模電課程設(shè)計-聲光控開關(guān)

1、鄭州科技學(xué)院模擬色子技術(shù)鐫程設(shè)計題 目聲光控開關(guān)學(xué)生姓名 xxxxxxxx專業(yè)班級電氣工程及其自動化x班學(xué) 號 2012470xx院（系）電氣工程學(xué)院扌旨導(dǎo)教師 x x完成時間 2014231課程設(shè)計的目的12課程設(shè)計的任務(wù)與要求12.1設(shè)計任務(wù)12.2設(shè)計要求13設(shè)計方案與論證24設(shè)計原理與功能說明24.1元器件選用原理24.2總體電路圖55單元電路設(shè)計65.1電源電路65.2光控部分75.3聲控電路95.4時間控制106硬件的制作與調(diào)試126.1電烙鐵的使用126.2電子產(chǎn)品的調(diào)試與仿真137總結(jié)15參考文獻(xiàn)15附錄一：總體電路原理圖16附錄二：元器件清單171課程設(shè)計的目的通過理論設(shè)計和

2、實物制作解決相應(yīng)的實際問題，鞏固和運用在模擬電 子技術(shù)中所學(xué)的理論知識和實驗技能，掌握常用模擬電路的一般設(shè)計方法, 提高設(shè)計能力和實踐動手能力，為以后從事電子電路設(shè)計、研發(fā)電子產(chǎn)品打 下良好的基礎(chǔ)。1、學(xué)習(xí)聲光控節(jié)能開關(guān)的設(shè)計方法；2、研究聲光控節(jié)能開關(guān)的設(shè)計方案；3、掌握聲控電路的原理和光控電路的原理；4、掌握三極管管腳極性的判斷方法；5、熟悉電烙鐵的使用方法；2課程設(shè)計的任務(wù)與要求2.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個應(yīng)用聲光控節(jié)能開關(guān)2.2設(shè)計要求1. 能夠通過燈泡開關(guān)對光線強弱對聲音強弱的感應(yīng)設(shè)置兩級開關(guān)，控制燈泡 的亮滅。2. 能在有光線時滅，無光線但有聲時亮。3. 在燈亮一段時間后白動熄滅；4.

3、在燈亮期間又有新的聲源出現(xiàn)，照明系統(tǒng)重新開啟5外接電源為220v,燈泡為220v-40w；6、總設(shè)計冊i出電路原理框圖；7、利用仿真軟件multisim進(jìn)行電路仿真，列出電子元器件明細(xì)表。3設(shè)計方案與論證簡易聲光控電路的電路原理方框框圖該電路為聲光兩級控制的照明電路。照明開關(guān)對光線的強弱感應(yīng)控制照明燈 的第一級開關(guān)，對聲強的感應(yīng)控制第二級開關(guān)。對于勝強的檢測是利用咪頭 的特性，即當(dāng)其接受到足夠的聲強時，在其中會產(chǎn)生一個脈沖波，從而把信 號變?yōu)殡娦盘?，通過對聲信號的處理可得到一個電信號為控制電路做準(zhǔn)備， 光信號的感應(yīng)通過光敏二極管來實現(xiàn)，使得光強時二極管導(dǎo)通，光弱時二極 管不導(dǎo)通，從而實現(xiàn)在光強

4、的情況下，即使有足夠強的聲信號，照明電路也 不工作。而在光弱的情況下，可以通過聲信號來控制照明。在日常生活小， 節(jié)約電能。4設(shè)計原理與功能說明4.1元器件選用原理1麥克風(fēng)的選擇話筒在聲控電路中器到重要作用，它能把接收到的聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號。話 筒通常按它轉(zhuǎn)換能量的方式分類。這里我們還是按錄音室對話筒最通用的分類 法，把話筒分為動圈話筒和電容話筒。電容話筒：這類話筒的振膜就是電容器 的一個電極，當(dāng)振膜振動，振膜和固定的后極板間的距離跟著變化，就產(chǎn)生了 可變電容量，這個可變電容量和話筒木身所帶的前置放大器一起產(chǎn)生了信號電 壓。頻率特性好，在咅頻范圍內(nèi)幅頻特性曲線平坦，這一點優(yōu)于動圈話筒；無 方向

5、性；靈皺度高，噪聲小，音色柔和；輸出信號電平比較大，失真小，i舜態(tài) 響應(yīng)性能好，這是動圈話筒所達(dá)不到的優(yōu)點；工作特性不夠穩(wěn)定，低頻段靈敏 度隨著使用吋間的增加而下降，壽命比較短，工作吋需要直流電源造成使用不 方便。結(jié)合該聲控電路和整體電路各方面因素，木電路選用型號規(guī)格為4）10電 容話筒。2. 光敏二極管的選擇（1）光敏二極管簡介光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的, 其管芯是一個具有光敏特征的pn結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時需化加上 反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極 管截止。當(dāng)受到光照時，飽和反向漏電流人大增加，形成光電流,它

6、隨入射光強 度的變而變化。當(dāng)光線照射pn結(jié)時，可以使pn結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使 少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。 因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。常見的有2cu、2du等系列。（2）光敏二極管工作原理光敏二極管是將光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個pn結(jié), 和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，pn結(jié)面積盡 量做的大一些，電極面積盡量小些，而口 pn結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。 光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很小，稱為暗 電流。當(dāng)有光照時，攜帶能量的光子進(jìn)入pn結(jié)后，把能量傳給共價鍵上

7、的束縛 電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子-一空穴對，稱為光生載流子。它 們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反 向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。如杲在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上 就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。3. 三極管的選用晶體管是由兩個相距很近、有一定聯(lián)系的背靠背的pn結(jié)，外加電極、管殼封 裝而成。由于兩個pn結(jié)在一定條件下，它們之間的載流子運動是相互影響的, 因而它具有電流放大作用。性（1）先判斷基極的極性：假設(shè)品體管的某一管腳為基極，將萬用表傳換開關(guān) 置于電阻檔“rxlk£t或“rxlooft,用萬用表黑筆接觸

8、該極，用紅筆分別觸及 剩下的兩個管腳。若兩次測量的電阻值都很小，則說明表內(nèi)電源對晶體三極 管的兩個pn結(jié)是正偏，假設(shè)的管腳為基極，且該管為npn型管。要想進(jìn)一 步確定兩個pn結(jié)的質(zhì)量，口j用紅筆接觸該管腳，用黑筆分別觸及另外兩管 腳，兩次測得的電阻均很大（幾十t歐至幾百千歐），則可確認(rèn)前面的判斷是 正確的。（2）集電極與發(fā)射極的判別：將萬用表的紅、黑表筆分別接觸基極以外的兩 管腳，并準(zhǔn)備一支1ookq的固定電阻。若被檢測的是npn型管，假設(shè)基極之 外的任一管腳為集電極，用力用表的黑表筆接觸該極，用紅表筆觸及剩余管 腳，同時用1ookq電阻跨接于黑表筆與基極之間，如圖2-5所示。觀察表 針的讀數(shù)

9、，可獲得一電阻值r1。然后交換表筆，1ookq電阻仍然跨接于黑表 筆與基極之間，同樣得到乂一電阻值r2。比較兩次測得的阻值，若rkr2, 則假設(shè)的管腳為集電極。若r1>r2,則假設(shè)的管腳不是集電極而是發(fā)射集。由 此可推出第三個管腳的極性?？傊?，用上述方法辨別（100kq電阻一直跨接 于黑表筆與基極之間）管腳，測得的阻值較小的一次，黑表筆對應(yīng)的是集電 極c,紅表筆對應(yīng)的則是發(fā)射極c。圖41用萬用表測三極管的極性連接三極管時，必須滿足三極管的放大條件：je正偏ubb>0, jc反偏0。 在三極管je正偏、jc反偏的條件下，處在放人狀態(tài)的npn型管，不論采用哪 種連接方法，均為集電極電位

10、最高，發(fā)射極電位最低，而基極電位稍高于發(fā) 射極電位。因此 對npn型管的放大條件乂可寫成uc>ub>ueo4.2總體電路圖本電路三極管是開的，把電阻供來的電源對地放掉，使可控硅沒有觸發(fā) 導(dǎo)通工作。vt2由麥克風(fēng)控制的，麥克風(fēng)接道聲音能發(fā)出頻率使管b極0. 6v負(fù)載下 降，管便停i上工作把電源信號送往第二只管。vt4為光控，光敏二極管接收到光線時把電源送入管b使其工作，在黑 夜中停止供電，使管停止工作，失去對地放電作用。vt3起開關(guān)作用，由r5電阻供電來的信號進(jìn)入b極使其導(dǎo)通對地放電, 把電容22uf, 16的存點放去。vt1的b極電壓由22uf提供使管工作，在有信號來時把22uf電

11、源對地 放去時使管b極低于0. 6v的時候停止工作，使觸發(fā)電源回位升觸發(fā)可控硅導(dǎo) 通負(fù)載工作。定時原理由22uf沖放電來控制時間長短。圖4-2電路原理圖5單元電路設(shè)計5.1電源電路由1)1d5、rl、r2、c1構(gòu)成，i)廣1)4為整流電路，rl、r2為限流電阻、電容cl濾去交流分量并儲存一定的電能，為電路提供電壓。5.2光控部分本電路三極管是開的，電阻供來的電壓對地放掉。在仿真屮光敏二極管用開關(guān)代替，原理上是是可以的，白天光照強時二極管導(dǎo)通電阻很小，就相當(dāng)于開關(guān)閉合，晚上光照弱時，二極管不導(dǎo)通電阻 很大相當(dāng)于開關(guān)斷開。q3是光敏二極管控制的，當(dāng)在白天光照強時，二極管導(dǎo)通將電源送入q3b 基使三

12、極管q3工作導(dǎo)通，而使得三極管q2基級電壓很低處于截止?fàn)顟B(tài)，q1 截止使得q4基級電壓高能夠?qū)ǎ煽毓璧目刂贫藶榈碗妷?bt169d不導(dǎo)通, 燈泡不亮。同時q3的導(dǎo)通，鉗制了 q2 （圖3）的集電極的電壓使得q2無法導(dǎo)通， 即口天即使有聲音電路也不導(dǎo)通燈泡也不會亮。晚上光線弱吋光敏二極管不導(dǎo)通，q3截止，q1受q2的控制沒聲音吋q2 導(dǎo)通，q3截止，q4導(dǎo)通，可控硅不導(dǎo)通，燈泡不亮。有聲音吋q2截止，q3 導(dǎo)通，q4截止，可控硅導(dǎo)通燈泡亮。十r4 680kq 丿5%j118kour6* 12kog3(22uf50kq5%q42n39042n3904d.6bt169 b 4rg24kid2n3

13、904圖5-2光控電路仿真圖5.3聲控電路電路通過聲音信號控制，分別使電路中的三極管處丁截止放大或者飽 和狀態(tài)，從而控制部分特殊點的電位達(dá)到聲控的口的。如圖3所示為靜態(tài)工 作點示意圖，三極管處于放大狀態(tài)時，ube處于0.4v0.7v之間。圖5-3三極管靜態(tài)工作點不意圖仿真圖中咪頭話筒用函數(shù)發(fā)生器代替，原理上是可以的，當(dāng)有聲咅時相當(dāng)于 函數(shù)發(fā)生器，給電路一個信號。q2是由咪頭控制的，當(dāng)沒有聲音吋q2導(dǎo)通，電源信號通過q2接地。麥 克風(fēng)接收到聲音信號吋能發(fā)出頻率信號使得q2基極0. 6v負(fù)載下降，q2截止 停止工作，電源信號就被送入光控電路，這吋如果無光照或者光照較弱燈泡 就會亮。圖5-4聲控部分

14、電路仿真圖5.4時間控制時間控制部分主要有c3、q4組成定時原理出c3充放電來控制時間的長短。電容電和釋放示意圖如圖5-5圖5-5電容電荷釋放示意圖燈延遲關(guān)斷過程：q4的b基電壓由c3提供使管工作。當(dāng)q2導(dǎo)通時把c3對地放電，放 電吋使得三極管q4的b基低于0. 6v的吋候，q4截止停止工作，使得可 控硅電壓回升觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，燈泡工作。隨著電容c3放電結(jié)束，可控 硅觸發(fā)電壓下降，可控硅截止，燈泡熄滅。u(t) =u(°°) + u (0+)- u (°°) e-(t/ :),代入 u(°°)=0v, u(0+) = 13v, u(t

15、)=5v計算得t=179.6s為延遲關(guān)斷時間。若環(huán)境再有響聲，則電燈再次被點亮，重 復(fù)上述過程。廣ir4 '680kq屮5%£2kq* -c3寸（2uf1:150kq屮5%q4-139042n3904d6 . . .bt169-br924ko圖5-6吋間控制仿真電路6硬件的制作與調(diào)試6.1電烙鐵的使用1、焊接的注意事項良好的焊接是實驗成功的重要保證；焊接不良，往往會使實驗失敗，甚 至損毀元器件。所以應(yīng)注意以下幾點：(1) 焊接話筒的時候，一定要將連接電源正、負(fù)極的導(dǎo)線分別焊接在話 筒的+、“一”極的一端。(2) 對照電路安裝元件，先裝上小的元件焊接后裝屯容燈人的元件焊接, 焊

16、接元件才容易。(3) 烙鐵使用日久后，烙鐵頭容易被“燒死=即在表面出現(xiàn)一層黑色 氧化物，而且變得凹凸不平?！盁?quot;的烙鐵頭很難熔化和沾取焊錫，需用鋰 刀將它重新挫亮。盡量使用市場上岀售的空心焊錫絲，它是將焊錫做成直徑 24毫米的細(xì)管狀，在管內(nèi)裝進(jìn)松香粉。使用這種焊錫絲，能保護(hù)烙鐵頭不 易被“燒死"。(4) 使用電烙鐵一定要注意安全，使用而用萬用表測一下電烙鐵電源插 頭兩端的電阻是否為止常值。止常時20瓦烙鐵的電阻約2000歐，45瓦的為 1000歐，75瓦的為600歐，100瓦的約500歐。電源插頭與電烙鐵外殼、烙 鐵頭之間的電阻應(yīng)接近無窮大，否則說明這把電烙鐵漏電，不能使

17、用。(5) 焊接完畢，檢查無誤后交付老師，有老師檢查后接入電源測試功能, 調(diào)試電路達(dá)到自己設(shè)計的功能后結(jié)束。2、電路的連接在連接電路的時候，要嚴(yán)格按照電路圖連接電路，也要注意烙鐵與電路 板接觸的時間，不要燒壞電路板。并在聯(lián)好電路以后進(jìn)行測量。及時發(fā)現(xiàn)問 題與改正。6.2電子產(chǎn)品的調(diào)試與仿真圖6-1電路仿真圖該圖與原理圖有兩處不同，麥克風(fēng)和光敏二極管分別用函數(shù)發(fā)生器和開關(guān)代替，原理上都是可以的。電源為220v交流電通過電燈，但仿真時電壓是最大值所以將電源的值 設(shè)置為311v經(jīng)過d1d4整流后，電容c1濾去交流分量。r5限制電流降低電路消耗，r1分壓為電路停工電壓。圖6-2正而焊接實物圖圖6-3背

18、面焊接實物圖7總結(jié)為期一周的課程設(shè)計即將結(jié)束。我們做的是聲光控開關(guān)，這是一種聲音 和光照的雙控電路，多用丁樓梯、過道、庫房等場所。在有光照吋，燈泡一 定不會亮；在光線暗吋，燈泡會自動亮，此后若無聲響，過一段吋間后燈會 自動滅。電源設(shè)計根據(jù)其主體電路及執(zhí)行機構(gòu)不同，要求可靠、價廉、有效 益。由于此開關(guān)在光線較暗時是否接通取決于聲音的強弱，因此為了加強它 的工作效應(yīng)，設(shè)計了信號放大整形電路，微弱的信號經(jīng)過此電路加工也能使 開關(guān)導(dǎo)通。本次的聲光控制開關(guān)的設(shè)計實踐將我們學(xué)到的知識應(yīng)用到了實踐, 深化了對模擬電了電路設(shè)計的認(rèn)識，使我們在設(shè)計的實踐中獲得新知，得到 了課本之外的東西，通過自己的獨立動手，還有老師耐心地指導(dǎo)下以及同學(xué) 的探討，讓我學(xué)會了分析電路、設(shè)計電路的步驟以及計算機輔助作圖等。讓 我們進(jìn)一步鞏固和掌握所學(xué)的理論基礎(chǔ)知識，加深對了對模擬電路的理解， 對元氣件的使用更加深刻。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之 處。在設(shè)計過程中我發(fā)現(xiàn)口己考慮問題很不全面，口己的專業(yè)知識掌握的很 不牢固，所掌握的電路應(yīng)用軟件還不夠多，我希望口己的這些不足z處能在 今后的工作和學(xué)習(xí)中得到改善。設(shè)計的過程遇到了許多困難，但我們努力通 過一周的課程設(shè)計，我學(xué)到了許多，這讓我擁冇了一次運用我所學(xué)模電知識 的機會。參考文獻(xiàn)1 華成英童詩白.模擬電了技術(shù)基礎(chǔ)（第3版）m.北京：高等教冇出版社.2006