基于模电的声光控延时开关课程设计doc.docx
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基于模电的声光控延时开关课程设计doc
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目声光控延时灯
学生姓名
专业班级
学号
院（系）
指导教师
完成时间2013.5.31
1课程设计的目的1
2课程设计的任务与要求1
2.1设计任务1
2.2设计要求1
3设计方案与论证2
3.1方案选择与论证2
3.2原理方框图3
4设计原理与功能说明3
4.1元器件选用原理3
4.2总体电路图6
5单元电路设计8
5.1声音放大电路8
5.2整流电路8
5.3光敏电路9
5.4电子开关9
5.5延时电路与交流开关10
5.6电源电路11
6硬件的制作与调试12
6.1电烙铁的使用12
6.2电子产品的调试与仿真13
7总结14
7.1心得体会14
7.2安装与制作15
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分钟内，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
从实验的主要内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，电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通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，参数可在一定范围内选用。
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，表示电容器内部短路。
若指针不动，始终指在R=无穷处，则意味着电容器内部短路或已失效。
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。
从晶闸管的内部分析工作过程：
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内无电荷，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）首先检查你的印刷电路是否设计正确，元器件位置是否安装正确。
特别是话筒、二极管、三极管、电容等极性不要装错。
（2）焊接质量尤其重要。
焊接时间较长易损坏元器件，焊点处理是否合理，有没有焊接点短路、虚焊、多余管脚是否剪去。
（3）烙铁使用日久后，烙铁头容易被“烧死”，即在表面出现一层黑色氧化物，而且变得凹凸不平。
“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡，需用锉刀将它重新挫亮。
尽量使用市场上出售的空心焊锡丝，它是将焊锡做成直径2～4毫米的细管状，在管内装进松香粉。
使用这种焊锡丝，能保护烙铁头不易被“烧死”。
（4）使用电烙铁一定要注意安全，使用前用万用表测一下电烙铁电源插头两端的电阻是否为正常值。
正常时20瓦烙铁的电阻约2000欧，45瓦的为1000欧，75瓦的为600欧，100瓦的约500欧。
电源插头与电烙铁外壳、烙铁头之间的电阻应接近无穷大，否则说明这把电烙铁漏电，不能使用。
2、电路的连接
在连接电路的时候，要严格按照电路图连接电路，也要注意烙铁与电路板接触的时间，不要烧坏电路板。
并在联好电路以后进行测量。
即使发现问题与改正。
6.2电子产品的调试与仿真
1.调试
调试时应先将光敏电阻的光挡住，将电灯的开关打开，在驻极体附近轻拍双手发出声音，这时灯亮，隔一段时间，在无其他声响发出的情况下，灯自动熄灭。
若用光照射光敏电阻，再用双手在驻极体附近重拍发出声音，这时灯不亮。
说明光敏电阻完好，本人实验成功。
若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。
2.仿真
仿真图如图6-1所示
图6-1仿真图
7总结
7.1心得体会
在本设计中介绍了声光控路灯控制器的组成、性能，适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。
白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。
夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节点。
回顾起此次传感器课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到模拟实践，学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
这次课程设计将我们学到知识应用到实践，深化了对传感器设计的认识，是我们从实践中获得新知。
本次设计还有很多的不足，做得比较辛苦效果也许不好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得这次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。
我希望我们都能从中收获很多，能把知识变成自己的东西。
在设计过程中，通过查阅资料，阅读文献，我学到了很多切实有用的分析方法和技巧，这对于我以后的学习有很大的帮助。
这更使我认识到，学习学的是方法，设计学的是思想。
因此，要多总结别人的方法，来形成自己的思想，这样学到的东西才实实在在。
在本电路的设计中，虽然我花去了很多的时间和精力，下了很大的功夫，因为实际的元件参数和外界环境的影响，和实际的理论值不太匹配，有些差异，使我明白了实践的重要性。
该电路从何用到了各种元器件，去图书馆查阅了相关的资料和书籍，并且上网也查询了相关的资料，获得了许多相关的信息，是我受益匪浅。
同时元器件的选择对本电路的成功与否也起着非常重要的作用。
在这两周时间里，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。
最后，真心感谢老师的耐心指导和悉心栽培，你们是我们前进的向导和成长的教练；感谢伙伴的支持与帮助，你们的坚毅与笑声给了我无尽的希望与欢乐！
7.2安装与制作
准备好全套元件后，用万用表粗略地（因出厂前已测量过）测量一下各元件的质量，做到心中有数。
焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。
晶体管的安装
各种晶体管在安装时要注意分辨它们的型号、出脚次序和正负极性；要注意防止在安装焊接的过程中对它们造成损伤。
小功率的三极管、场效应管和可控硅，封装外形有时完全相同，有些微型封装的器件，表面只能印一、两个标注字，容易混淆，应该尽量与它们的原包装一道拿取，一时用不完的要及时地放回原包装中去。
有时即使是同一种型号的器件，由于生产厂家不同、其出脚的次序也有变化，一定要认准其排列不要相互插错。
二极管的引出脚也有阴阳极之分，不能插反。
电阻的安装
安装电阻时要注意区分同一电路中阻值相同而功率不同、类型不同的电阻，不要相互插错。
小功率电阻大多采用卧式安装，并且要紧贴底板安装，以减少引线形成的分布电感。
电容的安装
瓷片电容安装时要注意其耐压级别和温度系数。
铝质电解电容、钽电解电容的正极所接电位一定要高于负极所接，否则将会增大损耗，尤其是铝质电解电容，极性接反工作时将会急剧发热，引起鼓泡、爆炸。
7.3焊接
焊接时烙铁头和焊锡靠近被元器件并认准位置，将烙铁头放在工件上进行加热，将焊锡丝放在工件上，熔化适量的焊锡，在送焊锡过程中，先将焊锡接触烙铁头，然后移动焊锡至与烙铁头相对的位置，这样做有利于焊锡的熔化和热量的传导。
此时注意焊锡一定要润湿被焊工件表面和整个焊盘。
待焊锡充满焊盘后，迅速拿开焊锡丝。
焊接完成后，检查一下焊点的质量看看有没有是否有错焊、漏焊、虚焊，再用手指触摸元器件有无松动、焊接不牢的现象，用镊子轻轻拨动焊接部或夹住元器件引线，轻轻拉动观察有无松动现象，确保在焊接这道工艺上不出错误。
参考文献
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西安电子科技大学，2002。
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清华大学出版社，1977。
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华中科技大学出版社，2002。
[4]周魏、黄雄华.数字逻辑电路·实验·设计·仿真[M]，成都：
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西安交通大学出版社，2009。
[6]熊发明、严俊、龙超等.新编电子电路与信号课程实验指导.北京：
国防工业出版社，2005。
附录一：
总体电路原理图
总体电路原理图
附录二：
元器件清单表
序号
型号或参数
作用
序号
型号或参数
作用
VT1
9013（NPN）
信号放大
R1
12KΩ
分压限流
VT2
9013（NPN）
开关
R2
2MΩ
基极偏置
VT3
9012（PNP）
开关
R3
100KΩ
集电极偏置
VD1
IN4148
整流
R4
100KΩ
限流
VD2
IN4148
整流
R5
3.9KΩ
偏置电阻
VD3
IN4148
和C4组成充电电路
R6
47KΩ
基极偏置
VD4
IN4007
检波
R7
12KΩ
偏置电阻
VD5～8（4个）
IN4007
整流
R8
12KΩ
放电延时
VW
稳压管
直流稳压6.8V
R9～10
51KΩ
降压
MCR
100-6
单向可控硅
RGM
光敏电阻
光控元件
BZ
<100W
灯泡
Mic
话筒
C1
1µF
偶合
C4
100µF
充放电电容
C2
1µF
偶合
C5
0.01µF
滤波
C3
220µF
滤波
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