簡(jiǎn)易聲控?zé)粼O(shè)計(jì)

1、簡(jiǎn)易聲控?zé)粼O(shè)計(jì)題目：基于晶體管的簡(jiǎn)易聲控?zé)舻脑O(shè)計(jì)初始條件:具較扎實(shí)的電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力；對(duì)電路器件的選型及電路形式有一定的了解；具備晶體管電路的基本設(shè)計(jì)及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測(cè)；使用適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行仿真和制作PC要求完成的主要任務(wù):1.采用晶體管設(shè)計(jì)電路完成一個(gè)簡(jiǎn)易聲控?zé)舻脑O(shè)計(jì);2.通過(guò)聲音震動(dòng)使燈發(fā)光，并且延遲10秒左右后熄滅;3.利用仿真軟件Pspice或Multisim仿真電路，并學(xué)習(xí)PROTEL軟件，并用其繪制電路的原理圖和PCB圖，要求圖紙繪制清晰，布線合理，符合繪圖規(guī)范;4.完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)）Abst

2、ract1緒論2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2.1設(shè)計(jì)目的及主要任務(wù)2.1.1設(shè)計(jì)目的錯(cuò)誤!未定義書簽。IJIIIIIII2.1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求III2.2設(shè)計(jì)思想3聲捽燈的工作與設(shè)計(jì)原理3.1放大電路的原理IVIVIV3.2 單穩(wěn)態(tài)電路的原理.V3.3 繼電器電路的原理VI3.4 整機(jī)電路的原理VIII4整機(jī)電路的制作VIII5軟件仿真與硬件調(diào)試X.5.1 multisim10仿真X5.1.1 仿真圖示X5.1.2 仿真結(jié)果：5.2 Protel繪制PCB版圖XI5.3 硬件調(diào)試X6兀器件清單表XV7設(shè)計(jì)總結(jié)X8參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。摘要本文介紹作品采用MultisimIO對(duì)簡(jiǎn)易聲控?zé)綦娐愤M(jìn)行繪制電

3、路圖及仿真工作以及protel進(jìn)行繪制電路圖制作PCB板。主要介紹了聲控?zé)舻闹谱髟硪约癕ultisimIO和protel的一些基本的操作和用法。例如，原理圖sch的繪制，當(dāng)然其中也包括元件的制作；印刷電路板PCB的制作；對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真。電路分塊清晰，PCB®美觀、模塊清晰。經(jīng)仿真電路原理正確。達(dá)到任務(wù)要求。運(yùn)用PROTEL軟件繪制最小系統(tǒng)原理圖及部分外圍擴(kuò)展，在使用該軟件當(dāng)中，學(xué)會(huì)創(chuàng)建設(shè)計(jì)文檔管理庫(kù)，加載元件庫(kù)，繪制電路圖，放置電源部件，修改元件參數(shù)，生成網(wǎng)絡(luò)表文件，同時(shí)還要將自己設(shè)計(jì)的電路原理圖生成PCB電路板圖等方法。在此基礎(chǔ)之上將自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，并對(duì)其波形及數(shù)據(jù)

4、進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：Multisim,protel,聲控?zé)?，PCBI1緒論晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開(kāi)關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開(kāi)關(guān)，和一般機(jī)械開(kāi)關(guān)（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊號(hào)來(lái)控制，而且開(kāi)關(guān)速度可以非常之快，在實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。晶體管，本名是半導(dǎo)體三極管，是內(nèi)部含有兩個(gè)PN結(jié)，外部通常為三個(gè)引出電極的半導(dǎo)體器件。它對(duì)電信號(hào)有放大和開(kāi)關(guān)等作用，應(yīng)用十分廣泛。輸入級(jí)和輸出級(jí)都采用晶體管的邏輯電路，叫做晶體管一晶

5、體管邏輯電路，書刊和實(shí)用中都簡(jiǎn)稱為TTL電路，它屬于半導(dǎo)體集成電路的一種，其中用得最普遍的是TTL與非門。TTL與非門是將若干個(gè)晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的硅片上，封裝成一個(gè)獨(dú)立的元件.晶體管是半導(dǎo)體三極管中應(yīng)用最廣泛的器件之一，在電路中用“V或"VT'（舊文字符號(hào)為"Q、“GE3等）II表示。本文介紹了基于晶體管的簡(jiǎn)易聲控?zé)粼O(shè)計(jì)。聲控?zé)粢呀?jīng)廣泛應(yīng)用在居民樓的樓道中，它給人民的生活帶來(lái)很多的方便。這些聲控?zé)綦娐分袔缀醵际褂昧思呻娐?，并且直接使?20V的交流電源。雖然這樣做簡(jiǎn)化了電路，但對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)他們理解電路有一定的困難，調(diào)試電路也具有一

6、定的危險(xiǎn)性。這里介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的聲控?zé)綦娐?，采用了三極管等分立元件和低壓電源，不僅適合初學(xué)者的學(xué)習(xí)，而且通過(guò)電路中的繼電器也可以控制其它電器進(jìn)行工作。當(dāng)你對(duì)著聲控電路拍手或喊叫時(shí)，電路中的繼電器會(huì)動(dòng)作，如果用它控制小燈，可以使小燈工作幾秒鐘，然后自動(dòng)關(guān)閉。2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2.1 設(shè)計(jì)目的及主要任務(wù)2.1.1 設(shè)計(jì)目的提高電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力；對(duì)電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；學(xué)習(xí)晶體管電路的基本設(shè)計(jì)能力及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測(cè)；使用適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行仿真和制作PCB&圖。2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求根據(jù)已知條件，完成通過(guò)基于晶體管的聲控

7、燈的設(shè)計(jì)、連接與仿真。須符合以下要求：1 .采用晶體管設(shè)計(jì)電路完成一個(gè)簡(jiǎn)易聲控?zé)舻脑O(shè)計(jì)；iii2 .通過(guò)聲音震動(dòng)使燈發(fā)光，并且延遲10秒左右后熄滅;3 .利用仿真軟件Pspice或Multisim仿真電路，并學(xué)習(xí)PROTEL軟件，并用其繪制電路的原理圖和PCB圖，要求圖紙繪制清晰，布線合理，符合繪圖規(guī)范；4 .完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)）。2.2設(shè)計(jì)思想本次設(shè)計(jì)要求完成基于晶體管的聲控?zé)舻脑O(shè)計(jì)、連接與仿真，選擇適合三極管。而整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分就在采用了三極管等分立元件和低壓電源，通過(guò)電路中的繼電器也可以控制其它電器進(jìn)行工作的設(shè)計(jì)，當(dāng)你對(duì)著聲控電路拍手或喊叫時(shí)，電路中的

8、繼電器會(huì)動(dòng)作，如果用它控制小燈，可以使小燈工作幾秒鐘，然后自動(dòng)關(guān)閉。該模塊完成的功能主要包括放大電路和單穩(wěn)態(tài)電路以及繼電器控制電路。隨后運(yùn)用MultisimIO中的仿真功能對(duì)其予以仿真，從仿真的結(jié)果中分析程序的正確性。然后運(yùn)用Protel畫出電路圖待所有模塊的功能正確之后，然后制作相應(yīng)的PCB板。最后照著原理圖進(jìn)行整機(jī)電路的連接。3聲控?zé)舻墓ぷ髋c設(shè)計(jì)原理3.1 放大電路的原理如下圖所示，在本次設(shè)計(jì)電路中使用了一只420的壓電陶瓷片，它的符號(hào)和外形見(jiàn)圖3.1所示，壓電陶瓷片所轉(zhuǎn)換的電信號(hào)很微弱，只有通過(guò)由三極管VT1組成的放大器把微弱的信號(hào)進(jìn)行放大后，才能去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。所以要設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的放

9、大電路，將微弱的信號(hào)放大，才能觸發(fā)后邊的電路。IV圖3.1壓電陶瓷片的符號(hào)和外形圖3.2所示為放大電路的組成，將信號(hào)放大I_I：I!iI_I_-IWKSONALERT200Hl：'圖3.2放大電路部分由R1和R2比例控制放大的倍數(shù)。圖中Vo輸出了放大的信號(hào)3.2 單穩(wěn)態(tài)電路的原理圖3.3中三極管VT2、VT3及其電阻器、電容器組成了單穩(wěn)態(tài)電路。電阻器R3為三極管VT2提供了基極電流；而三極管VT3的基極電流則是從三極管VT2的集電極電阻R4上得到的。三極管VT2集電極與三極管VT3基極之間是直接耦合的；而三極管VT3集電極與三極管VT2基極之間的耦合則是由電容器C2來(lái)完成的。電阻器R4

10、是三極管VT2的集電極負(fù)載，三極管VT3的集電極負(fù)載是電阻器R5。圖3.3單穩(wěn)態(tài)電路部分單穩(wěn)態(tài)電路的特點(diǎn)是它只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。電路在沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，選擇合理的R3使三極管VT2穩(wěn)定在飽和狀態(tài)，此時(shí)它的集電極電壓約為0.3V以下。這樣使三極管VT3穩(wěn)定在截止?fàn)顟B(tài)。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)負(fù)脈沖通過(guò)C1到達(dá)三極管VT2的基極時(shí)，三極管VT2開(kāi)始趨向截止，它的集電極電流減小，集電極電壓升高；經(jīng)過(guò)直接耦合，使三極管VT3的基極電壓升高，三極管VT3開(kāi)始導(dǎo)通，它的集電極電壓下降；經(jīng)電容C2的藕合又使三極管VT2的基極電壓進(jìn)一步下降（雖然這時(shí)負(fù)脈沖已經(jīng)不再存在），形成一個(gè)正反饋，很快達(dá)到一個(gè)新的

11、狀態(tài)。此時(shí)三極管VT2截止，三極管VT3飽和導(dǎo)通。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)是不能持久的。在暫穩(wěn)態(tài)期間，電容器C2通過(guò)電阻器R3進(jìn)行放電，隨著放電的進(jìn)行，三極管VT2的基極電壓逐漸升高，當(dāng)它達(dá)到0.5V以上時(shí)，三極管VT2開(kāi)始導(dǎo)通，正反饋現(xiàn)象再次發(fā)生，整個(gè)電路很快又回到VT2飽和導(dǎo)通，VT3截止的穩(wěn)定狀態(tài)。電容C2通過(guò)電阻R3的放電過(guò)程決定了電路暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間。根據(jù)計(jì)算，這個(gè)時(shí)間t=0.7XR3XC2。在本電路中電阻R3為330K,電容C2為47此所以t=0.7330M03M7X0-6=1ls.根據(jù)這個(gè)公式改變電阻R3或電容C2的參數(shù),可以延長(zhǎng)或縮短電路的延遲時(shí)間。電路

12、復(fù)原后，電容器C2通過(guò)電阻器R5和三極管VT2的發(fā)射結(jié)進(jìn)行充電。充電完成后電路才可以接收下一次的觸發(fā)。3.3 繼電器電路的原理電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)

13、狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”如圖3.4為繼電器電路原理圖圖3.4繼電器電路原理圖在本實(shí)驗(yàn)中，觸點(diǎn)那端應(yīng)該連接外部的電路控制燈。如圖3.5所示圖3.5電路中的繼電器部分控制的電路當(dāng)有電流經(jīng)過(guò)線圈時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合使右邊的二極管發(fā)光；當(dāng)電流逐漸消失時(shí),0護(hù)作用3.4 整機(jī)電路的原理如下圖3.6所示，電路中的B是一只壓電陶瓷片，它能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。壓電陶瓷片所轉(zhuǎn)換的電信號(hào)很微弱，只有通過(guò)由三極管VT1組成的放大器把微弱的信號(hào)進(jìn)行放大后，才能去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。放大后信號(hào)中的負(fù)脈沖作用在三極管VT2的基極上時(shí)，可以使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)。電路中的電容器C3是電源退耦濾

14、波電容器。在電路的穩(wěn)態(tài)過(guò)程下，單穩(wěn)態(tài)電路中三極管VT2導(dǎo)通,三極管VT3截止。三極管VT3的集電極為高電平，接在它上面的三極管VT4是PNP型三極管，所以三極管VT4沒(méi)有導(dǎo)通，繼電器不工作。一旦有外界的聲音來(lái)觸發(fā)電路，單穩(wěn)態(tài)電路中三極管VT2的基極受到負(fù)脈沖的作用而截止，單穩(wěn)態(tài)電路處在了暫態(tài)的過(guò)程中。這時(shí)三極管VT3導(dǎo)通，它的集電極電壓下降，導(dǎo)致與它連接的三極管VT4也導(dǎo)通，繼電器吸合。由于單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)時(shí)間是由電阻器R3與電容器C2的參數(shù)決定的，所以十秒鐘后單穩(wěn)態(tài)電路會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)過(guò)程下，繼電器停止工作。圖3.6聲控電路電原理圖4整機(jī)電路的制作圖4.1是聲控?zé)綦娐返恼麢C(jī)圖。對(duì)照電原理圖4

15、.1中元器件的數(shù)值認(rèn)清元器件。安裝時(shí)首先將六只電阻器焊到電路板上，然后依次將電容器、二極管、三極管、繼電器焊到電路板上，注意電解電容器的極性和三極管的管腳排列。壓電陶瓷片要通過(guò)導(dǎo)線與電路板連接，注意在焊接壓電陶瓷片時(shí)，時(shí)間不能太長(zhǎng)以免燙壞壓電陶瓷片的鍍銀層。小型開(kāi)關(guān)和電池夾也通過(guò)導(dǎo)線與電路板連接。SpWAHflT：poffik .:二:一”一二：:：=：圖4.1聲控?zé)粽麢C(jī)電路圖元器件裝好后可接通直流電源進(jìn)行調(diào)試。首次通電時(shí)繼電器會(huì)吸合幾秒鐘然后釋放。這時(shí)可以拍手來(lái)觸發(fā)聲控電路，每拍一下手，繼電器就應(yīng)吸合，十秒鐘后繼電器會(huì)自動(dòng)釋放。繼電器的一組常開(kāi)觸點(diǎn)可以作為受控電路的開(kāi)關(guān)，這一部分在電原理圖中

16、沒(méi)有畫出。電路板安裝圖的右邊兩接點(diǎn)即為繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)。聲控電路調(diào)試成功后就可用這兩點(diǎn)作為電燈開(kāi)關(guān)。電路是按HRS4H-S型5V繼電器的尺寸設(shè)計(jì)的，也可以根據(jù)需要選用其他符合要求的繼電器。5軟件仿真與硬件調(diào)試5.1 multisimIO仿真5.1.1 仿真圖示打開(kāi)multisim10,文件-新建-原理圖，在按照?qǐng)D4.1所示連接電路圖。將整機(jī)電路，將壓電陶瓷片換成個(gè)電阻串聯(lián)個(gè)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的控制。因?yàn)閴弘娞沾善诜抡嬷胁荒茏詥?dòng)，形成不了負(fù)脈沖信號(hào)，采用個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)閉合時(shí)，VT1的基極是正電壓，當(dāng)瞬間斷開(kāi)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)類似的負(fù)脈沖信號(hào)。所以采用開(kāi)關(guān)模擬壓電陶瓷片的瞬間交流信號(hào)。整機(jī)仿真電路如圖5

17、.1所示.Ti一 一 一 ! a B , - 口 J ' ； ' a *' B ' a a 'I - - - - - - - - - -圖5.1整機(jī)仿真電路快速的閉合開(kāi)關(guān)然后再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，則會(huì)看到發(fā)光二極管變亮，然后延遲11秒左右，然后熄滅。示波器查看C2兩端電壓，開(kāi)關(guān)閉合斷開(kāi)后，C2的電壓由5.5V左右一直降低直至降到負(fù)值，同時(shí)，繼電器兩端電壓保持6V,延遲11秒后直接變?yōu)?,引起繼電器斷開(kāi)，發(fā)光二極管熄滅。5.1.2仿真結(jié)果當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路仿真如圖5.2所示。圖5.4延遲11秒后電路仿真情況經(jīng)過(guò)示波器查看電容C2兩端電壓變化和繼電器兩端的電壓變化。如

18、圖5.5所示。圖5.5電路工作在暫穩(wěn)態(tài)的示波器情況根據(jù)示波器觀察，其中A通道為電容C2兩端電壓，通道B為繼電器兩端電圖5.6暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的波形壓，在暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間內(nèi)，A通道的電壓逐漸減小，B通道兩端電壓一直持續(xù)在6V左右，繼電器一直在工作，此時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光，當(dāng)C2放電結(jié)束時(shí)，A通道變?yōu)?V,B點(diǎn)電壓瞬跳至0V,此時(shí)發(fā)光二極管熄滅然后電容兩端經(jīng)過(guò)充電又回到6V,但是由于沒(méi)有負(fù)脈沖信號(hào)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路反轉(zhuǎn)，所以電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。如圖5.6所示。5.2 Protel繪制PCB版圖打開(kāi)Protel99SE,新建一個(gè)設(shè)計(jì)，輸入名稱*.ddb,然后點(diǎn)擊文件，新建一個(gè)SchematicDocument

19、文件，然后利用畫圖元件按照?qǐng)D4.1連接，連接完成，如圖5.7所示。然后分別填寫各個(gè)元件的封裝號(hào)入后選擇Keepoutlayer,然后將網(wǎng)絡(luò)表載入PCB,將元件放置緊密合適，然后點(diǎn)擊AUTOROUTE-ALL,全部自動(dòng)布線，完成如圖5.8所示的PCB版圖。68 OK33OMELAY-SPSTPETU2ZERIGOuF LODE圖5.8整機(jī)電路的PCB版圖5.3 硬件調(diào)試根據(jù)本設(shè)計(jì)中的電路原理圖進(jìn)行實(shí)物的連接，焊接連接各元件即可。連接完成后，引出兩根根導(dǎo)線，一根導(dǎo)線接+5V電源的正極，另一根導(dǎo)線接地，接好線后，剛開(kāi)始第一次閉合開(kāi)關(guān)，繼電器會(huì)自動(dòng)吸合一次，然后自動(dòng)松開(kāi)，接著拍手來(lái)觸發(fā)聲控電路，每拍一

20、下手，繼電器就應(yīng)吸合，發(fā)光二極管發(fā)光，然后延遲11秒后發(fā)光二極管自動(dòng)熄滅。與設(shè)計(jì)的內(nèi)容基本相符合。同樣設(shè)計(jì)中仍然存在誤差，這是由于元器件參數(shù)的精度不夠、實(shí)物連接時(shí)引入附加阻值、性能不夠高以及環(huán)境溫度等多方面的影響所致。在實(shí)際生活中可以通過(guò)多種措施來(lái)提高輸出音頻信號(hào)的的穩(wěn)定度，如可以選擇電容的并聯(lián)使電容的值更精確；同時(shí)外界溫度也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的精確性。176元器件清單表表6.1元件清單表序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1電阻680k1R12電阻6801R23電阻330k1R34電阻13k1R45電阻2.7k2R5、R66二極管1N41481D17電解電容10uF1C18電解電容47uF1C29電解電容100uF1C310三極管90133VT1VT311三極管90151VT412壓控陶（I）201B瓷片13繼電器