模电课程设计-声光控开关(共21页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上郑州科技学院模拟电子技术课程设计题 目 声光控开关 学生姓名 xxxxxxxx 专业班级 电气工程及其自动化x班 学 号 xx 院 （系） 电气工程学院 指导教师 x x 完成时间 2014/5/23 目 录专心-专注-专业1 课程设计的目的 通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在模拟电子技术中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。1、学习声光控节能开关的设计方法；2、研究声光控节能开关的设计方案；3、掌握声控电路的原理和光控电路的原理；4、掌握三极管管

2、脚极性的判断方法；5、熟悉电烙铁的使用方法；2 课程设计的任务与要求2.1 设计任务设计一个应用声光控节能开关2.2 设计要求1.能够通过灯泡开关对光线强弱对声音强弱的感应设置两级开关，控制灯泡的亮灭。2.能在有光线时灭，无光线但有声时亮。3.在灯亮一段时间后自动熄灭；4.在灯亮期间又有新的声源出现，照明系统重新开启5.外接电源为220v，灯泡为220V-40W；6.总设计画出电路原理框图；7.利用仿真软件multisim进行电路仿真，列出电子元器件明细表。3 设计方案与论证简易声光控电路的电路原理方框框图照明灯时间控制光照强度控制声音强度控制 声音强度控制 图3-1 电路原理方框图 该电路为

3、声光两级控制的照明电路。照明开关对光线的强弱感应控制照明灯的第一级开关，对声强的感应控制第二级开关。对于胜强的检测是利用咪头的特性，即当其接受到足够的声强时，在其中会产生一个脉冲波，从而把信号变为电信号，通过对声信号的处理可得到一个电信号为控制电路做准备，光信号的感应通过光敏二极管来实现，使得光强时二极管导通，光弱时二极管不导通，从而实现在光强的情况下，即使有足够强的声信号，照明电路也不工作。而在光弱的情况下，可以通过声信号来控制照明。在日常生活中，节约电能。4 设计原理与功能说明4.1 元器件选用原理 1.麦克风的选择话筒在声控电路中器到重要作用，它能把接收到的声音信号转换为电信号。话筒通常

4、按它转换能量的方式分类。这里我们还是按录音室对话筒最通用的分类法，把话筒分为动圈话筒和电容话筒。电容话筒：这类话筒的振膜就是器的一个电极，当振膜振动，振膜和固定的后极板间的距离跟着变化，就产生了可变电容量，这个可变电容量和话筒本身所带的一起产生了电压。频率特性好，在音频范围内幅频特性曲线平坦，这一点优于动圈话筒；无；高，噪声小，音色柔和；输出信号电平比较大，失真小，瞬态响应性能好，这是动圈话筒所达不到的优点；工作特性不够稳定，低灵敏度随着使用时间的而下降，比较短，工作时需要直流造成使用不方便。结合该声控电路和整体电路各方面因素，本电路选用型号规格为10电容话筒。 2.光敏二极管的选择 （1）光

5、敏二极管简介光敏二极管也叫。光敏二极管与在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有，因此工作时需化加上。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成,它随入射光强度的变而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的。常见的有2CU、2DU等系列。 （2）光敏二极管工作原理光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽

6、量做的大一些，面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小,称为暗电流。当有光照时，携带能量的进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 3. 三极管的选用 晶体管是由两个相距很近、有一定联系的背靠背的PN结，外加电极、管壳封装而成。由于两个PN结在一定条件下，它们之间的载流子运

7、动是相互影响的，因而它具有电流放大作用。性。：（1）先判断基极的极性：假设晶体管的某一管脚为基极，将万用表转换开关置于电阻档“R×1K”或“R×100”，用万用表黑笔接触该极，用红笔分别触及剩下的两个管脚。若两次测量的电阻值都很小，则说明表内电源对晶体三极管的两个PN结是正偏，假设的管脚为基极，且该管为NPN型管。要想进一步确定两个PN结的质量，可用红笔接触该管脚，用黑笔分别触及另外两管脚，两次测得的电阻均很大（几十千欧至几百千欧），则可确认前面的判断是正确的。（2）集电极与发射极的判别：将万用表的红、黑表笔分别接触基极以外的两管脚，并准备一支100K的固定电阻。若被检测的

8、是NPN型管，假设基极之外的任一管脚为集电极，用万用表的黑表笔接触该极，用红表笔触及剩余管脚，同时用100K电阻跨接于黑表笔与基极之间，如图25所示。观察表针的读数，可获得一电阻值R1。然后交换表笔，100K电阻仍然跨接于黑表笔与基极之间，同样得到又一电阻值R2。比较两次测得的阻值，若R1R2，则假设的管脚为集电极。若R1>R2,则假设的管脚不是集电极而是发射集。由此可推出第三个管脚的极性。总之，用上述方法辨别（100K电阻一直跨接于黑表笔与基极之间）管脚，测得的阻值较小的一次，黑表笔对应的是集电极c，红表笔对应的则是发射极e。图4-1 用万用表测三极管的极性连接三极管时，必须满足三极管

9、的放大条件：Je正偏UBE>0，Jc反偏UBC<0。在三极管Je正偏、Jc反偏的条件下，处在放大状态的NPN型管，不论采用哪种连接方法，均为集电极电位最高，发射极电位最低，而基极电位稍高于发射极电位。因此，对NPN型管的放大条件又可写成UC>UB>UE。4.2 总体电路图本电路三极管是开的，把电阻供来的电源对地放掉，使可控硅没有触发导通工作。VT2由麦克风控制的，麦克风接道声音能发出频率使管B极0.6V负载下降，管便停止工作把电源信号送往第二只管。VT4为光控，光敏二极管接收到光线时把电源送入管B使其工作，在黑夜中停止供电，使管停止工作，失去对地放电作用。VT3起开关作

10、用，由R5电阻供电来的信号进入B极使其导通对地放电，把电容22uF，16的存点放去。VT1的B极电压由22uF提供使管工作，在有信号来时把22uF电源对地放去时使管B极低于0.6V的时候停止工作，使触发电源回位升触发可控硅导通负载工作。定时原理由22uF冲放电来控制时间长短。 图4-2 电路原理图5单元电路设计5.1 电源电路由D1D5、R1、R2、C1构成，D1D4为整流电路，R1、R2为限流电阻、电容C1滤去交流分量并储存一定的电能，为电路提供电压。 图5-1 电源电路示意图5.2光控部分 本电路三极管是开的，电阻供来的电压对地放掉。 在仿真中光敏二极管用开关代替，原理上是是可以的，白天光

11、照强时二极管导通电阻很小，就相当于开关闭合，晚上光照弱时，二极管不导通电阻很大相当于开关断开。 Q3是光敏二极管控制的，当在白天光照强时，二极管导通将电源送入Q3 B基使三极管Q3工作导通，而使得三极管Q2基级电压很低处于截止状态，Q1截止使得Q4基级电压高能够导通，可控硅的控制端为低电压，BT169D不导通，灯泡不亮。 同时Q3的导通，钳制了Q2（图3）的集电极的电压使得Q2无法导通，即白天即使有声音电路也不导通灯泡也不会亮。 晚上光线弱时光敏二极管不导通，Q3截止，Q1受Q2的控制没声音时Q2导通，Q3截止，Q4导通，可控硅不导通，灯泡不亮。有声音时Q2截止，Q3导通，Q4截止，可控硅导通

12、灯泡亮。 图5-2 光控电路仿真图5.3 声控电路 电路通过声音信号控制，分别使电路中的三极管处于截止放大或者饱和状态，从而控制部分特殊点的电位达到声控的目的。如图3所示为静态工作点示意图，三极管处于放大状态时，Ube处于0.4V0.7V之间。 图 5-3三极管静态工作点示意图仿真图中咪头话筒用函数发生器代替，原理上是可以的，当有声音时相当于函数发生器，给电路一个信号。Q2 是由咪头控制的，当没有声音时Q2导通，电源信号通过Q2接地。麦克风接收到声音信号时能发出频率信号使得Q2基极0.6V负载下降，Q2截止停止工作，电源信号就被送入光控电路，这时如果无光照或者光照较弱灯泡就会亮。 图5-4 声

13、控部分电路仿真图5.4时间控制时间控制部分主要有C3、Q4组成定时原理由C3充放电来控制时间的长短。电容电和释放示意图如图5-5 图5-5 电容电荷释放示意图灯延迟关断过程：Q4的B基电压由C3提供使管工作。当Q2导通时把C3对地放电，放电时使得三极管Q4的B基低于0.6V的时候，Q4截止停止工作，使得可控硅电压回升触发可控硅导通，灯泡工作。随着电容C3放电结束，可控硅触发电压下降，可控硅截止，灯泡熄灭。 u(t)=u()+u(0+)- u()·e-(t/)，代入u()=0V，u(0+)=13V，u(t)=5V计算得t=179.6s为延迟关断时间。若环境再有响声，则电灯再次被点亮，重

14、复上述过程。 图5-6 时间控制仿真电路6 硬件的制作与调试6.1 电烙铁的使用1、焊接的注意事项良好的焊接是实验成功的重要保证；焊接不良，往往会使实验失败，甚至损毁元器件。所以应注意以下几点：（1）焊接话筒的时候，一定要将连接电源正、负极的导线分别焊接在话筒的“”、“”极的一端。 （2）对照电路安装元件，先装上小的元件焊接后装电容灯大的元件焊接，焊接元件才容易。 （3）烙铁使用日久后，烙铁头容易被“烧死”，即在表面出现一层黑色氧化物，而且变得凹凸不平。“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡，需用锉刀将它重新挫亮。尽量使用市场上出售的空心焊锡丝，它是将焊锡做成直径24毫米的细管状，在管内装进松香粉

15、。使用这种焊锡丝，能保护烙铁头不易被“烧死”。（4）使用电烙铁一定要注意安全，使用前用万用表测一下电烙铁电源插头两端的电阻是否为正常值。正常时20瓦烙铁的电阻约2000欧，45瓦的为1000欧，75瓦的为600欧，100瓦的约500欧。电源插头与电烙铁外壳、烙铁头之间的电阻应接近无穷大，否则说明这把电烙铁漏电，不能使用。(5)焊接完毕，检查无误后交付老师，有老师检查后接入电源测试功能，调试电路达到自己设计的功能后结束。2、电路的连接在连接电路的时候，要严格按照电路图连接电路，也要注意烙铁与电路板接触的时间，不要烧坏电路板。并在联好电路以后进行测量。及时发现问题与改正。6.2 电子产品的调试与仿

16、真 图6-1 电路仿真图该图与原理图有两处不同，麦克风和光敏二极管分别用函数发生器和开关代替，原理上都是可以的。电源为220V交流电通过电灯，但仿真时电压是最大值所以将电源的值设置为311V经过D1D4整流后，电容C1滤去交流分量。R5限制电流降低电路消耗，R1分压为电路停工电压。 图6-2 正面焊接实物图 图6-3 背面焊接实物图 7 总结 为期一周的课程设计即将结束。我们做的是声光控开关，这是一种声音和光照的双控电路，多用于楼梯、过道、库房等场所。在有光照时，灯泡一定不会亮；在光线暗时，灯泡会自动亮，此后若无声响，过一段时间后灯会自动灭。电源设计根据其主体电路及执行机构不同，要求可靠、价廉

17、、有效益。由于此开关在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，因此为了加强它的工作效应，设计了信号放大整形电路，微弱的信号经过此电路加工也能使开关导通。本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对模拟电子电路设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知，得到了课本之外的东西，通过自己的独立动手，还有老师耐心地指导下以及同学的探讨，让我学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。让我们进一步巩固和掌握所学的理论基础知识，加深对了对模拟电路的理解，对元气件的使用更加深刻。通过这次毕业设计，我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的电路应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。设计的过程遇到了许多困难，但我们努力通过一周的课程设计，我学到了许多，这让我拥有了一次运用我所学模电知识的机会。参考文献 1 华成英 童诗白. 模拟电子技术基础（第3版）M. 北京 ：高等教育出版社.2006.194195 2 张瑜璞. 电