光敏百靈鳥電路課程設(shè)計(jì)

1、目 錄第一章： 緒論2第二章：光敏百靈鳥電路及其原理第三章： 元器件介紹以及測(cè)試21電阻的測(cè)試 211光敏電阻 212熱敏電阻212濕敏電阻22電容的測(cè)試 221陶瓷電容23三極管的測(cè)試24 555芯片第四章： 制作與調(diào)試小結(jié) 參考文獻(xiàn)第一章： 緒論光敏百靈鳥電路中，555 和 R1、RG1、C1 等組成多諧振蕩器，光敏電阻 RG1 是利用光致導(dǎo)電的特性，它的阻值會(huì)隨照射光的強(qiáng)度而變化，當(dāng)光照射時(shí)阻值小，光照弱時(shí)阻值大。本電路利用這一光敏特性，來改變振蕩器的充放電的時(shí)間的常數(shù)，從而改變多諧振蕩器的頻率，本電路的振蕩頻率為：=1.44(R1+RG1)C1，555輸出的可變頻率信號(hào)經(jīng)過 R2限流后

2、，驅(qū)動(dòng)三極管 VT1帶動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出多變的鳴叫聲。如果手拿實(shí)驗(yàn)電路板移動(dòng)，揚(yáng)聲器就會(huì)隨這移動(dòng)時(shí)光照強(qiáng)度的變化，發(fā)出多變的鳴叫，如果將本電路放置在霓虹燈前，則揚(yáng)聲器就會(huì)隨著光線強(qiáng)度變化無窮的音色。第二章：光敏百靈鳥電路及其原理如圖1所示，該電路是以時(shí)基電路555芯片為核心組成的，振蕩頻率由R1、RG1、C1決定。當(dāng)加入電源時(shí)，即可產(chǎn)生斷續(xù)的音調(diào)變化的類似百靈鳥鳴叫的聲音。多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。 加上電源后，電容器C1經(jīng)

3、外接電阻R1與RG1由Vcc充電，電容器C1兩端電壓一直上升到2/3Vcc(第六腳之臨界電壓)，于是觸發(fā)555的第三腳的輸出為低電平0。此外，集成電路內(nèi)部放電管被驅(qū)動(dòng)而導(dǎo)通，使得第七腳接地，將電容C1上的電荷經(jīng)電阻RG1放電，電容器的電壓就開始下降，直到它降到觸發(fā)端1/3Vcc，正反器再次被觸發(fā)，使第三腳輸出回到高電平1，且放電管截止，于是電容器C1再次經(jīng)由電阻R1及RG1充電，重復(fù)這些動(dòng)作就會(huì)產(chǎn)生振蕩。 充電路徑：由Vcc出發(fā)，經(jīng)由R1及RG1至電容器C1。 放電路徑：由電容器C1出發(fā)，經(jīng)由RG1至NE555之第七腳。 頻率f=1.44/(R1+2RG1)C圖1

4、 光敏百靈鳥電路原理圖第三章： 元器件介紹以及測(cè)試21電阻的測(cè)試將萬用表打到歐姆檔，分別將兩根表棒接到電阻的兩端，正確讀出萬用表的讀數(shù)，該讀數(shù)就是電阻的阻值。211光敏電阻定義：電阻值隨入射光強(qiáng)弱變化而明顯變化的光敏元件光敏電阻器簡(jiǎn)介： 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器。主要用于光的測(cè)量、光的控制、和光電轉(zhuǎn)換。    圖2 光敏電阻器如圖：光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便能吸收更多的光能。該類電阻器的特點(diǎn)是入射光越強(qiáng)，電阻值就越小，入射光越弱，電阻值就越大。如聲控?zé)糁胁捎昧斯饷綦娮杵髯鶠榘滋炜刂茻艄獾难b置。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)

5、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，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體 圖3 光敏電阻原理圖及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻

6、阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體導(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212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(duì)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)

7、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。熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成， 熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會(huì)造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關(guān)系。制造商給不出標(biāo)準(zhǔn)化的熱敏電阻曲線。熱敏電阻體積非常小，對(duì)溫度變化的響應(yīng)也快。但熱敏電阻需要使用電流源，小尺寸也使它對(duì)自熱誤差極為敏感。利用的原理是溫度引起電阻變化若電子和空穴的濃度分別為n、p，遷移率分別為n、p，則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為：=q（nn+pp） 因?yàn)閚、p、n、p都是依賴溫度

8、T的函數(shù)，所以電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測(cè)量電導(dǎo)而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測(cè)出10-6的溫度變化；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55315，高溫器件適用溫度高于315（目前最高可達(dá)到2000），低溫器件適用于-27355；體積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無法測(cè)量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.1100k間任意選擇；易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；穩(wěn)

9、定性好、過載能力強(qiáng)。圖4 熱敏電阻器當(dāng)電路正常工作時(shí)，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會(huì)阻礙電流通過；而當(dāng)電路因故障而出現(xiàn)過電流時(shí)，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過開關(guān)溫度（ts，見圖1）時(shí)，電阻瞬間會(huì)劇增，回路中的電流迅速減小到安全值.為熱敏電阻對(duì)交流電路保護(hù)過程中電流的變化示意圖。熱敏電阻動(dòng)作后，電路中電流有了大幅度的降低，圖中t為熱敏電阻的動(dòng)作時(shí)間。由于高分子ptc熱敏電阻的可設(shè)計(jì)性好，可通過改變自身的開關(guān)溫度（ts）來調(diào)節(jié)其對(duì)溫度的敏感程度，因而可同時(shí)起到過溫保護(hù)和過流保護(hù)兩種作用，如kt161700dl規(guī)格熱敏電阻由于動(dòng)作溫度很低，因而適用于鋰離子電池

10、和鎳氫電池的過流及過溫保護(hù)。環(huán)境溫度對(duì)高分子ptc熱敏電阻的影響 高分子ptc熱敏電阻是一種直熱式、階躍型熱敏電阻，其電阻變化過程與自身的發(fā)熱和散熱情況有關(guān)，因而其維持電流、動(dòng)作電流及動(dòng)作時(shí)間受環(huán)境溫度影響。當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于a區(qū)時(shí)，熱敏電阻發(fā)熱功率大于散熱功率而會(huì)動(dòng)作；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于b區(qū)時(shí)發(fā)熱功率小于散熱功率，高分子ptc熱敏電阻由于電阻可恢復(fù)，因而可以重復(fù)多次使用。圖6為熱敏電阻動(dòng)作后，恢復(fù)過程中電阻隨時(shí)間變化的示意圖。電阻一般在十幾秒到幾十秒中即可恢復(fù)到初始值1.6倍左右的水平，此時(shí)熱敏電阻的維持電流已經(jīng)恢復(fù)到額定值，可以再次使用了。面積和厚度較小的熱敏電阻恢復(fù)相對(duì)較快；而面積和

11、厚度較大的熱敏電阻恢復(fù)相對(duì)較慢。212濕敏電阻濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化這一原理而制 成的。工業(yè)上流行的濕敏電阻主要有:氯化鋰濕敏電阻,有機(jī)高分子膜濕敏電阻。圖5 濕敏電阻器特性及用途*溫度的依存性小 *空調(diào),加濕器,除濕機(jī)*磁滯小 *樓宇空調(diào)*再現(xiàn)性和應(yīng)答性良好 *事務(wù)設(shè)備*濕度感知范圍廣 *禮品（時(shí)鐘,天氣預(yù)報(bào)計(jì)）*小型,輕量 *干燥機(jī)22電容的測(cè)試測(cè)量電容器時(shí)用電阻檔，電容量越大所選量和越小，有充放電能力初步判斷是好的，再測(cè)量一下反向測(cè)量一下電阻越大越好，在路測(cè)量要先放電，以免損壞電表。221陶瓷電容陶瓷電容器 （ceramic capacitor；c

12、eramic condenser ） 就是用陶瓷作為電介質(zhì)，在陶瓷基體兩面噴涂銀層，然后經(jīng)低溫?zé)摄y質(zhì)薄膜作極板而制成。它的外形以片式居多，也有管形、圓形等形狀。 陶瓷電容器是以陶瓷材料為介質(zhì)的電容器的總稱。其品種繁多，外形尺寸相差甚大。按使用電壓可分為高壓，中壓和低壓陶瓷電容器。按溫度系數(shù)，介電常數(shù)不同可分為負(fù)溫度系數(shù)、正溫度系數(shù)、零溫度系數(shù)、高介電常數(shù)、低介電常數(shù)等。此外，還有I型、II型、III型的分類方法。一般陶瓷電容器和其他電容器相比，具有使用溫度較高，比容量大，耐潮濕性好，介質(zhì)損耗較小，電容溫度系數(shù)可在大范圍內(nèi)選擇等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于電子電路中，用量十分可觀。 圖6 陶瓷電容器23三極

13、管的測(cè)試1判定基極用萬用表R×100或R×1k擋測(cè)量三極管三個(gè)電極中每?jī)蓚€(gè)極之間的正、反向電阻值。當(dāng)用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個(gè)電極均測(cè)得低阻值時(shí)，則第一根表筆所接的那個(gè)電極即為基極b。這時(shí)，要注意萬用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值都較小，則可判定被測(cè)三極管為PNP型管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值較小，則被測(cè)三極管為NPN型管。 2判定集電極c和發(fā)射極e (以PNP為例)將萬用表置于R×100或R×1K擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個(gè)管腳時(shí)，所測(cè)

14、得的兩個(gè)電阻值會(huì)是一個(gè)大一些，一個(gè)小一些。在阻值小的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。 3判別高頻管與低頻管 高頻管的截止頻率大于3MHz，而低頻管的截止頻率則小于3MHz，一般情況下，二者是不能互換的。 4在路電壓檢測(cè)判斷法 在實(shí)際應(yīng)用中、小功率三極管多直接焊接在印刷電路板上，由于元件的安裝密度大，拆卸比較麻煩，所以在檢測(cè)時(shí)常常通過用萬用表直流電壓擋，去測(cè)量被測(cè)三極管各引腳的電壓值，來推斷其工作是否正常，進(jìn)而判斷其好壞。24 555芯片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。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS

15、工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)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。555的8腳是集成電路工作電壓輸入端，電壓為518V，以UCC表示；從分壓器上看出，上比較器A1的腳接在R1和R2之間，所以5腳的電壓固定在2UCC/3上；下比較器A2接在R2與R3之間，A2的同相輸入端電位被固定在UCC/3上。它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：GND(或VCC)源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：TR低觸發(fā)端。 3腳：OU

16、T（或Vo）輸出端。 4腳：R是直接清零端。當(dāng)R端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。 5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端。7腳：D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。電阻分壓器由三個(gè)5k的等值電阻串聯(lián)而成。電阻分壓器為比較器C1、C2提供參考電壓，比較器C1的參考電壓為2/3Vcc，加在同相輸入端，比較器C2的參考電壓為1/3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)

17、放C1、C2組成。高電平觸發(fā)信號(hào)加在C1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器R端的輸入信號(hào)；低電平觸發(fā)信號(hào)加在C2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器S端的輸入信號(hào)?；綬S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器C1、C2的輸出端控制。 8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.516V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為318V。一般用5V。圖7 555芯片內(nèi)部框圖圖8 555芯片引腳圖表1 555定時(shí)器的邏輯功能表輸 入輸 出UI1UI2RDU0V狀態(tài)XX00導(dǎo)通>2/3VCC>1/3VCC10導(dǎo)通&

18、lt;2/3VCC<1/3VCC11截止<2/3VCC>1/3VCC1不變不變第四章： 制作與調(diào)試3.2 光敏百靈鳥的制作與調(diào)試操作步驟：1、配齊元件和其他附件，并對(duì)元件進(jìn)行檢測(cè)。2、根據(jù)電路圖合理安排元件安裝位置和走線。工藝要求 3、安裝元件，檢查無誤后下焊。工藝要求 4、按圖接線。調(diào)試：當(dāng)用手或用其他不透光物體遮擋光敏電阻，隨著光敏電阻所受光多少，蜂鳴器發(fā)出不同頻率的聲音，像鳥的叫聲，即達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。如果沒有出現(xiàn)預(yù)期的效果，那就要回過頭仔細(xì)檢查錯(cuò)誤。一直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。然后把光敏電阻分別換成熱敏電阻、濕敏電阻，聽一下蜂鳴器有無聲音。根據(jù)熱敏電阻、濕敏電阻的使用方式及特點(diǎn)調(diào)節(jié)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。（a）（b）圖9 光敏百靈鳥電路板實(shí)物圖小結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了我們的動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，方案的選擇、電路原理圖的設(shè)計(jì)和芯片上的選擇，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，耗費(fèi)在這上面的時(shí)間很多，兩個(gè)同學(xué)一組的安排也讓我們能夠認(rèn)識(shí)到合作的重要性，加深對(duì)團(tuán)隊(duì)精神的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，從同學(xué)間的交流中學(xué)到了不少的知識(shí)。此外，還有老師在實(shí)驗(yàn)室不倦地指導(dǎo)和教誨，幫助我們更好地理解和解決問題，非常感謝他們，沒有他們我們不可能做好。 在做課程設(shè)計(jì)的