模电课程设计.docx

1、模电课程设计模电课程设计设计题目：声光控制器姓 名： 学 号： 班 级: 09-2班专 业: 电气工程及其自动化专业指导教师：王允建、李端目录一.设计题目 2二.内容摘要 2三、设计指标 2四、系统框图 2五、各单元电路设计、参数计算和元器件选择 35.1电路设计 35.2参数计算 55.3元器件选择 7六、完整电路图及工作原理 96.1电路工作原理 96.2设计电路仿真调试 10七、原器件清单 12八、实际PCB图 13九、电路特点及整改意见 139.1电路特点 139.2整改意见 14十、心得体会 15十一、参考文献 16一、设计题目声光控制器二、内容摘要声光控开关是音和光照度控制的开关，

2、当环境的亮度达到某个设定值以下，同时环境的噪音超过某个值，这种开关就会开启。本开关特点为白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步声、说话声、拍手声等声源时，开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”，杜绝了长明灯，免去了在黑暗中寻找开关的麻烦，尤其是上下楼道带来不便。三、设计指标1、工作电压：AC220V2、声控灵敏度：5db 3、光控灵敏度：0Lux4、负载：100W5、声灯自亮，并延时一定时间自动关闭 6、装有光控电路：白天不工作，晚上或光线暗时工作（可调） 7、延时功能：15秒-10

3、0秒可调 四、系统框图五、各单元电路设计、参数计算和元器件选择220V市电经过VD1VD4组成的桥式整流输出脉动电压,经过R1,VD5,C1降压滤波后,由VS提供11V的稳定直流电压,为控制电路提供电源供给.静态待机状态下：BM无信号输入，V1处于静止放大状态，因为C3的隔直作用，V2基极无偏置电压而处于截止状态，导致V3的Vbe为0使得V3也处于截止状态，C4上面无电压，VT的控制极没有提供足够的导通电压，VT处于截止状态，EL没有足够的电流，处于熄灭状态。当外界光照强度足够时：RG呈现低阻抗状态，即使短路C3，V2的基极也得不到足够的偏置电压而处于截止状态，导致V3的Vbe为0使得V3也处

4、于截止状态，C4上面无电压，VT的控制极没有提供足够的导通电压，VT处于截止状态，EL没有足够的电流，处于熄灭状态。当外界光照强度较弱且无声音信号时：RG呈现高阻抗状态，与R7,R8的阻值相比可视作RG为开路状态，但因为C3的隔直作用，V2基极无偏置电压而处于截止状态，导致V3的Vbe为0使得V3也处于截止状态，C4上面无电压，VT的控制极没有提供足够的导通电压，VT处于截止状态，EL没有足够的电流，处于熄灭状态。当外界光照强度较弱且有声音信号时：RG呈现高阻抗状态，与R7,R8的阻值相比可视作RG为开路状态。BM输出的音频信号经过V1放大在其集电极产生了幅度极高的音频信号，通过C3耦合，这个

5、放大后的音频信号正极性部分经过R5,R6,R7,R8分压后为V2提供了足够强的基极偏置，V2进入导通状态致使V3进入饱和导通状态，电源通过V3,VD6向C4充电，由于音频信号的频率不会很高而且声音信号有一定的持续时间，C4在这段时间内可以被充满电至10V左右，此时C4通过R10为可控硅VT提供了足够的导通电压，EL获得足够的电流，处于发光状态。当声音信号消失后，由于VD6被反向偏置，C4上的电荷只能通过R10,VT放电，而C4和R10的放电时间常数比较大，VT会保持持续导通，直到C4上的电压不足以使VT导通时，EL恢复到熄灭状态。根据上述分析，如果要调整该控制器的声音灵敏度，可以通过调整R4的

6、阻值来实现，当R4的阻值增加，可以降低声音灵敏度，反之则提高声音灵敏度。如果要调整该控制器的光照灵敏度，可以通过调整R8的阻值来实现，当R8的阻值增加，可以提高控制器起作用的光照度，反之则可以降低控制器作用的光照度。R4,R8是独立调整各自的灵敏度而相互影响比较小，如果调整R5和R6的话两个参数的灵敏度都会受到影响而改变。本电路的EL最大功率限制在于VD1VD4的最大电流以及VT的最大电流，根据本电路中的器件选择，最大允许电流为1A，所以EL的功率应该限制在220W以下，为留有余量，EL最好是小于等于100W的。5.2 单元电路设计与计算说明（1）声音放大电路当MIC获取到声音信号后，其会转换

7、成电信号，考虑到后面步骤，此信号需用控制电子开关，所以必须加放大器放大该信号。为了获取较高的灵敏度，VT1的值选用大于100。话筒MIC选用灵敏度高的。R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡。其电路如下所示：图5.3 声音放大电路获取到声音信号后，其会转换成电信号，由声信号转换成的电信号控制电子开关，所以必须加三极管放大器放大该信号。为了获得较高的灵敏度，Q1的。声信号选用灵敏度高的。R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡。三极管 VT1的参数：三极管的放大倍数Au=-Rc/(Rb+Rbe)；r=164；Rbe=Rbb+(1+r)*Ut/Ice，Ut=26mv；直流放大倍数100；Vcbo=4

8、5；Ic(max)=0.3经测得三极管的静态工作点：Ubeq=2.6v、Uceq=3.91v、Ibq=1.35mA、Icq=330mA、=244.4(符合要求)（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。此部分电路如下图所示： 图5.4 整流电路（3）光敏电路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，白天有光照光敏电阻阻值小，夜晚阻值大。 图5.5 光敏电路（4）电子开关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。 图5.6 电子开关（

9、5）延时电路与交流开关由于需要的灯泡持续时间并不是很长，大概几十秒左右，所以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。C5为抗干扰电容，用于消除灯泡发光抖动现象。R8、C5和单向可控硅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。可控硅作为开关元件的优点是属于无触点开关元件使用寿命长。灯泡发光的时间是由C4、R8的参数决定。图5.7 延时电路晶闸管参数如下:VDRM=VRRM=2600V 是最高电压不能超过2600VIT=500A 最大电流不能超过500AIGT

10、=220mA 触发后最小维持电流小于220mA VGT=2.2V,控制触发电压小于2.2V （6）电源电路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12-15的稳压二极管，保证C6上的电压不超过15V直流电压。此部分电路作用提供稳定的工作电压。电路图如下：图5.8 电源电路5.3 元器件选择和电路参数计算说明 选用CMOS数字集成电路Cd4011，其里面含有四个独立的与非门电路。内部结构见图5，Vss是电源的负极，Vdd是电源的正极。可控硅T选用1 a400v的进口单向可控硅1 00-6型，如负载电流大可选用3a、6a、10a等规

11、格的单向可控硅。总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。 图5.9 单向可控硅 图5.10 CD4011设PNP管和NPN管集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为A1=Ic1/Ia和A2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0，单管放大电路参数的设置：经测试，得知r=164,实测9013的导通电压为Uon=Ube=0.4V，给定电源电压Vcc=+6V。在静态工作的时候，要使三极管发处于放大状态，则Vce一般取大于2V小于Vcc的2/3。又由于Vce是根据公式 Vce=Vcc-Vr4-Vr5,Vr4+Vr5=(Rc+Re)*Ice而得

12、, 而Ice=(Vr3-0.4)/Re,Vr3=Rb2/(Rb2+Rb1)*Vcc先假定Rb2=6.8K，则有：Rb1=75K，Rc=24K，Re=2K。此时，Ice=(Vr3-0.4)/Re=0.1mA,Vce=Vcc-(Rc+Re)*Ice=3.43VVbe=0.4+Ice*Re=0.50V这些参数满足使三极管工作在放大状态。Au的计算：Au=Uo/Ui=-(r*Rc)/Rbe其中r=164, Rbe=Rbb+(1+r)*Ut/Ice,Ut=26mV经计算得出：Rbe=43.1k,Au=95.47 。图中C6的作用是对电源进行滤波，通常取得较大，这里取C6=100UF。R1=10K是为了给

13、麦克风起保护作用。晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0或Ia=Ia+Ik+Ic0若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig从而可得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（A1+A2） （11） 硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数A1和A2随其发射极电流的改变而急剧变化。式（11）中，在晶闸管导通后，1-（A1+A2）0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于A1

14、和A2迅速下降，当1-（A1+A2）0时，晶闸管恢复阻断状态。六、画出完整的电路图，并说明电路的工作原理开关电路中声音检测采用驻极体话筒MIC，三极管T2组成放大器。无声响静态时T2是处于饱和导通状态，当有声响时，话筒MIC接收声响信号，可使T2截止。亮度检测由光敏电阻RG完成。电路使用的CMOS数字集成电路CD4011，内含有四个2输入端与非门。CD4011中除其中一个直接用为2输入端与非门作为判别电路外，其余三个均接成反相器作放大器用。D6、R6、C4组成延时电路。开关采用可控硅T1。二极管D1D4与可控硅T1组成可控整流电路，当T1导通时，灯泡LAMP发亮；T1截止时，灯泡熄灭。白天时，

15、光敏电阻RG受光照呈低阻态，CD4011脚始终为低电平。这时不管CD4011脚为高电平（有响声使T2截止）还是低电平（无声响T2饱和导通），与非门输出脚始终为高电平。经三次反相后，脚输出为低电平，可控硅T1截止，灯泡不亮。可见由于光敏电阻RG受光照作用，白天灯泡一直不会亮。晚上天黑时，光敏电阻RG无光照呈高阻态，CD4011脚始终为高电平。这时如果无声响，T2饱和导通，脚为低电平，则与非门输出脚仍然为高电平，电路状态与白天相同。但当有声响发生时，话筒MIC接收声响信号使T2截止，脚为高电平，与非门输出脚变为低电平，经一级反相放大后，脚输出高电平。此时脚输出的高电平经导通的D6迅速对电容C4充电，使脚升至高电平，再经两级反相后，脚输出为高电平，由此触发可控硅T1导通，灯泡点亮。声响消失后，T2恢复饱和导通，脚为低电平，脚输出高电平，经一级反相放大后，脚输出低电平。此时由于C4还来不及放电，D6截止。随后C4通过R6 缓慢放电，C4两端电压即脚电压逐渐下降。当脚电压下降至低电平电压值（1V左右）时，脚输出高电平，脚输出低电平使T1截止，