電子蠟燭的設(shè)計

1、畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）（說 明 書）題 目： 電子蠟燭 姓 名： AA 學(xué) 號： 20092004298 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 # 年 #月 # 日第一章 . 前言第二章 . 電子蠟燭的概述 2.1 . 蠟燭發(fā)展始 2.2 . 產(chǎn)品功能介紹第三章 . 電子蠟燭原理圖的組成及工作原理3.1 . 電子蠟燭電路的組成3.2 . 電源電路3.2.1 .電源電路的組成及工作原理3.2.2 .LM7809的功能及應(yīng)用3.3 .光電控制電路的組成及工作原理3.3.1 . 光電電路的組成3.3.2 . 光敏三極管3.3.3 . 晶閘管3.4 . 顯示電路的組成及動作原理3.4.1 . 顯示電路的組成及工作原

2、圖3.4.2 . 555定時器及其應(yīng)用3.4.3 . CD4017十進制計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及功能3.5 . 音樂奏鳴電路的組成及工作原理3.5.1 . 音樂奏鳴電路的組成及工作原理3.5.2 . 集成運算放大運算器3.5.3 . 話筒的結(jié)構(gòu)及工作原理3.5.4 . UM66系列音樂IC的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用第一章 前言自富蘭克林發(fā)現(xiàn)電的那一天開始就已經(jīng)注定電子時代的到來，在時間的推移中電子行業(yè)高速的發(fā)展著。在日新月異的今天，電子行業(yè)的范圍已然成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著人們生活水平的提高，人類對電子產(chǎn)品的要求走向高精度、易攜帶、價格低廉等方向發(fā)展，由此PCB產(chǎn)業(yè)的到了發(fā)展，在現(xiàn)今生活中凡是我們見過的電子設(shè)備都

3、離不開PCB，小到電子手表、計算器、通用電腦，大到計算機、通迅電子設(shè)備、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子無器件，它們之間電氣互連都要用到PCB。循著身邊電子儀器的更替，我們可以清晰地看到，經(jīng)過改革開放后20多年尤其是新世紀以來最近幾年的迅猛發(fā)展，國內(nèi)PCB產(chǎn)業(yè)由小到大，由弱到強，已經(jīng)使中國昂首成為世界第一大PCB產(chǎn)出國，并以強勁的發(fā)展勢頭，全力沖擊世界PCB產(chǎn)業(yè)高端領(lǐng)域。正是出于對PCB產(chǎn)業(yè)的關(guān)注和好奇，我選擇學(xué)習(xí)電子專業(yè)。而在學(xué)習(xí)的歷程中，我有幸學(xué)到這一門課程，使得我對這一行業(yè)有了進一步的了解，從中獲得了學(xué)習(xí)的樂趣和好奇心得到滿足的快感。在21世紀的今天，環(huán)保以成為一個經(jīng)久不衰的話題，為了

4、響應(yīng)環(huán)保人士的號召和我對PCB產(chǎn)業(yè)的熱愛我選擇了電子蠟燭這一課題為我大學(xué)期間的學(xué)習(xí)做總結(jié)。 第二章 電子蠟燭的概述2.1蠟燭的發(fā)展史原始時代的火把是蠟燭的起源。那時候原始人把脂肪或者蠟一類的東西涂在樹皮或木片上，捆扎在一起，做成了照明用的火把。公元前3世紀左右出現(xiàn)的蜜蠟就是我們今天所見的蠟燭的雛形。1820年，法國人強巴歇列發(fā)明了三根棉線編成的燭心，使燭心燃燒時自然松開，末端正好翹到火焰外側(cè)，因而可以完全燃燒。但蠟燭還有待進一步完善，它的材料一般是有許多缺點的動物油脂，解決這一難題的是舍未勒爾等人。1809年6月至7月間，法國科家舍夫勒收到一家紡織廠的來信，請他分析、確定他們寄來的一個軟皂樣品

5、的成份。在儀器設(shè)備非常簡單、樸素的學(xué)校實驗，他研究了皂化過程中需要使用的各種油脂。經(jīng)過大量實驗，他第一次發(fā)現(xiàn)了這樣的事實：在一切油脂中，不論其來源如何，脂肪酸的含量均占95%，其余的5%則是皂化過程中生成的甘油。通過研究他搞清了皂化過程的本質(zhì)，同時他還有一項重大的發(fā)現(xiàn)：當時用油脂做成的蠟燭，由于里面有甘油，燃燒時火焰帶煙，氣味難聞。若改用硬脂酸做成蠟燭，燃燒時不僅火焰明亮，而且?guī)缀鯖]有黑煙， 不污染空氣。舍夫勒爾把他的發(fā)現(xiàn)告訴蓋一呂薩克，并建議兩人共同研究如何具體解決這個問題。他們用強堿把油脂皂化，再把得到的肥皂用鹽酸分解，擔取出硬脂酸。這是一種白色物質(zhì)，手摸著有油膩感，用它制成的蠟燭質(zhì)地很軟

6、，價錢更加便宜。1825年，舍夫勒爾用硬脂酸制成石蠟硬脂蠟燭，在人類照明史上開了一個新紀元?，F(xiàn)在，各種材料的工藝蠟燭已經(jīng)成為銷售的主流，透明的果凍蠟，各種顏色、各種形狀、各種功能的藝術(shù)蠟燭更是層出不窮，相信以后隨著各種技術(shù)的不斷提高和各種蠟燭原材料的普及使用，藝術(shù)蠟燭定會發(fā)展到一個相當高的階段。到那時，蠟燭不再僅僅是簡單的照明，而是融合了浪漫、藝術(shù)、養(yǎng)生、欣賞、照明、宗教等等各種功能走入我們平常的生活之中。2.2產(chǎn)品功能介紹電子蠟燭， 英文名稱：Electonic Candle light 也稱為電子LED蠟燭燈，七彩蠟燭燈，由剛開始的簡單的模擬蠟燭的外形做出LED燈芯，發(fā)展到現(xiàn)在第4代第5代

7、的個性化及禮品化。特點：安全環(huán)保，絕不發(fā)熱，避免火焰著火現(xiàn)象的發(fā)生。美觀大方，適用于各種蠟燭臺?？僧斝∫篃粲糜谡彰?，也可作其他裝飾用。適用于促銷禮品、酒店、酒吧、家居裝飾、教堂、萬圣節(jié)、圣誕禮品等。使用范圍及對象：這是一款神奇的LED蠟燭燈：集浪漫、情調(diào)、溫馨、節(jié)日、狂歡于一體家居用品的特殊品味，可用于生日晚會，元宵燈會，中秋燈會，西方的圣誕節(jié)，萬圣節(jié)燈，適用男女老少各個社會群體?？捎糜谫浰投Y品，促銷宣傳禮品，廣告禮品等等。我所做的電子蠟燭模擬實際蠟燭，但是還是與現(xiàn)實有所差距，它具有的功能是用火點亮，吹一口氣可以想起應(yīng)景的想起符合氛圍需求的音樂，美中不足的是熄滅蠟燭則需要自己手動控制。原理圖見

8、附錄。第三章 電子蠟燭原理圖的組成及工作原理3.1電子蠟燭電路的組成圖3-1為電子蠟燭的原理圖，我將其分為幾個模塊，他由電源電路、感光控制電路、燭光顯示電路以及音樂奏鳴電路組成。圖3-13.2電源電路3.2.1電源電路的組成及工作原理電源電路如圖3-2所示，電路由12V的直流電源、LM7809穩(wěn)壓器0.1uF的電容C1和0.33uF的電容C2組成。圖3-2圖3-2工作原理：電壓經(jīng)過C1的濾波至穩(wěn)壓器的1號引腳經(jīng)3號引腳輸出再由C2濾波輸出9V的電壓。3.2.2LM7809的功能及應(yīng)用 LM7809三端穩(wěn)壓器為LM78*系列中的一種。由于用三端穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有

9、過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜，所以電子制作中經(jīng)常采用。LM78*系列輸出電壓有5V；6V；8V；9V；10V；12V；15V；18V；24V，最大輸出電流為1.5A，其最常用的是T0-220和T0-202兩種封裝。LM7809的三條引腳分別為輸入端、接地端和輸出端。圖3-2為常用穩(wěn)壓電路的連接方。LM7809常用的封裝方式是T0-220三端穩(wěn)壓器：管腳向下，面對有型號一面，從左往右數(shù)，各管腳依次是：1腳：電壓最高；2腳：電壓最低；3腳：電壓次之。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓,如LM7806表示輸出電壓為正6V。LM7

10、809的電參數(shù)表1-1為LM7809相應(yīng)的電參數(shù)。表11（參照測試電路 0<C<125,IO=500mA,CI=0.1pF）參數(shù)符號條件最小典型最大單位輸出電壓VoTj=25°8.6599.35V5.0mA<=Io<=1.0A,Po<=15WVi=11.5V24V8.699.4線性調(diào)整率ReglineTj=25V1=11.525V-6180mVV2=1217V-290負載調(diào)率RegloadTj=25Io=5mA1.5A-12180mVIo=250750mA-490靜態(tài)電流IQTj=25-5.08.0mA靜態(tài)電流變化IQIo=5mA1.0A-0.5mAV1

11、=11.526V-1.3輸出電壓漂移Vo/TIo=5mA-1-mV/輸出噪聲電壓VNf10100Hz ，TA=25-58-Ua/Vo紋波抑制VDropIo=1A, Tj=25-2-V輸出電阻rOf1KHz-17-m短路電流峰值電流IPKTj=25-2.2-A短路電流ISCVi=35V TA=25-250-mA3.3 光電控制電路的組成及工作原理3.3.1 光電電路的組成光電控制電路由光電三極管、晶閘管、電阻R1、R2組成。圖3-4為光電控制電路。圖3-3工作原理：沒有光照射到三極管時，三極管截止，使得晶閘管的門極G處的電壓非常小，晶閘管截止使得電路不工作：當有光照射時，三極管導(dǎo)通，進而晶閘管門

12、極觸發(fā)使得電路導(dǎo)通。3.3.3 光敏三極管光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是他的集電極不只受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。通?；鶚O不引出引出線， 只有集電極C和發(fā)射極圖3-4e兩個引腳，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形如圖3-4所示 而且外形和光敏二極管極為相似，很難區(qū)別開，需認真看清管殼外緣標注的型號，以免混淆。光敏三極管的工作原理：沒有光照射時，其基極沒有電流使得三極管截止；當具有光敏特性的PN結(jié)受到光輻射時，產(chǎn)生電流，由基極進入集電極使的三極管導(dǎo)通，并且在集電極回路中得到一個放大倍的信號電流。有時為了提高電壓放大倍數(shù)，會光敏三極管與另一普通二極管制作在一個管芯內(nèi)，連結(jié)成復(fù)合管形

13、式，稱為達林頓型光敏三極管。它的電壓放大倍數(shù)很高(=l2)，且允許輸出較大電流，即電流放大倍數(shù)也很高(=12)。但達林頓型光敏三極管的暗電流較大，非線性嚴重，溫漂大以及抗干擾能力差，需在電路中增加抑制回路方能正常工作。圖（）是萬州光電生產(chǎn)的達林頓型光敏三極管3DU030IR3，它是一款高速PIN硅光電接收三極管，外形為半圓柱，顏色黑色，具有體積小巧、接收靈敏的特征。光敏三極管的應(yīng)用1.測量光亮度通過光敏三極管附加電磁繼電器，根據(jù)室內(nèi)光線的強弱，控制燈具的亮滅。2.光電隔離光敏三極管光電隔離的最典型應(yīng)用就是光耦合器，電信號驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長的光信號，被探測器接收轉(zhuǎn)換成電信

14、號，通過進一步放大，于是就有了電光電的轉(zhuǎn)換。3.非接觸測量 當光線通過齒縫射到光敏管的窗口時，光敏管就輸出一個低電平，旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈就可得到60個脈沖，因此，每秒鐘檢測到的脈沖數(shù)恰好等于每分鐘的轉(zhuǎn)速值。3.3.4 晶閘管 1.晶閘管的簡介晶閘管全稱晶體閘流管，曾稱可控硅（Silicon Controlled Rectifier），簡稱SCR，1957年問世后逐步形成新興的電力電子學(xué)科晶閘管在六七十年代獲得迅速發(fā)展，除器件的性能與典雅、電流容量不斷提高外，還派生出快速晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管、雙向晶閘管等，形成晶閘管系列。2.晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是一種四層半導(dǎo)體器件，具有三個P

15、N結(jié)，有三個引出極，陽極（A）、陰極（K）、門極（G），其外形符號如圖3-5所示。 圖3-5常用有螺旋栓式與平板式，外形符號如圖3-6所示。 圖3-63.晶閘管的工作原理，如圖3-7所示：當晶閘管陽極A和陰極K之間加正向電壓EA而控制極K不加電壓時中間的PN結(jié)處圖3-7于反向偏置，管子不導(dǎo)通，處于關(guān)斷狀態(tài)。當晶閘管的陽極A和陰極K之間加正向電壓EA，且控制極G和陰極K之間也加正向電壓EG時，外層靠下的PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。若V2管的基極電流為IG，則集電極電流Ic2為2IG，V1管的基極電流IB1等于Vz管的集電極電流，因而V2的集電極電流Icl為l2IG如，該電流又作為V2管的基極電流，再一次

16、進行上述的放大過程，形成正反饋。在很短的時間（一般幾微秒）兩只二極管均進入飽和狀態(tài)，使晶閘管完全導(dǎo)通。當晶閘管完全導(dǎo)通后，控制極就失去了控制作用，管子依靠內(nèi)部的正反饋始終維持導(dǎo)通狀態(tài)。此對管子壓降很小，一般為0.61.2V，電源電壓幾乎全部加在負載電阻R上，晶閘管中有電流流過，可達幾十至幾千安。要想關(guān)斷晶閘管，必須將陽極電流減小到不能維持正反饋過程，當然也可以將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極之間加一反向電壓。綜上所述，可得如下結(jié)論：1）晶閘管與硅整流二極管相似，都具有反向阻斷能力，但晶閘管還具有正向阻斷能力，即晶閘管正向?qū)ū仨毦哂幸欢ǖ臈l件：陽極加正向電壓，同時控制極也加正向觸發(fā)電壓（

17、實際工作中，控制極加正觸發(fā)脈沖信號）。2）晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極即失去控制作用。要使晶閘管重新關(guān)斷，必須做到以下兩點之一：一是將陽極電流減小到小于維持電流IH；二是將陽極電壓減小到零或使之反向。4.晶閘管的伏安特性-晶閘管的伏安特性，如圖3-8所示：圖3-8當I0晶閘管正向電壓增加到正向轉(zhuǎn)折電壓錢，器件屬于正向阻斷狀態(tài)，其正向漏電隨正向電壓的增高而逐漸增大，當正向電壓達到A時管子從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，導(dǎo)通后器件的特性與整流二極管正向伏安特性相似。當通入門極電流足夠大時，正向轉(zhuǎn)折電壓降至極小，使得晶閘管一加正向陽極電壓就導(dǎo)通，這種導(dǎo)通稱之為觸發(fā)導(dǎo)通。當已導(dǎo)通管子陽極電流減小到維持電流時，管子又從導(dǎo)

18、通返回正向阻斷，晶閘管只能工作在阻斷和導(dǎo)通兩個狀態(tài)。晶閘管加反向陽極電壓時，只流過很小的反向漏電流,當反向電壓升高到反向擊穿電壓時，管子反向擊穿損壞。綜上所述，可得出如下結(jié)論：1)門極斷開時，晶閘管的正向漏電流比一般硅二極管的反向漏電稍大，且隨著管子的正向陽極電壓的升高而增大。2)晶閘管加上正向陽極電壓后，還必須加上觸發(fā)電壓產(chǎn)生足夠的觸發(fā)電流才能使晶閘管導(dǎo)通。3)晶閘管一旦被觸發(fā)后門極失去作用。4.國產(chǎn)晶閘管的標稱按照國家有關(guān)部門規(guī)定，晶閘管的型號及其含義如下：KP通態(tài)電壓組別電壓組別（小于100A不標）正反向重復(fù)峰值電壓等級（額定電壓）額定通態(tài)平均電流系列（額定電流）普通反響阻斷型K普通反向

19、性，S雙向型N逆導(dǎo)性，G可關(guān)斷型表示閘流特性3.4 顯示電路的組成及動作原理3.4.1 顯示電路的組成及工作原圖圖3-9顯示電路電路結(jié)構(gòu)如圖3-9所示，由CD4017十進制計數(shù)器U2、555定時器U1、燭光邊緣黃色發(fā)光二極管D9D26,位于燭光中心的黃色發(fā)光二極管D27，火焰錐中心桔色發(fā)光二極管D1D8,電阻R2、R3、R4、R5、R6，電容C3以及NPN型三極管N1組成。工作原理：555定時器和R3、R2、C3無穩(wěn)態(tài)多諧震蕩器，圖示參數(shù)所對應(yīng)的震蕩頻率20Hz，當有電流通過時555定時器輸出20Hz的方波電壓給CD4017十進制計數(shù)器14腳，每來一個脈沖，計數(shù)就增加一次，是的燭光邊緣的換色發(fā)

20、光二極管(D9、D10)，(D11、D12)，（D13、D14）,(D15、D16)，（D17、D18），（D19、D20）, （D21、D22）, （D23、D24）, （D25、D26）,D27從下到上各組依次發(fā)光，產(chǎn)生燭光從上到下的閃爍感.D1D8同樣受方波控制，當脈沖來臨時三極管N1導(dǎo)通使得D1D8導(dǎo)通并且與20Hz同步閃爍。形成柔和，搖曳，敏感相間的燭光效果。3.4.2 555定時器及其應(yīng)用555集成時基電路稱為集成定時器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變

21、換、控制與檢測。它的內(nèi)部電壓標準使用了三個5K的電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型兩大類，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556；所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或7556，兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時器，556和7556是雙定時器。雙極型的電壓圖3-10是+5V到+15V，輸出的最大電流可達200mA，CMOS型的電源電壓是+3V到+18V。555定時器的電路結(jié)構(gòu)555定時器由電壓比較器，G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器，集電極開路的放電管V和輸出緩沖極G3三部分組成。圖3-1

22、0是其結(jié)構(gòu)圖。工作原理當5腳懸空時，兩個電壓比較器的基準電壓為Vcc經(jīng)3個50 電阻分壓后提供。C1的基準電壓U1為1/3Vcc時，閾值輸入端（6腳）為其輸入端。當C2的基準電壓U2為1/3Vcc時，觸發(fā)輸入端（2腳）為其輸入端。CO（5腳）為電壓控制端，當外接固定電壓U時，則U1=U、U2=U/2。RD端為直接置0端，只要RD=0，便輸出低電平，正常工作時，RD端必須為高電平。555定時器的邏輯功能當U11>U1、U12>U2時，比較器C1、C2輸出u1=0、u2=1，基本RS觸發(fā)器被置0。Q=0，輸出為0同時V導(dǎo)通。當U11<U1、U12<U2時，比較器C1、C2輸

23、出u1=1、u2=0，基本RS觸發(fā)器被置1。Q=1，輸出為1同時V截止。當U11<U1、U12>U2時，比較器C1、C2輸出u1=1、u2=1，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。綜上所述，555定時器的功能如表3-2所示。表3-2輸入輸出U11U12RDuV狀態(tài)××00導(dǎo)通>2Vcc/3>2Vcc/310導(dǎo)通<2Vcc/3<2Vcc/311截止<2Vcc/3>2Vcc/31不變不變555定時器的使用1.構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其電路結(jié)構(gòu)如圖3-11所示。工作原理:穩(wěn)定狀態(tài)沒有加觸發(fā)信號時，ui為高電平，接通電源后，Vcc經(jīng)電阻R對電容C

24、1充電，但當C上得電壓大于2Vcc/3時，電壓比較器C1輸出為0，而在此時，2腳為高點平且大于Vcc/3，電壓比較器C2輸出1，基本RS觸發(fā)器置0，輸出uo為0,于與此同時，三極管V導(dǎo)通，電容經(jīng)三極管迅速放電，電容上的電壓為0時，電壓比較器C1輸出為1，這時基本RS觸發(fā)器的兩個輸入信號都為高電平，保持0狀態(tài)不變。所以，在穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出為0。觸發(fā)進入暫態(tài)當輸入ui由高電平躍到小于Vcc/3的低電平時，電壓比較器c2輸出0，由于此時電容電壓為0，因此電壓比較器輸出為1，基本RS觸發(fā)器被置1,輸出uo為高電平，同時三圖3-11極管截止，這時電源對C充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)期內(nèi)輸入電壓回到高電

25、平。自動返回穩(wěn)定狀態(tài)隨著C的充電,電容C上得電壓逐漸增大，當其上升到2Vcc/3時，比較器C1輸出為0,由于輸入ui是高電平，所以電壓比較器C2輸出為1，基本RS觸發(fā)器0，輸出uo為低電平，同時放電管V極管導(dǎo)通，電容經(jīng)三極管放電，放電完畢電路返回穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形如圖3-12所示。圖3-12單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度T為暫穩(wěn)態(tài)維持的時間，它實際上為電容C上得電壓由0V沖到2Vcc/3所需要的時間，可用下式估算：T=RCln3=1.1RC2.組成多諧震蕩器，其電路結(jié)構(gòu)如圖3-13所示。工作原理。如圖3-13接通電源Vcc后，Vcc經(jīng)電阻R1、R2對電容c 充電，其電壓由0按指數(shù)上升，

26、當電壓大于2Vcc/3時，電壓比較器C1和C2輸出分別為0和1，基本RS觸發(fā)器被置0，輸出uo為0。與此同時放電管V極管導(dǎo)通，電容經(jīng)三極管放電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容放電，其電壓隨之下降，當電壓下降到Vcc/3時，電壓比較器C1和C2輸出分別為1和0， 基本RS觸發(fā)器被置1，uo有低電平躍到高電平，同時放電管V截止，電源又經(jīng)電阻R1、R2對電容c 充電，電路又返回到前一個暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容上的電壓將在Vcc/3和2Vcc/3之間來回充電和放電，從而產(chǎn)生了震蕩，輸出矩形脈沖。圖3-14為多諧振蕩器的工作波形。由圖得出多諧震蕩器的振蕩周期T為T=T1+T2T1為電容C上電壓由Vcc/3充到2Vc

27、c/3所需的時間，充電回路的時間常數(shù)為（R1+R2）*C。T 1可用下式估算：T 1=（R1+R2）*C ln2=0.7（R1+R2）*CT 2為電容C上電壓由2Vcc/3降到Vcc/3所需的時間，放電回路的時間常數(shù)為R2*C。圖3-14T2可用下式估算：T2=R2*C ln2=0.7 R2*C所以多諧震蕩器的震蕩周期T為T=T1+T 2=0.7(R1+2R2)*C震蕩頻率為f=1/T=1.44/(R1+2R2)*C3.4.3 CD4017十進制計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及功能CD4017十進制計數(shù)器的引腳功能CD4017十進制計數(shù)器，又稱脈沖分配器，是一個具有十六個引腳的集成電路，其中有10個譯碼輸出端。

28、CP，CR，INH為輸入端。其結(jié)構(gòu)圖如圖3-12所示。CD4017采用標準的雙列直插式腳塑封，它的引腳如圖3-15所示1腳：第5輸出端 2腳：第1輸出端 輸出端3腳：第0輸出端，電路清零時，該端為高電平4腳：第2輸出端 5腳：第6輸出端 圖3-15 6腳：第7輸出端 7腳：第3輸出端 8腳：電源負極 9腳：第8輸出端10腳：第4輸出端11腳：第9輸出端12腳：級聯(lián)進位輸出端，每輸入10個時鐘脈沖時，就可以得到一個 計數(shù)器的時鐘信號 13腳：時鐘輸入端，脈沖輸入端，脈沖下降沿有效14腳 時鐘輸入端，脈沖上升沿有效15腳：清零輸入端，在該管腳加高電平或正脈沖時，CD4017計數(shù)器 各計數(shù)單元輸出低

29、電平“ 在譯碼器中，只有對應(yīng)“ 中，各計數(shù)單元輸出低電平“0”，在譯碼器中，只有對應(yīng)“0”狀 態(tài)的輸出端3 態(tài)的輸出端3腳為高電平16腳：電源正極，可以使用318V直流電源供電內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理它是由十進制計數(shù)器電路和時序譯碼電路兩部分組。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-16所示：圖3-15圖中的D觸發(fā)器Fl F5構(gòu)成了十進制約翰遜計數(shù)器，門電路5 14構(gòu)成了時序譯碼電路其中的D觸發(fā)器。約翰遜汁數(shù)器的結(jié)構(gòu)比較簡單。它實質(zhì)上是一種串行移位寄存器。除了第3 翰遜汁數(shù)器是通過門電 15、16構(gòu)成的組合邏輯電路作用于F3的D3端以外，其余各級均是將前一級觸發(fā)器的輸出端連接到后一級觸發(fā)器的輸入端D 計數(shù)器最后一級的

30、Q5端連接到第一級的D1端。這種計數(shù)器具有編碼可靠，工作速度快、譯碼簡單，只需由二輸入瑞的與門即可譯碼， 有編碼可靠，工作速度快、譯碼簡單，只需由二輸入瑞的與門即可譯碼，且譯碼輸出無過渡脈沖干擾等特點。通常只有譯碼選中的那個輸出端為高電平，其余輸出端均為低電平。通常只有譯碼選中的那個輸出端為高電平，其余輸出端均為低電平。工作狀態(tài)表如下表3-3輸入輸出CPINTCRQ0Q9CO××1Q0計數(shù)脈沖為Q0Q4時，CO=100計數(shù)100×0保持計數(shù)脈沖為Q5Q9時，CO=0×10×0×0下圖為其工作狀態(tài)圖。圖3-163.5 音樂奏鳴電路的組成

31、及工作原理3.5.1音樂奏鳴電路的組成及工作原理音樂奏鳴電路的組成(圖3-17)：運算放大器U4、U5，555定時器U3，話筒MC1，揚聲器LSI，UM66音樂集成塊U6，電阻R8R16，NPN型三極管N2，以及電容C5、C6和電解電容C7、C8組成。圖3-17工作原理：當有人向蠟燭初吹氣時，裝在“火焰”附近的微型話筒就撿拾到從低音到高音的混合信號，并將其加至高通放大器U4上，該放大器將低頻雜音慮掉，只允許3000Hz以上的高音頻通過，將約50mA的吹氣噪聲濾波并放大形成脈沖加至U5的反向端，U5是電壓比較器形式的連接，其參考電壓約為4.5V,當輸入的脈沖電壓大于4.5V時，其輸出低電平，將5

32、55定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)。延遲時間計算得30s左右，其輸出的正方波為音樂IC提供了電源，導(dǎo)通時間約為20S，音樂IC1腳的電壓使得三極管Q2導(dǎo)通，繼而揚聲器奏鳴時間約為20S音樂。3.5.2集成運算放大運算器集成運集成運算放大器（Integrated Operational Amplifier）簡稱集成運放，是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。集成運算放大器的基本結(jié)構(gòu)：如圖3-18所示，其有兩個輸入點（同相輸入端和反向輸入端），一個輸出端。放大器的增益高（可達60180dB），輸入電阻大（幾十千歐至百萬兆歐），輸出電阻低圖3-18（幾十歐），共模抑制比高（60170dB），

33、失調(diào)與飄移小，而且還具有輸入電壓為零時輸出電壓亦為零的特點，適用于正，負兩種極性信號的輸入和輸出。運算放大器的分類1）通用型運算放大器，通用型運算放大器就是以通用為目的而設(shè)計的。這類器件的主要特點是價格低廉、產(chǎn)品量大面廣,其性能指標能適合于一般性使用。2）高阻型運算放大器，這類集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid>（1091012）W,IIB幾皮安到幾十皮安。實現(xiàn)這些指標的主要措施是利用場效應(yīng)管高輸入阻抗的特點,用場效應(yīng)管組成運算放大器的差分輸入級。3）低溫漂型運算放大器，在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中,總是希望運算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫

34、度的變化而變化。低溫漂型運算放大器就是為此而設(shè)計的。4）高速型運算放大器，在快速A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中,要求集成運算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR一定要高,單位增益帶寬BWG一定要足夠大,像通用型集成運放是不能適合于高速應(yīng)用的場合的。高速型運算放大器主要特點是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。5）低功耗型運算放大器，由于電子電路集成化的最大優(yōu)點是能使復(fù)雜電路小型輕便,所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴大,必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運算放大器相適用。6）高壓大功率型運算放大器運算放大器，它輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運算放大器中,輸出電壓的最大值一般僅幾十伏,輸出電流僅幾十毫

35、安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流,集成運放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運算放大器外部不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。運算放大器的應(yīng)用1.差動輸入級 使運放具有盡可能高的輸入電阻及共模抑制比。2.中間放大級 由多級直接耦合放大器組成，以獲得足夠高的電壓增益。3.輸出級可使運放具有一定幅度的輸出電壓、輸出電流和盡可能小的輸出電阻。在輸出過載時有自動保護作用以免損壞集成塊。輸出級一般為互補對稱推挽電路4.偏置電路為各級電路提供合適的靜態(tài)工作點。為使工作點穩(wěn)定，一般采用恒流源偏置電路。放大器的型號命名方法及主要性能指標根據(jù)國家標GB 343082，集成電路器件型號又五部分組成，各部

36、分符號及意見見表3-4。 第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用字母表示器件符號國家標準用字母表示器件的類型用阿拉伯數(shù)字表示系列和品種代號用字母表示器件的工作溫度范圍用字母表示器件的封裝符號意義符號意義符號意義符號意義C中國制造THECFDWJBU···TTLHTLECLCOMS線性放大器音響、電視電路穩(wěn)壓器接口電路非線性電路微型機電路···CERM···070-4085-5585-55125···WBFDPJKT陶瓷扁平塑料扁平全密封扁平陶瓷直插塑料直插黑陶瓷直插金屬菱

37、形金屬圓形3.5.3 話筒的結(jié)構(gòu)及工作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)：如3-15所示，電路圖 工作原理：Q1A采用9018和電容C1、C3、C5組成一個電容三點式的振蕩器，由三極管Q1A 9018集電極的負載C1、L1組成一個諧振器，通過C3正反饋 電容形成三點式諧振振蕩器原理，諧振頻率就是調(diào)頻話筒的發(fā)射頻率，實際上是一個以諧振頻率為基準的高頻振蕩器。通過調(diào)整圖中元件L1的參數(shù)可以使發(fā)射頻率可以在88108MHZ之間，正好覆蓋調(diào)頻收音機的接收頻率，通過調(diào)整L1的數(shù)值（拉伸或者壓縮線圈L1）可以方便地改變發(fā)射頻率，避開調(diào)頻電臺。發(fā)射 信號通過C4耦合到Q2A高頻放大器，由高頻放大器Q2A進行諧振放大后再通過天線上

38、再發(fā)射出去。由于高頻振蕩器和高頻放大器互相獨立使得發(fā)射頻率和發(fā)射 功率都十分穩(wěn)定。 R1是Q1A 9018的基極偏置電阻，給三極管提供一定的基極電流，使Q1A工作在穩(wěn)定的高頻振蕩區(qū)，R3是直流反饋電阻，使三極 管振蕩工作點穩(wěn)定作用。這種調(diào)頻話筒的調(diào)頻原理是通過改變?nèi)龢O管的基極和發(fā)射極之間電容來實現(xiàn)調(diào)頻的，當聲音電壓信號加到三極管的基極上時，三極管的基極和發(fā)射極之間電容會隨著聲音電壓信號大小發(fā)生同步的變化，同時使三極管9018的振蕩頻率發(fā)生頻偏變化實現(xiàn)頻率調(diào)制。 話 筒MIC可以采集外界的聲音信號，這里我們用的是駐極體小話筒，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音，同時這種話筒工作時必須要有直流偏壓才

39、能工作，電阻 R4可以提供一定的直流偏壓，R4的阻值越大，話筒采集聲音的靈敏度越弱。電阻越小話筒的靈敏度越高，話筒采集到的交流聲音信號通過C6耦合到 Q1A 9018三極管的基極進行頻率調(diào)制。C4將頻率調(diào)制好的載波信號傳遞到Q2B進行高頻放大，注意這里仔細調(diào)整L2的值（拉伸或者壓縮線圈L2）可使輸出功率最大！距離最遠，整個工作電流最小。3.5.4UM66系列音樂IC的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用UM66又名音樂三極管，是儲存單首或多首音樂之三腳集成塊，具有性能可靠、使用簡單方便、防振防潮、壽命特長等優(yōu)點。廣泛用于音樂盒、音樂玩具、電話、門鐘、汽車后退警告器、時間掣等等。UM66有三個引腳，1腳為接地端，2腳為輸

40、入端，3腳為輸出端。其結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。在應(yīng)用我們要參照其數(shù)據(jù)手冊進行電路設(shè)計。下表為為其工作環(huán)境表表3-4參數(shù)符號額定值單位直流電源VDD1.54.5V工作溫度TOPR-1060貯藏溫度TSTG-55125注意：在絕對壓力大于額定值時可能會造成設(shè)備永久性損壞。UM66的標稱總電路圖第四章：Altium designer介紹及應(yīng)用4.1 Altium designer的介紹隨著計算機業(yè)的發(fā)展，20世紀80年代中期，計算機在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在這種背景下，1987年、1988年由美國ACCEL Technologies Inc公司推出了第一個應(yīng)用于電子線路設(shè)計的軟件包TANGO，這個

41、軟件包開創(chuàng)了電子設(shè)計自動化（EDA）的先河。這個軟件包現(xiàn)在看來比較簡陋，但在當時給電子線路設(shè)計帶來了設(shè)計方法和方式的革命，人們紛紛開始用計算機來設(shè)計電子線路，直到今天在國內(nèi)許多科研單位中還在使用這個軟件包。4.1.1 Altium designer 的產(chǎn)生隨著電子業(yè)的飛速發(fā)展TANGO日益顯示出其不適應(yīng)時代發(fā)展需要的弱點。為了適應(yīng)電子業(yè)的發(fā)展，Protel Technology公司以其強大的研發(fā)能力推出了Protel For DOS作為TANGO的升級版本，從此Protel這個名字在業(yè)內(nèi)日益響亮。20世紀80年代末期，Windows系統(tǒng)開始盛行，Protel相繼推出了Protel For Wi

42、ndows 1.0、Protel For Windows 1.5等版本來支持Windows操作系統(tǒng)。這些版本的可視功能給用戶設(shè)計電子線路帶來了很大的方便。設(shè)計者不用記一些繁瑣的操作命令，大大提高了設(shè)計效率，并且讓用戶體會到了資源共享的優(yōu)勢。20世紀90年代中期，Windows 95系統(tǒng)開始普及，Protel也跟進潮流，退出了基于Windows 95的3.x版本是16位和32位混合型軟件，所以其穩(wěn)定性比較差。1998年，Protel公司推出了給人全新感覺的Protel 98。Protel 98這個32位產(chǎn)品是一個包含5個核心模塊的EDA工具，并以其出眾的自動布線功能獲得了業(yè)內(nèi)人士的一致好評。19

43、99年，Prote公司又推出了新一代的電子電子線路設(shè)計系統(tǒng)Prote 99。它既有原理圖邏輯功能驗證的混合信號仿真，又有PCB信號完整性分析的板級仿真，構(gòu)成了從電路設(shè)計到真實板分析的完整體系。 2005年年底，Protel軟件的原廠商Altium公司退出了Protel系列的最高端版本Altium designer。Altium Limited宣布發(fā)布Altium designer，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的下一個版本。Altium designer是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化PCB設(shè)計、可片成器件設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品。這款最新的高端版本的Altium

44、designer除了全面繼承包括99SE、Protel 2004在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點外，還進行了許多改進，并增加了很多高端功能。它是業(yè)界第一款，也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。Altium designer拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界限，全面集成了FPGA設(shè)計功能和SOPC設(shè)計實現(xiàn)功能，允許工程師將系統(tǒng)設(shè)計中的FPGA與PCB設(shè)計集成在一起。4.1.2 Altium designer的優(yōu)勢及特點與其他繪圖軟件相比，Altium designer具有以下幾點優(yōu)勢。1.供布線的新工具告訴的設(shè)備切換和新的信息命令技術(shù)意味著需要將布線處理成電路的組成部分，而不是“想的互相連接”。需要將去全面

45、的信號完整性分析工具、阻抗控制交互式布線、差分信號對發(fā)送和交互長度協(xié)調(diào)工作，才能確保信號及時同步到達。通過靈活的總線拖動、引腳和零件的互換以及BGA逃溢布線，可以輕松的完成布線工作。2.為復(fù)雜的板間設(shè)計提供良好的環(huán)境在Altium designer中，具有Shader Model 3的DirectX圖形功能，可以使PCB的編輯效率大大提高。當在板的低側(cè)上工作時，只要從菜單中選擇【翻轉(zhuǎn)板】命令，就可以像是在頂側(cè)一樣進行工作。通過優(yōu)化的嵌入式板數(shù)組支持，可完全控制設(shè)計中所有多邊形的多邊形管理器、PCD墊中的插槽、PCB層集和動態(tài)視圖管理選項的協(xié)同工作，即可提供更高效率的設(shè)計環(huán)境。它具有智能粘貼功能

46、，不僅可以將網(wǎng)絡(luò)標簽轉(zhuǎn)移到端口，還可以使用文件編輯和自動片體條目創(chuàng)建來簡化從舊工具轉(zhuǎn)移設(shè)計的步驟，使其成為一個更好的設(shè)計環(huán)境。3.提供高級元器件庫管理元器件庫是有價值的設(shè)計源，它提供給用戶豐富的原理圖組件庫和PCB封裝庫，并且為設(shè)計新的器件提供了封裝向?qū)С绦颍喕朔庋b設(shè)計過程。隨著技術(shù)的發(fā)展，需要利用公司數(shù)據(jù)庫對它們進行柵格化。當數(shù)據(jù)庫連接提供從Altium designer返回到數(shù)據(jù)庫的接口時，新的數(shù)據(jù)庫就新增了很多功能，可以直接將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫放置到電路圖。新的元件識別系統(tǒng)可管理元件到庫的關(guān)系，覆蓋區(qū)管理工具可提供項目范圍的覆蓋區(qū)控制。這樣，便于提供更好的元件管理解決方案。4.增強的電路分析功能為了提高設(shè)計板的成功率，Altium designer中的PSPICE模型、功能和變量支持，以及靈活的新配置選項，增強了混合信號模擬。在完成電路設(shè)計后，可對其進行必要的電路仿真，觀察觀測點信號是否符合設(shè)計要求。從而提高設(shè)計的成功率。并大大降低了開發(fā)周期。5.強大的數(shù)據(jù)共享功能Altium designer完全兼容Protel系列以前版本的設(shè)計文件，并提供對在Protel 99SE下創(chuàng)建的DDB和庫文件的導(dǎo)入功能，同時它還增加了P-CSD、OrCAD等軟件的設(shè)計文件和庫文件的導(dǎo)入功能。它的只能PDF向?qū)Э梢詭椭脩舭颜?/p>