畢業(yè)設(shè)計戶外聲控照明燈設(shè)計

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計戶外聲控照明燈設(shè)計專業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)年級 2011級班級 1班姓名 學號 戶外聲控照明燈設(shè)計摘 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照明。因此，設(shè)計一個即實用方便的照明燈則是我們共同的愿望。設(shè)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(shè)計主要是介紹了有關(guān)聲控照明燈的電路設(shè)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(yīng)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?qū)崿F(xiàn)更多的自動化。在本設(shè)計

2、中介紹了聲控電路的組成、性能及工作原理，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。目 錄第一章 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3 2.1 電阻的基本知識3 2.2 電位器的基本知識5 2.3 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16 4. 3 發(fā)光二極管的主要特點17 4. 4 發(fā)光二極管的質(zhì)量檢測17第五章 7555時基電路20

3、 5.1 7555定時器的引腳的引腳介紹20 5.2 7555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器21 第六章 組裝和調(diào)試過程236.1 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(jié)30參考文獻 31致謝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(shù)的飛速發(fā)展以及電子計算機大規(guī)模應(yīng)用于各個領(lǐng)域，帶動了生產(chǎn)力的大規(guī)模提高。電子信息技術(shù)在生產(chǎn)各部門得到了廣泛應(yīng)用。電子電路的設(shè)計也發(fā)生了巨大的變化，首先我們現(xiàn)在設(shè)計電路不僅僅只是為了應(yīng)用而去設(shè)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(yīng)盡量節(jié)約成本，還要

4、在盡最大程度的節(jié)約能源的基礎(chǔ)上實現(xiàn)電路的“綠色化”。電子信息技術(shù)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(zhuǎn)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(yīng)合理的利用這一資源。利用聲音作為電開關(guān)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(yīng)用。他將聲音轉(zhuǎn)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(shè)計的基礎(chǔ)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

5、制電路的形式多樣，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(shè)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。1.2 電路的基本原理 該電路主要有MIC電路接收聲音后轉(zhuǎn)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:TL0717555時基電路LED發(fā)光二極管聲電轉(zhuǎn)換電路 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定時器延時電路，和LED發(fā)

6、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。圖1-1 戶外聲控照明燈原理圖設(shè)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CMOS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的輸出經(jīng)鎮(zhèn)流電阻R7接通白色LED（LED1）使之發(fā)光

7、。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(guān)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2.1.1 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。2.1.2 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“”，表示，常用單位：歐（）、千歐（K）、兆歐（M） 1 M=1000 K=102.1.3 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)標法主要用于貼片等小體積

8、的電路，如：472 表示 47100（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24x10=240。 圖2-1 電阻的四色標法表2-1 四色環(huán)標注法 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

9、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680x10=680K。 表2-2 五環(huán)電阻讀數(shù)方法2.1.4 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范圍，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)境溫度范圍內(nèi)所允許承受的最大功率。2.1.5 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(yīng)將萬用表調(diào)零。例如，測

10、量470歐電阻，首先將萬用表置于Rx10檔，將紅黑兩根表筆短接，調(diào)節(jié)調(diào)零電位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(yīng)指向“47”，將此時指針指示值乘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，則表明電阻內(nèi)部開路，此時說明電阻失效，不能使用。 本設(shè)計使用電阻如下：R1 4.7K 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 色環(huán)：棕黑橙棕 作用： 限流R3 10K 色環(huán)：棕黑橙棕 作用： 限流R4 10K 色環(huán)：棕黑橙棕 作用：使腳在未觸發(fā)的情況下為高電平R5 10K 色環(huán)：棕黑橙棕 作用： 限流R6 1

11、M 色環(huán)：棕黑綠棕 作用：定時R7 100 色環(huán)：棕黑棕棕 作用： 鎮(zhèn)流 2.2 電位器的基本知識2.2.1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。2.2.2 基本單位 電位器的基本單位為歐姆，簡稱歐，用字母“”，表示，常用單位：歐（）、千歐（K）、兆歐（M） 1 M=1000 K=102.2.3 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。前兩位數(shù)為有效數(shù)字，后一位表示倍率，10 ，i為第三位數(shù)字，如103代表10x10=10K。2.2.4 電位器的主要參數(shù) 電位器的的主要

12、參數(shù)有標稱阻值、允許偏差及額定功率。2.2.5 電位器的質(zhì)量判別 外觀檢查：檢查電位器引出端子是否松動，接觸是否良好，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸時應(yīng)感覺平滑，不應(yīng)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，看是否在標稱值范圍內(nèi)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動時，阻值變化小。

13、轉(zhuǎn)角接近最大轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動時，阻值變化大。轉(zhuǎn)角接近最大轉(zhuǎn)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(shè)計使用的電位器如下： VR1 10K 作用： 調(diào)整話筒的靈敏度 VR2 1M 作用：調(diào)整IC1的增益2.3 電容的基本知識2.3.1電容器的簡介及其作用 電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元器件，光反應(yīng)用于隔直，耦合，旁路，調(diào)諧回路，能量轉(zhuǎn)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

14、等等; 而在電子電路中，電容器不同性質(zhì)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中大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內(nèi)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。

15、 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定時電容電路，電容起控制時間常數(shù)大小的作用。 2.3.2 圖形符號及基本單位 電容的圖形符號如圖2-3所示。 普通電容 電解電容 可變電容圖 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=10uF=10nF=10pF2.3.3 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“”標記下的引腳為負極。如圖2-4所示。電容容量為：3

16、3uF，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，單位為pF。前兩位數(shù)為有效數(shù)字，后一位表示倍率，10 ，i為第三位數(shù)字。圖3所示的電容容量為： 1000pF= 1nF ，耐壓為：3KV。2.3.4 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。2.3.5 電解電容器質(zhì)量的判別與正、負極性的判別 （1）電容質(zhì)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Rx10K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

17、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(yīng)該在幾兆歐以上。若測得的漏電阻小于上述值，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，表示電容器內(nèi)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

18、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(yīng)的引腳為電容器的正極，紅表筆對應(yīng)的引腳為電容器的負極。 本設(shè)計使用電容如下： 瓷片電容： C1 0.22uF 作用：降低電路對低頻聲音的靈敏度 C3 0.01uF 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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高等

19、優(yōu)點。 駐極體傳聲器內(nèi)部主要包括聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分。聲電轉(zhuǎn)換部分包括振膜、極板、空隙三部分。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)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(zhuǎn)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

20、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(yīng)晶體管具有輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低的特點，因此，一般是在傳聲器內(nèi)部接入一只輸入阻抗極高的結(jié)型場效應(yīng)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 圖3-2 MIC原理圖 FET：(場效應(yīng)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(zhuǎn)換的

21、主要部件。 C1,C2：是為了防止射頻干擾而設(shè)置的，可以分別對兩個射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GSM900Mhz。 RL：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。3.1.3 由聲信號到電信號的轉(zhuǎn)換 由靜電學可知，對于平行板電容器，有如下的關(guān)系式： C=S/L 即電容的容量與介質(zhì)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(guān)系式； C=Q/V 對于一

22、個駐極體傳聲器，內(nèi)部存在一個由振膜，墊片和極板組成的電容器，因為膜片上充有電荷，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d的變化，因此由公式可知，必然要產(chǎn)生一個C的變化，由公式又知，由于C的變化，充電電荷又是固定不變的，因此必然產(chǎn)生一個V的變化。由于這個信號非常微弱，內(nèi)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(yīng)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v的變化量，F(xiàn)ET

23、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C0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(zhuǎn)換過程。3.1.4 技術(shù)指標 1靈敏度： 用于表示傳聲器的聲-電轉(zhuǎn)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/Pa 2頻率范圍：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內(nèi)在噪聲電壓的比值，即： S/N. 4源阻抗及推薦的負荷阻抗：指傳聲器的交流內(nèi)阻。 5最大允許聲壓

24、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隔振能力：包括傳聲器與其支架間的隔振能力，以及傳聲器外殼內(nèi)芯件與殼體隔振能力。 7瞬態(tài)響應(yīng)：指傳聲器對脈沖型聲波的跟蹤能力。 MIC參數(shù)的設(shè)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(shè)計供電電壓為4.5V，可調(diào)負載電阻為10K，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(yīng)使Vsd0.7V，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380A。 3.2 MIC電路的測試3.2

25、.1 MIC 的判別 1.極性判別 將指針式萬用表撥至Rx1K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(jié)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(zhì)量判別 將指針式萬用表撥至Rx100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(shù)指標的測試 1下圖所示為MIC測試電路：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(jié)果（uA）

26、。 （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：在消聲室內(nèi)，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%時，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內(nèi)測試其噪聲，計算S/N=靈敏度電平/噪聲電平。

27、第四章 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(zhuǎn)換成光信號的結(jié)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(shè)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(zhì))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(jié)合,沒有留下自由電子連接電流。在攙雜物質(zhì)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。這兩樣額

28、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(zhì)與P型半導體物質(zhì)結(jié)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(zhì)會回復到它原來的絕緣狀態(tài)-所有的這些“電子空穴”都會

29、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。為了除掉損耗區(qū)就必須使N型向P型移動和空穴應(yīng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)的負極電子被吸引到正極電子。P型物質(zhì)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

30、電流流通過匯合處，損耗區(qū)增加。 發(fā)光二極管內(nèi)部是具有發(fā)光特性的PN結(jié)。當PN結(jié)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?qū)ㄖ皫缀跤须娏?。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)，在小電流范圍內(nèi)（IF=110mA），m=1.31.5。當IF10mA時，m=1，式（5.10.1）簡化成L =K IF即亮度與正向電流成正比。以磷砷化鎵黃色LED為例，

31、相對發(fā)光強度與正向電流的關(guān)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(guān)。使用時應(yīng)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(jié)。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(yīng)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?qū)〞r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，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、

32、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75。（3）焊接時間應(yīng)盡量短，焊點不能在管腳根部。焊接時應(yīng)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(qū)動電路必須加限流電阻，一般可取一百歐至幾百歐，視電源電壓而定。（6）在發(fā)光亮度基本不變的情況下，采用脈沖電壓驅(qū)動可以節(jié)省耗電。對于LED點陣顯

33、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(yīng)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、15、20（mm）等規(guī)格，直徑1mm的屬于超微型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(jié)工作在正向?qū)顟B(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

34、，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(zhì)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Rx10k檔進行測量，測得電阻小的（幾十k），其2黑表筆接的引腳為“+”極，紅表筆接的引腳為“-”極。 2.質(zhì)量的判別 方法一：將指針式萬用表置于Rx10k檔，測量其正向電阻應(yīng)為幾十k以內(nèi)，反向電阻應(yīng)在幾百k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

35、”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?qū)▔航担?；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R1k檔測量LED的正、反向電阻。因為該檔電池電壓E僅僅測量正、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一般1.52.5V，而萬用表R1或R10檔的電池電壓為 1.5V，所以不能使管子正向?qū)ú⑶野l(fā)光。R10k檔的電池電壓雖然較高，但因內(nèi)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

36、好選同一種型號的兩塊萬用表，均撥一R1或R10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R1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= 21.5=3VR0= 2R0= 225=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(yīng)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

37、為IF= EVF/ 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，可求出用雙表法測量時的正向電流為IF= EVF/ R0=31.7/50=26 mA 50mA。改用R1檔時IM=7.5 mA，與典型正向電流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(jié)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R10檔，若發(fā)光很暗，再改撥R1檔。第五章 7555時基電路5.1 555定時器的引腳介紹555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列圖，如圖5-1和圖

38、5-2所示。555定時器內(nèi)部含有一個基本RS觸發(fā)器，配個電壓比較器C1,C2,一個放電三極管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，兩者均由分在器上取得。圖5-1 555的內(nèi)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VCC/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，

39、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2VCC/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Q0=0，=1，這時定時器輸出U0=0； （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VCC為電源端，可在4.3-1.6V范圍內(nèi)使用，若為CMOS電路，則VCC=3-18V。如表5-1

40、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5.2 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2.1 電路連接 555定時器將低觸發(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(gòu)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5.2.2 工作原理 當觸發(fā)器ui的下降沿到來時，Vcc/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

41、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6.1.1 手工焊接的工具 電烙鐵的功能構(gòu)造及結(jié)構(gòu)原理 電烙鐵由5部分組成：電源線、手柄、管狀烙鐵身、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(yīng)選用20W內(nèi)熱式電烙鐵。 焊接大型元器件應(yīng)選用60100W的電烙鐵。 焊接導線及同軸電纜時，應(yīng)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(yīng)保

42、持清潔。 （3）使用合適的助焊劑。 （4）具有適當?shù)暮附訙囟取?（5）具有合適的焊接時間。 6.1.2 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。這里所說的焊料只針對錫焊所用焊料。 常用錫焊材料：管狀焊錫絲 抗氧化焊錫 含銀的焊錫 焊膏 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(yīng)將

43、焊接處殘留的焊膏焊油等擦拭干凈。元器件引腳鍍錫時應(yīng)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。 6.1.3 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(shù)要領(lǐng) （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(zhì)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(yīng)該不少于 20cm ，通常以 3

44、0cm 為宜。電烙鐵有三種握法，如圖6-1 所示。 圖6-1 握電烙鐵的手法示意 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(yīng)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。6.1.4 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

45、步驟，如圖6-3所示。 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 1 2秒鐘。對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

46、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(jié)束焊接。從第三步開始到第五步結(jié)束，時間大約也是 1 至 2s 。6.1.5 焊點檢驗及焊接質(zhì)量判斷 對焊點的質(zhì)量要求，應(yīng)該包括電氣接觸良好、機械結(jié)合牢固和美觀三個方面。保證焊點質(zhì)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

47、焊點在電路開始工作的一段較長時間內(nèi)，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。 一般來說，造成虛焊的主要原因是：焊錫質(zhì)量差；助焊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(jié)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。6.1.6 焊點的質(zhì)量要求 對焊點的要求1. 可靠的電氣連接 2. 足夠得機械強度 3. 光潔整齊的外觀 在單面和雙面（多層）印制電路板上，焊點的形成是有區(qū)別的：見圖6-4，在單面板上，焊點僅形成在焊接面的焊盤上方；但在雙面板或多層板上，熔融的焊料不僅浸潤焊盤上方，還由于毛細作用，滲透到金屬化孔內(nèi)，焊點形成的