光電報警器報告

1、光電報警器目 錄1 設(shè)計任務(wù)描述21.1 設(shè)計題目：光電報警器21.2 設(shè)計要求21.2.1 設(shè)計目的21.2.2 基本要求21.2.3 發(fā)揮部分22 設(shè)計思路33 設(shè)計方框圖34 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算34.1RC振蕩器電路設(shè)計及其參數(shù)計算34.1.1 RC振蕩器電路設(shè)計34.1.2 RC振蕩電路參數(shù)計算34.2功率放大電路設(shè)計及其參數(shù)計算34.2.1功率放大電路設(shè)計34.2.2功率放大器的參數(shù)計算34.3 報警電路設(shè)計34.4.1 報警電路的原理34.4. 報警電路的參數(shù)計算35 工作過程分析36 元器件清單37 主要元器件介紹37.1集成運算放大器37.1.1引腳圖37.1.2 參數(shù)3

2、7.1.3 功能介紹37.2光耦合器37.2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖37.2.2 功能表37.2.3 功能介紹37.3 半導體三極管2N2222A37.3.1引腳圖37.3.2 功能表37.3.3 功能介紹3小 結(jié)3致 謝3參考文獻3附 錄 A1 邏輯電路圖31 設(shè)計任務(wù)描述1.1 設(shè)計題目：光電報警器1.2 設(shè)計要求1.2.1 設(shè)計目的（1）掌握光敏傳感電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法；（2）掌握平衡式RC振蕩器的設(shè)計方法。1.2.2 基本要求(1) 光敏電路的高電平最少5V，能有效抑制噪聲干擾； (2) 采用BJT平衡式RC振蕩器形成脈沖，頻率200-400Hz。(3) 輸出電流幅度最少200mA，能夠

3、驅(qū)動喇叭發(fā)聲。1.2.3 發(fā)揮部分(1) 光耦隔離；(2) 多路輸入集成；(3) 其他2 設(shè)計思路由光電報警器這個題目，我必須理解這個系統(tǒng)的工作原理，由光電報警器的字面意思了解，該系統(tǒng)利用光學和電學的物理原理來進行報警，利用光線來探測是否有人進入報警區(qū)，利用聲音來對保安人員進行提醒。對于光電報警器的設(shè)計思路是：首先我們需要聲音來報警，則需要一個揚聲器，而揚聲器發(fā)聲的條件是：輸入的信號必須具有一定高的頻率，所以我設(shè)計了一個RC振蕩器，讓它產(chǎn)生一定頻率的信號;其次，輸入的信號具有足夠強的電流的強度，用以驅(qū)動揚聲器發(fā)聲，所以必須設(shè)計功率放大器，來放大RC振蕩產(chǎn)生的信號。要使的報警器能夠報警，需要設(shè)計

4、一個報警回路，來控制揚聲器發(fā)聲。對電路的要求是：在無人進入報警區(qū)時，報警回路須切斷信號的流通；當有人進入報警區(qū)，報警回路使得信號流通，使得揚聲器報警。；我利用發(fā)光二極管發(fā)出一束光線，照射光敏三極管，使得RC振蕩器產(chǎn)生的信號接地，即揚聲器無法獲得信號，當有人擋住二極管發(fā)出的光線時，光敏三極管的電阻迅速增大到幾兆歐幾十兆歐，則光敏三極管相當于開路，信號通過功率放大器使得揚聲器報警。 3 設(shè)計方框圖RC振蕩器功率放大器報警回路4 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算4.1RC振蕩器電路設(shè)計及其參數(shù)計算 4.1.1 RC振蕩器電路設(shè)計 圖4.1 RC振蕩器電路圖 此電路由兩部分構(gòu)成，一部分為選頻網(wǎng)絡(luò)，一部分為放大

5、電路。采用5V直流電源提供能源。由于電路中存在噪聲，其中包括w=w0=1/RC這樣一個頻率成分。這種微弱的信號經(jīng)過放大電路放大，通過正反饋的選頻網(wǎng)絡(luò)，使輸出的幅度越來越大，最后受電路中非線性元件的限制，使震蕩幅度自動地穩(wěn)定下來。為了改善電路中輸出電壓幅度的穩(wěn)定問題，在放大電路的負反饋里采用非線性元件來自動調(diào)節(jié)反饋的強弱以維持輸出電壓恒定。 4.1.2 RC振蕩電路參數(shù)計算根據(jù)課程設(shè)計要求輸出信號頻率在200Hz-400Hz,所以采用R=20k C=20uf在RC振蕩器之后接一個示波器，波形圖如下圖， 由T1-T2=4.897ms，則周期T=4.897ms，頻率f=204Hz，輸出電流有效值I=

6、4.27mA 符合課題的基本要求。4.2功率放大電路設(shè)計及其參數(shù)計算4.2.1功率放大電路設(shè)計 圖4.2 功率放大電路功率放大電流有很多種，有甲類、乙類、甲乙類功率放大電路，本次使用甲類功率放大器，對RC振蕩器產(chǎn)生的音頻信號進行放大，此次進行電流放大，使得達到揚聲器的電流要求。靜態(tài)時：、兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管、的正向?qū)妷航?，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)，有較小的靜態(tài)電流。動態(tài)時：、交流電阻很小，可認為交流短路。存在較小的靜態(tài)電流，每個導通時間大于半個周期基本不失真。根據(jù)要求圖中三極管Q點等參數(shù)基本一致，二極管采用相同規(guī)格的。4.2.2功率放大器的參數(shù)計算 VDD=12V VSS=-12V

7、 =/=0.624W=2*/=0.819W=/=76.2%放大系數(shù)=136.804/4.27=32選擇時，應滿足C>(510)/2=204Hz =10所以應選擇10uf 圖4.2.1 輸入電流 圖4.2.2 輸出電流 4.3 報警電路設(shè)計 圖4.3 報警電路4.4.1 報警電路的原理本電路由光電耦合器構(gòu)成的報警控制回路，光電耦合器將光電兩種東西進行轉(zhuǎn)換，光電報警回路由發(fā)光二級管提供光源，對光敏三極管進行照射，從而改變光敏三極管的PN結(jié)，使三極管的發(fā)射極、集電極間的電阻變小，使得信號接地，從而使音頻信號無法經(jīng)過功率放大使得喇叭發(fā)聲。電路通過開關(guān)仿真光源有無，當開關(guān)斷開時，相當于有人擋住發(fā)光

8、二極管，報警器發(fā)聲報警；當開關(guān)閉合時，相當于無人進入報警區(qū)，報警器不報警。 4.4. 報警電路的參數(shù)計算 當有光照時，即開關(guān)閉合，發(fā)光二極管發(fā)光導致光敏三極管基極電流增加，C,E極相當于短路，電路輸出低電平。當無光照時，即開關(guān)斷開，C,E極相當于斷路，電路輸出高電平。為防止光耦燒壞應在二極管電路中串聯(lián)一個510電阻。光耦的小功率的發(fā)光二極管的工作電流在10mA-30mA范圍內(nèi)，根據(jù)歐姆定律：I=U/R U=5V 10mA<I<30mA 得出：167<R<500所以在二極管電路中串聯(lián)一個510歐姆的電阻。光敏三極管中應串聯(lián)一個10K歐姆的電阻防止被擊穿。5 工作過程分析

9、上圖為光電報警器總電路，報警器接通電源之后，由741運放器夠成RC振蕩器得到電壓之后，RC振蕩器起振，之后振蕩波逐漸趨于穩(wěn)定，為后面的喇叭提供一定頻率的信號由運放構(gòu)成正弦波振蕩電路,可以產(chǎn)生一定頻率的正弦波;光電轉(zhuǎn)換器件可采用普通光電管，在參考電路中用的是光電耦合器。另外，可用開關(guān)S控制是否有光照，不用另置光源，這樣實驗比較方便。有三極管構(gòu)成甲類功率放大器放大音頻信號,使喇叭發(fā)聲。工作時，如開關(guān)斷開，這相當于有人擋住光源，則光敏三極管處于暗電阻，相當于開路，則使得RC振蕩器產(chǎn)生的音頻信號可以送到后端的功放進行放大并發(fā)聲報警；當開關(guān)閉合，無人進入報警區(qū)，光敏三極管受到光照，電阻會變小，則會使RC

10、振蕩器產(chǎn)生的信號接地，正弦波振蕩電路產(chǎn)生的音頻信號就不能送到后端的功放進行放大，也就不能發(fā)聲報警。 6 元器件清單序號元件名稱規(guī)格及用途數(shù)量1 運算放大器7411片2 光電耦合器MOC8101 1片3 NPN三極管2N2222A1片4 PNP三極管2N37021片5 二極管1N3611GP2片6 喇叭1片7 電阻若干8 電容4片9 開關(guān)1片7 主要元器件介紹7.1集成運算放大器7.1.1引腳圖 7.1.2 參數(shù)電源電壓：±22 功耗：500mW 差模輸入電壓：±30V 輸入電壓:±15V 工作溫度范圍:-55+125

11、0;貯存溫度范圍:-65+1507.1.3 功能介紹 LM741是一種應用非常廣泛的通用型運算放大器。由于采用了有源負載，所以只要兩級放大就可以達到很高的電壓增益和很寬的共模及差模輸入電壓范圍。本電路采用內(nèi)部補償，電路比較簡單不易自激，工作點穩(wěn)定，使用方便，而且設(shè)計了完善的保護電路，不易損壞。LM741可應用于各種數(shù)字儀表及工業(yè)自動控制設(shè)備中。7.2光耦合器7.2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖7.2.2 功能表7.2.3 功能介紹用于傳遞模擬信號的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當有電流通過發(fā)光二極管時，便形成一個光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流，該

12、電流的大小與光照的強弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容小（2pf左右）、耐壓高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻?。s10），對高內(nèi)阻源的噪聲相當于被短接。因此，由光耦合器構(gòu)成的模擬信號隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。7.3 半導體三極管2N2222A7.3.1引腳圖7.3.2 功能表參數(shù) 管腳838電子 符號 2N2222 2N222

13、2A單位 集電極-發(fā)射極電壓 VCEO 3040V 集電極-基極電壓VCBO 6075V發(fā)射極-基極電壓VEBO 56V集電極電流-連續(xù)Ic600 mA器件耗散 TA = 25PD625 mW操作和存儲結(jié)溫范圍TJ,Tstg 55 to +150 7.3.3 功能介紹半導體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。在半導體鍺或硅的單晶上制備兩個能相互影響的PN結(jié)，組成一個PNP（或NPN）結(jié)構(gòu)。中間的N區(qū)（或P區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導體電子器件。小 結(jié)作為一名電子科技專業(yè)方向的學生，平時課

14、程比較偏重于光學理論以及光電子材料方面的研究，電路設(shè)計方面是自己的弱項。而此次課程設(shè)計，讓我充分的認識到了自己的不足，通過自己查找資料，研究元件特性，以及自學專業(yè)軟件來進行仿真分析，這一周讓我學到了不少東西。通過實驗意識到要從現(xiàn)在開始養(yǎng)成那種細心的好習慣，這對以后的課程設(shè)計甚至是畢業(yè)設(shè)計都非常有幫助。再者通過這次實習鍛煉了自己的查資料的能力，也體會到了成功帶來了的喜悅?？梢哉f是獲益非淺。通過思考這個電路圖，整個電路簡單明了，我們可以對這個電路進行適當?shù)母淖?，可以適應于不同的環(huán)境，例如此電路圖應用到實際中去，紅外發(fā)射管都用那種遠程的功率大，距離遠，還可以擴展到多路的數(shù)字顯示，應用廣泛，報警電路也

15、可以改進發(fā)出不同的聲音。可以說是十分有利用價值。也可以改變電路的報警回路，來實現(xiàn)不同方式的報警，例如：壓力報警、濕度報警、溫度報警等。這些報警器可以使用于不同的領(lǐng)域，來控制不同的系統(tǒng)。對于電子技術(shù)這門課的學習，我們不該就此停止，由于電子技術(shù)的高速發(fā)展，緊靠書本的學習是不夠的，所以我們需要不斷地學習新的知識，來適應電子技術(shù)的高速發(fā)展。學無止境，我們不能以這門課程結(jié)束而停止對電子技術(shù)的學習。致 謝在此次課程設(shè)計中，我非常感謝我們的電子技術(shù)老師黃碩老師對我的幫助，在課程設(shè)計的過程中，我們遇到很多的困難，最后在黃碩老師的幫助下一一解決。在電路設(shè)計的過程之中，我們由于設(shè)計經(jīng)驗不足，電路產(chǎn)生很大的缺陷，設(shè)計思路出現(xiàn)錯誤，經(jīng)過老師和小組同學的努力之下，我改變了設(shè)計思