触摸报警器实训报告.docx

1、概述：此次实训持续了四周，分为了四个阶段的学习在学习中学会了查找、运用资料，知道电气制图的相关标准与规范，学会使用常用的CAD软件，能正确分析所设计的电路原理，掌握电子电路调试的基本方法，灵活地应用所学的各种知识，能用理论指导、解决电子电路设计与制作过程中遇到的常见和基础问题。最重要的是让我从实训中学会了不再期望从网络中找现成答案，而是能自己找到问题解决问题，学会思考，学会设计。2、设计题目的名称及功能要求：触摸报警器，功能要求如下：当手摸到金属护栏时电路能使小喇叭会发出“嘀”的鸣响，手离开后响声停止 3、总体方案设计： 根据设计要求当触摸到金属护栏时小喇叭发声说明当触摸到金属护栏时相当于是电路形成通路导致喇叭发声，这样就需要一个触摸开关来实现。就可以设计设计一个人体触摸开关。喇叭发声需要一个交流信号，就需要一个音频振荡电路触发喇叭发声，常用的音频振荡电路有集成电路（555）音频振荡电路，晶体管多谐振荡电路等。系统框图如下如上图所示，电路总管分为电源，音频振荡电路，人体触摸开关，发声元件。4、单元电路设计：a) 电路的结构设计： 人体触摸开关：主要由三极管与金属片构成，利用了三极管的工作条件发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压从而成为一个人体触摸开关。如下图所示，在三极管的基极串联一个金属片，金属片另一端连上电源，三极管的集电极串联上负载，也就是音频振荡电路。当人体触摸到金属片时，人体就相当于一个偏置电阻，集电极和发射极之间就能导通。音频振荡电路音频振荡电路采用的是单稳态振荡电路，这种电路是一种矩形波产生电路，不需要外加触发信号,便能连续地, 周期性地自行产生矩形脉冲.这种振荡电路的优点是电路简单成本低，比较适合实训项目验证的实现。晶体管多谐振荡电路工作原理由于电路参数的微小差异,和正反馈使一支管子饱和另一支截止.出现一个暂 稳态.设BG1饱和,BG2截止.BG1饱和瞬间,VC1由+EC突变到接近于零,迫使BG2的基极电位VB2瞬间下 降到接近-EC,于是BG2可靠截止. 第一个暂稳态: C1放电: C2充电: 翻转:当VB2随着C1放电而升高到+0.5V时,BG2载始导通,通过正反馈使BG1截 止,BG2饱和. 第二个暂稳态: C2放电: C1充电: 不断循环往复,便形成了自激振荡 。振荡周期: T=T1+T2=0.7(RB2*C1+RB1*C2)=1.4RB*C 振荡频率: F=1/T=0.7/RB*C 波形的改善: 可以同单稳态电路,采用校正二极管电路具体电路分析：电路上电时，Vcc加到电路，由于两只三极管都是正向偏置的故他们处于导通状态，此外，还为藕合电容器Cl和C2充电到近于Vcc电压。充电的路径是由接地点经过晶体管基极，又通过电容器而至Vcc电源。还有些充电电流是经过R1和R2的，从而导致正电压加在基极上，使晶体管导电量更大，因而使两级的集电极电压下降。两只晶体管不会是完全相同的，因此，即使两级用的是相同型号的晶体管和用相同的元件值，一个晶体管也会比另一个起始导电量稍微大些。假定BG1的导电量稍大些，由于BG1的电流大，它的集电集电压下降就要比BG2的快些。结果，被通过电阻器R2放电的电容器C2藕台到BG2基极的电压就要比由C1和Rl藕合到BG1基极的电压负值更大些。这就使得BG2的导电量减少，而它的集电极电压则相应地增高了。BG2集电极升高的电压，是作为正电压藕合回BG1基极的。这样，BG1导电更多，从而引起它的集电极电压进一步下降，由于C2还在放电。故驱使BG2的基极电压向负的增大。这个过程继续到最终BG2截止，而BG1在饱和状态下导通为止。此时，电容器C2仍然通过电阻器R对接地点放电。BG2级保持截止直至C2已充分放电使得BG2的基极电压超过截止值为止。然后BG2开始导通，这样就开始了多谐振荡器的第二个半周。由于BG2开始导通，它的集电极电压就开始下降，导致电容器Cl通过电阻器Rl开始放电，这样，加到Q1基集的是负电压。Q1传导的电流因此而减小，并引起BG1集电极电压升高。这是作为正电压藕合到BG2基极的，于是BG2传导的电流就更大。就象前半周的工作一样，这是起着正反馈作用的，并持续到BG1截止，BG2在饱和状态下导通为止。BG2保留在截止状态，直至C1已充分放电，BG1开始脱离截止状态为止。此时，完整的周期再次开始。一级导通时间的长短，取决于另一级截止的时间。也就是取决于C1Rl和C2R2的时间常数RC。时间常数越小转换作用也就越快，因此多谐振荡器的输出频率就越高。就上述的电路来说，两个RC网络的时间常数相同，两个晶体管的导通和截止周期是相等的。b) 元器件参数设计： 5、整体电路分析：当人体触摸到金属片时，人体就相当于一个偏置电阻，BG3集电极和发射极之间导通，电路导通，音频振荡电路工作，扬声器发声。当人体远离金属片时，BG3截止，电路不能工作，扬声器停止发声。6、元器件明细： 7、设计结果验证：在验证中，我采用仿真软件进行验证，由于仿真并不能听到扬声器的声音，所以我在扬声器并联了电压表，来证明在人体触摸金属片时电路导通，扬声器有电流通过，人体触摸开关则是采用了一个电阻和开关代替。当开关闭合时电路导通相当于触摸了金属片。不过采用并联电压的方式只能证明电路导通，扬声器通电，并不能说明其他问题，所以将电压表换成示波器，当显示出一个1000赫兹左右的矩形波时证明电路原件参数选择正确。不过由于时间与对软件上示波器的不了解和元件参数选择不是很正确，没有完成电路的仿真验证。 8、心得体会：在设计电路时我先采用了双稳态电路，设计的要求是人体触摸着金属片扬声器发声，不触摸时金属片不发声，采用双稳态就违背了设计要求，双稳态的特性是有两个稳定状态，在没有外来触发信号的作用下，电路始终处于原来的稳定状态。在外加输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。如果在此次设计中采用双稳态电路，就会变成触摸金属片发声缺保持发声状态，再触摸一次扬声器停止发声，就不符合设计要求。虽然第一次设计错误，不过根据这一次错误我想到了医院病人呼叫护士的装置，就可以采用双稳态电路，当病人呼叫