戶外聲控照明燈

1、威海職 業(yè) 學 院畢業(yè)設計任務書專業(yè) 應用電子技術戶外聲控照明燈摘要在生活中，我們無時不在使用著燈，如臺燈、路燈、日光燈、照明燈、彩燈等等，但 不管什么方式的燈，他們的作用都是一致的一一照明。因此，設計一個即實用方便的照明 燈則是我們共同的愿望。設計一種極不浪費電力又方便實用的照明燈更是我們一直以來努 力的目標。本設計主要是介紹了有關聲控照明燈的電路設計。聲控燈主要是聲音的震動來實現(xiàn) 的，當人走過時只需要用手輕拍一下燈就會自動的亮，一定時間后自動滅。這樣不僅給人 提供了相應的方便，同時也達到了節(jié)點和節(jié)能的目的。在實際生活中節(jié)電節(jié)能，能夠實現(xiàn) 更多的自動化。在本設計中介紹了聲控電路的組成、性能及

2、工作原理，給出各電路原理圖及元器件 參數(shù)選擇，節(jié)能效果十分明顯。電路的拾音器只要檢測到有聲音就會自動照明，過三分鐘 后自動熄滅，節(jié)能節(jié)電第一章前言 11.1引言 11.2電路的基本原理 2第二章元器件的基本知識32.1 電阻的基本知識 32.2 電位器的基本知識 52.3 電容的基本知識 7第三章聲電傳感器 103.1 MIC電路圖 103.2 MIC電路的測試 12第四章發(fā)光二極管144.1 發(fā)光二極管的基本原理和簡介 144.2 發(fā)光二極管的使用注意事項 164. 3發(fā)光二極管的主要特點 174. 4發(fā)光二極管的質量檢測 17第五章7555時基電路 205.1 7555 定時器的引腳的引腳

3、介紹 20215.2 7555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器23第六章組裝和調(diào)試過程6.1 手工焊接 236.2 組裝及調(diào)試 276.3 元器件清單列表 29第七章 總結 30參考文獻 31致 32第一章 前言1.1引言在人類社會進入21世紀之后隨著社會對能源的需求不斷加大，科學技術的飛速發(fā)展以及電子計算機大規(guī)模應用于各個領域，帶動了生產(chǎn)力的大規(guī)模提高。電子信息技術在 生產(chǎn)各部門得到了廣泛應用。電子電路的設計也發(fā)生了巨大的變化，首先我們現(xiàn)在設計 電路不僅僅只是為了應用而去設計電路，我們要在多方面中和考慮的情況下能利用高科 技則盡量利用高科技能節(jié)約成本則應盡量節(jié)約成本，還要在盡最大程度的節(jié)約能源的基

4、礎上實現(xiàn)電路的“綠色化”。電子信息技術發(fā)展的主要目標是實現(xiàn)高度智能化，在減少利用能源的同時又可以不 需要人為干預下是機器能獨立處理各種工作。智能化照明電路也是如此，聲音使我們最 為熟知的。人與人需要用聲音去交流，機器運轉發(fā)出聲音，動物會發(fā)出聲音。然而此寶 貴的資源卻被我們忽視了很長時間，如今我們應合理的利用這一資源。利用聲音作為電 開關控制機器的運行。照明是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚?，而聲控在照明中也得到了廣 泛的應用。他將聲音轉化為電信號來控制各種電器的工作。戶外聲控照明燈也是基于前 人設計的基礎上進行改進的，借助腳步聲，使之點亮，是照明線路節(jié)省電能的有效途徑。目前常用的照明燈控制電路的形式多

5、樣，但大都較為復雜，為此，對采用7555定時器為基本元件組成照明聲控電路進行了研究。本論文主要研究了聲控照明電路的設計，通過這次的研究，將我們平時所學的知識運用到實驗探索上，這對提高我們的動手能力，創(chuàng)新意識，及鍛煉思維活動無疑是一個莫大的幫助VR1lOkQR2UQVW IMOR61N0S21.2電路的基本原理該電路主要有MIC電路接收聲音后轉化為電信號，電信號經(jīng)一系列的變化，如：放大, 延時等傳送至發(fā)光二極管即模擬照明燈，控制發(fā)光二極管的亮與滅。系統(tǒng)工作流程圖如圖所示：聲電轉換電路TL0717555時基電路LED發(fā)光二極管要實現(xiàn)上述照明燈的控制，則要求控制電路由MIC電路，運算放大器，555定

6、時器延時電路，和LED發(fā)光二極管等幾部分組成，整體電路的原理框圖如1-1圖所示Rl <7kQCl圖1-1戶外聲控照明燈原理圖設計原理簡述：由電容式話筒檢取的聲音信號用TL071（IC1）放大，用電阻R1和電容C1降低電路對低頻聲音的靈敏度，以消除誤觸發(fā)的可能。VR1用來調(diào)整話筒的靈敏度。VR2調(diào)整IC1的增益。從IC1放大后的輸出信號耦合至IC2的觸發(fā)腳。IC2是一塊CMO定時器7555, 接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。R4使腳在未觸發(fā)情況下為高電位。定時元件 R6和C4給出的延時為 3分鐘。IC2的復位腳經(jīng)R5連接至電源正極，并經(jīng)C2連接至電源負極，其作用是為電路提 供上電復位功能。IC2的輸出

7、經(jīng)鎮(zhèn)流電阻R7接通白色LED（ LED1使之發(fā)光。用三節(jié)1.5V5 號電池對電路供電。適當?shù)恼{(diào)整VR1和VR2使IC1有足夠高的靈敏度。按下開關S1可向手電 筒一樣接通照明燈。第二章基本元器件的識別及測量2.1電阻的基本知識電阻的作用電阻在電路中的主要作用是穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電路的電流和電壓，其次是限制電路分流、降低電壓及分配電壓等功能。圖形符號及基本單位電阻的圖形符號如右圖所示：電阻的基本單位為歐姆，簡稱歐，用字母“Q”，表示，常用單位：歐（Q）、千歐（KQ）、兆歐（MQ）1 MQ =1000 KQ =106 Q電阻的參數(shù)標注方法電阻的參數(shù)標注方法有3種，即直標法、色標法和數(shù)標法。（1）數(shù)標法數(shù)標法

8、主要用于貼片等小體積的電路，如：472表示47 X100Q （即4.7K）; 104則表示100K（2）色環(huán)標注法小功率電阻廣泛使用色標法。普通電阻通常用4個色環(huán)表示其阻值和允許誤差。第一，二色環(huán)表示有效數(shù)字，第三個色環(huán)表示倍率（乘數(shù)），與前3環(huán)距離較大的第四個 色環(huán)表示精度。如圖2-1所示。四色環(huán)標注法如表2-1。例如，具有紅、黃、棕、金這 4個 色環(huán)標注的電阻，其阻值為 24x101=240Qo圖2-1 電阻的四色標法表2-1四色環(huán)標注法品12X曲2心切$2込1OO1殳21 0 2士之骼31 O3481 O <55-1 ©5士 O 一 3 gOC1 O 疔1 O2 芻 XT

9、71 Q 7土 O 1 X&a1 O B士 O - O S"三r.i»eT 0»1 口壬1V4-1 Q J士 ° X精密電阻用5個色環(huán)表示其阻值和允許誤差。第一、二、三色環(huán)表示有效數(shù)字，第四個色環(huán)表示倍率（乘數(shù)），與前4環(huán)距離較大的第五個色環(huán)表示精度。如圖 2-2所示。五色環(huán)標圖2-2電阻的五色標法例如，具有藍、灰、黑、橙、紫這 5個色環(huán)標注的電阻，其阻值為 680x103=680KQ表2-2 五環(huán)電阻讀數(shù)方法事二汗站五訐 i?那三環(huán)i11IO1紅22310023331000闿41QOOO5£50* &66JOODOOO紫:77

10、T1CODOOOO*8| 31CODOQOOO白£9lOOQOOGaCO黑O0010- 150. O1IO電阻的主要參數(shù)電位器的的主要參數(shù)有標稱阻值、允許偏差及額定功率。標稱阻值：一個電阻器，他所標注的阻值叫標稱阻值。不同精度的電阻器，其標稱阻值 不同。允許偏差：電阻器的允許偏差是指電阻器的實際阻值對于標稱阻值的允許最大偏差圍， 他標志著電阻器的阻值精度。額定功率：指電阻器當大氣壓力為 87-107kPa時，在特定的環(huán)境溫度圍所允許承受的最 大功率。阻值的測量測量電阻一般采用萬用表的歐姆檔進行（以指針萬用表為例），測量前應將萬用表調(diào)零 例如，測量470歐電阻，首先將萬用表置于 RxI

11、OQ檔，將紅黑兩根表筆短接，調(diào)節(jié)調(diào)零電位47”，將此器使萬用表指針阻值為零，然后載用表筆接被測電阻兩個引腳，此時指針應指向 時指針指示值乘10,即為被測電阻的阻值。在測試時，若指針指向“ 0”處，則表明電阻短 路；若指針指向無窮大，貝憔明電阻部開路，此時說明電阻失效，不能使用。本設計使用電阻如下：R1 4.7K Q色環(huán)：黃紫紅棕作用： 降低電路對極低頻聲音的靈敏度R2 10K Q色環(huán)：棕黑橙棕作用：限流R3 10K Q色環(huán)：棕黑橙棕作用：限流R4 10K Q色環(huán)：棕黑橙棕作用：使腳在未觸發(fā)的情況卜為咼電平R5 10K Q色環(huán)：棕黑橙棕作用：限流R6 1MQ色環(huán)：棕黑綠棕作用：定時R7 100

12、Q色環(huán)：棕黑棕棕作用：鎮(zhèn)流2.2電位器的基本知識電位器的作用電位器實際上是一個可變電阻器，用于電路中經(jīng)常改變阻值的位置。聲控照明電路中兩個變位器器分別調(diào)節(jié)話筒靈敏度和運算放大器的增益。基本單位電位器的基本單位為歐姆，簡稱歐，用字母“Q” ，表示，常用單位：歐（Q）、千歐（KQ）、兆歐（MQ）61 M Q =1000 KQ =10 Q數(shù)碼表示法數(shù)碼表示法一般用3位數(shù)字表示電位器阻值的大小，單位為Q。前兩位數(shù)為有效數(shù)字,后一位表示倍率，10 i ，i為第三位數(shù)字，如103代表10x103=10KQ。224電位器的主要參數(shù)電位器的的主要參數(shù)有標稱阻值、允許偏差及額定功率。電位器的質量判別外觀檢查：檢

13、查電位器引出端子是否松動，接觸是否良好，轉動轉軸時應感覺平滑，不 應有過松、過緊現(xiàn)象。阻值檢測：首先用萬用表歐姆（指針式萬用表）檔測量電位器總阻值，看是否在標稱值 圍，然后將表筆接于活動端子和一個引出端子，反復慢慢的旋動電位器轉軸，看萬用表數(shù)值 是否連續(xù)變化，如果變化不連續(xù)或變化過程中阻值不穩(wěn)定，則說明電位器接觸不良，此電位 器不能使用。電位器阻值變化規(guī)律如表 2-3 :表2-3電位器阻值變化阻值變化規(guī)律特點適用場合直線式阻值隨轉軸角度均勻變化電路要求均勻變化 場合，如穩(wěn)壓電源采樣點 路對數(shù)式電位器開始轉動時，阻值變化小。轉角接近最大轉角端時，阻值變化大音量控制電路反對數(shù)式電位器開始轉動時，阻

14、值變化大。轉角接近最大轉角端時，阻值變化小音量控制電路，對比度調(diào)節(jié)電路本設計使用的電位器如下:VR1 10K Q 作用：調(diào)整話筒的靈敏度VR2 1M Q作用：調(diào)整IC1的增益2.3電容的基本知識電容器的簡介及其作用電容器是電子設備量使用的電子元器件，光反應用于隔直，耦合，旁路，調(diào)諧回路，能 量轉換，控制電路等方面。電容器的基本作用就是充電與放電，但由這種基本充放電作用所延伸出來的許多電路現(xiàn)象，使得電容器有著種種不同的用途，例如在電動馬達中，我們用它來產(chǎn)生相移；在照相閃光燈中，用它來產(chǎn)生高能量的瞬間放電等等；而在電子電路中，電容器不同性質的用途尤多， 這許多不同的用途，雖然也有截然不同之處，但因

15、其作用均來自充電與放電。下面是一些電 容的常用作用列表：耦合電容：用在耦合電路中的電容稱為耦合電容，在阻容耦合放大器和其他電容耦合電 路量使用這種電容電路，起隔直流通交流作用。濾波電容：用在濾波電路中的電容器稱為濾波電容，在電源濾波和各種濾波器電路中使 用這種電容電路，濾波電容將一定頻段的信號從總信號中去除。旁路電容：用在旁路電路中的電容器稱為旁路電容，電路中如果需要從信號中去掉某一 頻段的信號，可以使用旁路電容電路，根據(jù)所去掉信號頻率不同，有全頻域（所有交流信號） 旁路電容電路和高頻旁路電容電路。定時電容：用在定時電路中的電容器稱為定時電容。在需要通過電容充電、放電進行時 間控制的電路中使用

16、定時電容電路，電容起控制時間常數(shù)大小的作用。圖形符號及基本單位電容的圖形符號如圖2-3所示圖2-3電容圖形符號電容的基本單位為法拉，用字母“F”表示，常用單位：法（F）、微法（uF）、納法（nF）、皮法（pF）。1F=106uF=109 nF=1012pF233電容器的識別（1）電解電容（采用直標法）此電容具有正負極性的。一只新電容長腳為正，短腳為負。另外，也可以從外殼標記來看正負極性，帶有“一一”標記下的引腳為負極。如圖2-4所示。電容容量為：33uF，耐壓 6V.圖2-4 直標電容符號（2）小容量電容表示法（采用數(shù)碼表示法）小容量電容一般無極性。數(shù)碼表示法一般用3位數(shù)字表示電容的大小，單位

17、為 pF。前兩位數(shù)為有效數(shù)字，后一位表示倍率，10 i ，i為第三位數(shù)字。圖3所示的電容容量為：1000pF= 1nF，耐壓為：3KV。電容的主要參數(shù)電容的主要參數(shù)有標稱電容量、允許偏差及額定工作電壓235電解電容器質量的判別與正、負極性的判別（1）電容質量好壞的判別對于容量大于5100pF的電容器，可在指針式萬用表 RxIOK檔或Rx1K檔條件下，用表筆 連接電容兩端引線。在正常情況下，表針先向右的方向（R=0擺去，然后向左的方向返回。如果退不到最左邊，而停在某一數(shù)值，指針穩(wěn)定后的阻值就是該電容器的漏電阻。一般電容 器的漏電阻在數(shù)十兆歐以上，電解電容器的漏電阻也應該在幾兆歐以上。若測得的漏電

18、阻小 于上述值，則表明該電容器漏電嚴重、不能使用。在測量過程中，表針停在最右邊，表示電 容器擊穿短路；若表針停在最左邊，表示電容器部開路。此兩種情況，均說明電容器已壞， 不能使用。（2）電解電容器正、負極性的判別使用時，電源的正極與電容器的正極相連接，電源的負極與電容器的負極相連接這時成 為電容器的正接。電容器正接時的漏電阻比反接時大，利用這一點特性判別電解電容的正、 負極性。方法：先任意測一下漏電阻，記住其大小，然后將電容器兩引腳短路一下放電，變換紅、 黑表筆再測一次，兩次測 量中漏電阻較大的就是正向接法，黑表筆對應的引腳為電容器的正 極，紅表筆對應的引腳為電容器的負極。本設計使用電容如下：

19、瓷片電容：C1 0.22uF作用：降低電路對低頻聲音的靈敏度C3 O.OluF作用：防止干擾電壓引入電解電容：C2 4.7uF（ 16V）C4 47uF(16V)作用：定時第三章聲電傳感器3.1 MIC電路3.1.1 MIC傳聲器MIC 是將聲音信號轉換為電信號的一種電聲器件。MIC有兩個電極：漏極（D）、源級（S）源級一般與外殼相通。駐極體傳聲器是一種用駐極體材料制造的新型傳聲器。它具有結構簡 單、靈敏度高等優(yōu)點。 駐極體傳聲器部主要包括聲電轉換和阻抗變換兩部分。聲電轉換部分 包括振膜、極板、空隙三部分。聲電轉換的關鍵元件是振動膜，它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜，然后再

20、經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷，膜 片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開， 這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。當聲音傳入時，振膜隨聲波的運動發(fā)生振動， 此時振膜與固定電極間的電容量也隨聲音而發(fā)生變化。從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變 電壓信號，如此就完成了聲音轉換為電信號的過程。電壓變化的大小，反映了外界聲壓的強 弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率。駐極體傳聲器振膜與極板之間的電容量比較 小，一般為幾十pF。因而這個電信號輸出阻抗很高，而且很弱。因此，不能將駐極體傳聲器 的輸出直接與音頻放大器相接。而場效應晶體管具有輸入阻抗極

21、高、噪聲系數(shù)低的特點，因 此，一般是在傳聲器部接入一只輸入阻抗極高的結型場效應晶體三極管用來放大駐極體電容 產(chǎn)生的電壓信號，同時以比較低的阻抗在源極 S或者漏極G輸出信號，實現(xiàn)阻抗變換。如圖 3-1為一些常用駐體聲電傳感器。圖3-1常見駐體聲電傳感器3.1.2 MIC電路的基本原理Vs®2.0VOUTPUTGMDTemn I rl：2 2K4隔IIC=10u F理Term?圖3-2 MIC原理圖FET :（場效應管）MIC的主要器件，起到阻抗變換和放大的作用。C :是一個可以通過膜片震動而改變電容量的電容，聲電轉換的主要部件。C1,C2 :是為了防止射頻干擾而設置的，可以分別對兩個射

22、頻頻段的干擾起到抑制作用C1 一般是 10PF, C2一般是 33PF, 10PF濾波 1800Mhz 33PF濾波 GSM900MhzRL :負載電阻，它的大小決定靈敏度的高低。VS :工作電壓，MIC提供工作電壓。CO :隔直電容，信號輸出端。由聲信號到電信號的轉換由靜電學可知，對于平行板電容器，有如下的關系式：C=S/L 即電容的容量與介質的介電常數(shù)成正比，與兩個極板的面積成正比，與兩個極板之間的距離成反比。另外，當一個電容器充有 Q量的電荷，那麼電容器兩個極板要形成一定的電壓, 有如下關系式；C=Q/V d的變化,對于一個駐極體傳聲器，部存在一個由振膜，墊片和極板組成的電容器，因為膜片

23、上充 有電荷，并且是一個塑料膜，因此當膜片受到聲壓強的作用，膜片要產(chǎn)生振動，從而改變了 膜片與極板之間的距離，從而改變了電容器兩個極板之間的距離，產(chǎn)生了一個因此由公式可知，必然要產(chǎn)生一個的變化，由公式 又知，由于的變化，充電電 荷又是固定不變的，因此必然產(chǎn)生一個 4V的變化。由于這個信號非常微弱，阻非常高，不 能直接使用，因此還要進行阻抗變換和放大。FET 場效應管是一個電壓控制元件，漏極的輸出電流受源極與柵極電壓的控制。由于電 容器的兩個極是接到FET的S極和G極的，因此相當于FET的S極與G極之間加了一個 心 的變化量，F(xiàn)ET的漏極電流I就產(chǎn)生一個 ID的變化量，因此這個電流的變化量就在電

24、阻 RL 上產(chǎn)生一個 VD的變化量，這個電壓的變化量就可以通過電容 CO輸出，這個電壓的變化量 是由聲壓引起的，因此整個傳聲器就完成了一個聲電的轉換過程。技術指標1 靈敏度：用于表示傳聲器的聲-電轉換效率，即單位為聲壓下所能產(chǎn)生電壓大小的能 力。單位：V/Pa 或 aBV/Pa 0 aBV/Pa=1 V/Pa2 頻率圍：指傳聲器正常工作的頻帶寬度，通常帶寬的下限和上限頻率來表示。3 信號噪聲比：傳聲器有電信號輸出時的信號電壓與傳聲器在噪聲電壓的比值，即：S/N.4 源阻抗及推薦的負荷阻抗：指傳聲器的交流阻。5 最大允許聲壓級：通常以傳聲器產(chǎn)生0.5%諧波畸變時的聲壓級最大容許聲壓級。6 .隔振

25、能力：包括傳聲器與其支架間的隔振能力，以及傳聲器外殼芯件與殼體隔振能 力。7 .瞬態(tài)響應：指傳聲器對脈沖型聲波的跟蹤能力。MIC 參數(shù)的設定包括工作電壓，負載電阻。另外還要對MIC的工作電流進行限定，本設計供電電壓為4.5V，可調(diào)負載電阻為10KQ，因為Vd=Vsd+Id*R, Id = (Vs- Vsd)/ RL為了保證MIC中的FET工作在線性工作區(qū)，不進入飽和區(qū)，應使Vsd>0.7V，因此Id < (4.5V- 0.7V)/ 10K=0.38mA因此在這種情況下,選用的FET的電流不能大于380卩A3.2 MIC電路的測試3.2.1 MIC 的判別1.極性判別將指針式萬用表撥

26、至RxlKQ檔，將黑表筆任接一個電極紅表筆接另一個電極，測量一阻 值；再交換兩表筆，又測得一阻值。比較兩次結果，阻值小的，黑表筆接觸的是源級（S）,紅表筆接觸的是漏極（D）。2.質量判別將指針式萬用表撥至RxIOOQ檔，黑表筆接MIC漏極，紅表筆接MIC源級（即外殼），用 嘴對著MIC吹氣，觀察萬用表指針的變化。若萬用表指針不動，說明 MIC已壞。若萬用表指 針有擺動，則說明MIC完好，擺動越大，靈敏度越高。3.2.2 MIC技術指標的測試1 下圖所示為MIC測試電路:FET| B1 Rl屯流農(nóng)VsOutputCiMIC圖3-3 MIC測量電路電流的測試：由測試儀上直接讀出電流的測試結果（uA

27、）（1）靈敏度測試：首先用標準 MIC校準測試儀的聲壓級，然后把待測 MIC放到已校準的聲腔口上，用測試表筆測試 MIC的兩個極，即可從測試儀上直接讀出靈敏度（2）最大聲壓級的測試：在消聲室，用測試儀測試，逐漸加大聲壓級，并觀察失真值， 當失真值等于3%寸，這時候的聲壓級就是最大聲壓級。（3）輸出阻抗的測試：將聲壓級加大傳聲器上，測量其開路輸出電壓，然后保持聲壓不 變，在傳聲器的輸出端并聯(lián)一個電阻箱，調(diào)整其阻值，使輸出電壓為開路電壓的一半，此時 電阻箱的阻值即為傳聲器的輸出電阻值。（4）S/N的測試：首先測試其靈敏度，然后在相同的條件下在消聲室測試其噪聲，計算 S/N=M敏度電平/噪聲電平。第

28、四章發(fā)光二極管4.1發(fā)光二極管的基本原理和簡介發(fā)光二極管LED（ Light-EmittingDiode ）是能將電信號轉換成光信號的結型電致發(fā)光半 導體器件?；旧?，發(fā)光二極管只是一個微小的電燈泡。但不像常見的白熾燈泡，發(fā)光二極管 沒有燈絲，而且又不會特別熱。它單單是由半導體材料里的電子移動而使它發(fā)光。二極管是半導體設備中的一種最常見的器件，大多數(shù)半導體最是由攙雜半導體材料制成（原子和其它物質）發(fā)光二極管導體材料通常都是鋁砷化稼，在純鋁砷化稼中，所有的原子都完 美的與它們的鄰居結合，沒有留下自由電子連接電流。在攙雜物質中，額外的原子改變電平衡， 不是增加自由電子就是創(chuàng)造電子可以通過的空穴。

29、這兩樣額外的條件都使得材料更具傳導性。帶額外電子的半導體叫做N型半導體，由于它帶有額外負電粒子，所以在N型半導體材料中,自由電子是從負電區(qū)域向正電區(qū)域流動。帶額外“電子空穴”的半導體叫做P型半導體，由于帶有正電粒子。電子可以從另一個電子空穴跳向另一個電子空穴，從從負電區(qū)域向正電區(qū)域流動。因此，電子空穴本身就顯示出是從正電區(qū)域流向負電區(qū)域。二極管是由N型半導體物質與P型半導體物質結合，每端都帶電子。這樣排列使電流只能從一個方向流動。當沒有電壓 通過二極管時，電子就沿著過渡層之間的匯合處從N型半導體流向P型半導體，從而形成一個損耗區(qū)。在損耗區(qū)中，半導體物質會回復到它原來的絕緣狀態(tài)-所有的這些“電子

30、空穴”都會被填滿，所有就沒有自由電子或電子真空區(qū)和電流不能流動。HolesElectronsDepletion Zona為了除掉損耗區(qū)就必須使 N型向P型移動和空穴應反向移動。為了達到目的，連接二極 管N型一方到電流的負極和P型就連接到電流的正極。這時在 N型物質的自由電子會被負極 電子排斥和吸引到正極電子。在 P型物質中的電子空穴就移向另一方向。當電壓在電子之間足夠高的時候，在損耗區(qū)的電子將會在它的電子空穴中和再次開始自由移動。損耗區(qū)消失, 電流流通過二極管如果嘗試使電流向其它方向流動，P型端就邊接到電流負極和 N型連接到正極，這時電 流將不會流動。N型物質的負極電子被吸引到正極電子。P型物

31、質的正極電子空穴被吸引到負 極電子。因為電子空穴和電子都向錯誤的方向移動所以就沒有電流流通過匯合處，損耗區(qū)增 加。發(fā)光二極管部是具有發(fā)光特性的 PN結。當PN結導通時，依靠少數(shù)載流子的注入以及隨 后的復合而輻射發(fā)光。普通發(fā)光二極管的外形、符號及伏安特性如圖1所示。LED正向伏安特性曲線比較陡，在正向導通之前幾乎有電流。當電壓超過開啟電壓時，電流就急劇上升。 因此，LED屬于電流控制型半導體器件，其發(fā)光亮度 L （單位cd/m2,讀作坎德拉每平方米）與正向電流IF近似成正雙，有公式L =K IFm式中，K為比例系數(shù)，在小電流圍（IF=110mA , m=1.31.5。當IF>10mA寸，m

32、=1 式（）簡化成L =K IF即亮度與正向電流成正比。以磷砷化傢黃色LED為例，相對發(fā)光強度與正向電流的關系如圖2所示。LED的正向電壓則與正向電流以及管芯的半導體材料有關。使用時應根據(jù)所要 求的顯示亮度來選取合適的IF值（一般選10mA左右，對于高亮度LED可選12mA，既保 證亮度適中，也不會損壞LED若電流過大，會燒毀LED的PN結。此外，LED的使用壽命將 縮短。由于發(fā)光二極管的功耗低、體積小，色彩鮮艷、響應速度快、壽命長，所以常用作收錄 機、收音機和電子儀器的電平指示器、調(diào)諧指示器、電源指示器等。發(fā)光二極管在正向導通 時有一定穩(wěn)壓作用，還可作直流穩(wěn)壓器中的穩(wěn)壓二極管，提供基準電壓，

33、兼作電源指示燈。目前市場上還有一種帶反射腔及固定裝置的發(fā)光二要管（例如BT104-B2、BT102-F），很容易固定在儀器面板上。4.2發(fā)光二極管的使用注意事項（1）管子極性不得接反，一般講引線較長的為正極，引線較短的是負極。（2） 使用中各項參數(shù)不得超過規(guī)定極限值。正向電流IF不允許超過極限工作電流IFM值，并且隨著環(huán)境溫度的升高，必須作降額使用。長期使用溫度不宜超過75C。（3）焊接時間應盡量短，焊點不能在管腳根部。焊接時應使用鑷子夾住管腳根部散熱， 宜用中性助焊劑（松香）或選用松香焊錫絲。(4) 嚴禁用有機溶液浸泡或清洗(5) LED的驅動電路必須加限流電阻，一般可取一百歐至幾百歐，視電

34、源電壓而定。(6) 在發(fā)光亮度基本不變的情況下，采用脈沖電壓驅動可以節(jié)省耗電。對于LED點陣顯示器，采用掃描顯示方式能大大降低整機功耗。4.3發(fā)光二極管的主要特點(1) 在低電壓(1.52.5V)、小電流(530mA的條件下工作，即可獲得足夠高的亮度。 發(fā)光響應速度快(10-710-9 s )，高頻特性好，能顯示脈沖信息。(2) 單色性好，常見顏色有紅、綠、黃、橙等。(3) 體積小。發(fā)光面形狀分圓形、長方形、異形(三角形等)。其中圓形管子的外徑有© 1、© 2、© 3、© 4、© 5、© 8© 10、© 12、&#

35、169; 15、© 20 ( mm 等規(guī)格，直徑 1mmt勺屬于 超微型LED(4) 防震動及抗沖擊穿性能好，功耗低，壽命長。由于 LED的PN結工作在正向導通狀 態(tài)，本射功耗低，只要加必要的限流措施，即可長期使用，壽命在 10萬小時以上，甚至可達 100萬小時。(5) 使用靈活，根據(jù)需要可制成數(shù)碼管、字符管、電平顯示器、點陣顯示器、固體發(fā)光 板、LED平極型電視屏等。(6) 容易與數(shù)字集成電路匹配。4.4發(fā)光二極管的質量檢測1. 極性的判別方法一：根據(jù)管子的引腳長短識別，電極長的引腳為“+”，短的引腳為“-”。方法二：用指針式萬用表 Rx10kQ檔進行測量，測得電阻小的(幾十 kQ

36、),其2黑表筆 接的引腳為“ +”極，紅表筆接的引腳為“-”極。2. 質量的判別方法一：將指針式萬用表置于 RxIOk Q檔，測量其正向電阻應為幾十 k Q以，反向電阻 應在幾百k Q以上。方法二：將數(shù)字萬用表置于hFE檔，將發(fā)光二極管正極插入 NPN型“ C極”插孔，負極 插入“ e極”插孔，則發(fā)光正常。3. 正反向壓降測量將數(shù)字萬用表置于二極管檔，紅表筆接發(fā)光二極管正極，黑表筆接發(fā)光二極管正負極， 屏顯示電壓在1.8V左右（該數(shù)值為發(fā)光二極管正向導通壓降）；調(diào)換表筆再測試，則屏顯示 為1V,表示管子合格正常。注意事項：不推薦使用RXk檔測量LED的正、反向電阻。因為該檔電池電壓 E僅僅測量

37、正、反向電阻，并不能檢查其能否正常發(fā)光。由于發(fā)光二極管的正向電壓VF -般1.52.5V，而萬用表RX1或RX10檔的電池電壓為1.5V，所以不能使管子正向導通并且 發(fā)光。RXlOk檔的電池電壓雖然較高，但因阻太大，提供的正向電流很小，管子也不會正常 發(fā)光。采用雙表法可以檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。最好選同一種型號的兩塊萬用表，均撥一 RX1或RX10檔，按圖1（a）所示串聯(lián)使用，以提供較高的正向電壓。等效電路見（b）圖。假定兩塊萬用表均采用 MF30型，并且均撥到RX1檔。因為一塊表的電池電壓 E=1.5V， 歐姆中心值R0=25歐姆，所以總電壓和總電阻分別是E' = 2E= 2 X1

38、.5=3VR0' = 2R0= 2 >25=50 歐姆如果把它們看成一塊新表，等效電路就簡成（c）圖。新表的滿度電流是：IM' = E' / R0 ' =2E/ 2R0= E/ R0=IM可見滿度電流值并未改變。發(fā)光二極管在使用時應加上限流電阻 R,將正向電流IF限制在1030mA為宜，避免功 耗太記而損壞管子。一般典型正向電流可選10mA IF的計算公式為IF= E VF/ R(c)圖中的R0'能起到限流作用，因此不必另接限流電阻。磷砷化鎵發(fā)光二極管的正向壓降較低，為1.7V左右。E' =3V將R0' =50歐姆，可求出用雙表法測

39、量時的正向電流為IF= E ' VF/ R0 ' =3 1.7/50=26 mA <30 mA因此對管子沒有危險。電路接通之后，管子能發(fā)出晶瑩奪目的紅光。如果選用的兩塊萬用表 RX1檔歐姆中心值不等，設分別為 R01、R02而兩表RX檔的電 池電壓均為E (E=1.5V)，則此時IM' =2 E / R01 R02IF=2 E VF / R01 R02實例：測量一只型號不明的發(fā)光二極管。第一步，判定正、負極。用 MF30型萬用表的RX0k檔測得正向電阻為26k歐姆，反向電 阻接近無窮大。測正向電阻時，黑表筆接的就是正極。第二步，將兩塊MF30型萬用表均撥至RX檔采

40、用雙表測量，被測管發(fā)出艷麗的紅光。若 把發(fā)光二極管的極性反接，加上反向電壓時管子就不能發(fā)光。然后將兩塊萬用表撥于RX10檔，管子發(fā)光暗淡。這是因為總電阻R0' =2250=500歐姆, 提供的正向電流較小所致。此時IF 3 1.7/500=2.6 mA注意事項：(1) 采用雙表法必須先調(diào)整好兩塊萬用表的歐姆零點。(2) 為了不損壞被測發(fā)光二極管，測量前應計算IM'值，若IM' >50mA需選擇RX10檔。例如，兩塊500型萬用表RX1檔串聯(lián)后的總電阻 R0=20歐姆，IM' =IM=75mA>50mA改用RX1檔時IM' =7.5 mA,與典

41、型正向電流IF=10mA就比較接近。實際上發(fā)光二極管本身尚有1.52.5V壓降，因此上述結果均留有一定余量。假如不知道被測發(fā)光二極管的正向電壓，也不清楚IM'值。建議先把兩塊表都撥到RX10檔，若發(fā)光很暗，再改撥 RX1檔。第五章7555時基電路5.1 555定時器的引腳介紹555定時器部結構和引腳排列圖，如圖 5-1和圖5-2所示。555定時器部含有一個基本RS觸發(fā)器，配個電壓比較器 C1,C2, 個放電三極管T由三個5K的電阻的分配器，555定時 器因此而得名一個輸出緩沖器 G3比較器C1的參考電壓為2VCC/3加在同相輸入端C2的 參考電壓為VCC/3加在反相輸入端，兩者均由分在

42、器上取得。War圖5-1 555的部電路圖圖5-2 555定時器引腳排列圖555 定時器個引線端的用途如下：（1）1端為接地線；（2）2端為低電平觸發(fā)端，也稱為觸發(fā)輸入端。當 2端的輸入高電壓高 于VCC/3時，C2 輸出為1;當輸入電壓低于 *</3時，C2的輸出為0,使基本觸發(fā)器置1；（3）3端U0為輸出端；（4）4端是復位端，當=0時，基本觸發(fā)器直接置0，使Q=0 =1；（5） 3端UDd為電壓控制端，如果CO端另加控制電壓，則可以改變C1, C2的參考電壓。工作中不使用CO端時，一般都通過一個0.01uF的電容接地，以防旁路干擾;(6) 6端TH為高電平觸發(fā)端，當輸入電壓低于 2

43、VCC/3時，C1的輸出為1;當輸入電壓 高于2VCC/3時，C1的輸出為0,使基本觸發(fā)器置0,即QO=0 =1，這時定時器輸出U0=Q(7) 7端D為放電端。當基本觸發(fā)器的=1時，放電晶體管T 導通，外接電容元件通 過T放電；(8) 8端Wc為電源端，可在4.3-1.6V 圍使用，若為CMO電路，貝U VCC=3-18V如表5-1所示555定時器功能表，它全面表示了 555的基本功能。表5-1 555定時器功能表輸入輸岀閥伯縮入觸發(fā)籀入復位輸出戲電ffr®1X00卑通5 %11就止>2叫i0導通3%A1叫不變不變5.2 555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路連接555 定時器將低觸

44、發(fā)端作為輸入端ui，再將高觸發(fā)端TH和放電管輸出端D接在一起，并與定時元件R C連接，就可以構成一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖5-3所示圖5-3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路522工作原理當觸發(fā)器ui的下降沿到來時，vVcc/3,而TH=0從555定時器的功能表可以看 出，輸出端OUT為高電平，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，此時放電管VT截止，Vcc則通過R對C充電，當TH=2Vcc/3時，輸出端OUT跳變?yōu)榈碗娖?，電路自動返回穩(wěn)態(tài)，此時放電管VT導通。電路返回穩(wěn)態(tài)后，C通過導通的放電管T放電，是電路迅速恢復到初始狀態(tài)。第六章組裝和調(diào)試過程6.1手工焊接手工焊接的工具電烙鐵的功能構造及結構原理電烙鐵由5部分組成：電源線、手柄、管

45、狀烙鐵身、烙鐵芯及烙鐵頭。電烙鐵的工作原理簡單的說不就是一個電熱器在電能的作用下，發(fā)熱、傳熱及散熱過程'1. 電烙鐵的選用原則焊接小型電子元器件及敏感元器件時，片狀元器件等應選用20W熱式電烙鐵。焊接大型元器件應選用60100W的電烙鐵。焊接導線及同軸電纜時，應根據(jù)粗細選用 3050W的電烙鐵。導線粗的可選瓦數(shù)大些；反 之選小些。2 . 錫焊的條件（1）被焊件必須具備可焊性。（2）被焊金屬表面應保持清潔。（3）使用合適的助焊劑。（4）具有適當?shù)暮附訙囟?。?）具有合適的焊接時間。焊料與助焊劑1 焊接材料凡是用來熔合兩種或兩種以上的金屬面，使之成為一個整體的金屬或合金都叫焊料。這 里所說

46、的焊料只針對錫焊所用焊料。2 助焊劑的選用在焊接過程中，由于金屬在加熱的情況下會產(chǎn)生一薄層氧化膜，這將阻礙焊錫的浸潤， 影響焊接點合金的形成，容易出現(xiàn)虛焊、假焊現(xiàn)象。使用助焊劑可改善焊接性能。助焊劑有 松香、松香溶液、焊膏焊油等，可根據(jù)不同的焊接對象合理選用。焊膏焊油等具有一定的腐 蝕性，不可用于焊接電子元器件和電路板， 焊接完畢應將焊接處殘留的焊膏焊油等擦拭干凈。 元器件引腳鍍錫時應選用松香作助焊劑。印制電路板上已涂有松香溶液的，元器件焊入時不 必再用助焊劑。手工焊接的注意事項元器件引腳上錫焊接之前，一般要對元器件引腳的表面進行清潔處理。手工處理的方法是：用鋒利的工具沿著引線方向外刮，或用較

47、細的砂紙進行打磨，直至元器件引腳上存在的氧化物徹底清除。 然后將引腳的焊接部分鍍上一層焊錫。2 手工焊接的技術要領(1) 手握鉻鐵的姿勢掌握正確的操作姿勢，可以保證操作者的身心健康，減輕勞動傷害。 為減少焊劑加熱時揮發(fā)出的化學物質對人的危害，減少有害氣體的吸入量，一般情況下，烙 鐵到鼻子的距離應該不少于 20cm，通常以30cm為宜。電烙鐵有三種握法，如圖 6-1所示。握電烙鐵的手法示意7T擁肚反握法的動作穩(wěn)定，長時間操作不易疲勞，適于大功率烙鐵的操作；正握法適于中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作；一般在操作臺上焊接印制板等焊件時，多采用握筆法（2）焊錫絲一般有兩種拿法，如圖6-2所示。由于焊錫絲

48、中含有一定比例的鉛，而鉛是 對人體有害的一種重金屬，因此操作時應該戴手套或在操作后洗手，避免食入鉛塵。圖6-2 焊錫絲的拿法（3）電烙鐵使用以后，一定要穩(wěn)妥地插放在烙鐵架上，并注意導線等其他雜物不要碰到 烙鐵頭，以免燙傷導線，造成漏電等事故。手工焊接操作的基本步驟正確的手工焊接操作過程可以分成五個步驟，如圖 6-3所示元33鬥弓I卿少卿二圖6-3手工焊接步驟1 .基本操作步驟 步驟一：準備施焊（圖（a）左手拿焊絲，右手握烙鐵，進入備焊狀態(tài)。要求烙鐵頭保持干凈，無焊渣等氧化物，并 在表面鍍有一層焊錫。 步驟二：加熱焊件（圖（b）烙鐵頭靠在兩焊件的連接處，加熱整個焊件全體，時間大約為 12秒鐘。對

49、于在印 制板上焊接元器件來說，要注意使烙鐵頭同時接觸兩個被焊接物。例如，圖 （b）中的導線與 接線柱、元器件引線與焊盤要同時均勻受熱。 步驟三：送入焊絲（圖（c）焊件的焊接面被加熱到一定溫度時，焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件。注意：不要把焊錫絲送到烙鐵頭上！ 步驟四：移開焊絲（圖（d）當焊絲熔化一定量后，立即向左上45°方向移開焊絲。 步驟五：移開烙鐵（圖（e）焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后，向右上45°方向移開烙鐵，結束焊接。從第三步開始到第五步結束，時間大約也是 1至2s o焊點檢驗及焊接質量判斷對焊點的質量要求，應該包括電氣接觸良好、機械結合牢固和美觀三個方面。保證焊點

50、質量最重要的一點，就是必須避免虛焊。1. 虛焊產(chǎn)生的原因及其危害虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的，它使焊點成為有接觸電阻的連接狀 態(tài)，導致電路工作不正常，出現(xiàn)連接時好時壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象，噪聲增加而沒有規(guī)律性，給電 路的調(diào)試、使用和維護帶來重大隱患。此外，也有一部分虛焊點在電路開始工作的一段較長 時間，保持接觸尚好，因此不容易發(fā)現(xiàn)。但在溫度、濕度和振動等環(huán)境條件的作用下，接觸 表面逐步被氧化，接觸慢慢地變得不完全起來。虛焊點的接觸電阻會引起局部發(fā)熱，局部溫 度升高又促使不完全接觸的焊點情況進一步惡化，最終甚至使焊點脫落，電路完全不能正常工作般來說，造成虛焊的主要原因是：焊錫質量差；助焊

51、劑的還原性不良或用量不夠；被焊接處表面未預先清潔好，鍍錫不牢；烙鐵頭的溫度過高或過低，表面有氧化層；焊接時間 掌握不好，太長或太短；焊接中焊錫尚未凝固時，焊接元件松動。2. 判斷一個焊點是否為虛焊（1）當發(fā)現(xiàn)焊錫在焊盤與元器件引腳處呈現(xiàn)鈍角的接觸角，表明焊錫沒有浸潤它們，這 樣的焊點肯定為虛焊。（2）焊點不完整，雖不為虛焊，但焊點的機械強度太小。（3）焊點表面不光滑，有拔絲拖尾現(xiàn)象，表明在焊接過程中，焊劑用的不夠，至少在焊 接的后階段是在缺少焊劑的情況下結束的。（4）焊點在凝固形成時，零件有晃動，焊料凝固成松散的豆渣狀，這樣的焊點也有可能 是虛焊。焊點的質量要求對焊點的要求1. 可靠的電氣連接2. 足夠得機械