模拟电路课设报告声控灯的设计.docx

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模拟电路课设报告声控灯的设计

辽宁师范大学

《低频电子线路》课程设计

（2009级本科）

题目：

声控灯的设计

学院：

物理与电子技术学院

专业：

电子信息工程

班级：

班级学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：

2011年6月23日

声控灯的设计

目录

摘要----------------------------------------------1

第一章声控灯元件的介绍及检测---------------------2

1.1声控灯电路所需电器元件-----------------------2

1.2各部分器件介绍-------------------------------2

第二章声控灯的工作原理---------------------------7

2.1声控灯原理及说明-----------------------------8

2.2原理小结-------------------------------------------8

第三章焊接及调试---------------------------------9

3.1主要仪器和仪表-------------------------------9

3.2焊接及调试----------------------------------10

参考文献-----------------------------------------12

收获体会-----------------------------------------13

摘要

光控电路有着广泛的应用。

比如城市中的路灯或楼道照明等一般都是由人工操作的,如果采用光控电路,根据光线的强弱来自动开启和关闭照明灯,做到无人自动控制,可以减轻工人的劳动强度,有效的节约能源。

但光控电路有其缺陷,就是夜晚无光线的时候,照明灯将一直工作着,这样会造成资源的浪费,也会缩短照明灯的寿命。

这时若在光控电路的基础上添加一个声控电路,使得照明电路在无光线的时候,只受声音的控制,当有脚步声或其它较强声响的时候,照明电路自动工作。

当声音消失的时候,照明灯自动熄灭,这就需要在光控电路和声控电路联合工作的条件下添加一个延时电路,使照明灯点亮后,延时一定时间后自动熄灭。

声控灯的制作目的是通过声控灯的制作，提高学习电路知识的兴趣，掌握元器件的测试方法，掌握自己制作印制电路板的方法，锻炼实际动手操作能力。

声控灯顾名思义，声控灯即是用声旨束控制电灯亮灭或亮度强弱的一种灯具，控制某一用电负载的方法多种多样，用光的强弱控制的称光控，用温度高低控制的你温控，用磁场强弱控制的称磁控，还有依靠压力、湿度的等等。

使用这种照明电路,人们就不必在黑暗中摸索开关,也不必再担心点长明灯费电和损坏灯泡了。

夜间只要有脚步声或其它较强的声响时,灯便自动点亮,延时一定时间后自动熄灭。

特别适用自动控制路灯照明以及走廊和楼道等处的短时照明。

关键词

光控电路声控电路自动响应

第一章声控灯元件的介绍及检测

1.1、声控灯电路所需电器元件

驻极体话筒、电阻、光敏电阻、电位器、电容、电解电容、三极管（NPN、PNP）、二极管、发光二极管

1.2、各部分器件介绍

1.2.1驻极体话筒

1、驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。

属于最常用的电容话筒。

由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。

构造与原理驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。

声电转换的关键元件是驻极体振动膜。

它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。

然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。

膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。

膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。

这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。

当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。

驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。

因而它的输出阻抗值很高（Xc＝1／2~tfc），约几十兆欧以上。

这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。

所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。

场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。

普通场效应管有源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个极。

这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。

接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。

场效应管的栅极接金属极板。

这样，驻极体话筒的输出线便有三根。

即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。

2、驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。

高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷（Q），由于没有放电回路，这个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。

电容上电荷的公式是Q＝C×V，反之V＝Q/C也是成立的。

驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。

最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。

由于场效应管时有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。

3、驻极体话筒价格很低，损坏后做更换处理，关于驻极体话筒选配要注意以下几点：

（1）两根和三根引脚的驻极体话筒之间不能直接替代，一般情况下也不做改动电路的代替。

（2）这种话筒没有型号之分，相同引脚数的话筒可以代替，只是存在性能上的差别。

1.2.2电阻器

电阻器的种类有很多，通常分为三大类：

固定电阻、可变电阻、特种电阻。

电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。

电阻小的物质称为电导体，简称导体。

电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。

1.2.3光敏电阻

光敏电阻是一种电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的原件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。

光敏电阻器又叫光敏电阻，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，一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转化为电的变化）。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子一空穴对，参与导电，使电路中电流增强。

1.2.4电位器

电位器是可变电阻器的一种。

通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。

　　电位器的作用——调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。

电位器的结构特点——电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。

电位器是一种可调的电子元件。

它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。

当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。

它大多是用作分压器，这时电位器是一个四端元件。

电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节电位器是一种可调的电子元件。

用于分压的可变电阻器。

在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。

触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。

按材料分线绕、炭膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器（呈线性关系）、函数电位器（呈曲线关系）。

主要参数为阻值、容差、额定功率。

广泛用于电子设备，在音响和接收机中作音量控制用。

1.2.5电容器

电容（或电容量，Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）。

一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。

也是电容器的俗称。

电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量。

我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。

电容器从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质（就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回路的情况下，刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显，可能电荷会永久存在，这是它的特征），它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。

主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。

1.2.6电解电容

电解电容是电容的一种，金属箔为正极（铝或钽），与正极紧贴金属的氧化膜（氧化铝或五氧化二钽）是电介质，阴极由导电材料、电解质（电解质可以是液体或固体）和其他材料共同组成，因电解质是阴极的主要部分，电解电容因此而得名。

同时电解电容正负不可接错。

电解电容器特点一：

单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。

电解电容器特点二：

额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f（但不能和双电层电容比）。

电解电容器特点三：

价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。

制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。

1.2.7三极管（NPN、PNP）

半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。

在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。

中间的N区（或N区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基

极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。

三极管工作状态有三种，放大、饱和、截止，其中又以放大状态最为复杂，主要用于小信号的放大领域，常用的三极管放大电路形式有：

共发射极放大电路，共集电极放大电路，共基极放大电路三种，其中共集电路用于电流放大（功率放大），共基电路用于高频放大，共射电路用于低频放大。

晶体三极管，是最常用的基本元器件之一，晶体三极管的作用主要是电流放大，他是电子电路的核心元件，现在的大规模集成电路的基本组成部分也就是晶体三极管。

三极管基本机构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

发射极箭头向外。

发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。

硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型.

三极管是一种控制元件，三极管的作用非常的大，可以说没有三极管的发明就没有现代信息社会的如此多样化，电子管是他的前身，但是电子管体积大耗电量巨大，现在已经被淘汰。

三极管主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。

但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的电流放大作用。

1.2.8二极管

二极管又称晶体二极管,简称二极管（diode）;它只往一个方向传送电流的电子零件。

它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。

晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场得阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。

这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。

当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管导通，电流随电压增大而迅速上升。

在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。

外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流，由于反向电流很小，二极管处于截止状态。

这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。

外加反向电压不超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种形象称为电击穿。

引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。

电击穿时二极管失去单向导电性。

如果二极管没有因电击穿而引起过热，则单向导电性不一定会被永久破坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复，二极管就损坏了。

因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。

二极管是一种具有单向导电的二端器件，有电子二极管和晶体二极管之分，电子二极管现已很少见到，比较常见和常用的多是晶体二极管。

二极管的单向导电特性，几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

二极管的管压降：

硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，锗管正向管压降为0.3V，发光二极管正向管压降为随不同发光颜色而不同。

主要有三种颜色，具体压降参考值如下：

红色发光二极管的压降为2.0--2.2V，黄色发光二极管的压降为1.8—2.0V，绿色发光二极管的压降为3.0—3.2V，正常发光时的额定电流约为20mA。

二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。

1.2.9发光二极管

发光二极管简称为LED。

由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。

在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。

磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。

常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

　　发光二极管的反向击穿电压约5伏。

它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。

第二章声控灯的工作原理

声控灯原理图

声控灯的设计PCB图

2.1声控灯原理及说明

1、当有光照时，光敏电阻阻值很小，接近接地，所以二极管左端是低电平，二极管不能导通，整个电路都不工作，此时，发光二极管不亮；

2、当无光照时，光敏电阻阻值变大，VCC供电，二极管左侧是高电平，此时调节电位器，使二极管左侧电位降低，使发光二极管不能发光，此时，电解电容充点；

3、当无光照时，给麦克一个声音信号，麦克经声音信号转换成微小的电信号，经三极管三级放大之后，电压加到发光二极管能正常发光，此时，电解电容放电使发光二极管能亮一段时间，待电容放电完毕，发光二极管熄灭。

2.2原理小结

本电路是声光控制灯的电路，当有光时，无论是否有声音，发光二极管都不亮；无光时没有声音不亮，有声音时经过麦克把声音信号转换成电信号，再由三极管放大，使发光二极管正常发光，再由电容放电供电，是二极管能亮一段时间，放电完毕之后二极管熄灭。

第三章焊接及调试

3.1主要仪器和仪表

3.1.1覆铜板

覆铜板--又名基材，将补强材料浸以树脂，一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料，称为覆铜箔层压板。

它是做PCB的基本材料，常叫基材。

当它用于多层板生产时，也叫芯板（CORE）

3.1.2制版机

制版机是由计算机直接制版的印前设备。

CTP制版就是采用数字化工作流程，直接将文字、图象转变为数字，直接生成印版，省去了胶片这一材料、人工拼版的过程、半自动或全自动晒版工序。

CTP制版相比传统制版，最大的特点是免去出菲林这一步骤。

CTP制版机一般分成内鼓式，外鼓式，平板式，曲线式四大类。

在这四种类型中，目前使用的最多的是内鼓和外鼓式；其中性能比较好的高档CTP制版机都采用的是外鼓式。

CTP制版技术有热敏成像技术和光敏成像技术，目前运用最广，性能最稳定的是光敏成像技术。

3.1.3打孔机

日常办公中使用最多的手动打孔机，具有价格低廉、带有定位标尺、外观小巧、使用简单方便的特点。

3.1.4示波器

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。

它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。

示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。

在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。

利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

3.1.5稳压电源

稳压电源是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。

包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。

3.1.6万用表

万用表又叫多用表、三用表、复用表，万用表分为指针式万用表和数字万用表引。

是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数（如β）。

3.1.7电烙铁

电烙铁是电子制作和电器维修必工具，主要用途是焊机元件及导线，按结构可分为内热式电烙铁和外热式电烙铁，按功能可分为焊接用电烙铁和吸锡用电烙铁，根据用途不同又分为大功率电烙铁和小功率电烙铁。

内热式的电烙铁体积较小，而且价格便宜。

一般电子制作都用20W-30W的内热式电烙铁。

当然有一把50W的外热式电烙铁能够有备无患。

内热式的电烙铁发热效率较高，而且更换烙铁头也较方便。

3.1.8焊剂

焊锡是在焊接线路中连接电子元器件的重要工业原材料，作用是除去油污，防止焊件受热氧化，增强焊锡的流动性，广泛应用于电子工业、家电制造业、汽车制造业、维修业和日常生活中。

3.2焊接及调试

3.2.1制作电路板

将PCB图打印出来，用转印机转印到覆铜板上，用氯化铁腐蚀覆铜板，然后进行打孔，整个电路板就做好了，可以进行元件的焊接了。

3.2.2焊接顺序及方法

先测量，作好记录、清洁、挂锡焊接、最后在检查测量。

在进行硬件安装的过程中，遇到了很多的问题。

第一次使用电路板，对它内部的连接并不熟悉，从而出现了很多的错误。

首先是安装元件，把他们的位置摆放好。

两两之间的关系在电路板上有一个好的体现，使人一目了然，而且要达到美观和线路连接简易，尽量用到最少的线，是它看起来不乱。

然后要做的就是分析电路图，在电路板上配线，用到的工具有各种钳子，镊子等。

焊点的质量直接关系到整块电路板能否正常工作，也是每个操作人员要学会并掌握的基本功。

焊接方法：

1、右手持电烙铁。

左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。

焊接前，电烙铁要充分预热。

烙铁头刃面上要吃锡，及带上一定量焊锡。

2、将烙铁头刃面紧贴在焊点处。

电烙铁与水平面大约成60度角。

以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。

烙铁头在焊点处停留的时间控制在2~3秒钟。

3、抬开烙铁头。

左手仍持元件不动。

待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。

4、用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。

声控灯的设计实物图

3.2.3调试

待线路连接好了之后，进行调试。

正确的现象是接通电源灯不亮，将光敏电阻遮住，灯也不亮，拍一下手，灯亮，过几秒之后灯灭。

但在我们的设计过程中出现了错误：

1、电路图出现错误，调试没有结果之后，将电路图改动，删除一个电阻，改动连线以后电路正确；

2、话筒正负极接反，由于对话筒机构不了解，没有分不清正负，导致正负接反，使话筒没起作用；

3、电位器阻值较大，开始调节是一直不出现象，最后调节到较小时才出现正确的现象。

参考文献

[1]康光华《电子技术基础模拟部分（第五版）》北京高等教育出版社2006

[2]赵静《电路的计算机辅助设计课程实践》大连辽宁师范大学出版社2010

[3]XX百科XX文库

收获体会

经过两个星期的课程设计，从绘制原理图到自己亲手做电路板，在这当中我学到了好多好多，从刚开始的情绪高涨到调试不出结果的失落，更让我觉得这次课程设计有意义。

这是第一次做课程设计，虽然仅仅做出的是一个小产品，很简单，但大大提高了我们的动手能力，也对于所学的模电也有更好的理解，从理论到实践的提高让我获益良多。

对于我们所学的电子类专业，动手实践是少不了的，这次课程设计还对于我们以后就业打下了一个基础，也给我们一个启发，这次课程设计的顺利进行，我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，从中得到了以前书本知识所不曾得到的知识。

更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性，增强了我对技术方面的认识，掌握了分析处理方法，调试、计算等基本技能的训练，具有一定程度的实际工作能力。

面对如此激烈的市场竞争体系，只有努力掌握好电子技能知识放可在竞争中立于不败之地，我对从事电子产品的开发和研究充满了兴趣。

希望自己以后通过自己的不断的努力获得更多的工艺和电子技术。

这次课程设计终于完成了，过程中遇到了很多问题，多亏了老师的辛勤指导，让问题迎刃而解，这个设计基本上我还算满意，得到了预想中的结果，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

同时，在老师身上也学到了很多实用的知识，让我受益匪浅，再次对老师表示忠心的感谢。