模電課程設(shè)計聲控閃光燈

1、鄭州科技學院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計題 目聲控閃光燈學生姓名 * 專業(yè)班級 10級*班 學 號*院 （系）電氣工程學院指導教師 袁玉霞完成時間2012年10月19日目錄1課程設(shè)計的目的11.1前言12課程設(shè)計的任務(wù)與要求13設(shè)計方案與論證33.1電路設(shè)計3方案3論證34設(shè)計原理及功能說明55單元電路的設(shè)計（計算與說明）65.1主要1、2單元電路圖65.2無聲波信號時75.3有聲波信號時75.4附加內(nèi)容8放大電路8濾波電路106硬件的制作與調(diào)試117總結(jié)13參考文獻14附錄1：總體電路原理圖15附錄2：元器件清單161課程設(shè)計的目的1.1前言從建國以來，我國的電子技術(shù)的不斷地飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于社會

2、的各個領(lǐng)域，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、軍事及日常生活等，但我國由于沒有趕上前兩次科技革命，經(jīng)濟發(fā)展相對于發(fā)達國家比較晚，仍屬于發(fā)展中國家，所以作為21世紀的大學生有義務(wù)肩負起振興國家的使命。憶往昔，1837年畫家出身的莫爾斯（）發(fā)明了電報，1876年，美國人貝爾（）雖然不懂電學和機械，但他憑借造福人類的激情和毅力發(fā)明了電話，沒有受過正規(guī)大學教育的馬可尼利用赫茲的火花振蕩器作為發(fā)射器，實現(xiàn)了無線電信號的傳遞鑒于以上各種事實，同樣也點燃了我決心未來成為一名電子工程師內(nèi)心的火花，我認為在學習好文化知識的基礎(chǔ)上，我們應(yīng)該多實踐，把所學到的知識能盡量多地轉(zhuǎn)化為造福社會的生產(chǎn)力。1.2目的經(jīng)過我們組三個人共同的商

3、議，我們決定從比較簡單的實驗入手，設(shè)計一個聲控閃光燈。聲音由麥克風拾取，LED燈能隨著環(huán)境聲音的強弱起伏而閃爍發(fā)光，當有聲音時閃光燈發(fā)光，并且在一定范圍內(nèi)隨著聲音的大小閃光燈的亮暗發(fā)生變化，聲音越大越亮。2課程設(shè)計的任務(wù)與要求2.1設(shè)計任務(wù)一 制作聲控閃光燈。1 理解聲控閃光燈電路的工作過程。2理解電路中各元件的作用，如耦合電容決定整個電路的下限頻率，了解駐極體話筒的結(jié)構(gòu)和特點。3會對聲控閃光燈電路進行安裝、調(diào)試和測試。4會用萬用表對駐極體話筒進行正、負極識別和質(zhì)量檢測。5掌握電阻、發(fā)光二極管、三極管、駐極體話筒的插裝要求與工藝。6掌握印制電路板元器件的焊接技術(shù)。7熟悉印制電路板的連線方法。二

4、 幫助我們更好地理解所學的理論知識。能利用模擬電電子技術(shù)課程一些基礎(chǔ)知識制作出簡單的電子器件。三 學會查找資料，包括圖書、網(wǎng)絡(luò)等渠道。四 提升我們的動手能力。五 培養(yǎng)我們制作報告的一些基本方法。2.2基本要求1.打印模擬電子技術(shù)課程設(shè)計說明書一份，給出課題的設(shè)計和制作、調(diào)試過程。 2.根據(jù)技術(shù)指標要求，畫出設(shè)計電路圖，畫出印制電路版圖。3.設(shè)計時間：三周。4.制作PCB板。5.人員分組，三人一組，選擇同一課題的電路相同，但課程設(shè)計報告不能完全相同。3設(shè)計方案與論證3.1電路設(shè)計方案圖3-1 聲控閃光燈電路基本工作原理圖3-2聲音波形圖根據(jù)上述基本功能，設(shè)計電路圖如附錄1。論證三極管VT1相當于

5、開關(guān)，VT2起放大作用。當無聲時，VT1處于臨界飽和，集電極電位低，則VT2截止，那么VL1、VL2滅，當有聲音時，其信號的負半周使ICE1減小，UC1增大，VT1導通，那么VT2也進入放大狀態(tài)，使VL1、VL2亮，根據(jù)聲音的頻率而閃爍。3.2仿真在仿真軟件multisim中進行仿真，仿真電路圖如圖3-3，其中話筒用函數(shù)發(fā)生器代替，9014晶體管用2N3904代替。仿真效果為:當函數(shù)發(fā)生器大約為0HZ時，發(fā)光二級管幾乎不閃爍，用萬用表測得UC1兩端的電壓為0.39V，示波器測量二級管兩端波形幾乎為一條水平線。當函數(shù)發(fā)生器大約為100HZ以上時，發(fā)光二級管不停地閃爍，用萬用表測得UC1兩端的電壓

6、為0.74V（頻率變化,UC1兩端的電壓也變化不大,如a、當話筒為100HZ時,UC1=0.74V；b、當話筒為10000HZ時,開始UC1=0.68V,大約10秒后，最終UC1=0.74V），用示波器測量二級管兩端，兩端的波形如圖3-4。因為人聲音的頻率為85-1100HZ，所以當人發(fā)出聲音時UC1應(yīng)該等于0.74V，VT2會導通。圖3-3 仿真電路圖圖3-4 二極管兩端波形4設(shè)計原理及功能說明靜態(tài)時，使VT1處于臨界飽和狀態(tài)，VT2截止，LED1和LED2無電流流過皆不發(fā)光。 R1給電容話筒MIC提供偏置電流（只要選取合適的R2、R3就能使無聲波信號時，VT1處于臨界飽和狀態(tài)，使VT2處于

7、截止狀態(tài)）。當有聲波信號時，話筒撿取室內(nèi)環(huán)境中的聲波信號后即轉(zhuǎn)為相應(yīng)的電信號，經(jīng)電容C1送到VT1的基極，電信號的負半周使VT1退出飽和狀態(tài)（正半周時不能使VT1 的IC降低），進入放大狀態(tài)， VT1的集電極電壓上升（VT1、VT2組成兩級直接耦合放大電路），VT2導通，LED1和LED2點亮發(fā)光。當輸入音頻信號較弱時，不足以使VT1退出飽和狀態(tài)，LED1和LED2仍保持熄滅狀態(tài)，只有較強信號輸入時，發(fā)光二極管才點亮發(fā)光，所以，LED1和LED2能隨著環(huán)境聲音（如音樂、說話）信號的強弱起伏而閃爍發(fā)光。5單元電路的設(shè)計（計算與說明）5.1 主要1、2單元電路圖分別如下：圖5-1單元1圖5-2單元

8、25.2無聲波信號時單元1:R14.7K給電容話筒MIC提供偏置電流，MICUCCR10.64mA(5-1)R2=1MIBQ1（UCCUBE)/R2=2.3*e-06mA (5-2)R3=10K使UCE1為0.20.4V此時VT1處于臨界飽和狀態(tài)，不能放大電流。單元2:UC3=UCE1,不能使VT2導通，IBQ2幾乎為零，VT2截止,燈不亮。5.3有聲波信號時單元1:C1作用：耦合電容，隔直流，決定下限頻率。fl1=1/ 2（RMIC+ri）C1 1/2riC1 (5-3)rbe=rbb+(1+)26/IEQ11.6K (5-4)ri=rbeR211.5K(5-5)所以fl1=13.85HZ聲

9、波信號經(jīng)話筒轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，經(jīng)C1送至VT1的基極進行放大其信號負半周（正半周不能使IBQ1減小，退出飽和狀態(tài)）使VT1的IBQ1減小，退出飽和狀態(tài)，則ICQ1減小，UCE1增加（剛有聲波時IBQ2仍0,UC1=UCC-I1*R3，UCE1=UC1）單元2：C2作用: 耦合電容，隔直流，決定下限頻率,（當C2容抗Xc增大，fl2降低，兩端壓降增大，即輸出電壓UO下降，從而Au下降）。同理：fl2=1/ 2(RLED/2) C2 (5-6)RLED=1.8V/50mA=36 (5-7)所以fl288.46HZ綜上可知下限頻率fl=fl2=88.46HZ所以從而影響了低頻放大倍數(shù)Ausl Au

10、sl=Ausm/(1-jf1/f)UC1增加使VT2導通退出截止狀態(tài)，（截止狀態(tài)時IBQ2=Uc1/rbe=0.2V/11.6K=17.2A,IBQ2增加，退出截止狀態(tài)。5.4附加內(nèi)容5.4.1放大電路放大電路又稱放大器，是電子設(shè)備中的核心部分，其主要作用是對輸入的信號進行放大，從而推動負載工作。所謂放大，實質(zhì)就是將直流電源的能量轉(zhuǎn)化為具有一定大小且隨著輸入信號變化而變化的輸出信號，也可以講放大器是一個能量轉(zhuǎn)換器。放大電路分為共發(fā)射極放大電路、共基極放大電路和共集電集放大電路三種基本形式。基本放大電路的組成如下：圖5-3共射極放大電路（雙電源供電）圖5-4共射極放大電路（單電源供電）圖5-5共

11、集電極放大電路圖5-3所示為雙電源供電的共射極放大電路，V是一個NPN型三極管，作用是放大電流；UCC是輸出回路的電源，作用是為輸出信號提供能量；RC是集電極負載電阻，作用是把電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化；基極電源UBB和基極偏置電阻RB的作用是為了發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓和合適的基極電流IB；C1、C2稱為隔直電容，作用是隔直流、通交流信號。圖5-4為單電壓供電的共射極放大電路，只要RB遠大于RC，單電源就可代替雙電源的作用。為了是三極管工作在放大狀態(tài)，首先必須保證反射結(jié)為正向偏置，集電結(jié)為反向偏置；其次為了保證放大電路能盡可能不失真地放大交流信號，必須在靜態(tài)是，三極管的各極都要有一個合適的工作

12、電源和電流，即給放大器設(shè)置一個合適的靜態(tài)工作點。濾波電路濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量儲存起來，而當電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負載串聯(lián)的電感L,當電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時，它把能量儲存起來，而當電流減小時，又把能量釋放出來，使負載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。濾波電路形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸

13、入式(電容器C接在最前面）和電感輸入式（電感器L接在最前面）。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中（而且當電流很大時，僅用一電感器與負載串聯(lián)）。6硬件的制作與調(diào)試1用multisim仿真成功后，按電路圖進行裝配，實物圖如下。MIC:有標記一端為正極。C1、C2：長引腳為正極。VT1、VT2:方法a，9014中間一端為基極，有數(shù)據(jù)一方面對自己，引腳朝下，則左：發(fā)射級，右：集電極。方法b，用萬用表（指針式）測量，萬用表調(diào)到歐姆檔，讓萬用表兩表筆接三極管任意兩引腳，共8次，其中兩次讀數(shù)最大，則那兩次任一端為發(fā)射級或集電極，這兩次阻值小的一次，黑表筆為C，紅表筆為E。

14、R1:4.7K黃紫黑棕金，R2:1M棕黑黑黃金，R3:10K 棕黑黑紅金。圖6-1實物圖1圖6-2實物圖22焊接時注意烙鐵的使用方法，先使烙鐵預熱，一定時間后再焊接，把烙鐵放在電路板的小銅片上使銅片預熱，再把錫絲放在銅片上，讓錫絲融化，再抽去焊錫絲，移開烙鐵。連接導線時最好使導線中間留一層絕緣皮，就不容易短路。最后用膠棒再對電路板進行密封，以進一步防止短路現(xiàn)象發(fā)生。三極管的極性一定不能接錯，元件排列整齊美觀。3通電后先測出VT1的集電極電壓，使其在0.20.4V之間，如該電壓太低，則施加聲音信號后VT1不能退出飽和狀態(tài)，VT2不能導通如果該電壓超過VT2的死區(qū)電壓，則靜態(tài)時VT2就導通，使發(fā)光

15、二極管點亮發(fā)光，所以對于靈敏度不同的三極管，VT1的集電極電阻R3的大小要通過調(diào)試來確定。4離話筒約0.5m遠，用普通聲音（適中）講話時，發(fā)光二級管隨聲音閃爍，如需大聲講話，燈才閃爍，可適當減小R3的阻值，或者更換值更大的三極管。5適當?shù)臏p小R1的阻值，或者更換靈敏度更高的駐極體話筒，也可使話筒接受聲音的靈敏度提高。7總結(jié)經(jīng)過三個星期的課程設(shè)計，留給我印象最深的是設(shè)計一個成功的電路，必須要有扎實的知識基礎(chǔ)。本產(chǎn)品能通過聲音的頻率來控制燈的閃爍，個人感覺其功能還算比較完善。此次的設(shè)計并不奢望十全十美，當中不完美的地方有：所設(shè)計的電路比較簡單，但這也讓我有更多的時間對所學的專業(yè)知識運用到一些細微的方面，我們組每個人也都做了一個成品，還一塊做了一個上交上去；答辯時準備不是太充分，讓我明白了演講前一定要有所準備和演講時一定要擺正好自己的心態(tài)。做設(shè)計的目的是希望能檢查下對所學知識的運用能力的好壞，并對以后的課程學習打好基礎(chǔ)，提高自己的動手能力，并且開始慢慢走上電子產(chǎn)品創(chuàng)新的道路。參考文獻1江曉安.模擬電子技術(shù)第三版.西安:西安電子科技大學出版社2008.32王松林.電路基礎(chǔ)第三版.西安：西安電子科技大學出版社2008.83康華光