即拍亮延时小夜灯讲解.docx

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即拍亮延时小夜灯讲解

科技学院

课程设计说明书

课程设计名称：

模拟电路课程设计

课程设计题目：

即拍亮延时小夜灯

学院名称：

南昌航空大学科技学院

专业：

班级：

学号：

姓名：

评分：

教师：

2015年10月16日

科技学院

模拟电路课程设计任务书

2015－2016学年第一学期　第1周－4周

题目

即拍亮延时小夜灯

内容及要求

1、电路板布局合理，能够得到充分利用，元器件摆放平行、整齐，

焊接美观，线要走直。

2、做出的小夜灯要有延时的效果。

进度安排

1、2天查找资料、了解各个元器件的作用。

2、3天设计电路，并用仿真软件制作电路，检查电路图是否可用。

3、1天购买元器件。

4、焊接电路板、请老师指导检查。

5、书写设计报告。

学生姓名：

刘思庆

指导时间：

每周一至周五

指导地点：

八大楼111室

任务下达

2015年月日

任务完成

2015年月日

考核方式

1.评阅□　2.答辩□3.实际操作□　4.其它□

指导教师

徐新河

系（部）主任

邓洪峰

注：

1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘 要

随着人类社会的进步和电子科技的发展，人们想到并做到了用声音来控制灯泡的点亮，使得人来灯亮，人走灯熄。

这一方面迎合了当今所提倡的科学发展观，节省电能，另一方面也体现了科技的进步以及人类的聪明才智。

一拍即亮时小夜灯的制作是为了满足生活便利的要求，使得生活中的照明系统本实验通过综合运用声控脉冲触发电路，单稳态延时电路和功率驱动放大电路，通过调节电阻阻值来控制小夜灯的延时时间以及灵敏度，最后通过调试使其符合实验要求。

关键字：

NE555、延时、单稳态

前言...................................................................3

第六章参考文献.......................................................11

前言

科技发展为我们带来了许多方便，同样在灯光控制方面也带来了很多方便。

公共场所证明越来越朝着智能化，人性化方向发展。

声控系统不仅价格低廉，安装方便，而且也有很好的控制效果，因此声控灯有一个很好的应用前景。

生活中，好多地方都使用声控灯照明，一来节约了电资源，二来使用起来异常方便，不必在黑暗中摸索开关。

当然，实现光控不是一件容易的事，因为声音是模拟量且是非电信号，无法应用在数字电路中，所以我们在设计声控电路时面临的最核心的问题就是怎么把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号。

因此，我们首先要设计出一个接收设备，专门用来接听声音信号并将声音信号转化为电信号传送到下一级电路。

但是声控电路对声音信号的要求是既不能太强也不能太弱，太强难以控制，太弱则会使电路过于复杂，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。

当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大，这就要用到功放电路、运放电路、差分电路等。

根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，能提高输出电压。

如今，有了声音传感器，可以直接将声信号转换为电信号，大大简化了电路结构，使声控电路的设计更加容易。

完成了声信号到电信号的转换后，我们可以用产生的电信号去触发触发器使电路导通。

电路对元器件的要求也较高，特别是半导体器件要有较高的灵敏度。

只有各电参数精确稳定，才能使电路高效稳定的工作。

第一章系统组成及工作原理

1.1系统组成

系统组成结构：

声控脉冲触发电路→单稳态延时电路→功率驱动放大电路

原理总图：

图1.1原理图

1.2工作原理

1.2.1声控脉冲触发电路

声控脉冲触发电路要由咪头，三极管及电阻组成，声控脉冲触发电路为声音信号采集电路,利用咪头声音变化下电压发生改变的特性。

本实验所用的咪头如下图所示：

图1.2咪头

咪头，是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，是和喇叭正好相反的一个器件（电→声）。

是声音设备的两个终端，咪头是输入，喇叭是输出。

又名麦克风，话筒，传声器，咪胆等。

从其工作原理上可分为炭精粒式、电磁式、电容式、驻极体电

容式、压电晶体式、压电陶瓷式和二氧化硅式等种类，本次采用的是驻极体咪头。

采用咪头进行声电转换，咪头可当做一个声音传感器，与R1组成声控电路，将声音信号转换成电信号。

芯片LM324与电阻等连成一个两级电压放大电路，同时，电路中还有连接耦合电容起旁路作用。

555定时器与电阻、电容连接成单稳态触发器，实验时应选择灵敏度较高的发光二级管等元器件，延时可通过调节电容、电阻来实现，但一般不要使延时时间过长。

1.2.2单稳态延时电路

该延时电路可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。

RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。

在外加脉冲的作用下，单稳态时间取决于RC的参数值。

该电路所用主要元件是NE555芯片，它的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压。

当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

1.2.3功率驱动放大电路

功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。

它一般直接驱动负载，带载能力要强。

功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。

在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载。

在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择与保护问题也不容忽视，因此设计的电路中都需加入限流电阻保护电路。

第二章电路方案设计

2.1电路工作组成

咪头与晶体三极管VT1，电阻R1，和电阻R2等组成了声控脉冲触发电路，时基集成电路IC与电阻R3，电容器C等组成了典型单稳态延时电路，晶体三极管VT2，VT3和电阻R4，R5等组成了小电珠H的功率驱动放大电路。

整个电路的电源由干电池GB提供。

平时，由于晶体三极管VT1的偏流电阻R1取值较大，所以VT1趋于截止状态，其集电极输出电压高于1/3VDD=1.5V，与之相连的时基集成电路IC的低电位触发端2脚处于高电平，单稳态电路处于稳态。

电容器Ｃ两端通过IC的7，1脚被IC内部导通的三极管短路，IC的3脚输出低电平，VT2，VT3均无偏流而截止，小电珠H不发光。

当在有效距离范围内拍一下手掌时，突发的声波被咪头接收，并转换成微弱的电信号，该信号的正半周经VT1放大后，从其集电极输出负脉冲，时基集成电路IC的2脚获得瞬间低于1/3VDD=1.5V的低电平触发信号,使IC组成的单稳态电路受触发进入暂稳态（即延时状态）,IC的3脚输出高电平,VT2获得适合的偏流而导通,VT3进入完全饱和导通状态,小电珠通电发出亮光，随着IC的3脚变成高电平，IC内部导通的三极管截止，解除对电容器C的短路，电池GB通过电阻R3向电容器C开始充电，当C两端的充电电压（即IC的高电位触发端6脚电位）达到2/3VDD=3V时，单稳态电路翻转恢复稳态，IC内部三极管重新导通，C通过IC的7，1脚放电并被再次短路，IC的3脚重新输出低电平，导通到VT2，VT3失去偏流而截止，H断电自动熄灭。

电路中，小电珠H每次延时点亮的时间长短，取决于单稳态电路中电阻器R3，电容器C的时间常数，具体可以通过公式：

T=1.1*R3*C来估算。

按图选择R3和C的值，H延时点亮的时间约为1min。

在晶体三极管VT1电流放大系数β，R1电阻值确定的情况下，通过改变R2的电阻值，可调整静态时IC的2脚电位高低，也就是说，通过适当调整R2的电阻值，可以控制声控灵敏度。

2.2元器件选择

本实验电阻R1的阻值大小选为10MΩ，一般来说晶体管VT1的偏流电阻R1取值较大，VT1趋于截止状态，使得单稳态电路处于稳态。

电阻R2的阻值可以调整灵敏度，如果嫌声控灵敏度不高，可以通过适当增大电子R2的阻值来加以调整，反之可以减小R2的阻值来增加它的灵敏度，经过试验，最后确定用10kΩ的电阻可以使灵敏度比较合适。

R3的阻值和电容的值可以改变小夜灯延时时间，其计算公式是t=1.1*R3*C，小夜灯延时时间和电阻阻值大小成正比，实验中取用的是100K的电阻，使得小夜灯每次亮的时间

。

R4和R5两个电阻的作用是限流而保护电路，为了输出较大的信号功率，三极管承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，实验中选用R4为10kΩ，为R5为360Ω。

三极管VT1，VT2均选用9014型硅NPN小功率三极管，要求VT1的电流放大系数β>200，VT2的电流放大系数β>100，VT3选用9012型硅PNP中功率晶体三极管，要求电流放大系数β>50。

U1选用静态功耗很小的“555”时基集成电路，如5D7555或者ICM7555、CB7555、CH7555、SG7555型等，它是一种模拟、数字混合集成电路。

这种“555”时基集成电路的静态电流非常小，只有75uA左右，而且工作电压低。

第三章单元电路分析与设计

3.1单元电路分析

本实验的总体电路设计可以分为三个不同的组成部分来完成，其中由咪头，三极管及电阻组成声控脉冲触发电路，它作为声音信号采集电路使接收的声音信号转化为电信号。

而由NE555芯片，电阻等构成单稳态延时电路，可使得电路从一个稳态翻转到一个暂稳态，并且让小夜灯保持一定的延时时间。

最后，由三极管和电阻等组成功率驱动放大电路，可以实现较大的输出功率，满足小夜灯的照明要求。

3.2单元电路设计

3.2.1声控脉冲触发电路

延时小夜灯采用了谐振频率较高（约4K左右）的咪头作为声波传感器，所以对猝发的击掌声，硬物相碰撞声反应灵敏，而对于人们的讲话声以及环境其他低频率的嘈杂声，却反应不灵敏。

也就是说，电路具有比较好的防误触发性能。

3.2.2单稳态延时电路

延时时间是由NE555外围的电阻R3和极性电容C决定的，延时时间计算公式是t=1.1*R3*C；改变R3、C的大小就可以控制延时的长短。

本次试验中选择R3=100K,C=47uF,使得延时时间

。

电容、电阻的取值不应太大，随着t宽度的增加，它的精度和稳定度也会下降，同时小电珠会亮很久，造成资源的浪费。

取值太小，效果不明显，灯很快就灭了。

3.2.3功率驱动放大电路

一拍即亮小夜灯由三极管VT2，VT3和电阻R4，R5灯组成了系统的功率驱动放大电路，其中两个三极管组成了放大电路，R4和R5的作用是限流，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择与保护问题也不容忽视，因此设计的电路中都需加入限流电阻来保护电路。

第四章调试及测试结果与分析

该实验设计看起来比较简单，但实验前在机房的用multisim仿真时还是遇到了一些问题。

第一个问题就出现在用何原器件或仪器代替咪头以实现脉冲触发电路的功能，最后确定可以以函数信号发生器代替咪头。

仿真仪器准备好后，连接电路完毕，却发现灯泡并不能够理想的亮多长时间或者不亮或者一直亮，最后才知道是原理图里的原件常数并不适合本实验要求，经过很多次的改变实验常数，终于仿真出了理想的效果。

在连接号好电路后，如果灯亮便可视为实验成功，否则便可视为实验失败。

在调试的时候,灯泡要能够有延迟的特点,否则也不算成功的,还可能由于原件的原因，还有可能电路短路了,应仔细检查。

要注意灯泡和其他器件的电压上限。

实验仿真图如下所示，其中用示波器代替了咪头。

图4.1仿真图

在实验室领取好元件并排版好后，经过小心的焊接，终于做出了成品。

接通电源后，连接好电路后小夜灯并不亮。

因为VT3原本要求是PNP型小功率三极管，但因为一些原因我们焊上的是NPN型小功率三极管所以导致小夜灯没有电流通过，不亮。

最终焊出成品如下图所示：

图4.2实物图背面

图4.3实物图正面

第五章实验结论

经过独立自主的设计电路，翻阅查找各种资料，不仅学到了关于555芯片的知识，更加了解了555单稳态延时电路，而且增强了运用书本所学的理论知识到实践中的能力，对模拟电路充满了兴趣，从而增加了对模拟电路学习的热情。

通过预先设计的电路，然后再参考一些书籍上的电路并经过修改和创造，设计成了最终符合要求的电路原理图，并进一步了解和学习了整个电路的各个部分的具体工作原理，达到了理论的要求。

在焊接过程中，因为焊接三极管的时候忘了用镊子因热，导致三极管温度过高坏了一个，所以这给了我警示，在以后的实验操作中必须认认真真，小心操作，把损失减少到最少。

也懂得了在工作时要有耐心和细心，这两样缺一不可，并且在平日里就要养成这样的好习惯，会对以后的道路很有帮助。

第六章参考文献

[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，2012.

[2]华成英.模拟电子技术基础基本教程[M].北京：

清华大学出版社，2006.

[3]杨振江等.新颖实用电子设计与制作[M].西安：

西安电子科大出版社，2000.

附录：

元件清单

元件名称

型号数量

三极管

9014二个

9012一个

压电陶瓷片

FT-27（27mm）一个

555

5G7555一个

电容

47uF一个

发光二极管

一个

电阻

30KΩ一个

10MΩ一个

1.2MΩ一个

10KΩ一个

360Ω一个

干电池

1.5V3节

导线

若干

万用板

一块