zuihaode聲光控開(kāi)關(guān)教案資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。zuihaode聲光控開(kāi)關(guān)-lzlgd課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱：聲光控開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì)TopicTitle:Soundandlightcontrolswitchcircuitdesign專業(yè)：ce班級(jí)：10073011學(xué)號(hào)：2010073031128/41學(xué)生姓名：余衛(wèi)李恢宏指導(dǎo)教師：肖運(yùn)虹一、設(shè)計(jì)目的1、掌握聲光控開(kāi)關(guān)電路的組裝，調(diào)試方法。2、熟悉相應(yīng)傳感器及集成電路的原理及應(yīng)用。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：1.在有光照的情況下，無(wú)論有無(wú)聲音，開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，燈不亮；2.在光線較暗的情況下，沒(méi)有聲音，燈不亮；有聲音觸發(fā)

2、時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作，燈亮；3.燈亮一定時(shí)間以后，自動(dòng)熄滅且可自動(dòng)延時(shí)；三、設(shè)計(jì)原理1、系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖如下所示：設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)如上圖所示，主要有電源光控、聲控、開(kāi)關(guān)、延時(shí)等幾個(gè)部分。2、傳聲器的分類下面介紹幾種按換能原理分類的常用傳聲器的結(jié)構(gòu)。1）、動(dòng)圈式傳聲器動(dòng)圈式傳聲器采用了最基本的電磁換能原理。動(dòng)圈式傳聲器靈敏度較低，容易產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲頻響較窄。當(dāng)聲波使金屬振膜振動(dòng)時(shí)，金屬振膜將帶動(dòng)音圈使它在磁場(chǎng)中振動(dòng)，從而音圈切割磁力線，從而在音圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這個(gè)音頻感應(yīng)電壓代表了聲波的信息，從而實(shí)現(xiàn)了聲電轉(zhuǎn)換。如聲音的音調(diào)高，金屬振膜的振動(dòng)頻率就高，音圈中感應(yīng)電流變化的頻率也就越高如聲音響度大，

3、則金屬振膜的振動(dòng)幅度就大，音圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的幅度也就越大。2）、電容式傳聲器電容式傳聲器是音響系統(tǒng)中常用的傳聲器，優(yōu)點(diǎn)頻率響應(yīng)好，固有噪聲電平低，失真小，是一種性能優(yōu)良的傳聲器。電容式傳聲器主要由振膜、后極板、極化電源、前置放大器組成。當(dāng)聲波作用于金屬振腆時(shí)，腆片發(fā)生相應(yīng)的振動(dòng)，于是就改變了它與固定極板之間的距離，從而使電容量發(fā)生變化。而電容量的變化可以轉(zhuǎn)化成電路中電信號(hào)的變化。因此，通過(guò)這樣一個(gè)物理過(guò)程就可以把聲波的振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐分邢鄳?yīng)的電信號(hào)，并由負(fù)載電阻抽出。由于物出阻抗很高，不能直接箱出，因此在傳聲器殼內(nèi)裝人一個(gè)前置放大器進(jìn)行阻抗變換。將高阻改變成低阻輸出。電容式傳聲器其實(shí)需要二組

4、電源，一組為預(yù)放大器電源，另一組是電容極頭的極化電壓。如果聲音響度大，膜片的振幅度就大，則輸出電壓幅度就大如果聲音的音調(diào)高，膜片的振動(dòng)頻率就高，則箱出電壓變化的頗率也高如果聲音的音色不同，膜片的振動(dòng)規(guī)律（波形）就不同，則輸出電壓也有相應(yīng)的波形變化。3）、駐極體傳聲器駐極體傳聲器也稱駐極話筒，原理同電容式傳聲器，它是在常規(guī)的電容傳聲器中引人駐極體材料，并在制造過(guò)程中使駐極體材料極化駐極體是一種永久極化的電介質(zhì)，使用駐極體高分子材料制具備振腆或固定電極（后極板），無(wú)需外加極化電壓，前置放大器使用低噪聲的場(chǎng)效應(yīng)管即可。主要結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是用駐極體高分子薄腆材料作振腆；另一種是用駐極體材料做后極

5、板。駐極體傳聲器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能較好，價(jià)格低，應(yīng)用較廣泛，抗振能力強(qiáng)，容易小型化，因此被廣泛用于一般錄音機(jī)，特別是盒式錄音機(jī)中。壓電式傳聲器壓電傳聲器也屬于靜電傳聲器，其特點(diǎn)是靈敏度和輔出阻抗高，成本低，但溫度、濕度穩(wěn)定性差、頻率響應(yīng)不夠平坦，不適合高量的音頻傳送。4）、壓電式傳聲器壓電式傳聲器是利用晶體（用酒石酸鉀鈉、欽酸鋇等材料制成）或壓電陶瓷片（用錯(cuò)酸鹽、欽酸鹽鉛、猜欽酸鉛等材料制成）的壓電效應(yīng)制成，它有膜片式和聲電池式兩種結(jié)構(gòu)。膜片式壓電傳聲器采用輕而剛性較強(qiáng)的錐形振膜，振膜的中心通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與雙壓電晶片的中心相連接。當(dāng)雙壓電晶片受聲波振動(dòng)時(shí)，其兩電極間即會(huì)產(chǎn)生音孩艷出電壓。

6、5）、帶式傳聲器帶式傳聲器的特點(diǎn)是頻率響應(yīng)及瞬態(tài)特性較好，批晌性為雙向，常用于固定錄音室作音樂(lè)錄音用。帶式傳聲器也稱速度式傳聲器，其振動(dòng)系統(tǒng)帶狀振膜是一條懸掛在強(qiáng)班場(chǎng)中的波紋狀合金箱（其帶面與磁力線平行）。當(dāng)帶狀振膜受聲波作用而在場(chǎng)內(nèi)振動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生音頗電壓，通過(guò)輸出變壓器（帶式傳聲器本身的阻抗較低，故使用輸出變壓器作阻抗變換用）輸出。3、聲控電路如下圖所示，由聲控電路由駐極體話筒（MIK）、三極管（NPN9013）、電容C1及電阻R1、R2、R3等組成，其中MIC為聲檢測(cè)元件。環(huán)境聲音信號(hào)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，通過(guò)MIC拾音輸出經(jīng)C1耦合到三極管的基極，使集電極的電位隨聲強(qiáng)而高低變化。當(dāng)環(huán)境聲音很弱時(shí)

7、，三極管處于飽和狀態(tài)，U1A2腳為低電平為低電平；當(dāng)聲音信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，呈現(xiàn)出高電阻性，使U1A2腳處于高電平。4、光控電路如下圖所示，光控電路由R4和光敏電阻（MG）組成，二者串聯(lián)分壓電路。光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光照比較強(qiáng)時(shí)，其阻值比較?。s為20K）；當(dāng)光照較暗時(shí)，其電阻急劇增加（約為10M）。顯然，當(dāng)光照較暗時(shí)，MG的阻值遠(yuǎn)大于R4，根據(jù)電阻的串聯(lián)分壓可知U1A的輸入口1處為高電壓（高電平）；反之，則為低電平。有光照電壓：U1=7.5*（20/（20+100）V=1.3V根據(jù)下面給出的CD4011參數(shù)表知1.5V以下都為低電平；無(wú)光照電壓：U2=7.5

8、*（1M/(1M+100K)）=6.82V根據(jù)CD4011參數(shù)表知此時(shí)為高電平。5、觸發(fā)控制電路如下圖所示，觸發(fā)控制電路由四個(gè)二輸入與非門U1(CD4011)及R6等組成。當(dāng)光照較弱（夜晚）時(shí)，光控信號(hào)輸入端為高電平，如果MIC檢測(cè)到較強(qiáng)的聲音信號(hào)時(shí)，聲控信號(hào)輸入端為高電平。通過(guò)與非門使6端為高電平（經(jīng)二極管D1向RC回（延時(shí)電路）路充電），11端為高電平（使燈泡點(diǎn)亮）。CD4011芯片引腳圖如下所示：6、延時(shí)電路如下圖所示，延時(shí)電路主要由二極管（D1）和C2和R5構(gòu)成，由于二極管單向?qū)ㄐ允沟迷揜C回路具有快充電、慢放電的特性。當(dāng)光強(qiáng)較弱、有聲音信號(hào)時(shí)6端為高電平，二極管導(dǎo)通對(duì)RC回路充電（

9、該過(guò)程在較短時(shí)間內(nèi)完成）；之后聲音信號(hào)消失后，6端又恢復(fù)低電平，二極管出于反向截止?fàn)顟B(tài)，電容C2所存儲(chǔ)的電能經(jīng)R5釋放（該過(guò)程較慢），在一段時(shí)間內(nèi)使9、10端一直維持高電平狀態(tài)，從而使三極管Q2的基極處于高電平使LED燈點(diǎn)亮。根據(jù)RC回路放電公式可計(jì)算理論放電時(shí)間t=RC*Ln（V1-V0）/(V1-Vt)）(V0為電容上的初始電壓值，V1為電容最終可以放到的電壓值，Vt為t時(shí)刻電容上的電壓值)。V0為電源電壓5V，假設(shè)Vt為3V，V1為0V，計(jì)算得t=51.08S。CD4011芯片參數(shù)表標(biāo)志參數(shù)條件-55C+25C+125C單位最小值最大值最小值標(biāo)準(zhǔn)值最大值最小值最大值VOL低電壓輸出VDD

10、=5VVDD=10V(IO1uA)VDD=15V0.050.050.050000.050.050.050.050.050,05VVVVOH高電壓輸出VDD=5VVDD=10V(IO1uA)VDD=15V4.959.9514.954.959.9514.95510154.959.9514.95VVVVIL低電壓輸入VDD=5V,VO=4.5VVDD=10V,VO=9.0VVDD=15V,VO=13.5V1.53.04.02461.53.04.01.53.04.0VVVVIH高電壓輸入VDD=5V,VO=0.5VVDD=5V,VO=0.5VVDD=10V,VO=1.0VVDD=15V,VO=1.5V

11、3.57.011.03.57.011.03693.57.011.0VVV7、系統(tǒng)電路如下圖所示，只有當(dāng)光線較暗且有聲音信號(hào)輸入（即1、2端同時(shí)為高電平）時(shí)，3端為低電平，6端為高電平。當(dāng)6端為高電平時(shí)，對(duì)延時(shí)電路充電，當(dāng)聲音信號(hào)消失時(shí)，6端又恢復(fù)低電平，RC回路放電使9、10端維持高電平，從而使11端輸出高電平，此時(shí)三極管Q2出入放大工作狀態(tài)，LED燈點(diǎn)亮。放電完成之后，燈熄滅。四、安裝與調(diào)試1、熟悉電路，將元件合理分布在實(shí)驗(yàn)箱上并按電路圖連接導(dǎo)線連接完成后檢測(cè)電路是否連接無(wú)誤，檢查二極管、三極管、極性電容、電源正負(fù)極是否連接正確。2、接通電源，測(cè)試光控電路是否正常，在遮光后電壓有無(wú)明顯跳變。

12、3、測(cè)試聲控電路，檢測(cè)在有聲音信號(hào)的情況下，電壓有無(wú)明顯跳變。4、完成以上檢測(cè)后，測(cè)試CD4011芯片輸出端相應(yīng)電壓變化是否正常。5、如果以上檢測(cè)正常LED燈沒(méi)有點(diǎn)亮說(shuō)明放大電路有故障，檢測(cè)電路連接否則更換三極管。五、實(shí)驗(yàn)器材序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量配件圖號(hào)1金屬膜電阻器12金屬膜電阻器13金屬膜電阻器14金屬膜電阻器15金屬膜電阻器16金屬膜電阻器17金屬膜電阻器18瓷介電容1C19電解電容1C210開(kāi)關(guān)二極管1D111發(fā)光二極管1LED12光敏電阻MG451MG13三極管S90132Q1、Q214集成塊與非門CD40111U115駐極體電容話筒CRZ2-1131MIC六、心得體會(huì)此次的課程設(shè)計(jì)，不僅加深對(duì)許多模電、數(shù)電知識(shí)的理解也讓我感受到了電子設(shè)計(jì)的樂(lè)趣和魅力的所在。在完成課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到過(guò)的許多問(wèn)題給了我們很多的啟發(fā)，在課堂上，我們所要做的或許就是記住一些結(jié)論性的知識(shí)，然后理解如何通過(guò)相關(guān)的公式推導(dǎo)驗(yàn)證這些結(jié)論。而在實(shí)際應(yīng)用中需要掌握遠(yuǎn)不止這些，比喻說(shuō)在RC回路放電時(shí)間的實(shí)際值與用相關(guān)公式推導(dǎo)出的理論值有較大差距，課本上可能更多的是掌握用什么公式去計(jì)算，而實(shí)際驗(yàn)證的時(shí)候我們需要判斷實(shí)際電路中什么是充電電容的初始值、最終放電達(dá)到的電壓值等等非