红外线遥控测试电路设计方案.docx
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红外线遥控测试电路设计方案
红外线遥控测试电路设计方案
1课程设计的目的
1了解光电二极管的工作原理和使用方法
2利用模电知识熟练掌握光电二极管的使用方法3理论联系实际提高独立解决问题的能力
2课程设计的任务与要求
熟悉硅光电二极管的工作原理，设计出合理的电路图，根据电路图准备所需的元器件，然后连接电路进行测试，当有红外光照射二极管时小灯泡发光，且小灯泡的亮度随着光照强度的增强而增强，随着光照强度的减弱而变暗。
1巩固和加强模拟电子技术课程的理论知识
2掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程
3提高电子电路实验技能及仪器的使用方法
4掌握电子电路安装调试和故障排除方法
5学会撰写课程设计总结报告
6学会查阅文献资料，培养自身独立分析问题和解决问题的能力
7培养创新能力和创新思维
3设计方案与论证
3.1红外线光敏遥控电路的设计方案
本设计方案由红外发射电路和接收发光两大电路组成，其中红外发射电路包含有红外硅光二极管LED2；接收发光电路使用的有光电二极管LED1。
在本电路的设计中，共使用了三个三极管，分别为VT1、VT2、VT3，选用的型号均为NPN型BC548型三极管，在本次实验的实现中，分别作为一级、二级和三级放大电路。
当LED2接收到红外光信号后，则红外光信号将经过C4电容进行耦合，然后加到由VT3与VT2组成的两级交流放大器进行放大，而放大后的信号将从VT2管集电极输出，而放大后的信号将再次经过C2电容进行耦合，然后加到由VD1、VD2和C1组成的整流滤波电路以后，用得到的直流电压来控制电子开关VT1的状态。
3.2设计方案的论证
按照原理图连接好电路以后进行试验：
用红外光照射LED2，当硅光电二极管LED2接收到红外线信号时，VD1与VD2整流后的电压就会使VT1导通，进而使LED1发光二极管导通发光。
若LED1的亮度随着红外光照强度的增强而增强，随着光照强度的减弱而减弱，那么电路连接正确，实验成功；若当红外线信号的探测时间很短时，由于此时的电容C1也可产生一个恒定的基极偏置电压。
VT2、VT3及其外围元器件共同构成了两级交流放大器，两级放大器的增益已足够级间采用RC耦合方式。
LED2与R6电阻反相串联。
LED2的反向电流值会随红外光波变化而改变大小，进而将变化的信号进行放大和整流，若此时的LED1发生闪亮，则实验成功。
4设计原理及功能说明
工作原理：
红外光信号由LED2检测到以后，经C4电容耦合，加到由VT3与VT2组成的两级交流放大器进行放大，放大信号从VT2管集电极输出，经C2电容耦合，加到由VD1、VD2、C1组成的整流滤波电路以后，得到的直流电压用于控制电子开关VT1的状态。
当LED2硅光电二极管接收到红外线信号时，VD1与VD2整流后的电压就会使VT1导通，进而使LED1发光二极管导通发光。
即使红外线信号的探测时间很短，电容C1也可产生一个恒定的基极偏置电压。
VT2、VT3及其外围元器件共同构成了两级交流放大器，两级放大器的增益已足够级间采用RC耦合方式。
LED2与R6电阻反相串联。
LED2的反向电流值会随红外光波变化而改变大小，进而将变化的信号进行放大和整流，使LED1闪亮。
红外线光敏遥控电路的电路图如下所示:
图4-1红外线遥控测试电路
5单元电路的设计
5.1光电二极管的原理与选用
硅光电二极管的原理图如下：
图5-1硅光电二极管原理图
硅光电二极管的输出特性图如下：
图5-2电二极管输出特性
硅光电二极管的放大电路图如下所示：
图5-3电二极管的放大电路
光电二极管具有将光信号转变成电信号的功能；
光电二极管工作在反向电压状态，其光电流的大小与光照强度成正比，光照越强，反向电流越大。
光电二极管的选用：
光电二极管又叫光敏二极管，构造与普通二极管相似，其不同点是管壳上有入射光窗口。
当加反向电压时，无光照射反向电阻较大，有光照射时，反向电流增加。
光电二极管的检测：
用万用表RX1KΩ档测量，光电二极管正向电阻约10KΩ左右。
在无光照射时，反向电阻为无穷，说明管子是好的；有光照射时，反向电阻随光的强度增加而减少，阻值可减小到几千欧或1KΩ以下，则管子是好的，若反向电阻为无穷或零，则管子是坏的。
5.2三极管的放大作用与选用
红外线遥控测试电路的设计中包含有三级放大电路，三极管放大电路如下图所示：
图5-4三极管的放大电路
三极管的放大作用：
集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：
集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。
如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。
如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。
我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。
偏置电路：
三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。
这有几个原因。
首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。
当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。
但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。
如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流，叫做偏置电流，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。
另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。
而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大，这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。
三极管的选用：
一般特征频率按高于电路工作频率3-10倍来选择，特征频率过高，易引起高频振荡。
电流放大系数，一般选择40-100即可，太高电路稳定性差。
耗散功率一般按电路输出功率2-4倍选取，反向击穿电压应大于电源电压。
在红外线光敏测试电路中，我们选用的三极管是BC548，放大倍数为30-100倍，为小功率通用管。
三极管的管脚判别：
基极与集电极、基极与发射极的正向电阻约在几百欧至几千欧，而其他极间电阻都较高，约为几百千欧。
硅管比锗管的极间电阻要高。
在红外线光敏测试电路中，我们选用的是NPN型三极管，根据PN结的单向导向性，即可判别各管脚分别为基极、集电极和发射极。
5.3发光二级管的原理与判别
发光二极管的结构图如下图所示：
图5-5发光二级管的结构图
发光二极管的工作原理：
发光二极管只是一个微小的电灯泡。
但不像常见的白炽灯泡，发光二极管没有灯丝，而且又不会特别热。
它单单是由半导体材料里的电子移动而使它发光。
发光二极管的管脚判别：
一般管脚引线较长者为正极，较短的为负极，如壳帽上有凸起标志，则靠凸起标志的为正极。
发光二极管的伏安特性如下图所示：
图5-6发光二级管的伏安特性
发光二极管的伏安特性和普通二极管相似，但它的正向压降较大，一般小于等于2V。
5.4整流滤波电路的工作原理
整流滤波电路的基础图如下图所示：
图5-7整流滤波电路图
什么叫滤波：
全波整流后的直流电叫脉动直流，是因为直流里含有交流的成分。
减小脉动直流中交流成分，使之变成较稳定的电流叫滤波。
整流滤波电路的作用：
整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压。
6硬件的制作与调试
6.1硬件的制作过程：
理解实验原理，然后准备好实验所需的元器件准备焊接。
首先，根据提前设计好的电路图，将各元器件按照合理的布局焊接在电路板上；然后，再根据实验原理将各元件用导线连接起来。
6.2硬件的调试过程：
1.拿到电路板时，检查加工怎么样，测量一下电源地有没有短路的。
2.焊接结束后，认真检查焊点，以确保没有漏焊的和虚焊的元件。
3.检查元器件安装、连接是否正确，晶体管管脚、二极管方向、电解电容极性是否接对，电源正负端是否正确，电源数值是否符合要求。
4.接通电源，观察红外发光二极管是否发光，如果发光，就调节硅光二极管的光照强度，若二极管的亮度随着光照强度的增强而增强，随着光照亮度的减弱而减弱，则电路连接正确，试验成功。
红外线光敏测试电路的仿真图如下所示
7总结
通过本次的模电课程设计，让我进一步的加深了对模电知识的认识和理解，增强了自身的实际动手能力。
在本次的课程设计过程中，每一个元器件都需要精心的准备和计算，先设计好电路图，然后根据电路图去购买器件，而电路图的设计也需要精心的琢磨。
所有的这一切都培养了我们做学问的严谨态度和科学精神。
在为期一周的课程设计中，同学们都表现的很积极很活跃，各个小组内部都进行着激烈的讨论，为了能更好的达到实验的要求，使自己实验的仿真更加顺利，电路连接更加成功，各组之间也都互相交流，互相帮助，分享自己的心得。
这也团结了同学，锻炼了各个小组内和小组间的合作能力。
在仿真和焊接的过程中，每个小组都会有自己的问题，特别是课本的电路图和我们所做实验有一定的出入时，都会给同学们带来许多的困扰，这也让我们体会到理论与实践间的差距，同时也让我们学会了具体问题具体分析，积极的发现问题和解决问题。
总的来说，这次的课程实践让我受益匪浅，不仅学习到了许多新的知识，而且也锻炼了自己的实际操作能力，在经后专业知识的学习中，我会保持这份激情，努力的学习下去。
参考文献
[1]王松林，吴大正，李小平，王辉.电路基础第三版.西安：
电子科技大学出版社.2008.8
[2]江晓安，董秀峰.模拟电子技术第三版.西安：
电子科技大学出版社.2008.3
[3]陈明义.电子技术课程设计实用教程第三版.长沙：
东南大学出版社.2009.
[4]吴云.典型电子电路160例.北京：
化学工业出版社.2010.4:
184～186.
[5]马文蔚，周雨青.物理学教程第二版.高等教育出版社.2006.11
附录1：
总体电路原理图
序号
名称
参数
数量
1
电源
6～9V
1
2
开关
1
3
电阻1
360Ω
1
4
电阻2
47KΩ
1
5
电阻3
1MΩ
1
6
电阻4
4.7KΩ
1
7
电阻5
1MΩ
1
8
电阻6
24KΩ
1
9
电容1
10μF
1
10
电容2
0.2μF
1
11
电容3
0.0047μF
1
12
电容4
0.0047μF
1
13
电容5
100μF
1
14
三极管VT1
BC548
1
15
三极管VT2
BC549
1
16
三极管VT3
BC549
1
17
二极管VD1
OA79
1
18
二极管VD2
OA79
1
19
发光二极管
1
20
硅光电二极管
1
附录2：
元器件清单
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