開關(guān)打到R7，即輸入電阻為1k，測試圖如圖12所示。圖12 蠟燭點(diǎn)燃測試圖 如圖12所示：555定時(shí)器2號腿輸入電壓U1為2.63V，而VCC為9V，則U1<1/3VCC,所以蠟燭被

18、點(diǎn)燃。而6號腿輸入電壓U2為1.48，U2<2/3VCC。(3)要熄滅蠟燭時(shí)，將開關(guān)打到R6，測試圖如圖13所示。圖13 熄滅蠟燭測試圖 如圖13所示，當(dāng)把開關(guān)打到R6后，U2為6.36V，經(jīng)過運(yùn)算放大器放大后，U2變?yōu)?.01V，則U2>2/3VCC,所以蠟燭熄滅。（3）U2的變化可以求出運(yùn)算放大器UA741的放大倍數(shù)，UA741反向輸入電壓為2.81V，因此，其放大倍數(shù)A=8.01/(6.36-2.81)=2.267.總結(jié) 通過本次制作光電式電子蠟燭，是我對于電路原理圖的繪制有了更深的理解，將我在書上學(xué)到的許多理論都運(yùn)用到了實(shí)踐之中，給我?guī)砹撕艽蟮囊嫣?。作為工科類專業(yè)，我們需要的就是把理論知識學(xué)扎實(shí)后，靈活地運(yùn)用到工程當(dāng)中，這次雖然只是