电工电子技术课程设计---声光控延时电路的设计.doc

题目_班级_学号_姓名_指导_时间_ 电工电子技术课程设计任务书姓名戴玉昆_ 班级 _10热工二班_ 指导老师 金光浪 设计课题：声光控延时电路的设计设计任务与要求查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过3050个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：1、 分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2、 对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；3、 用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；4、 对整体电路原理进行完整功能描述；5、 列出标准的元件清单；设计步骤1、 查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、 列出标准的元件清单；5、 总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于3000字。参考文献1.何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2.姚福安，电子电路设计与实践，山东科技技术出版社，2001年10月3.王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4.李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5.康华光，电子技术基础，高教出版社，2003年6韩振振，数字电路逻辑设计，大连理工大学出版社，2000年7湘潭电机制造学校，可控硅技术，机械工业出版社，1979年目录1、 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12、 单元电路1（用实际的单元电路名称，下同）. . . . . . . . . . . . . . . . . . .a3、 单元电路2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .b4、 单元电路3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .c5、 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .e6、 总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .f7、 元件清单；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .g8、 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .h9、 设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i1、 总体方案与原理说明 它主要由9部分组成：整流、稳压二极管；话筒；光敏电阻，可控硅开关等。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果时间过长就应该减小电阻或电容的值，反之则增大。光敏电阻和话筒的高度也会使灯的时间受到影响。声光控节电开关,在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；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、咳嗽声、说话声、拍手声、车的喇叭声等等都能开启节能开关。灯亮后大概一分钟左右节能灯自动关闭。这样的开关一般用在公共场合较多，比如走廊、厕所等地方。该装置既能节约能源又能延长灯泡的寿命，一举两得。给人们的生活带来很多好处，所以一直被民众广泛使用。 因为这个装置是声光控延时开关就是用声音来控制开关的开启，若干分钟后延时开关“自动关闭。所以，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出电路的方框图：图一声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒bm接收并转换成电信号，经c1到vt的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(vd1)的2脚，r4、r7是vt偏置电阻，c2是电源滤波电容。 为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻rg等元件组成光控电路，r5和rg组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，rg两端的电压高，即为高电平间t=2r8c3，改变r8或c3的值，可改变延时时间，满足不同目的。vd3和vd4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当c3充电到一定电平时，信号经与非门vd3、vd4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；c3充满电后只向r8放电，当放电到一定电平时，经与非门vd3、vd4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。 二极管vd1vd4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经r1降压，c2滤波后即为电路的直流电源，为bm、vt、ic等供电声光控制节能灯主要由三部分组成，分别为声控电路，光控电路，延时电路，下面我将分块对电路的原理加以详细的阐述。2单元电路1光控电路用图形绘制软件绘制图2结合图 2 来分析图 1 。白天，光敏电阻器rl呈现低电阻，与非门d2的4脚为低电平，则输出高电平，vd1截止，所以电路封锁了声音通道，使声音脉冲不能通过，此时总控制门d3不通，晶闸管scr截止，所以电灯el不能点亮。夜间rl呈现高电阻，使与非门d2的4输入端为逻辑高电平“1”，这就为声音通道的考通创造了条件。 3单元电路2声控电路 当在夜晚时，光控电路已为声音通道开通创造了条件。如果此时楼梯有人走动或者有人谈话，话筒bm拾取了声音信号经与非门d1放大输出，经c2耦合加到r3的两端，即与非门d2的5号输入端。当音频信号的正半周期峰值电平超过与非门的输入阈值电平时，与非门d2因两个输入端均为逻辑”0”,则输出端为逻辑“1”，此高电平经过r7加至晶闸管scr的门极，使scr触发开通，接通由整流桥组成的电源电路，此时电灯el即可点亮。 4单元电路3延时电路当夜晚同时又有外界声音信号时，控制门 ( 与非门 )d2的两个输入端均为高电平，输出为低电平，vd1导通，在vd1导通的瞬间，c3被迅速充电，在声音信号过后，vd1虽然恢复了截止，但由于c3储存电荷需要通过高值电阻慢慢放电，从而使与非门d3的输入端仍然保持低电平“0”，所以电灯el不会马上熄灭。随后则c3的放电，与非门d3的输入端得电平不断升高，当升至与非门阈值电压时，与非门d3发生翻转，输出端就变成低电平“0”，晶闸管scr当交流电过零时即关断，电灯el才熄灭。 电路的延迟时间主要有r5,c3等放电时间常数决定。t=2r5c3， 增减r5或c3的数值可以调整电路的延迟时间。本设计的延时时间约为5分钟，即灯亮后若不再有声音5分钟后灯自动熄灭。二极管 vd2-vd5 将交流 220v 进行桥式整流变成脉动直流电。又经 r6 降压， c4 滤波后即为电路的直流电源，为 bm 、 ic 等供电。控制部分电路就是通过控制可控硅的导通与截止进而连接和切断供电电路，而达到目的。5总体电路原理相关说明本电路是采用分离元件的声控延时电路，其电路原理图如图1所示，原理图说明：220v的灯充电直接整流。在输出端串联25w灯泡，输出端接可控硅（负载）供电电路稳压电路，稳压电路是给话筒放大，音频放大等提供8.2v直流电，话筒放大，可以把声音信号转换为电信号并放大，然后，经过音频放大器使信号达到足够大；检波音频信号的正半周，即把音频信号转换为直流信号。经过延时电路以后送到控制电路，由控制电路去控制可控硅，若可控硅断开，则整流电路负载断开，若导通，则整流电路负载导通。光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输送情况。可见：本电路灯泡要受可控硅的控制，可控硅受话筒取得的音频信号和光敏电阻的控制，从而可以实现声控和光控；灯亮的时间由延时电路的时间长度决定。（一）、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,一般由当夜晚同时又有外界声音信号时，控制门 ( 与非门 )d2的两个输入端均为高电平，输出为低电平，vd1导通，在vd1导通的瞬间，c3被迅速充电，在声音信号过后，vd1虽然恢复了截止，但由于c3储存电荷需要通过高值电阻慢慢放电，从而使与非门d3的输入端仍然保持低电平“0”，所以电灯el不会马上熄灭。随后则c3的放电，与非门d3的输入端得电平不断升高，当升至与非门阈值电压时，与非门d3发生翻转，输出端就变成低电平“0”，晶闸管scr当交流电过零时即关断，电灯el才熄灭。 电路的延迟时间主要有r5,c3等放电时间常数决定。t=2r5c3， 增减r5或c3的数值可以调整电路的延迟时间。本设计的延时时间约为5分钟，即灯亮后若不再有声音5分钟后灯自动熄灭。二极管 vd2-vd5 将交流 220v 进行桥式整流变成脉动直流电。又经 r6 降压， c4 滤波后即为电路的直流电源，为 bm 、 ic 等供电。控制部分电路就是通过控制可控硅的导通与截止进而连接和切断供电电路，而达到目的。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。（如附图一所示）。 附图一：单向可控硅的外形晶闸管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。（二）、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结附录图四，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（附图二）。当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的pn结j2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。设pnp管和npn管的集电极电流相应为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,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=a1ia+a2ik+ic0 若门极电流为ig,则晶闸管阴极电流为ik=ia+ig从而可以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。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（11）中，ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流iaic0 晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极g流入电流ig,由于足够大的ig流经npn管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流ic2流过pnp管的发射结，并提高了pnp管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流ic1流经npn管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）1时，式（11）中的分母1-（a1+a2）0,因此提高了晶闸管的阳极电流ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。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和a1迅速下降，当1-（a1+a2）0时，晶闸管恢复阻断状态。ic选用cmos数字集成电路cd4011（见附图二），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等规格的单向可控硅，单向可控硅的外形如图六示，它的测量方法是：用r1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极(如印制板图所示)，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极k，这时表针有读数，黑表笔马上离开控制极k这时表针仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用r100档将红表笔接外壳的s、黑表笔接d，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是625a型，有光照射时电阻为20k以下，无光时电阻值大于100mq，说明该元件是完好的。二极管采用普通的整流二极管1n40011n4007。总之，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0.1f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。附图二：cd4011的引脚图6、总体电路原理图图表 1声光控延时开关的电路原理图见图 1 所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路 cd4011 。其内部含有 4 个独立的与非门 d1 d4 ，电路结构简单。可靠性高。本设计中只用到了集成块中的三个与非门。元件清单ic 选用 cmos 数字集成电路 cd4011 ， cd4011 有四个独立的与非门电路，内部功能见图 3 ， vss 是电源的负极， vdd 是电源的正极。可控硅 t 选用 1a 400v 的进口单向可控硅 1006 型，如负载电流大可选用 3a 、 6a 、 10a 等规格的单向可控硅，它的测量方法是：用 rx1 档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极 k ，这时表有读数，黑表笔马上离开这时表仍有读数 ( 注意触控制极时正负表笔是始终连接的 ) 说明该可控硅是完好的。驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用 rx100 档将红表笔接外壳的 s 、黑表笔接 d ，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是 625a 型，有光照射时电阻为 20k 以下，无光时电阻值大干 100m ，说明该元件是完好的。二极管采用普通的整流二极管 1n4001 1n4007 。总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。其它元件按图 1 所示的标注即可。 序号名称型号规格位号数量1集成块tc4011ic1块2话筒54+2dbbm1个3二极管1n4148vs1只4二极管1n4007d1-d55只5点解电容10u,100uc3,c42只6瓷片电容0.01,0.1uc1,c22只7电阻100kr61只8电阻5.1r51只9电阻1mr41只10电阻270kr31只11电阻2.7mr21只12电阻10kr11只13单向可控硅100-6scr1只14光敏电阻器3k-5mrl1只8.参考文献1.何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2.姚福安，电子电路设计与实践，山东科技技术出版社，2001年10月3.王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4.李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5.康华光，电子技术基础，高教出版社，2003年6韩振振，数字电路逻辑设计，大连理工大学出版社，2000年7湘潭电机制造学校，可控硅技术，机械工业出版社，1979年设计心得体会（占完整一页）经过一周课程设计的学习，我已经能自己设计一个简易声光控延时照明灯电路，这是一周的学习换来的成果。通过在网上搜索课程设计的相关内容，也到学校图书馆借相关书籍，经过不断比较与讨论，最终确定了声光控延时照明灯的电路原理图。通过这次课程设计，我明白了不管是学