模电课程设计声控灯开关+课题报告.docx
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模电课程设计声控灯开关+课题报告
模电课程设计声控灯开关
一设计的目的和任务…………………………………………………3
二设计要求……………………………………………………………3
三总体框图设计………………………………………………………3
四功能设计……………………………………………………………3
4.1VCC值的确定…………………………………………………5
4.2延迟的确定……………………………………………………5
4.3与非门的高低电平的输入确定……………………………...5
4.4整流电路的设计……………………………………………...6
4.5电容滤波电路…………………………………………………7
4.6晶闸管的工作原理……………………………………………9
五总原理图…………………………………………………………....10
六元件清单……………………………………………………………10
七总结………………………………………………………………….11
八参考文献…………………………………………………………….11
一设计的目的和任务
1、巩固加深对模拟电子技术基础的理解,提高综合运用所学知识的能力,培养学生独立分析问题、解决问题的能力。
2、通过查找资料、选方案、设计电路、写报告等环节的训练,熟悉设计过程、步骤。
为今后从事电子线路的设计、研制电子产品打下良好的基础。
3、设计模拟和数字电子混合电路,实现特定功能。
学习这一技能,积累这方面的经验。
二设计要求
1、办公楼或居民楼应用的声控开关;
2、白天光线充足时,灯不亮;
3、晚上光线暗,若无人声,灯不亮;若有人声,则亮。
三总体框图设计
据技术要求,此声控灯开关可由以下几个单元组成:
图1整体框图
四功能设计
本设计主要由桥式整流电路、降压滤波电路、声音信号输入电路、光信号输入电路、延时控制电路以及外接电路6部分组成。
图2声光控制电路图
根据图2电路,原理如下:
由四个二极管组成的桥式整流电路将输入电路的220V50Hz交流电压变换成脉动直流。
该脉动直流电压一路有R3和R1、C3分压并滤波后得到传感及逻辑控制电路所用的电压VCC;另一路接到晶闸管BT169的阳极。
当BT169的控制级(栅极)为高电平且输入的交流信号Vi=COS(wt+Φ)处于正半周期时,电流由D2→地→D4→灯流过而将灯点亮。
当Vi处于负半周期时,电流由灯→D3→地→D1而将灯点亮。
当BT169的控制级为低电平时,晶闸管截止,此时不会产生驱动灯的电流,此时灯是熄灭的。
由此可见,灯的亮灭是由晶闸管的控制级电平决定的。
因此,关键问题是如何控制其栅极电平的高低。
有光时灯灭;无光无声时灯灭;无光有声时灯亮。
参考图2,对光敏电阻RW而言,当有光时,RW<2kΩ,此时HD14011的1脚即第一个与非门的一个输入端为低电平(地),所以3脚为高电平、4脚为低电平,10脚为高电平,11脚为低电平,则此时晶闸管截止,灯泡是灭的。
相反,如果无光时,RW>2MΩ,此时HD14011的1脚是高电平,此时第一个与非门的输出取决于2脚的状态,而2脚的状态将由噪声传感器来决定,当没有声音时,2脚为低电平,因此A为高电平,B为低电平,C为高电平,D为低电平,此时晶闸管截止,灯泡灭。
当有声音产生时,在麦克风两端产生一个交流信号,经过电容而将2脚置为高电平,此时A为低电平,B为高电平,C为低电平,D为高电平,从而将晶闸管触发导通,灯泡点亮,同时由于B为高电平,可对电容C2充电,这样,当声音消失后,由于C2和R7的存在,使C点维持在低电平直到C2放电结束,在此过程中,灯泡将会一直保持在亮的状态直至此过程结束。
4.1VCC值的确定
可由R3、R1的分压作用将家用电压经整流后所得电压V0=220x1.414=311V,输入电压的表达式为:
Vcc=R1*V0/(R1+R3),算的VCC=5V。
4.2延迟的确定
图3延迟电路部分
由R7、C2组成延迟电路,要求延迟时间为1min,与非门工作高低电平为3.4V,0.3V,延迟T计算公式:
T=R7C2ln(Vt+/Vt-),算得R7=1.1MΩ,C2=22uf
4.3与非门的高低电平的输入确定
如果无光时,RW>2MΩ,与非门有一脚是高电平,此时第一个与非门的输出取决于另脚的状态,此脚的状态将由噪声传感器来决定。
当没有声音时:
灯不亮,要求第一个与非门的一脚为低电平,即使三极管工作在饱和区满足条件且输入的电压为0.3V。
此时A为高电平,B为低电平,C为高电平,D为低电平,此时晶闸管截止,灯泡为暗。
由三极管的工作参数得:
Ibs=(Vcc-Vce)/R8β=0.2uA
Ib=(Vcc-Vce)/R2=1.4uA在饱和工作区不满足IC=βIb且Ib>Ibs
令Ib=10Ibs
由此可得R8=510KΩR2=3MΩ
当有声音时:
灯亮,要求第一个与非门的一脚为高电平,三极管工作在放大区且输出高电平3.4V。
在麦克风两端产生一个交流信号,经过电容而将脚置成高电平,此时A为低电平,B为高电平,C为低电平,D为高电平,从而将晶闸管触发导通,灯泡点亮。
R=R6//R2算得R=35Ω
I=Ib+Vce/R算得I=20mA
满足声音传感器的额定电流I=20mA电压1~12V。
4.4整流电路的设计
整流电路有单相桥式整流电路,单相半波整流电路,单相全波整流电路等,本系统选用单相桥式整流电路。
整流电路的工作原理:
桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路,如图4所示。
整流电路中的二极管是作为开关运用,具有单向导电性。
根据图4的桥式二极管整流电路和图5的整流波形图可知:
当正半周时,二极管D1、D3导通,在负载电阻上得到正弦波的正半周。
当负半周时,二极管D2、D4导通,在负载电阻上得到正弦波的负半周。
在负载电阻上正、负半周经过合成,得到的是同一个方向的单向脉动电压。
图5桥式二极管整流电路和波形
参数计算:
二极管桥式整流电路输入、输出之间的数量关系及二极管选择的条件:
输出电压VO、输出电流IO与输入电压V2的关系:
VO=2×0.45V2=0.9V2
IO=0.9×(VO/RL)
二极管所承受的电流及耐压值
IV=IO/2=0.45×(VO/RL)
VRM=V2m
单向桥式整流电路二极管选择条件:
IVZ≥IO/2=0.45×(VO/RL)
VRM≥V2m
4.5电容滤波电路
滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同,实现滤波。
电容C对直流开路,对交流阻抗小,所以C应该并联在负载两端。
电感器L对直流阻抗小,对交流阻抗大,因此L应该与负载串联。
经过滤波电路后,既可保留直流分量、又可以滤掉一部分交流分量,改变了直流成分的比例,减小了电路的脉动系数,改善了直流电压的质量。
滤波电路常有电容滤波,电感滤波和RC滤波等,本系统设计在单相桥式整流电路直接接并联电容构成电容滤波电路,经过此电容滤波电路去整流输出电压纹波。
电容滤波电路如图5所示。
滤波原理:
若电路处于正半周,二极管D2、D4导通,变压器次端电压V2给电容C充电。
此时C相当于并联在V2上,所以输出波形同V2,是正弦形。
所以,在t1到t2时刻,二极管导电,C充电,VC=VL按正弦规律变化;t2到t3时刻二极管关断,VC=VL按指数曲线下降,放电时间常数为RLC。