聲光控制延時開關

聲光控制延時開關一、設計目的1.掌握三極管的概念及相關物理量。2.認識聲光控開關電路的結構和原理3.熟練掌握三極管的參數、作用及測量方法。4.了解效應管、可控硅等元件的作用及測量方法。5.掌握放大電路的簡單分析。6.培養(yǎng)獨立分析電路的能力7.熟練運用Protel99SE繪制原理圖及PCB板制作二、設計要求整個電路由電源電路，放大電路，處理電路〔聲控電路、光控電路〕及延時電路等局部組成。電源由家用220伏交流電源供電，光敏控電路對外界光亮程度的感應相對應的電壓信號。從而實現白天燈泡不亮晚上遇到聲響時，通過聲控電路使燈泡自動點亮，聲控電路主要將聲音信號轉變?yōu)殡娦盘枺瑥亩獙崿F自動控制，延時電路聲音消失后延長一段光照時間。以增強電路的實用性。1〕電路穩(wěn)定性和可靠性要高。這是控制電路性能的最根本要求，否那么自控能力弱，嚴重時會失去自動控制功能。2〕功耗要小?？刂齐娐芬恢苯佑诮涣?20伏電路上，假設功耗特別是靜態(tài)功耗大，那么不利于節(jié)能，甚至還會大大縮短控制電路的壽命。3〕靈敏度要能調節(jié)。這是控制電路正常工作時，對聲光控制信息信號的最低要求，控制信號的靈敏度應滿足不同的環(huán)境要求。4〕帶負載能力要強。被控燈的功率不盡相同，因此要求控制電路的一定范圍的驅動能力。5〕觸發(fā)延時時間要能按要求調節(jié)。延時時間至少在1分鐘內可以調節(jié)。三、方案設計與論證設計的方案有以下三種：方案一：含555定時器、光敏三極管、雙向可控硅的聲光控電路簡要分析其優(yōu)點：此聲、光同時控制的新式照明燈用光敏三極管的輸出端控制555的觸發(fā)控制端，用音頻放大電路控制555的復位端。555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，控制雙向可控硅，簡單易制、本錢低、節(jié)電又方便。原理圖設計：設計中考慮到光敏電阻的阻值隨電壓升高有規(guī)律的下降，而蜂鳴器那么用駐極體話筒代替。具體原理如圖:圖2-1設計原理圖555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，控制雙向可控硅，當555定時器輸出高電平，觸發(fā)可控硅導通，燈泡亮，當555定時器輸出低電平時，可控硅未導通，燈泡滅。電路由l0V穩(wěn)壓直流電源供電。為使聲光同時控制，將光敏三極管的輸出端控制555的觸發(fā)復位端，音頻放大電路控制555的觸發(fā)端。缺點：在：該電路在聲強>50dB時，對照明燈的有效控制率高于94％，過于敏感。很小的聲音也會促使燈發(fā)光，會造成能源的浪費。方案二：運用ＹＱ－Ｉ制成聲光控電簡要分析其優(yōu)點：聲光控延時開關的電路原理圖見圖２－１所示。電路中的主要元器件是使用了數字集成電路ＹＱ－Ｉ，其內部含有4個獨立的與非門vd1～vd4，使電路結構簡單，工作可靠性高。圖２－２為設計原理圖陶瓷壓電蜂嗚片B把聲音變成直流控制電壓。通過光敏電阻的改變，使電位發(fā)生改變，從而控制晶閘管的通斷，從而到達使燈自動熄滅的目的。缺點：降壓功能不強，對晶閘管的沖擊電流大，對燈泡的壽命有影響。方案三：聲光控開關ICCD4011應用電路簡要分析其優(yōu)點：其采用集成塊ICCD4011，制作起來本錢低、并且節(jié)電又方便。同時，對聲音的靈敏度適中，并且原件容易設計。小結：在綜合了以上三種電路的優(yōu)缺點后，我們決定采用第三種方案。四、設計原理及電路圖1．設計原理220V的市電經過燈泡和全橋整流后一路加在單向可控硅MCR100-6上，另一路經R8限流后給本電路供電。由于一開始可控硅無觸發(fā)信號，呈關斷狀態(tài)，燈不亮。C3為主濾波電容，四個二極管整流橋給本電路提供穩(wěn)定的工作電壓。Q1、R2、R3組成前級電壓放大電路，對話筒MIC送來的微弱信號進行放大，然后再送入四輸入與非門CD4011芯片進一步放大，經C2的正極給其充電，很快C2上就充到了門電路的翻轉電壓，無光時，當有聲音信號時，芯片1高電平，2高電平，那么通過R6輸出信號為高電平使可控硅導通，電燈點亮。在這個過程中，聲音信號只需一個瞬時即可，這是因為，當聲音信號來時，C2上的電壓很快就充到了電源電壓，而這時即使聲音信號消失，C2只能通過R6進行放電，所以C3上將維持一段時間的高電平，這個高電平將維持單向可控硅導通，這就是延時的效果，燈亮后所能延時的長短取決于C2上維持高電平的時間長短，所以選擇C2的大小，可以控制延時的長短。當C2上的電壓低時，3Y輸出高電平，4Y輸出低電平，單向可控硅的控制端沒了觸發(fā)信號截止，燈熄滅。有光時，1B輸入為低電平，不管1A為上下電平，最后4Y輸出都是低電平，即可控硅MRC100-6都截止，那么燈不亮。2、電路圖、3模塊說明①整流模塊四只整流二極管D1~D4J接成電橋的形式，固有橋式鎮(zhèn)流之稱，如下列圖。在正半波電流通過電燈由線路3-2-可控硅再返回負極，在副半波時候電流通過4-1-2-可控硅再返回電源正極，于是到達鎮(zhèn)流作用，使交流電變成直流電。②放大模塊通過一個三極管，使接受到的微弱點信號通過放大能明顯作用于電路。如下列圖：③驅動模塊和聲光控開關模塊本電路圖在通過放大時也需要驅動電路并且和聲光控開關同事運用，因此采用CD4011，即一舉兩得。CD4011功能:四2輸入與非門CMOS芯片邏輯表達式：Y=A.BA=Y.BCD4011引腳圖及引腳:管腳功能：1A數據輸入端、2A數據輸入端、3A數據輸入端、4A數據輸入端、1B數據輸入端、2B數據輸入端、3B數據輸入端、4B數據輸入端、VDD電源正、VSS地、1Y數據輸出端、2Y數據輸出端、3Y數據輸出端、4Y數據輸出端④延時模塊當聲音消失后需要燈泡延時亮一定時間，在本電路中采用RC延時電路延時時間為T=RC數據分析：UR7=R7/(R7+R8)*220V=195.8VUR8=R8/(R7+R8)*220V=24.2VUC3=UR7=24.2V所以由電源濾波電路原理可得:電橋兩邊電壓U2=UC3/0.9=26.9VU燈=220-U2=193.1V控制電路晶體管靜態(tài)分析:UCEQ.V`CC通過測量的出:IBQ=(V`CC-UBEQ)/R2ICQ=ΒIBQUCEQ=V`CC-ICQR3得R3=(V`CC-UCEQ)/ICQ無光時,要使2處于高電平那么:URL≥UOHURL=RL/(RL+R4)*V`CC≥UON∴R4≤(V`CC-UOH)/UOH*RL聲音來時,得滿足使1為高電平,即需要使晶體管處于截止區(qū).∴UBE≤UOH設麥克CM-18W的阻值為RCM,由儀器測得:RCM/(R+RCM)*V`CC≤UON得:R≥(V`CC-UON)/UON*RCM.其中R=R1//R2=R1*R2/(R1+R2)即:R1*R2/(R1+R2)≥(V`CC-UON)*RCM/UON---------①無聲音時.得滿足1為低電平,即晶體管導通.測RBE由網孔電流法得:UBE＞UONUBE={RBE*[1-RBE/(RCM+RBE)]*V`CC}/[(R2+RBE-R22)/(R1+R2)-RBE2/(RCM+RBE)]-----------②由①②得:R1R2的取值范圍.T=RC可計算時間此實驗為15.51s測量的晶體管放大倍數A=318五、設計原理及電路圖PCB板的制作過程編輯原理圖及其一些相關工作1〕翻開Protel99SE，新建一個ddb文件，并起名為聲光燈控制電路.ddb。在Documents內在選擇SchematicDocument并翻開生成一個Sheet1.Sch〔原理圖編輯器〕。按照設計好的設計圖繪制好的PCB原理圖如下列圖所示：并將其保存。2〕制作庫文件新建一個Schlib1.Lib〔原理圖庫文件〕，具體如下列圖所示：光敏電阻CD40113〕制作PCB庫文件新建一個PCBLIB1.LIB〔PCB庫文件〕，具體如下列圖所示：BRIDGELAMP2.電氣法那么測試在原理圖編輯器中，執(zhí)行菜單命令Tools/ERC，按OK鍵生成測試結果，如下列圖所示：報告中顯示沒有錯誤，說明我們并沒違反電氣法那么。創(chuàng)立元器件報表清單在原理圖編輯器中，執(zhí)行菜單命令Reports/BillofMaterial，選擇sheet，并Next,Next,Next，將三個全選中，再次Next，Finish后，生成三個報表如下所示：Sheet1.BomSheet1.CSVSheet1.XLS并將它們保存。4.創(chuàng)作網絡表文件在原理圖編輯器中，執(zhí)行菜單命令Design/CreateNetlist，按OK鍵生成網絡表文件。5.載入網絡表和元器件封裝新建一個PCB1.PCB〔PCB設計文件〕文件，在PCB編輯器中，執(zhí)行菜單命令Design/LodeNets，導入網絡表，如下列圖所示：確認無誤。6.制作PCB板按下Execute后，經過規(guī)劃PCB,放置螺絲孔和電源接線銅柱,從原理圖加載網絡表和元件到PCB,通過Room空間移動元件,手工布局調整(通過旋轉元件進行，注意減少飛線的交叉),覆銅等一系列處理后，等到如下列圖所示：并將其保存。六、元器件清單表1-1元件清單元件序號型號主要參數數量備注MIC駐極體電容話筒CW-18W1R1電阻18K1R2電阻3.3M1R3電阻510K1R4電阻220K1R5電阻3.3M1R6電阻30K1R7電阻18K1R8電阻150K1RL光敏電阻MG44-031C1獨石電容0.47uF/25V1C2電解電容22uF/25V1C3電解電容47uF/25V1CD4011四輸入與非門1D1~D4二極管IN40071VD1二極管IN41481T單向可控硅MCR1002備用一個D1燈泡40W1燈座220V普通燈座1插頭兩項1S9014三極管1七、硬件制作與調試硬件選擇:MIC

用駐極體話筒，

RG

用一般光敏電阻即可，YFA-YFD

用一片低工耗COMS四與非門電路

TC4011，T1用9014低頻管，放大倍數越大靈敏度越高，D1用IN4148，D2是7.5v的穩(wěn)壓管，C2、C3用電解電容、SCR可選用

MCR100-6

1A的單向可控硅，電阻均為

1/8w

炭膜電阻，阻值按圖。D4-D7用IN4007，反向漏電必須小。電燈的功率不能超過60W。各種芯片的介紹MIC駐極體話筒獨石電容獨石電容器是多層陶瓷電容器的別稱，根據所使用的材料，可分為三類A、溫度補償類NPO電介質這種電容器電氣性能最穩(wěn)定，根本上不隨溫度、電壓、時間的改變，屬超穩(wěn)定型、低損耗電容材料類型，適用在對穩(wěn)定性、可靠性要求較高的高頻、特高頻、甚高頻電路中。B、高介電常數類X7R電介質。由于X7R是一種強電介質，因而能制造出容量比NPO介質更大的電容器。這種電容器性能較穩(wěn)定，隨溫度、電壓時間的改變，其特有的性能變化并不顯著，屬穩(wěn)定電容材料類型，使用在隔直、耦合、傍路、濾波電路及可靠性要求較高的中高頻電路中。C、半導體類Y5V電介質。這種電容器具有較高的介電常數，常用于生產比容較大、標稱容量較高的大容量電容器產品。但其容量穩(wěn)定性較X7R差，容量、損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感，主要用在電子整機中的振蕩、耦合、濾涉及傍路電路中。在本次設計中我們只需要進行對耦合的獨石電容并且電路的頻率并不高，因此只需選擇第三種就可以。電解電容電解電容是電容的一種，介質有電解液，涂層有極性，分正負，不可接錯。電容(Electriccapacity)，由兩個金屬極，中間夾有絕緣材料〔介質〕構成。原理：電解電容器通常是由金屬箔〔鋁/鉭〕作為正電極，金屬箔的絕緣氧化層〔氧化鋁/鉭五氧化物〕作為電介質，電解電容器以其正電極的不同分為鋁電解電容器和鉭電解電容器。鋁電解電容器的負電極由浸過電解質液〔液態(tài)電解質〕的薄紙/薄膜或電解質聚合物構成；鉭電解電容器的負電極通常采用二氧化錳，均以電解質作為負電極。并且分為有極性電解電容和無極性電解電容，有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號耦合及時間常數設定、隔直流等作用，無極性電解電容器通常用于音箱分頻器電路、電視機S校正電路及單相電動機的起動電路。因此在本電路主要應用于時間常數的設定，因此選用有極性電解電容。9014三極管：NPN

集電極-發(fā)射極電壓45V

集電極-基電壓50V

射極-基極電壓5V

集電極電流0.1A

耗散功率0.4W

結溫150℃

特怔頻率最小150MHZ

放大倍數：A60-150B100-300C200-600D400-1000

CD4011四輸入