11级自动化一班唐治强4.docx
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11级自动化一班唐治强4
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目声光控制灯
学生姓名唐治强
专业班级11自动化1班
学号201142021
院（系）电气工程学院
指导教师刘筠筠
完成时间2013年5月27日
目录
1设计要求及目的1
1.1设计要求1
1.2设计目的1
2主要参考元器件1
2.1光敏电阻1
2.2驻极体2
2.3三极管3
2.4单向可控硅3
3电路分析4
3.1原理分析4
3.2系统组成框图4
4电路原理图5
4.1光控电路5
4.2声控电路5
5调试5
6总结6
参考文献8
附录1元器件清单9
附录2电路原理图10
1设计要求及目的
1.1设计要求
（1）具有光控功能，白天光线较亮，即使有声音时照明灯也不亮，光线较暗、有声音时照明灯点亮；
（2）具有声控功，具有光控功能，白天光线较亮，即使有声音时照明灯也不亮，光线较暗、有声音时照明灯点亮；
（3）具有声控功能，晚上光线较暗，有声音时灯被点亮，声音消失后延时照明一段时间后自动熄灭；
（4）要求电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新点亮一段时间。
1.2设计目的
（1）进一步掌握数字电路课程所学的理论知识，培养我们综合分析能力。
（2）熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用并进行设计，提高电子电路的设计和实验能力。
（3）了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。
（4）培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
（5）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按任务设计书要求完成设计任务，正确的反应设计任务与实验成果，正确的绘制电路图。
2主要参考元器件
2.1光敏电阻
图2-1光敏电阻
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化），如图2-1所示。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。
光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1～10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。
图4-1光敏电阻实物图光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4～0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。
2.2驻极体
将电介质放在电场中就会被极化。
许多电介质的极化是与外电场同时存在同时消失的。
也有一些电介质，受强外电场作用后其极化现象不随外电场去除而完全消失，出现极化电荷“永久”存在于电介质表面和体内的现象。
这种在强外电场等因素作用下，极化并能“永久”保持极化状态的电介质，称为驻极体，又叫永电体。
它是一种具有持久性极化的固体电介质。
早在1922年左右就为日本物理学家江口元太郎发现；当蜡和松香的混合物在外加强电场中从融熔态固化后，再除去外电场时，混合物固体会长期保持极化状态。
驻极体可以在周围空间产生电场，因此可以类比于永磁体的一种带电体。
驻极体中存在着大量微观的电偶极子，它们通常混乱取向而显不出宏观的极化。
这些偶极子可以在高温及外电场作用下取向,冷却后再去掉电场,取向被冻结下来而保留某个方向上占优势的宏观极化。
驻极体的极化强度远小于其中所有偶极子都排列一致时所产生的饱和强度。
但是在一些驻极体中还能得到大约10-2μC/m2的极化强度。
驻极体是弛豫时间较长的处于亚稳态极化了的电介质。
当去掉外加电场时，其极化强度会逐渐减小，它的表面电荷就按指数规律或接近指数规律逐渐衰减。
室温下驻极体的极化状态可以长期保存，但在高温下则衰减得很快。
2.3三极管
半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。
它最主要的功能是电流放大和开关作用。
三极管顾名思义具有三个电极。
二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。
其他的两个电极成为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。
由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管，如图2-3所示。
图2-3常用三极管的管脚排列
三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。
三极管有一个重要参数就是电流放大系数b。
当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流b倍的电流，即集电极电流。
集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。
三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。
2.4单向可控硅
单向可控硅是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。
单向可控硅是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比，单向可控硅正向导通受控制极电流控制；与具有两个PN结的三极管相比，差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。
可控硅导通条件：
一是可控硅阳极与阴极间必须加正向电压，二是控制极也要加正向电压。
以上两个条件必须同时具备，可控硅才会处于导通状态。
另外，可控硅一旦导通后，即使降低控制极电压或去掉控制极电压，可控硅仍然导通。
可控硅关断条件：
降低或去掉加在可控硅阳极至阴极之间的正向电压，使阳极电流小于最小维持。
3电路分析
3.1原理分析
声光控制电路的原理其实很简单。
声光即声音与光线，声音的控制是由一个拾音器（俗称话筒）来做传感器的，声音的大小直接可以引起拾音器内金属膜震动，就像我们耳膜一样，震动即引起了电路内电容的变化，声控电路是根据电容的变化来控制开关的。
光线就更简单了，里面有一个光敏电阻作传感器，光敏电阻在不同的光线下电阻是不一样的，光控电路是根据电阻的大小来控制开关的。
在电路中包含两个必须的，即 A:
一个声音传感器 B:
一个光传感器加一个非门,AB两个部件接在一个与门电路上，只有当没有光并且有声音的时候打开开关。
其他情况灯是不亮的。
3.2系统组成框图
声光控电路将声音信号转化成相应电信号，经放大、整流等处理，变成相应直流信号，去控制可控器件。
当可控器件导通时，灯也就点亮，经一定时间延迟后，延时电路让可控器件截止，灯熄灭。
在白天，光控器件作用于可控器件，使其截止，灯泡始终处于熄灭状态。
如图3-1所示。
图3-1系统组成框图
4电路原理图
4.1光控电路
由R4和R9组成，其中R9为光敏电阻，电路中晶闸管的通断，取决于控制信号的有无。
光敏电阻R9的阻值随着光照强度的变化而变化，当光照达到一定强度时，其电阻值变小到与R4分压后使IC（a）2脚处于逻辑低电平，2脚所在的与非门被封死，这时不管有无声音信号输入，IC（d）11脚都是低电平，晶闸管正向阻断。
随着光照强度的减弱，R9的阻值逐渐增大，2脚的电平逐渐上升，当2脚的电位上升到逻辑高电平后，即满足了开门条件，此时的声控开始起作用，3脚是否翻转只取决于IC（a）1脚电位（声控电路输入端是否达到了逻辑高电平。
4.2声控电路
由麦克风MK1，三极管VT，电容C1及电阻R1、R2、R3等组成，其中MK为声检测元件，当环境声音很弱时，三极管VT处于饱和状态，IC（a）1脚为低电平11亦为低电平，晶闸管阻断，当环境声音信号达到一定强度时，通过MK1拾音输出经C1耦合到VT的基极，使集电极即IC（a）1脚电位随声强而高低变化，当1脚处于高电平时，由于2脚早已处于高电平而满足了与非门翻转条件，3脚跳变为低电平。
麦克风的接收声音信号并将信号转化为电流信号（交流信号），使三极管VT由饱和状态转为截止状态，电阻很大，基本上为VCC电压值。
所以在声音信号来到时会有三极管C极电压的跳变现象。
5调试
在板子完成后，对其进行功能测试，步骤如下：
（1）断开光敏电阻，电容C1，与非门IC（a）的2脚为高电平，1脚为低电平，3脚输出为高电平，经IC（b）、IC（d）逻辑电平转换，IC 11脚输出为低电平，晶闸管q不被触发，灯不亮。
（2）断开三极管VT的集电极或发射极，同时断开光敏电阻，与非门IC（a）1,2脚为高电平，3脚输出为低电平，经IC（b）、IC（d）逻辑电平转换，
IC 11脚输出为高电平，晶闸管q被触发，灯亮。
综上两步调试，图2.4工作正常。
（3）断开光敏电阻，接通电源，这时灯不亮。
击掌触发声控电路，灯亮。
经过一段时间延时，灯灭，说明图2.3和2.5工作正常。
（4）最后检查光控电路，电路全部复位，接通电源，灯不亮。
用深色物品将光敏电阻遮住，击掌触发声控电路，灯亮。
至此电路调试完毕。
6总结
通过这次课程设计，锻炼了我们实验操作与动手能力，同时也检验了我们以前所学的知识理论扎实。
这次课设，虽然时间短暂，课设难度不大，但这一过程不仅提高了我们个人的动手能力，更增强了我们团队意识，相互配合，动手实践，顺利完成课程设计。
的确，收益匪浅！
这次课设，最大的感触就是做任何事情都要细心，稍微焊错一个小器件电路就报废。
做产品开始的第一件事就是清查元件并把元件分类好。
同时，还要考虑合理配置元件，感谢老师的悉心指导，有我们组员的共同努力，才有最后项目的顺利地完成，在这一周时间里，我们提高了我们个人的动手能力，让我们在独立思考解决问题。
同时也培养了我们团队精神，在这个分工越来越细的社会，分工合作成了社会的主流，而这次与组员合作正好给了我们这样的机会，以致顺利完成课程设计，同时也让我们知道课设是怎么一回事，要做些什么，怎样做，要注意些什么问题等，也使得我们对以后的毕业设计有所了解和有所准备，虽然时间短暂，课设难度不大，但这一过程不仅提高了我们个人的动手能力，更增强了我们团队意识，相互配合，动手实践，顺利完成课程设计。
的确，收益匪浅！
这次课设，最大的感触就是做任何事情都要细心，稍微焊错一个小器件电路就报废。
做产品开始的第一件事就是清查元件并把元件分类好。
同时，还要考虑合理配置元件，感谢老师的悉心指导，有我们组员的共同努力，才有最后项目的顺利地完成，在这一周时间里，我们提高了我们个人的动手能力，让我们在独立思考解决问题。
同时也培养了我们团队精神，在这个分工越来越细的社会，分工合作成了社会的主流，而这次与组员合作正好给了我们这样的机会，以致顺利完成课程设计，同时也让我们知道课设是怎么一回事，要做些什么，怎样做，要注意些什么问题等，也使得我们对以后的毕业设计有所了解和有所准备。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础数字部分[M].北京：
电子工业出版社，2000
[2]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京：
清华大学出版社，1999
[3]魏立君.CMOS4000系列60种常用集成电路的应用[M].北京：
人民邮电出版社，1993
[4]王尔乾.数字逻辑与数字集成电路[M].北京：
清华大学出版，2002
附录1元器件清单
符号
规格
数量
Rg
光敏电阻
1
R1
22K
1
R2
3M
1
R3
33K
1
R4
5.1K
1
R5
5.1M
1
R6
56K
1
R7
1K
2
可控硅
MCR100-61单向
１
二极管D1
1N4148
１
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