光敏百灵鸟电路课程设计教材.docx
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光敏百灵鸟电路课程设计教材
第一章：
绪论
第二章：
光敏百灵鸟电路及其原理
第三章：
元器件介绍以及测试
2.1电阻的测试
2.1.1光敏电阻
2・1.2热敏电阻
2・1.2湿敏电阻
2.2电容的测试
2.2.1陶瓷电容
2.3三极管的测试
2.4555芯片
第四章：
制作与调试
小结
参考文献
第一章：
绪论
光敬百灵鸟电路中，555和Rl、RG1、C1等组成多谐振荡器，光敬电阻RG1是利用光致导电的特性，它的阻值会随照射光的强度而变化，当光照射时阻值小,光照弱时阻值大。
本电路利用这一光敬特性，来改变振荡器的充放电的时间的常数，从而改变多谐振荡器的频率，本电路的振荡频率为：
二1.44（R1+RG1）C1,555输出的可变频率信号经过R2限流后，驱动三极管VT1带动扬声器发出多变的鸣叫声。
如果手拿实验电路板移动，扬声器就会随这移动时光照强度的变化，发出多变的鸣叫，如果将本电路放置在霓虹灯前，则扬声器就会随着光线强度变化无穷的音色。
第二章：
光敏百灵鸟电路及其原理
如图1所示，该电路是以时基电路555芯片为核心组成的，振荡频率曲R1、RG1、C1决定。
当加入电源时，即可产生断续的音调变化的类似白灵鸟鸣叫的声音。
多谐振荡器乂称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。
多谐振荡器可用作方波发生器。
加上电源后，电容器C1经外接电阻R1与RG1111Vcc充电，电容器C1两端电压一直上升到2/3Vcc（第六脚之临界电压），于是触发555的笫三脚的输出为低电平0。
此外，集成电路内部放电管被驱动而导通，使得第七脚接地，将电容C1上的电荷经电阻RG1放电，电容器的电压就开始下降，直到它降到触发端1/3Vcc,正反器再次被触发，使第三脚输出回到高电平1,且放电管截止，于是电容器C1再次经由电阻R1及RG1充电，重复这些动作就会产生振荡。
充电路径：
由Vcc出发，经由R1及RG1至电容器Clo
放电路径：
山电容器Cl出发，经IIIRG1至NE555之第七脚。
频率f=1.44/（Rl+2RGl）C
10k
R2
—"VW
WO
VCC
TRIGGERRESETOUTPUTCONTROLTHRESHOLDDJSCHARGE
GND
555D
图1光敬白灵鸟电路原理图
第三章：
元器件介绍以及测试
2.1电阻的测试
将万用表打到欧姆档，分别将两根表棒接到电阻的两端，正确读出万用表的读数，该读数就是电阻的阻值。
2.1.1光敏电阻
定义：
电阻值随入射光强弱变化而明显变化的光敬元件
光敬电阻器简介：
光敬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。
主要用于光的测量、光的控制、和光电转换。
图2光敏电阻器
如图：
光敬电阻器都制成薄片结构，以便能吸收更多的光能。
该类电阻器的特点是入射光越强，电阻值就越小，入射光越弱，电阻值就越大。
如声控灯中釆用了光敏电阻器座为白天控制灯光的装置。
光敬电阻的工作原理是基于内光电效应。
在半导体光敬材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敬电阻，为了增加灵敬度，两电极常做成梳状。
用于制造光敬电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和晞化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光墩电阻体
图3光敏电阻原理图
及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种山光照产生的电子一空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，山光子激发产生的电子一空穴对将复合，光敬电阻的阻值也就恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。
光敬电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。
半导体导电能力取决于半导体导带内载流子数U的多少
2.1.2热敏电阻
热敬电阻器是敬感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敬电阻器（PTC）和负温度系数热敬电阻器（NTC）。
热敬电阻器的典型特点是对温度敬感，不同的温度下表现出不同的电阻值。
正温度系数热敬电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敬电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。
热敬电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敬感元器件.热敬电阻山半导体陶瓷材料组成，热敬电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。
温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敬的温度传感器。
但热敬电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。
制造商给不出标准化的热敬电阻曲线。
热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。
但热敬电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敬感。
利用的原理是温度引起电阻变化.若电子和空穴的浓度分别为n、p,迁移率分别为Un、UP，则半导体的电导为：
o二q（nUn+pPp）
因为n、p、》n、up都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可山测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线.这就是半导体热敬电阻的工作原理.
热敬电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敬电阻，以及临界温度热敬电阻（CTR）。
热敬电阻的主要特点是：
1灵敬度较高，其电阻温度系数要比金属大10〜100倍以上，能检测出
10-6°C的温度变化；
2工作温度范围宽，常温器件适用于-55°C〜315°C,高温器件适用温度高于315°C（目前最高可达到2000°C）,低温器件适用于-273°C〜55°C；
3体积小，能够测量其他温度讣无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；
4使用方便，电阻值可在0.1〜100kQ间任意选择；
5易加工成复杂的形状，可大批量生产；
6稳定性好、过载能力强。
图4热敬电阻器
当电路正常工作时，热敏电阻温度与室温相近、电阻很小，串联在电路中不会阻碍电流通过；而当电路因故障而出现过电流时，热敬电阻山于发热功率增加导致温度上升，当温度超过开关温度（ts,见图1）时，电阻瞬间会剧增，回路中的电流迅速减小到安全值.为热敬电阻对交流电路保护过程中电流的变化示意图。
热敏电阻动作后，电路中电流有了大幅度的降低，图中t为热敬电阻的动作时间。
山于高分子ptc热敏电阻的可设计性好，可通过改变自身的开关温度（ts）来调节其对温度的敬感程度，因而可同时起到过温保护和过流保护两种作用，如ktl6-1700dl规格热敏电阻山于动作温度很低，因而适用于锂离子电池和傑氢电池的过流及过温保护。
环境温度对高分子Ptc热敬电阻的影响高分子ptc热敬电阻是一种直热式、阶跃型热敬电阻，其电阻变化过程与自身的发热和散热情况有关，因而其维持电流、动作电流及动作时间受环境温度影响。
当环境温度和电流处于d区时，热敬电阻发热功率大于散热功率而会动作；当环境温度和电流处于b区时发热功率小于散热功率，高分子ptc热敏电阻山于电阻可恢复，因而可以重复多次使用。
图6为热敬电阻动作后，恢复过程中电阻随时间变化的示意图。
电阻一般在十儿秒到儿十秒中即可恢复到初始值1.6倍左右的水平，此时热敬电阻的维持电流已经恢复到额定值，可以再次使用了。
面积和厚度较小的热敬电阻恢复相对较快；而面积和用度较大的热敬电阻恢复相对较慢。
2.1.2湿敏电阻
湿敬电阻是利用湿敬材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。
工业上流行的湿敏电阻主要有:
氯化锂湿敏电阻，有机高分子膜湿敬电阻。
图5湿敬电阻器特性及用途
*温度的依存性小*空调，加湿器,除湿机
*磁滞小*楼宁空调
*再现性和应答性良好*事务设备
*湿度感知范围广*礼品（时钟，天气预报讣）
*小型，轻量*干燥机
2.2电容的测试
测量电容器时用电阻档，电容量越大所选量和越小，有充放电能力初步判断是好的，再测量一下反向测量一下电阻越大越好，在路测量要先放电，以免损坏电表。
2.2.1陶瓷电容
陶瓷电容器（ceramiccapacitor；ceramiccondenser）就是用陶瓷作为电介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后经低温烧成银质薄膜作极板而制成。
它的外形以片式居多，也有管形、圆形等形状。
陶瓷电容器是以陶瓷材料为介质的电容器的总称。
其品种繁多，外形尺寸相差甚大。
按使用电压可分为高压，中压和低压陶瓷电容器。
按温度系数，介电常数不同可分为负温度系数、正温度系数、零温度系数、高介电常数、低介电常数等。
此外，还有I型、II型、III型的分类方法。
一般陶瓷电容器和其他电容器相比，具有使用温度较高，比容量大，耐潮湿性好，介质损耗较小，电容温度系数可在大范圉内选择等优点。
广泛用于电子电路中，用量十分可观。
图6陶瓷电容器
2.3三极管的测试
1杆判定基极
用万用表RX100或RXlk挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。
当用第一根表笔接某一电极，而笫二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。
这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b。
黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则可判定被测三极管为P\P型管；如果黑表笔接的是基极b,红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为型管。
2杆判定集电极c和发射极e
（以P\P为例）将万用表置于RX100或RX1K挡，红表笔基极b,用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。
在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。
3杆判别高频管与低频管
高频管的截止频率大于3MHz,而低频管的截止频率则小于3MHz,—般情况下，二者是不能互换的。
4杆在路电压检测判断法
在实际应用中、小功率三极管多直接焊接在印刷电路板上，山于元件的安装密度大，拆卸比较麻烦，所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡，去测量被测三极管各引脚的电压值，来推断其工作是否正常，进而判断其好坏。
2.4555芯片
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外，还有对应的双定时器536/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V〜16V工作，7555可在3〜18V工作，输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
553的8脚是集成电路工作电压输入端，电压为5〜18V,以UCC表示；从分压器上看出，上比较器A1的5脚接在R1和R2■之间，所以5脚的电压固定在2UCC/3上；下比较器A2接在R2与R3之间,A2的同相输入端电位被固定在UCC/3上。
它的各个引脚功能如下：
1脚：
GND（或％）源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：
TR低触发端。
3脚：
OUT（或Vo）输出端。
4脚：
R是直接清零端。
当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、
TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
CO（或VC）为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01HF电容接地，以防引入干扰。
6脚：
TH高触发端。
7脚：
D放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
电阻分圧器由三个5kQ的等值电阻串联而成。
电阻分压器为比较器Cl、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc,加在同相输入端，比较器C2的参考电压为l/3Vcc,加在反相输入端。
比较器山两个结构相同的集成运放Cl、C2组成。
高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。
基本RS触发器的输出状态受比较器Cl、C2的输出端控制。
8脚:
VCC（或VDD）外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5〜16V,CMOS型时基电路VCC的范II为3〜18V。
一般用5Vo
S4
图7555芯片内部框图
图8555芯片引脚图
表1555定时器的逻辑功能表
输入
输出
Uh
UI2
Uo
V状态
X
X
0
0
导通
>2/3Vcc
>l/3Vcc
1
0
导通
<2/3Vcc
1
1
截止
<2/3Vcc
>1处
1
不变
不变
第四章：
制作与调试
3.2光敏百灵鸟的制作与调试
操作步骤：
1、配齐元件和其他附件，并对元件进行检测。
2、根据电路图合理安排元件安装位置和走线。
工艺要求
3、安装元件，检查无误后下焊。
工艺要求
4、按图接线。
调试：
当用手或用其他不透光物体遮挡光敏电阻，随着光敬电阻所受光多少，蜂鸣器发出不同频率的声音，像鸟的叫声，即达到了设计要求。
如果没有出现预期的效果，那就要回过头仔细检查错误。
一直到达到设计要求为止。
然后把光敬电阻分别换成热敬电阻、湿墩电阻，听一下蜂鸣器有无声音。
根据热敬电阻、湿敬电阻的使用方式及特点调节，直至达到设计要求为止。
（b）
图9光敬口灵鸟电路板实物图
小结
通过这次课程设讣，增强了我们的动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中，方案的选择、电路原理图的设讣和芯片上的选择，经常会遇到这样那样的情况，耗费在这上面的时间很多，两个同学一组的安排也让我们能够认识到合作的重要性，加深对团队精神的认识，同时在设计过程中，从同学间的交流中学到了不少的知识。
此外，还有老师在实验室不倦地指导和教诲，帮助我们更好地理解和解决问题，非常感谢他们，没有他们我们不可能做好。
在做课程设计的同时也加强了对课本知识的巩固，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，这次给了我们一个更好的了解了元件的功能的机会，并且对元器件在电路中的使用有了更多的认识。
这次课程设计使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。
这次课程设计，学到很多东西。
通过对电路系统的设计制作使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。
参考文献
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