微型太阳能收音机

广西大学电气工程学院2013届本科电子技术课程设计题目：微型太阳能收音机姓名：陈培铭学号：1302120224指导教师：梁冰红2015年11月

电子课程课程设计评审表学生姓名陈培铭专业自动化年级13级学号1302120224设计题目微型太阳能收音机评价内容评价指标评分权值评定成绩业务水平有扎实的基础理论知识和专业知识；能正确设计实验方案（或正确建立数学模型、机械结构方案）；独立进行实验工作；能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论40论文（设计说明书、图纸）质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值；图纸绘制符合国家标准，质量符合要求；计算及测试结果准确；工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解40工作量、工作态度按期完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实20合计100指导教师评语PAGEPAGE8微型太阳能收音机设计1设计任务与要求1.1基本功能①设计一个微型太阳能收音机，可以通过磁性天线接收外界电波，再通过耳塞机使人可以收听到电台，从而达到收音机的效果。②收音机具有音量调节功能和调频功能，可以改变音量大小和频道。③用太阳能电池板进行供电，在室外可以不用其他电源进行供电。1.2扩展功能考虑到在室内太阳光照不足，太阳能电池板无法提供足够的电压，收音机不能正常供电，因此，在原本电路基础上加一外置电源，用双控开关进行控制，在室内可以切换到电池模式。2设计原理太阳能收音机总体框图如图1所示，无线电波被磁性天线L1接受后，由磁性天线L1与可变电容器C1组成的调谐回路选出所需要的电台信号，送入集成电路IC进行高频放大和检波，输出的音频信号再经VT1，音频电流放大后，驱动8Ω耳机发声。图1太阳能收音机总体框架图3电路设计3.1谐振回路谐振回路由电感L1和电容C1组成，L1作为磁性天线可以接收外界电波需自己绕制，具体的绕制方法是：用φ0.35mm单股高强度漆包线，在φ10mm×100mm的中波专用磁棒上单层密绕100圈左右。绕制时注意，为使线圈不散脱，应用快胶布起始处和结束处粘固住。电容C1采用的是老式收音机双联可变电容器CBM-223P可调电容器，其调节范围是59.2pf/141.6pf。3.2高放检波电路A（型号为YS414）是一种直接放大检波式收音机专用集成电路，它采用TO-92型塑封包装，其包装形式与普通9014型塑封小功率晶体三极管完全相同，外形和引脚排列如图2（a）所示。各引脚功能：G脚为公共接地端，I脚为输入端，O脚为输出端。YS414型集成电路内部由9只三极管、16只电阻器和4个电容器组成，功能包括一级高阻输入缓冲、三级高频放大和一级检波，其内部电路框图如图2（b）所示。YS414集成电路具有输入阻抗高、增益大、耗电省、外围元件少、电路无需调试等特点，非常适用于微型简易收音机。其主要特点：工作电压低，在1.3～1.5V就能满意正常工作；耗电省，无信号时工作电流仅为0.4mA左右；工作频带宽，可达150～3000kHz；放大能力强，功率增益可达72dB，自动增益控制范围可达20dB。跟YS414内部电路和功能、但生产厂家不同的这类集成电路还有：D7642、TA7642、CTC7642、YS7642、BS414、MK-484、2N414型等，都可以直接互换使用。图2YS414引脚及内部图3.3射随电路由于IC(YS414)要求负载为高阻抗，因此由晶体管VTl构成射极跟随器进行阻抗变换，将8Ω耳机的阻抗变换为数百欧，以适应YS414的要求。R3是其偏置电阻，调节R3的阻值可调整VT1的工作点。3.4整机电路1根据电路的复杂程度，太阳能收音机可以分为简单电路和复杂电路两种，下面将分别进行介绍：①简单电路：②复杂电路：工作原理：当有太阳强光（或灯光）照射到太阳能电池板BP上时，BP表面即发生光伏效应，其两端输出功率的电能，供收音机电路工作。磁性天线L和可变电容器C1组成调谐回路，这是一个并联谐振电路，调节C1可改变谐振频率，起到选择所要接收电台信号的作用。磁性天线L采用了中波专用磁棒，具有较高的灵敏度，可不用外接天线，并且在接受电台时有的方向性。A具有极高的输入阻抗，调谐回路可直接接在A的输入端I和通过C2入地，而不必象大多数收音机那样经次级线圈耦合输入。被送入A的电台信号，经A内部电路进行多级高频放大和检波后，从其O脚输出音频电信号。R1是A的输入级偏流电阻器，它通过A的输出负载电阻器R2接BP正极，可使A具有自动增益（AGC）控制能力。收音机接收到的信号较强，A的工作电流就会增加，在R2上的电压降也随之加大，使得A的工作电压下降，内部电路增益亦下降，导致A输出信号减小，这样就完成了自动增益控制作用。R2偏大时，AGC控制作用太强，会使电路增益明显降低；R2偏小时，AGC控制作用太弱，会使电路产生自激啸叫声。C3为高频旁路电容器，它能滤除检波信号中所包含的高频成分；C3选取合适的容量，不仅可获得的音质，而且还可获得较佳的自动增益控制特性。由A的O脚输出的音频信号，通过耦合电容器C4送到电位器RP进行音量调节，然后再通过耦合电容器C5送到VT1、VT2构成的低频放大电路进行功率放大，最后推动8Ω耳塞机放音。VT1构成前置放大器，它对音频信号进行电压放大。VT2构成射极跟随器，将插孔XS内所接8Ω耳塞机的阻抗变换为VT2电流放大系数的β倍（即β×8Ω），以解决VT1所输出的高阻抗不与8Ω耳塞机直接相匹配的问题；射极跟随器具有电流放大作用，可使耳塞机声音更为响亮。R3是VT1的直流偏置电阻器，VT2的基极直接与VT1的集电极相连，调节R3阻值可VT1和VT2的工作点；R4为VT1的发射极电流负反馈电阻器，其作用是进一步稳定VT1和VT2的工作点。4元器件的选择及功能介绍4.1电解电容如图1所示为电解电容，在安装电解电容时要求电容的管脚长度要适中，要正确判断管脚的正，负极，否则不能完成实现收音功能。并且电解电容要紧贴电路板立式安装焊接，太高就会影响后盖的安装。作用：①隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。②滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。储能：储存电能，用于必须要的时候释放。C4、C5均用CD11-10型电解电容器。4.2瓷片电容瓷片电容和电解电容一样，要求其管脚的长度要合适。在焊接瓷片电容时不必考虑它的正负极性。MLCC(1类)—微型化,高频化,超低损耗,低ESR,高稳定,高耐压,高绝缘,高可靠,无极性,低容值,低成本,耐高温.主要应用于高频电路中.MLCC(2类)—微型化,高比容,中高压,无极性,高可靠,耐高温,低ESR,低成本.主要应用于中,低频电路中作隔直,耦合,旁路和滤波等电容器使用。C2、C3和C6均用CT1型瓷介电容器。4.3太阳能电池板BP采用尺寸约为110mm×100mm、开路电压≥2V、短路电流≥8mA的成品太阳能电池板。这种太阳能电池板采用单晶硅片工艺制作而成，光电转换效率稳定，已被广泛应用于计算器等弱电流电器中。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在光照条件下的输出功率也越大。太阳能电池板的优劣主要由开路电压和短路电流这两项指标来衡量。业余测试方法是：将太阳能电池板放在太阳光直射的环境下，用万用表测出两端输出电压，认为是开路电压；再将万用表直接跨接在太阳能电池板两端测出输出电流，即认为是短路电流。如果一时购买不到太阳能电池板，可用三块尺寸为10mm×5mm、开路电压0.5～0.6V、短路电流≥9mA的2CR32型硅光电池串联后代替。4.4三极管晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。晶体管VT1、VT2均用9014或3DG8型硅NPN小功率低噪三极管，要求VT1的电流放大系数β值在40～150、VT2的β值在20～60。4.5磁棒及线圈磁棒的材料一般是铁氧体，因为它的导磁率较高，比其他的金属导磁率高.磁棒的长度以及线圈的匝数要和可调电容容量匹配，也就是说要保证统调的要求才行。磁棒长相应线圈匝数就要减少，一般说来长磁棒的接收能力要好于短磁棒。凡是收音机工作原理和过程都是一样的，目的是收音，有中波、短波、调频电台、有的带电视伴音的。都是由磁性天线接收来各台的高频信号，有磁棒天线上的线圈、也是高频变压器耦合到第一级放大器放大，混频，然后由可调电容调节选出我们要听的某一电台信号，经过本机振荡器选出差频，就是中频信号进行中频放大，检波，然后低频放大，再经过功率放大，推动扬声器或耳机放音。本设计采用φ0.35mm单股高强度漆包线，磁棒采用φ10mm×100mm的中波专用磁棒。4.6其他元件C1选用5～200PF超小型密封可变电容器；R1～R5采用RTX-1/8W型碳膜电阻器。RP选用WH15-1A型不带开关的小型合成碳膜电位器。XS选用CKX2-3.5型（φ3.5mm口径）耳塞式耳机常用的两芯插孔。耳机采用带有CSX2-3.5型（φ3.5mm）两芯插头的8Ω低阻耳塞机。除了上面列出的元器件外，还有开关、印刷电路板、导线等元器件。5制作与调试下图为焊接电路后的成品图：本机调试十分简单：在太阳能电池板BP接受阳光、8Ω低阻耳塞机插入XS的条件下，旋动C1旋钮就能收听到电台的播音。选择正确元器件，并且保证焊接无误，不调试便可满意工作。5设计体会这次的课程设计是我大学以来第一次接触电路板和电焊，在这期间我学会了很多，也有很多收获。首先就是对烙铁使用的认识。新烙铁使用之前,应该先等烙铁头部微热时插入松香,清洗干净烙铁头。不要将烙铁头在金属上刻划或用力去除粗硬导线的绝缘套,以免使烙铁头出现损伤或缺口,减少其使用寿命。在焊接一些特殊元件时,必须小心一定不要将管脚焊到一起，否则会发生短路的情况。电烙铁经过长时间使用后,烙铁头部会生成一层氧化物,不容易吃锡。如果烙铁口呈灰白色,可以用钢丝刷去。如果烙铁口呈棕黄色,可用锉刀锉掉氧化层,按照处理新烙铁头的方法涂上焊锡即可继续使用。当烙铁头严重磨损时,将影响焊接质量，此时必须更换新的烙铁头。当电烙铁不用时,应该放在烙铁架上。在此次收音机的焊接过程中，我也有了自己的心得体会。在电焊收音机得时候，焊接最需要注意得是焊接得温度和时间，焊接时间短、温度低，有可能使焊点融化不充分，焊点粗糙容易造成虚焊。而焊接时间过长，温度过高，则会使元件过热，容易损坏，还容易将印刷电路板烫坏，或者造成焊接短路现象。焊锡要用一点点下去，电烙铁要在锡水熔化后产生光亮就拿开，这样就能焊出光亮圆滑的焊点了。一旦焊错，要小心地用烙铁加热后取下重焊。拨下的动作要轻，如果安装孔堵塞，要边加热，边用针通开。在设计过程中我也遇到许多问题，一开始采用的是φ0.03mm漆包线，磁棒采用的是φ5mm×30mm磁棒，此结果是收不到台，在有无电感情况下用手指摁住可变电容两端均可收到电台，经分析是电感问题，因而采用用φ0.35mm单股高强度漆包线φ10mm×100mm的中波专用磁棒，最终成功收到台。在焊接完成后，耳机可以听到声音，但非常小声，经检查，是由于焊接过程中高温导致三极管SY414损坏，无法正常工作。通过收音机的焊接，我们学会了基本的焊接技术，在收音机的检测与测试过程中，也知道了电子产品的装配经过，同时还学会了电子元器件得识别及质量检验，知道了整机得装配工艺，这些都培养了我们动手能力及严谨的作风，锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力，也为我们以后的