基于模电的声光控延时开关课程设计报告书.docx

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基于模电的声光控延时开关课程设计报告书

《模拟电子技术》课程设计

题目声光控延时灯

1课程设计的目的1

7.3焊接16

参考文献18

附录一：

总体电路原理图19

附录二：

元器件清单表20

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。

认识声光控开关电路的结构和原理。

熟练掌握三极管的参数、作用及测量方法。

了解场效应管、可控硅等元件的作用及测量方法。

掌握放大电路的简单分析。

掌握简单可控开关的制作方法。

学习掌握焊接技术以及电路元件的装配。

熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。

2课程设计的任务与要求

2.1设计任务

1.电路能够通过对光线强弱的感应和通过对声音强弱的感应设置两级开关，控制照明灯的亮灭。

2．电路能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮一段后自动关断。

3．电路如果在照明灯点亮期间，又有新的声源出现，照明灯应重新开启。

4．根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程。

针对原理电路按给出电路图的要求，选取元件、识别和测试。

分析电路原理并安装调试。

声控节电开关照明时间控制1分钟，整个电路采用分立元器件。

2.2设计要求

设计制作一声、光控延时灯，满足：

在白天或光线较亮时，节电开关呈关闭状态。

光不亮：

夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、掌声等都能使灯亮，延时40~50秒后节电开关自动关闭、灯灭。

下一次有触发时再次打开开关。

该开关适用与楼道、厕所、洗刷间、走廊等公共场所。

3设计方案与论证

3.1方案选择与论证

从实验的主要容与要求中可以看出该电路可以有以下几个方案：

方案一：

利用门电路来完成声光控的调节，其电路图如下图3-1所示。

图3-1电路图

此方案电路较为复杂，各方面要求较高。

方案二：

采用运算放大器进行控制。

运算放大器可将由传感器获得的微弱声音信号进行放大，结合光控电路部分从而控制灯的亮灭。

正常情况下，运算放大器不工作，直到有信号时才工作，将信号放大后送入NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器，输出音频信号。

传感器可采用声音传感器。

实现方法，可将声音传感器装在走廊、楼道等处。

此方案需要使用运算放大器，使电路变得复杂。

而且，目前市场上很难买到运算放大器。

此外，运算放大器的价格比普通组件都要贵，这也增加了设计成本。

方案三：

采用三极管与可控硅进行控制，无声音情况时，使三极管处在截止状态，则被控器的声、光信号产生电路不工作；一旦有声音情况，立即使三极管导通，被控器的声、光信号产生电路产生声、光信号，使灯亮。

与方案一、方案二相比，方案三有着明显的优点。

主要在于其电路简单，更实用，设计成本也比较低。

市场上也有好多类似的声光控延时灯产品。

此次课程设计，我采用的正是第三种方案。

3.2原理方框图

下图3-2是该声控照明节电开关电路原理方框，由话筒、声音放大、倍压整流、光控、电子开关、延时和交流开关七部分电路组成。

图3-2原理方框图

4设计原理与功能说明

4.1元器件选用原理

电阻器简称电阻，通常用“R”表示，是所有电子电路中使用最多的元件。

电阻的主要物理特征是变电能为热能，即它是一个耗能元件，电流经过它就产生能。

电阻在电路常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。

色环法在一般的电阻上比较常见。

由于手机电路中的电阻一般比较小，很少被标上阻值，即使有，电阻一般也采用数字法，即：

10^1——表示10Ω的电阻；10^2——表示100Ω的电阻；10^3——表示1KΩ的电阻；10^4——表示10KΩ的电阻；10^6——表示1MΩ的电阻；10^7——表示10MΩ的电阻。

如果一个电阻上标为22*10^3，则这个电阻为22KΩ。

数码法用三位数字表示元件的标称值。

从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10n（n=0～8）。

当n=9时为特例，表示10^（-1）。

塑料电阻器的103表示10*10^3=10k。

片状电阻多用数码法标示，如512表示5.1kΩ。

电容上数码标示479为47*10^（-1）=4.7pF。

而标志是0或000的电阻器，表示是跳线，阻值为0Ω。

数码法标示时，电阻单位为欧姆，电容单位为PF，电感一般不用数码标示。

电阻的种类很多，通常分为碳膜电阻，金属电阻，线绕电阻等：

它又包含固定电阻与可变电阻，光敏电阻，压敏电阻，热敏电阻等。

通常来说，使用万用表可以很容易判断出电阻的好坏：

将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。

应注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。

二极管采用普通的整流二极管1n4001～1n4007。

元件的选择可灵活掌握，参数可在一定围选用。

在测试时先把指针表满偏同时将指针表打到1K档，其次：

用表笔对电容进行放电，在用表进行测试，用红笔接负极，黑笔接正极；最后：

看指针的偏转，且还要指针还原，如能还原就表明电容正常，不能回到原位则表明电容漏电。

测试漏电电容方法：

用万用表的电阻挡（R*100和R*1K），将表笔接触电容器两引线。

刚接触时，由于电容充电电流大，表头指针偏转角度大，随着充电电流减小，指针逐渐向R=无穷方向返回，最后稳定处即漏电电阻值。

一般电容器的漏电电阻为几百至几千兆欧，漏电电阻相对小的电容质量不好。

测量时，若表头指针指到或接近欧姆零点，表示电容器部短路。

若指针不动，始终指在R=无穷处，则意味着电容器部短路或已失效。

对于电容量在0.1μF以下的小电容，由于漏电电阻接近无穷，难以分辨，故不能此法侧漏电阻或判定好坏。

二极管测试：

二极管主要分为三种：

整流二极管、稳压二极管、发光二极管；此外，还有开关二极管。

先打磨引脚，再用指针表测试，因二极管具有单相导电性，所以，在测试时，红笔接负极，黑笔接正极，若是导通，且红笔接正极，黑笔接负极，为截止，则表明二极管是正常的，若不是则表明二极管是坏的。

注：

发光二极管用10K，其它用1K档；发光二极管的光线是非常微弱的，因此，在观察是要仔细。

三极管测试：

和所有元件一样三极管也要打磨引脚，然后在进行测试。

用手拿住元件，用指针表来回测量六次，判断出基极、是PNP型还是NPN型。

若：

红笔不动——PNP型；黑笔不动——NPN型。

如果是NPN型：

用手捏住三支引脚，用表笔测试两边引脚，并交换表笔；若指针偏转较大，黑表笔接的是集电极，另一方则是发射集。

如果是PNP型：

步骤与NPN型一样，但当指针偏转较大是，黑笔接的是发射极，另一方则是集电极。

三极管除了判断其管型和极点外，还要判断出它所处的状态，是截止、饱和、还是放大。

光敏电阻：

先用手拿住两只引脚，使其对着光，然后，用数字表测出值；再用握住使其背光，测出其值。

可控硅的原理：

可控硅是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件,一般由两晶闸管反向连接而成.它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。

可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。

它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。

（如下图4-1所示）。

图4-1单向可控硅的外形图

晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

从晶闸管的部分析工作过程：

晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结，如图4-2，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管，如图4-3。

图4-2晶体管图4-3复合管

4.2总体电路图

总体电路图如图4-4所示

图4-4总体电路图

1.电路的工作原理

话筒MIC1和VT1、R1、R2、R3、C1组成声音拾取放大电路。

为了获得较高的灵敏度，VT1的β值选用大于100。

话筒MIC要选用灵敏度高的。

R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡，C2、D1和D2、C3构成倍压整流电路。

把声音信号变成直流控制电压。

R4、R5和光敏电阻R11组成光控电路。

有光照射在R11上时，阻值变小，对直流控制电压衰减很大。

VT2、VT3和R7、D3组成的电子开关截止，C4无电荷，单向可控硅MCR截止，灯泡不亮。

在MCR截止时，直流高压经R9、R10、D4降压后加到C3、CW1（稳压管）上端。

C3为滤波电容，CW1为稳压值12~15V的稳压二极管，保证C3上电压不超过15V直流电压。

当无光照射R11时，R11阻值很大，对直流控制电压衰减很小，VT2、VT3等组成的电子开关导通，D3也导通，使C4充电。

R8、C5和单向可控制MCR、D5、D6、D7、D8组成延时与交流开关。

C4通过R8把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。

灯泡发光时间长短由C4、R8的参数决定，按图中所给出的元器件数值（R8为22K），发光30秒左右后，MCR截止，灯熄灭。

C5为抗干扰电容，用于消除灯泡发光抖动现象。

5单元电路设计

5.1声音放大电路

当MIC获取到声音信号后，其会转换成电信号，考虑到后面步骤需此信号控制电子开关，所以必须加放大器放大该信号。

为了获得较高的灵敏度，VT1的β值选用大于100。

话筒MIC也选用灵敏度高的。

R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡。

声音放大电路图如图5-1所示。

图5-1声音放大电路

5.2整流电路

C2、VD1和VD2、C3构成倍压整流电路。

把声音信号变成直流控制电压。

此部分电路如图5-2：

图5-2整流电路

5.3光敏电路

核心元件为光敏电阻，其通过对光线变化程度自动改变阻值从而改变电压信号的大小。

此部分电路如图5-3。

图5-3光敏电路

5.4电子开关电路

当电压信号达到一定值时，电子开关打开。

当电压信号小于此值时，电子开关关闭。

其起到的主要作用是控制延时电路中的电容充放电。

此部分电路如图5-4。

图5-4电子开关电路

5.5延时电路与交流开关电路

由于需要的灯泡持续点亮时间并不是很长，大概3，40秒左右，所以考虑用一个电容控制开关的状态即可。

当夜晚无光时，电子开关打开时，C4连通，即开始充电。

当电子开关关闭后，C4开始放电。

延时电路如图5-5，交流开关电路如图5-6。

图5-5延时电路

图5-5中，C5为抗干扰电容，用于消除灯泡发光抖动现象。

R8、C5和单向可控制MCR、VD5~VD8组成延时与交流开关。

C4通过R8把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。

图5-6交流开关电路

可控硅作为开关元件的优点，属无触点开关元件，因此使用寿命长。

灯泡发光时间长短由C4、R8的参数决定。

5.6电源电路

电路如下图，220V交流电通过灯丝，经过VD5-VD8整流后，和R9,R10，VD4降压。

C6为滤波电容，VW为稳压值12~15V的稳压二极管，保证C6上电压不超过15V直流电压。

此部分电路作用为提供稳定的工作电压。

如图5-7。

图5-7电源电路

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；反过来说，焊接不良，往往会使实验失败，甚至损毁元器件。

虽然焊接技术并不复杂，但如果认为它操作简单而掉以轻心，也会造成种种不良后果。

所以应注意以下几点：

（1）首先检