电子蜡烛的设计说明.docx

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电子蜡烛的设计说明

毕业设计（论文）

（说明书）

题目：

电子蜡烛

姓名：

学号：

工业职业技术学院

####年#月##日

第一章……………………..前言

第二章……………………..电子蜡烛的概述

2.1……………………..蜡烛发展始

2.2……………………..产品功能介绍

第三章……………………..电子蜡烛原理图的组成及工作原理

3.1……………………..电子蜡烛电路的组成

3.2……………………..电源电路

3.2.1……………………..电源电路的组成及工作原理

3.2.2……………………..LM7809的功能及应用

3.3……………………..光电控制电路的组成及工作原理

3.3.1……………………..光电电路的组成

3.3.2……………………..光敏三极管

3.3.3…………………..晶闸管

3.4……………………..显示电路的组成及动作原理

3.4.1……………………..显示电路的组成及工作原图

3.4.2……………………..555定时器及其应用

3.4.3……………………..CD4017十进制计数器的结构及功能

3.5……………………..音乐奏鸣电路的组成及工作原理

3.5.1……………………..音乐奏鸣电路的组成及工作原理

3.5.2……………………..集成运算放大运算器

3.5.3……………………..话筒的结构及工作原理

3.5.4……………………..UM66系列音乐IC的结构及应用

第一章前言

自富兰克林发现电的那一天开始就已经注定电子时代的到来，在时间的推移中电子行业高速的发展着。

在日新月异的今天，电子行业的围已然成为国民经济的支柱产业。

随着人们生活水平的提高，人类对电子产品的要求走向高精度、易携带、价格低廉等方向发展，由此PCB产业的到了发展，在现今生活中凡是我们见过的电子设备都离不开PCB，小到电子手表、计算器、通用电脑，大到计算机、通迅电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子无器件，它们之间电气互连都要用到PCB。

循着身边电子仪器的更替，我们可以清晰地看到，经过改革开放后20多年尤其是新世纪以来最近几年的迅猛发展，国PCB产业由小到大，由弱到强，已经使中国昂首成为世界第一大PCB产出国，并以强劲的发展势头，全力冲击世界PCB产业高端领域。

正是出于对PCB产业的关注和好奇，我选择学习电子专业。

而在学习的历程中，我有幸学到这一门课程，使得我对这一行业有了进一步的了解，从中获得了学习的乐趣和好奇心得到满足的快感。

在21世纪的今天，环保以成为一个经久不衰的话题，为了响应环保人士的号召和我对PCB产业的热爱我选择了电子蜡烛这一课题为我大学期间的学习做总结。

第二章电子蜡烛的概述

2.1蜡烛的发展史

原始时代的火把是蜡烛的起源。

那时候原始人把脂肪或者蜡一类的东西涂在树皮或木片上，捆扎在一起，做成了照明用的火把。

公元前3世纪左右出现的蜜蜡就是我们今天所见的蜡烛的雏形。

1820年，法国人强巴歇列发明了三根棉线编成的烛心，使烛心燃烧时自然松开，末端正好翘到火焰外侧，因而可以完全燃烧。

但蜡烛还有待进一步完善，它的材料一般是有许多缺点的动物油脂，解决这一难题的是舍未勒尔等人。

1809年6月至7月间，法国科家舍夫勒收到一家纺织厂的来信，请他分析、确定他们寄来的一个软皂样品的成份。

在仪器设备非常简单、朴素的学校实验，他研究了皂化过程中需要使用的各种油脂。

经过大量实验，他第一次发现了这样的事实：

在一切油脂中，不论其来源如何，脂肪酸的含量均占95%，其余的5%则是皂化过程中生成的甘油。

通过研究他搞清了皂化过程的本质，同时他还有一项重大的发现：

当时用油脂做成的蜡烛，由于里面有甘油，燃烧时火焰带烟，气味难闻。

若改用硬脂酸做成蜡烛，燃烧时不仅火焰明亮，而且几乎没有黑烟，不污染空气。

舍夫勒尔把他的发现告诉盖一吕萨克，并建议两人共同研究如何具体解决这个问题。

他们用强碱把油脂皂化，再把得到的肥皂用盐酸分解，担取出硬脂酸。

这是一种白色物质，手摸着有油腻感，用它制成的蜡烛质地很软，价钱更加便宜。

1825年，舍夫勒尔用硬脂酸制成石蜡硬脂蜡烛，在人类照明史上开了一个新纪元。

现在，各种材料的工艺蜡烛已经成为销售的主流，透明的果冻蜡，各种颜色、各种形状、各种功能的艺术蜡烛更是层出不穷，相信以后随着各种技术的不断提高和各种蜡烛原材料的普及使用，艺术蜡烛定会发展到一个相当高的阶段。

到那时，蜡烛不再仅仅是简单的照明，而是融合了浪漫、艺术、养生、欣赏、照明、等等各种功能走入我们平常的生活之中。

2.2产品功能介绍

电子蜡烛，英文名称：

ElectonicCandlelight也称为电子LED蜡烛灯，七彩蜡烛灯，由刚开始的简单的模拟蜡烛的外形做出LED灯芯，发展到现在第4代第5代的个性化及礼品化。

特点：

安全环保，绝不发热，避免火焰着火现象的发生。

美观大方，适用于各种蜡烛台。

可当小夜灯用于照明，也可作其他装饰用。

适用于促销礼品、酒店、酒吧、家居装饰、教堂、万圣节、圣诞礼品等。

使用围及对象：

这是一款神奇的LED蜡烛灯：

集浪漫、情调、温馨、节日、狂欢于一体家居用品的特殊品味，可用于生日晚会，元宵灯会，中秋灯会，西方的圣诞节，万圣节灯，适用男女老少各个社会群体。

可用于赠送礼品，促销宣传礼品，广告礼品等等。

我所做的电子蜡烛模拟实际蜡烛，但是还是与现实有所差距，它具有的功能是用火点亮，吹一口气可以想起应景的想起符合氛围需求的音乐，美中不足的是熄灭蜡烛则需要自己手动控制。

原理图见附录。

第三章电子蜡烛原理图的组成及工作原理

3.1电子蜡烛电路的组成

图3-1为电子蜡烛的原理图，我将其分为几个模块，他由电源电路、感光控制电路、烛光显示电路以及音乐奏鸣电路组成。

图3-1

3.2电源电路

3.2.1电源电路的组成及工作原理

电源电路如图3-2所示，电路由12V的直流电源、LM7809稳压器0.1uF的电容C1和0.33uF的电容C2组成。

图3-2

工作原理：

电压经过C1的滤波至稳压器的1号引脚经3号引脚输出再由C2滤波输出9V的电压。

3.2.2LM7809的功能及应用

LM7809三端稳压器为LM78**系列中的一种。

由于用三端稳压器组成的稳压电源所需的外围元件极少，电路部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜，所以电子制作中经常采用。

LM78**系列输出电压有5V；6V；8V；9V；10V；12V；15V；18V；24V，最大输出电流为1.5A，其最常用的是T0-220和T0-202两种封装。

LM7809的三条引脚分别为输入端、接地端和输出端。

图3-2为常用稳压电路的连接方。

LM7809常用的封装方式是T0-220三端稳压器：

管脚向下，面对有型号一面，从左往右数，各管脚依次是：

1脚：

电压最高；

2脚：

电压最低；

3脚：

电压次之。

该系列集成稳压IC型号中的78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压,如LM7806表示输出电压为正6V。

LM7809的电参数

表1-1为LM7809相应的电参数。

表1—1（参照测试电路0℃

参数

符号

条件

最小

典型

最大

单位

输出电压

Tj=25°

8.65

9.35

5.0mA<=Io<=1.0A,Po<=15W

Vi=11.5V~24V

8.6

9.4

线性调整率

Regline

Tj=25℃

V1=11.5~25V

180

V2=12~17V

负载调率

Regload

Tj=25℃

Io=5mA~1.5A

180

Io=250~750mA

静态电流

Tj=25℃

5.0

8.0

静态电流变化

△IQ

Io=5mA~1.0A

0.5

V1=11.5~26V

1.3

输出电压漂移

△Vo/△T

Io=5mA

-1

mV/℃

输出噪声电压

f＝10~100Hz，TA=25℃

Ua/Vo

纹波抑制

VDrop

Io=1A,Tj=25℃

输出电阻

f＝1KHz

短路电流峰值电流

IPK

Tj=25℃

2.2

短路电流

ISC

Vi=35VTA=25℃

250

3.3光电控制电路的组成及工作原理

3.3.1光电电路的组成

光电控制电路由光电三极管、晶闸管、电阻R1、R2组成。

图3-4为光电控制电路。

图3-3

工作原理：

没有光照射到三极管时，三极管截止，使得晶闸管的门极G处的电压非常小，晶闸管截止使得电路不工作：

当有光照射时，三极管导通，进而晶闸管门极触发使得电路导通。

3.3.3光敏三极管

光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是他的集电极不只受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。

通常基极不引出引出线，只有集电极C和发射极

图3-4

e两个引脚，部结构和外形如图3-4所示而且外形和光敏二极管极为相似，很难区别开，需认真看清管壳外缘标注的型号，以免混淆。

光敏三极管的工作原理：

没有光照射时，其基极没有电流使得三极管截止；当具有光敏特性的PN结受到光辐射时，产生电流，由基极进入集电极使的三极管导通，并且在集电极回路中得到一个放大β倍的信号电流。

有时为了提高电压放大倍数，会光敏三极管与另一普通二极管制作在一个管芯，连结成复合管形式，称为达林顿型光敏三极管。

它的电压放大倍数很高（β=βlβ2），且允许输出较大电流，即电流放大倍数也很高（α=α1α2）。

但达林顿型光敏三极管的暗电流较大，非线性严重，温漂大以及抗干扰能力差，需在电路中增加抑制回路方能正常工作。

图（）是万州光电生产的达林顿型光敏三极管3DU030IR3，它是一款高速PIN硅光电接收三极管，外形为半圆柱，颜色黑色，具有体积小巧、接收灵敏的特征。

光敏三极管的应用

1.测量光亮度

通过光敏三极管附加电磁继电器，根据室光线的强弱，控制灯具的亮灭。

2.光电隔离

光敏三极管光电隔离的最典型应用就是光耦合器，电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光信号，被探测器接收转换成电信号，通过进一步放大，于是就有了电光电的转换。

3.非接触测量

当光线通过齿缝射到光敏管的窗口时，光敏管就输出一个低电平，旋转轴每转一圈就可得到60个脉冲，因此，每秒钟检测到的脉冲数恰好等于每分钟的转速值。

3.3.4晶闸管

1.晶闸管的简介

晶闸管全称晶体闸流管，曾称可控硅（SiliconControlledRectifier），简称SCR，1957年问世后逐步形成新兴的电力电子学科晶闸管在六七十年代获得迅速发展，除器件的性能与典雅、电流容量不断提高外，还派生出快速晶闸管、可关断晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管、双向晶闸管等，形成晶闸管系列。

2.晶闸管的结构

晶闸管是一种四层半导体器件，具有三个PN结，有三个引出极，阳极（A）、阴极（K）、门极（G），其外形符号如图3-5所示。

图3-5

常用有螺旋栓式与平板式，外形符号如图3-6所示。

图3-6

3.晶闸管的工作原理，如图3-7所示：

当晶闸管阳极A和阴极K之间加正向电压EA而控制极K不加电压时中间的PN结处

图3-7

于反向偏置，管子不导通，处于关断状态。

当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压EA，且控制极G和阴极K之间也加正向

电压EG时，外层靠下的PN结处于导通状态。

若V2管的基极电流为IG，则集电极电流Ic2为β2IG，V1管的基极电流IB1等于Vz管的集电极电流，因而V2的集电极电流Icl为βlβ2IG如，该电流又作为V2管的基极电流，再一次进行上述的放大过程，形成正反馈。

在很短的时间（一般几微秒）两只二极管均进入饱和状态，使晶闸管完全导通。

当晶闸管完全导通后，控制极就失去了控制作用，管子依靠部的正反馈始终维持导通状态。

此对管子压降很小，一般为0.6～1.2V，电源电压几乎全部加在负载电阻R上，晶闸管中有电流流过，可达几十至几千安。

要想关断晶闸管，必须将阳极电流减小到不能维持正反馈过程，当然也可以将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极之间加一反向电压。

综上所述，可得如下结论：

1）晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导通必须具有一定的条件：

阳极加正向电压，同时控制极也加正向触发电压（实际工作中，控制极加正触发脉冲信号）。

2）晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。

要使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：

一是将阳极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减小到零或使之反向。

4.晶闸管的伏安特性-

晶闸管的伏安特性，如图3-8所示：

图3-8

当I＝0晶闸管正向电压增加到正向转折电压钱，器件属于正向阻断状态，其正向漏电随正向电压的增高而逐渐增大，当正向电压达到A时管子从阻断状态转为导通，导通后器件的特性与整流二极管正向伏安特性相似。

当通入门极电流足够大时，正向转折电压降至极小，使得晶闸管一加正向阳极电压就导通，这种导通称之为触发导通。

当已导通管子阳极电流减小到维持电流时，管子又从导通返回正向阻断，晶闸管只能工作在阻断和导通两个状态。

晶闸管加反向阳极电压时，只流过很小的反向漏电流,当反向电压升高到反向击穿电压时，管子反向击穿损坏。

综上所述，可得出如下结论：

1）门极断开时，晶闸管的正向漏电流比一般硅二极管的反向漏电稍大，且随着管子的正向阳极电压的升高而增大。

2）晶闸管加上正向阳极电压后，还必须加上触发电压产生足够的触发电流才能使晶闸管导通。

3）晶闸管一旦被触发后门极失去作用。

4.国产晶闸管的标称

按照国家有关部门规定，晶闸管的型号及其含义如下：

3.4显示电路的组成及动作原理

3.4.1显示电路的组成及工作原图

图3-9

显示电路电路结构如图3-9所示，由CD4017十进制计数器U2、555定时器U1、烛光边缘黄色发光二极管D9~D26,位于烛光中心的黄色发光二极管D27，火焰锥中心桔色发光二极管D1~D8,电阻R2、R3、R4、R5、R6，电容C3以及NPN型三极管N1组成。

工作原理：

555定时器和R3、R2、C3无稳态多谐震荡器，图示参数所对应的震荡频率20Hz，当有电流通过时555定时器输出20Hz的方波电压给CD4017十进制计数器14脚，每来一个脉冲，计数就增加一次，是的烛光边缘的换色发光二极管（D9、D10），（D11、D12），（D13、D14）,（D15、D16），（D17、D18），（D19、D20）,（D21、D22）,（D23、D24）,（D25、D26）,D27从下到上各组依次发光，产生烛光从上到下的闪烁感.D1~D8同样受方波控制，当脉冲来临时三极管N1导通使得D1~D8导通并且与20Hz同步闪烁。

形成柔和，摇曳，敏感相间的烛光效果。

3.4.2555定时器及其应用

555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。

该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐

和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。

它的部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。

其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。

几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。

555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。

双极型的电压

图3-10

是+5V到+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压是+3V到+18V。

555定时器的电路结构

555定时器由电压比较器，G1、G2组成的基本RS触发器，集电极开路的放电管V和输出缓冲极G3三部分组成。

图3-10是其结构图。

工作原理

当5脚悬空时，两个电压比较器的基准电压为Vcc经3个50电阻分压后提供。

C1的基准电压U1为1/3Vcc时，阈值输入端（6脚）为其输入端。

当C2的基准电压U2为1/3Vcc时，触发输入端（2脚）为其输入端。

CO（5脚）为电压控制端，当外接固定电压U时，则U1=U、U2=U/2。

RD端为直接置0端，只要RD=0，便输出低电平，正常工作时，RD端必须为高电平。

555定时器的逻辑功能

当U11>U1、U12>U2时，比较器C1、C2输出u1=0、u2=1，基本RS触发器被置0。

Q=0，输出为0同时V导通。

当U11

Q=1，输出为1同时V截止。

当U11U2时，比较器C1、C2输出u1=1、u2=1，基本RS触发器保持原状态不变。

综上所述，555定时器的功能如表3-2所示。

表3-2

输入

输出

U11

U12

V状态

导通

>2Vcc/3

导通

<2Vcc/3

截止

<2Vcc/3

>2Vcc/3

不变

555定时器的使用

1.构成单稳态触发器，其电路结构如图3-11所示。

工作原理:

稳定状态

没有加触发信号时，ui为高电平，接通电源后，Vcc经电阻R对电容C1充电，但当C上得电压大于2Vcc/3时，电压比较器C1输出为0，而在此时，2脚为高点平且大于Vcc/3，电压比较器C2输出1，基本RS触发器置0，输出uo为0,于与此同时，三极管V导通，电容经三极管迅速放电，电容上的电压为0时，电压比较器C1输出为1，这时基本RS触发器的两个输入信号都为高电平，保持0状态不变。

所以，在稳定状态时，输出为0。

触发进入暂态

当输入ui由高电平跃到小于Vcc/3的低电平时，电压比较器c2输出0，由于此时电容电压为0，因此电压比较器输出为1，基本RS触发器被置1,输出uo为高电平，同时三

图3-11

极管截止，这时电源对C充电，，电路进入暂稳态，在暂稳态期输入电压回到高电平。

自动返回稳定状态

随着C的充电,电容C上得电压逐渐增大，当其上升到2Vcc/3时，比较器C1输出为0,由于输入ui是高电平，所以电压比较器C2输出为1，基本RS触发器0，输出uo为低电平，同时放电管V极管导通，电容经三极管放电，放电完毕电路返回稳定状态。

单稳态触发器的工作波形如图3-12所示。

图3-12

单稳态触发器输出脉冲宽度T为暂稳态维持的时间，它实际上为电容C上得电压由0V冲到2Vcc/3所需要的时间，可用下式估算：

T=RCln3=1.1RC

2.组成多谐震荡器，其电路结构如图3-13所示。

工作原理。

如图3-13

接通电源Vcc后，Vcc经电阻R1、R2对电容c充电，其电压由0按指数上升，当电压大于2Vcc/3时，电压比较器C1和C2输出分别为0和1，基本RS触发器被置0，输出

uo为0。

与此同时放电管V极管导通，电容经三极管放电，电路进入暂稳态。

随着电容放电，其电压随之下降，当电压下降到Vcc/3时，电压比较器C1和C2输出分别为1和0，基本RS触发器被置1，uo有低电平跃到高电平，同时放电管V截止，

电源又经电阻R1、R2对电容c充电，电路又返回到前一个暂稳态。

因此，电容上的电压将在Vcc/3和2Vcc/3之间来回充电和放电，从而产生了震荡，输出矩形脉冲。

图3-14为多谐振荡器的工作波形。

由图得出多谐震荡器的振荡周期T为

T=T1+T2

T1为电容C上电压由Vcc/3充到2Vcc/3所需的时间，充电回路的时间常数为（R1+R2）*C。

T1可用下式估算：

T1=（R1+R2）*Cln2=0.7（R1+R2）*C

T2为电容C上电压由2Vcc/3降到Vcc/3所需的时间，放电回路的时间常数为R2*C。

图3-14

T2可用下式估算：

T2=R2*Cln2=0.7R2*C

所以多谐震荡器的震荡周期T为

T=T1+T2=0.7（R1+2R2）*C

震荡频率为

f=1/T=1.44/（R1+2R2）*C

3.4.3CD4017十进制计数器的结构及功能

CD4017十进制计数器的引脚功能

CD4017十进制计数器，又称脉冲分配器，是一个具有十六个引脚的集成电路，其中有

10个译码输出端。

CP，CR，INH为输入端。

其结构图如图3-12所示。

CD4017采用标准的双列直插式脚塑封，它的引脚如图3-15所示

1脚：

第5输出端

2脚：

第1输出端输出端

3脚：

第0输出端，电路清零时，该端为高电平

4脚：

第2输出端

5脚：

第6输出端

图3-15

6脚：

第7输出端

7脚：

第3输出端

8脚：

电源负极

9脚：

第8输出端

10脚：

第4输出端

11脚：

第9输出端12脚：

级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲时，就可以得到一个计数器的时钟信号

13脚：

时钟输入端，脉冲输入端，脉冲下降沿有效

14脚时钟输入端，脉冲上升沿有效15脚：

清零输入端，在该管脚加高电平或正脉冲时，CD4017计数器各计数单元输出低电平“在译码器中，只有对应“中，各计数单元输出低电平“0”，在译码器中，只有对应“0”状态的输出端3态的输出端3脚为高电平

16脚：

电源正极，可以使用3～18V直流电源供电

部结构及工作原理

它是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组。

其部结构图如图3-16所示：

图3-15

图中的D触发器Fl~F5构成了十进制约翰逊计数器，门电路5~14构成了时序译码电路其中的D触发器。

约翰逊汁数器的结构比较简单。

它实质上是一种串行移位寄存器。

除了第3翰逊汁数器是通过门电15、16构成的组合逻辑电路作用于F3的D3端以外，其余各级均是将前一级触发器的输出端连接到后一级触发器的输入端D计数器最后一级的Q5端连接到第一级的D1端。

这种计数器具有编码可靠，工作速度快、译码简单，只需由二输入瑞的与门即可译码，有编码可靠，工作速度快、译码简单，只需由二输入瑞的与门即可译码，且译码输出无过渡脉冲干扰等特点。

通常只有译码选中的那个输出端为高电平，其余输出端均为低电平。

工作状态表如下

表3-3

输入

输出

INT

Q0~Q9

计数脉冲为Q0~Q4时，CO=1

↑

计数

↓

保持

计数脉冲为Q5~Q9时，CO=0

↓

↑

下图为其工作状态图。

图3-16

3.5音乐奏鸣电路的组成及工作原理

3.5.1音乐奏鸣电路的组成及工作原理

音乐奏鸣电路的组成（图3-17）：

运算放大器U4、U5，555定时器U

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