声光控延时开关的设计.doc

声光控延时开关的设计任务书 设计题目中文：声光控延时开关的设计英文：The design of acoustic light-activated delay switch 设计功能要求1、通过变压器降压，整流、滤波、稳压提供一个稳定的12V和5V的直流电压；2、通过光敏电阻和声控开关的信号收集系统达到光控与声控的功能；3、将收集的信号通过芯片（TC4081BP）控制由三极管和继电器等元器件组成的被控制电路；4、通过RC电路的充放电起到延时功能：延时时间约为25s；5、电路的相关灵敏度可通过调节电位器RP来实现。 设计任务内容1、学习与研究相关的模拟电子技术与数字电子技术理论知识，并查阅资料，拿出可行的设计方案；2、根据设计方案进行电路设计，完成电路参数计算、元器件选型、绘制电路原理图；3、进行电路软件仿真（如：Multisim 2001、Protel等），或制作实物进行调试试验，获得实验数据，验证设计有效性；4、撰写课程设计报告。 签名：徐*声光控延时开关的设计摘要声光双控延时开光不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公室、教学楼等公共场所，它具有体积小，外形美观，制作容易，工作可靠等优点，而且降低能耗，节约能源，注重环保是当今世界的主潮流。此外，它在一定的场所使用还可起防盗作用。它是公共场所照明开关的理想选择，被人们誉为“长明灯的克星”。本次设计的是一个灵敏度较高的声光控制开关，行人只要拍个巴掌就能电路触发。本电路仅使用一只CMOS门电路TC4081BP、一个CRZ2-113F型小型驻极体式电容话筒、一个CdS型光敏电阻器以及若干电阻、电容配合就能将电路触发，使其导通，将电灯打开。它不需要发送关闭信号，由电路自身的延时电路将灯关闭。当灯被打开后，延时电路延时约25s后将灯自动关闭。该电路还具有自动光控作用，在白天由光敏电阻器控制着电路。即使受到声音信号的触发，开关也不会打开。在此电路的设计中，要注意三点，第一是要合理设计三极管的静态工作点，使之处于饱和或截止两状态；第二要调节好电位器，从而使声控开关和光敏电阻具有良好的灵敏度；第三要合理设定延时RC，实际和理论延时时间总会有差距的。关键词：声光双控 延时 节电 开光 Abstract：Acousto-optic dual control delay dedication applies not only to residential building, but also apply to factory, office buildings, and other public places, it has small, beautiful appearance, easy to work, reliability, and reduce energy consumption, energy saving, pay attention to environmental protection is the main trend in todays world. In addition, it must use the site can also up security role. It is public lighting switch ideal choice and was praised as ever-burning lamps of conquerors.This design is a sensitivity high light control switch, pedestrians only take a slap can trigger circuit. This circuit using only a CMOS gate TC4081BP, a small CRZ2-113F type in a microphone, a posture capacitor and resistor of photosensitive CdS with resistor, capacitor can trigger circuit, the electric conduction, will open. It does not need to send a signal by itself, close the circuit will delay circuit switched off. When the lights were opened, delay circuit will delay 25s about light automatically shut off. This circuit has automatic optical effect in the daytime, control circuit of photosensitive resistors. Even the voice signal is triggered, switch also wont open.In the circuit design, must pay attention to three, first is to design the transistor, the static working in saturated or by two state, The second to adjust potentiometer, thereby good televox switch and photoconductive resistance with good sensitivity: Third, to reasonably delay RC practical and theoretical delay time there is the gap.Keywords: light double control delay electricity-saving dedication目录引言第1章 设计流程 第2章 电源模块2.1 电源电路的设计2.1 电源电路的工作原理及相关参数的分析2.3 电源电路的其他设计第3章 信号收集模块3.1 光信号收集电路 3.1.1 光信号电路的设计 3.1.2 光信号电路的工作原理相关参数的分析3.2 声音信号收集电路 3.2.1 声音信号收集电路的设计 3.2.2 声音信号电路的工作原理 3.2.3 声音信号电路相关参数的分析3.3 信号收集电路的扩充第4章 信号处理模块 4.1 芯片TC4081BP的介绍 4.2 芯片TC4081BP的工作原理第5章 延时模块 5.1 延时电路的设计 5.2 延时电路的工作原理 5.3 RC电路的放电过程5.4 RC电路的时间常数5.5 延时时间的可优化性第6章 被控制模块 6.1 被控制电路的设计 6.2 被控制电路相关参数的分析6.3 被控制电路的其他设计第七章 制作要领 7.1 灯泡一直亮着7.2 灯泡始终不亮7.3 发光时间短7.4 灯泡响应灵敏度低第八章 Proteus的仿真实验8.1 Protus的软件简介8.2 Protus的仿真8.3 实验调节结论与结果总结致谢参考文献附录引言近年来，城市居民住宅越来越趋向高层化。高层建筑的一个不可忽略的问题是楼道等公用部分的照明问题。楼道照明灯如果能做到随手关灯，将是一个极大的能源消耗，以一栋六单元十二层楼房为例：每层安装一只15瓦的灯泡，就是72只灯泡，每小时耗电1.08度。如果这些灯彻夜通明，一晚耗电10多度，一年就是4000多度。一般住户在开灯后往往忘了或不愿意再费事去专门关灯。感应式楼道照明开关是解决这个问题的一种简单方法。它可以在开灯后一定时间内自动熄灭。在白天，即使有人走过，楼道等也不会亮，可以达到节能的目的。声光双控延时开关体积小，外形美光，制作容易，且节能环保，是当今世界的主潮流。由于今年我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，而是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势。因此我设计一个声光双控延时开关来解决此浪费问题。夜晚，行人经过楼道出入口时，照明灯点亮25s后熄灭；白天，照明灯自动停止工作。第一章 设计流程此设计是为了实现声控光控延时开关的功能。在白天时无论是否有声音，小灯都不能被点亮，即白天时不需要光照，在夜晚当有声音产生时，小灯被点亮，且在声音消失后，小灯能够维持一段时间亮度，即在夜晚有人经过的时候，灯被点亮，并有足够的时间让人通过。所设计的电路分为五个模块：电源模块，信号收集模块，信号处理模块，延时模块和被控制模块。(模块图如1-1)电源模块为整个电路提供稳定的直流电源，使驱动三极管，芯片TC4081BP和小灯。信号收集模块分为声音信号收集模块和光信号收集模块。声音信号收集模块将声音信号转变为音频电信号从而能够输入电路，起到控制开关的作用。光信号收集模块将光强度的改变转变为电压的改变，与声音信号一起控制芯片的输入。信号处理模块即是芯片TC4081BP对声音，光信号导致的电信号的改变进行处理，从而驱动被控制电路，并作用于延时模块。延时模块是在信号处理模块的作用下工作，起到延时的作用。被控制模块在信号处理模块及延时模块的共同作用下工作，达到设计的目的。放大VT检音BM感光电阻RG控制门D1延时R8,C3二级整形D3,D4继电器T灯泡整形D2 图 1-1第2章 电源模块这一章详细介绍电源模块的电路设计，电路中各个器件参数确定的相关分析，其工作原理及其他类似的设计。为整个电路提供5V、12V的直流电源，是电路的动力来源。2.1 电源电路的设计电源电路采用降压、整流、滤波和稳压的组合电路，将220V的交流电压变为5V和12V的直流电压。模块图如图 2-1 电源变压器整流电路 滤波电路 稳压电路图 2-1降压过程是将220V单相交流电压直接输入有一定匝数比的变压器，得到降压后的电压。然后将变压器副边的交流电压通过单相桥式整流电路，得到脉动系数较大的直流电压。为了减小电压的脉动，将经过整流桥整流后的直流电压通入由滤波电容构成的滤波电路，使输出较为平滑的电压。要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。稳压电路有电阻个稳压二极管构成，利用二极管的稳压特性，使得到不受电网电压波动和负载电阻变化影响的稳定性较高的直流电压。2.2 电源电路的工作原理及相关参数的分析电源电路原理图：图 2-2为了得到5V和12V的直流电源，将220V频率为50的单项正弦波交流电输入变压器，其原边与副边的比为，经过变压器得到=12.5V （2.2.1）得到=15交流电通入单项桥式整流电路经过全波整流得到平均值为=0.9的直流电压，其脉冲系数很大。单相桥式电路中的整流桥的二极管选用IN4007。然后将的直流电压通入滤波进行滤波，可以得到平均值为=1.2=18V的直流电压。滤波电路中的电容为，与并联的负载为，的取值满足 =（35） (2.2.2)得到=（35）理想情况下可将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压，然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后必会影响其滤波效果，要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。稳压电路中的稳压管Dz1选用稳压值为12V的稳压二极管，其型号为2CW19;Dz2选用稳压值为5V的稳压器二极管，其型号为2CW12经过查阅电子元器件的手册，Dz2的最小工作电流为=10mA最打工作电流为=45mA内阻为50。R2和Dz2对Dz1的电压进行分压，Dz2上电压为，则上的电压为 (2.2.3) (2.2.4) (2.2.5) 则得到的阻值范围为 （2.2.6）所以155.6700，所以去=500查阅手册得到稳压管的最小工作电流为=5mA，最大工作电流为=17mA，内阻为35.所以 （2.2.7） （2.2.8） （2.2.9） (2.2.10) (2.2.11) (2.2.12)所以120222, 所以取=200根据电路图得到 (2.2.13)因此得到0.9uF1.5uF，取=1uF2.3 电源电路的其他设计此电源电路还有其他方式的设计。如图2-3图 2-3由于该电路所要求的电压值可以在一定的范围内波动，可以将220V交流电源通过整流桥后用两个阻值较大的电阻R1、R2进行分压，并用电容C在电阻R2上并联，对R2的电压进行滤波，最后在电容C形成上正下负的直流电压。R1、R2的取值应该较大，使得电路上的电流较小，其中R2上的电压值要考虑与R2并联的负载大小，在此次电路设计中，后面连接的被控制电路、芯片、声控、光控电路上的电阻连接起来大约为20K，所以取R2为20K，R1为150K,则R2上分得的电压为U=0.9220(R2RL) (R2RL+R1) （2.3）第3章 信号收集模块3.1 光信号收集电路3.1.1光信号收集电路的设计对于光信号的设计，我们要求在白天与晚上R5与RG间的电压输出有很大的反差，在白天要求输出低电平，而在晚上要求输出高电平，所以必须要用光敏电阻RG。将光敏电阻RG与R5串联起来，所构成的电路图如下：图 3-13.1.2 光信号电路的工作原理 图 3-2表3-1 光敏电阻型号最大电压（VDC）最大功耗（mw）环境温度光谱峰值(nm)亮电阻（K）暗电阻（M）MJ20516250500-30+7056051表3-1 在白天光较强时，光敏电阻RG的阻值较低（约为1.2k），在R5与光敏电阻的两端加有12V的电压，在白天我们要求此端输出低电平，则不管声控部分输出的是高电平或低电平，芯片TC4081BP最终都输出低电平，则使得控制电路的三极管不导通，继电器上无电流，由继电器的工作原理可知灯泡不亮。所以R5的阻值要远大于1.2k，近似使得R5短路。在晚上光线较暗时，光敏电阻RG的阻值变大（最大约为50M），R5、RG串联对12V电压分压，在晚上我们要求此端输出高电平，若此时有声音即声控部分输出高电平，则芯片TC4081BP最终输出高电平，使得控制电路的三极管导通，继电器上有电流，由继电器的工作原理可知灯泡亮。若无声音，则声控部分输出低电平芯片TC4081BP最终输出高电平，灯泡不亮。所以R5的阻值要远小于50M，这样晚上可认为电压全分与R5，RG短路。即控制灯泡在晚上无声时不亮。3.1.3 光信号电路相关参数的分析 通过对光电路的工作原理分析我们要求R5阻值要远大于1.2k，同时又要远小于50M。 再由串联分压公式可知 ( R5+RG)*I=Vcc （3.1） 所以 R5=Vcc/IRG由于在白天RG 约为1.2k，晚上RG约为50M，Vcc=12V我们综合各种因素最终选择R5为1M。3.2 声音信号收集电路3.2.1 声音信号收集电路的设计 图1 仿真声控部分原理图 顾名思义，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。因此，整个电路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。仿真电路原理如图1所示。在仿真当中，由于仿真软件的不熟，声音输入部分我们用开关代替，同样电容C2具有通交流阻直流的作用，由于声音输入相当于一个正弦信号输入。所以在仿真中，我们把麦克风用导线代替，电容也用开关代替。当外界有声音发出时，开关闭合，可使三极管VT瞬间截止，集成电路A的2脚便通过电阻器R4连接12V电压正极，又因A的一脚在晚上也是高电压，便相继使A的3脚输出低电压，5脚和6脚也为低电压，4脚则输出高电压。该电压经二极管VD1正偏导通，向电容器C2充电，又使A的8脚和9脚为高电压，继续控制A的10脚输出低电压，12脚和13脚为低电压，11脚输出高电压。使三极管导通，便使继电器工作，开关闭合，从而驱动灯泡H放光。注：在仿真中灯泡我们用的是发光二极管（LED）。 当外界没有声音发出时，开关断开，三极管输入到集成电路A的2脚一个低电平。又因A的一脚在晚上也是高电压，便相继使A的3脚输出高电压，5脚和6脚也为高电压，4脚则输出低电压。该电压经二极管VD1正偏导通，又使A的8脚和9脚为低电压，继续控制A的10脚输出高电压，12脚和13脚为高电压，11脚输出低电压。三极管不工作，继电器无法产生电流，继而无法导通开关，从而灯泡H不亮。第四章 信号处理模块4、1 芯片TC4081BP的介绍TC4081BP是一种将四个基本二输入与非门电路集合在一起制成的集成电路，因此称为二输入四与非门集成电路。利用该集成电路既可以设计放大器，也可以设计振荡器，还可以设计控制开关，因此被广泛应用于各种电子设备中。另外，TC4081BP内部四个二输入与非门电路各自独立，实际中可选用其中一个，也可以四个全用，还可进行并联、串联应用，这又给我们的设计带来了极大的方便。4、2 芯片TC4081BP的工作原理TC4081BP的外形如图4-1所示，它是采用晶体管制造工艺在硅晶片上生产四个各自独立的二输入与非门电路，然后采用DIP-14标准封装而成的双列14脚直插式结构。 图4-1 图4-2TC4081BP的14个引脚的排列、引脚名称及内部结构如图4-2所示，可以很清楚的看到四个二输入与非门相互独立，每个单独的与非门有两个输入端和一个输出端。四个与非门被集成后，TC4081BP的1脚、2脚、3脚属于第一个与非门电路，其中1脚的1IN1端为该与非门的输入端，2脚的1IN2端为该与非门的另一个输入端，3脚的1OUT端为该与非门的输出端；4脚、5脚、6脚属于第二个与非门电路，其中4脚的2IN1端为该与非门的输入端，5脚的2IN2端为该与非门的另一个输入端，6脚的2OUT端为该与非门的一个输出端；8脚、9脚、10脚属于第三个与非门电路，其中8脚的3IN1端为该与非门的输入端，9脚的3IN2端为该与非门的另一个输入端，10脚的3OUT端为该与非门的一个输出端；11脚、12脚、13脚属于第四个与非门电路，其中11脚的4IN1端为该与非门的输入端，12脚的4IN2端为该与非门的另一个输入端，13脚的4OUT端为该与非门的一个输出端；7脚、14脚为TC4081BP的工作电源输入端，7脚位电源的负极Vss，14脚为电源的正极Vdd。在TC4081BP中，每个与非门的两个输入端与一个输出端之间所呈现的关系见表4-1。第一个输入端（1脚）第二个输入端（2脚）输出端（3脚）011101001110表中以TC4081BP的第一个与非门为例，“0”表示低电压，“1”表示高电压与非门集成电路是一种价格最低廉的集成电路，而且工作损耗小，适应电压范围宽，可在318V的范围内正常工作，因此得到广泛应用。图 4-3 信号处理第五章 延时模块5.1 延时电路的设计根据电容的特性，电容两端的电压时缓慢变化的，譬如说：灯泡要通电，它的电压在通电一刻有0变为另一个值，如1V。但是由于其时缓慢变化的，即01V中间的每一个值灯泡都经历过，突然的变化不会到时突变，时存在电容缓冲的。根据这一特性，将电容两端并联一个电阻，从而可以一个延时电路，即图中的由延时电阻器R6和延时电容器C2组成的延时电路。如图5-1所示。图 5-1 延时电路的原理图5.2 延时电路的工作原理灯泡H在晚上受声音控制发光后，若不再有响声输入到话筒B，三极管VT又受R2、R3分压正偏导通，使A得3脚输出高电压，A的4脚输出低电压，二极管VD1无正偏截止。但是电容器C2正极电压不会很快降低，它通过电阻器R6放电。由于电阻器R6的阻值较大，电容器C2上所充的电需要一定时间才能放完。这样就使A的10脚保持为低电平，11脚保持为高电平，灯泡保持发光。只有等到电容器C2放点结束，使A的8脚，9脚将为低电平，10脚输出高电平，12脚、13脚位高电压，11脚输出低电压后，通过三极管控制继电器的工作状态，以切断灯泡H的电流回路，实现灯泡H在延时亮一段时间后又自动熄灭，从而实现了延时功能。5.3 RC电路的放电过程当电容C2已有电压U0时，且二极管无正偏截止时，电容器立即对电阻R6惊醒放电，放点开始时的电流为,放电电流的实际方向与充电时相反，放电时的电流与电容电压随时间均按指数规律衰减为零，电流与电压的数学表达式为: （5.3.1） （5.3.2） 式中为电容器的初始电压。放电时和的变化曲线如图5-2所示。 图 5-2 RC放电时电压和电流的而变化曲线5.4 RC电路的时间常数RC电路的时间常数用表示， ,的大小决定了电路充放电时间的快慢。对于充电而言，时间常数时电容电压从零增长到63.2%所需而当时间；对放电而言，是电容电压从下降到36.8%所需的时间。R6的阻值为250K，C2为100,则有=250K*100=25 所以延迟时间为255.5 延迟时间的可优化性 在电路中，电路的延迟时间是由电阻和电容协调控制的，因此，可以通过改变电容和电阻的值来增长或缩短延迟时间。譬如说在一栋小区中，可以通过先调查小区内居民的平均年龄，在合理的装置延迟时间不同的照明灯，如果偏于老龄化的小区就把延迟时间增长一些，如果不是的话可以稍微缩短一下其延迟时间，这样做会更加人性化，更加节约能源，切实符合当今时代的主潮流。第六章 被控制电路6.1 电路工作原理 图5-1 被控制电路被控制电路三极管T2、继电器H、LED灯D3、电阻R8、R9，二极管D2组成，在这部分电路中，继电器和三极管相当于一个开关，可开通或关断灯泡连接的5伏直流电源，。当三极管T2处于饱和导通状态时，集电极电流驱动继电器H动作，开关闭合，灯泡回路导通，此时在灯泡回路中，电流从直流电源沿电阻R8继电器中的开关LED灯D3，最后流回直流电源，就这样灯泡亮也。当三极管T2处于截止状态时，继电器H中无电流通过，故而继电器开关无法动作，导致灯泡回路开路，无电流通过，LED灯D3不亮。继电器H中开关动作受三极管T2控制，当三极管T2处于饱和状态时，其集电极有电流通过，从而驱动继电器H中的开关动作，灯泡回路导通；而当三极管T2处于截止状态时，其集电极无电流通过，继电器中无电流通过，其开关无法动作，灯泡回路关断。三极管H是处于饱和导通还是处于截止断开，则由其基极B控制。当B极电压处于高电平时，其值高于集电极C的电压，而且大于三极管T2的开启电压Uon,三极管处于饱和导通状态，集电极上的继电器中有电流通过；当基极B处于低电平状态时，其值小于三极管开启电压Uon，三极管处于截止状态,其集电极中无电流，三极管这个“开关处于断开状态。二极管D2的作用是保护继电器。当三极管T2饱和导通时，继电器中有电流通过，此时是二极管D2相当于开路，对电路无影响，；当三极管在转换到截止状态的瞬间，由于继电器中含有电感元件，那么必然会在此刻产生极大的电流，如果不加二极管D2，电路可能会因电流过大而损坏，而加上二极管后，电流改变流向，通过二极管D2和继电器中的电感组成的回路完成放电过程，不会损坏电路。6.2 电路参数分析6.2.1 相关元件介绍 1.三极管T2选用的是9014型NPP型硅管，相关参数如下表 5-1VCEO45VVCBO50VVEBO5.0VIC100mAIc1.0mAVCE5.0VICBO0.1AIEBO0.1AVCE(sat)0.3VVBE(sat)1.0Vft150MHz4002.继电器H选用的是欧姆龙OMRON继电器G2R-1 DC12，这是一种小型直流继电器，线圈参数如下：表 5-2制造商Omron触点形式:SPDT线圈电压12 VDC 触点额定值10 A触点端接Solder Pin 安装风格Through Hole功耗530 mW触点材料Silver AlloyPart # Aliase12DC G2R1 G2R112DC3.二极管D2二极管选用的是IN4148,其参数如下：表 5-3最高反向工作电压(V)75反向击穿电压(V)=100最大正向电流(mA)150正向压降(V)=0.8反向回复时间(ns)=44.日光灯D3日光灯选用26MM*1500MM（150cm ）规格的LED灯泡，其额定功率为25W，使用寿命在3万-5万小时，供电电压为为AC85V-260V(交流)。注：为何选用LED灯？答：它不但超强节能更为环保. 还是国家绿色节能照明工程重点开发的产品之一，是目前取代传统的日光灯的主要产品。LED日光灯综合应用LED电光源，独特的电路控制设计，真正达到了高效节能，省电80% 以上。 超高亮度，显色指数高，是最新型的室内照明产品，不需使用镇流器、启辉 器，无频闪。安装非常简单，安装时将原有的日光灯取下换上LED日光灯，将起辉器去掉即可。 LED日光灯节电高达70以上，寿命为普通灯管的30倍以上，几乎是免维护。适用范围：写字楼、工厂、商场、学校、居家等室内照明LED日光灯的十大优点 ：1：环保型灯具传统的日光灯中含有大量的水银蒸汽，如果破碎水银蒸汽则会挥发到大气中。但LED日光灯则根本不使用水银，且LED产品也不含铅，对环境起到保护作用。LED日光灯公认为二十一世纪的绿色光源。2：少发热现象传统灯具会产生大量的热能，而LED是冷光源，则是把电能全都转换为光能，不会造成能源的浪费。光效能更为显著。3：没有噪音LED灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场合为上佳之选。适合于图书馆，办公室之类的场合。4：保护眼睛传统的日光灯使用的是交流电，所以每秒钟会产生100120次的频闪。LED日光灯采用LED恒流工作，是把交流电直接转换为直流电，有效减少LED光衰，启动快，无闪烁，保护眼睛。 5：无蚊虫烦恼LED日光灯不会产生紫外光、红外光等辐射，不含汞等有害物质，发热少。因此不会象传统的灯具那样，有很多蚊虫围绕在灯源旁。室内会变得更加干净卫生整洁。6：电压可调80V245V传统的日光灯是通过整流器释放的高电压来点亮的，当电压降低时则无法点亮。而LED灯具在一定范围的电压之内都能点亮，还能调整光亮度.7：省电寿命长LED日光灯的耗电量是传统日光灯的三分之一以下，寿命也是传统日光灯的10倍，与传统日光灯亮度基本一致，正常使用寿命为3万小时以上，节电高达80，可以长期使用而无需更换，减少人工费用。更适合于难于更换的场合。8：坚固牢靠LED灯体本身使用的是环氧树脂而并非传统的玻璃，更坚固牢靠，即使砸在地板上LED也不会轻易损坏，可以放心地使用。9：通用性好LED日光灯外型、尺寸与传统的日光灯一样，可替代传统灯具。10：色彩丰富充分利用LED色彩丰富的优势制作各种发光颜色的灯。 6.2.2 电路参数分析、计算三极管深度饱和时所需基极电流IBS： （5.2.1）IBS称为饱和基极电流。为使三极管处于饱和工作状态，必须保证iBIBS。用于开关电路的三极管一般都具有很小的VCE(sat)和RCE(sat)。.在VB4VCE(sat)、RHRCE(sat)的情况下，可将式（5.2.1）近似为 （5.2.2） VB4=12V, RH=1.2，=400 IBS =0.025A计算R9的阻值因为声音和光信号经过TC4081BP芯片处理后，得到输出电压VB=12V。VBE(sat) =1.0V, 根据iBIBS，得IBS （5.2.3） （欧姆）R9要选用阻值小于440的电阻灯泡回路相关参数灯泡额定功率P=25W，R=1936，电源为U=220V，f=50HZ的交流电第7章 制作要领7.1 灯泡一直亮着灯泡一直亮着的问题，多是三极管被击穿，造成继电器中一直有电流通过，从而灯泡回路一直处于导通状态；或者是继电器和灯泡回路的接法不正确，使得继电器中一直有电流通过或者灯泡直接接在电源回路上，从而使灯泡一直处于导通状态。若没有上述错误，则极有可能是集成电路TC4081BP损坏使A的11脚始终为高电压7.2 灯泡始终不亮 出现这一问题，先检查灯泡是否正常。如果灯泡正常，就说明开关电路中有元件损坏。可先焊开光敏电阻器的一个脚，在想话筒送入声音信号的同时，用万用表侧集成电路A 2脚的电压，看指针是否摆动。若摆动很小或不摆动，就应检查声音触发控制电路中的各元件，包括话筒、电阻器R1到R4、电容器C1、可调电位器RP三极管VT；若指针摆幅很明显，再测三极管T2的基极电压，若此处无电压，就说明集成电路TC4081BP、电阻器R5-R7,R7,R10、二极管VD1，电容器C2之一有损坏。7.3 发光时间短 这是延时电路的电容器C2或电阻器R6有问题，可用容量大点的电容替换C2，或对电阻器R6进行替换。若更换后，延时时间还是较短，则有可能是二极管VD1不良。注：在实际电路中，由于电容器本身有电阻，再加上其放电并不是放到零为止，而是放到电流正好可驱动三极管T2为止，所以其放电时间比理论计算少得多。7.4 灯泡响应灵敏度低如果需要很大响声，灯泡才能触发点亮，则说明触发电路元件性能下降，此时应着重检查三极管的放大倍数值，以及检查电阻R1-R4、可调电位器RP和电容器C1等第8章Proteus的仿真实验8.1Protus的软件简介Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：1.实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。2.支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM7系列以及各种外围芯片。3.提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。4.具有强大的原理图绘制功能。5.PCB设计以及自动布线。特点：支持ARM7，PIC ，AVR，HC11以及8051系列的微处理器CPU模型，更多模型正在开发中，更新信息请参见网页； 交互外设模型有LCD显示、RS232终端、通用键盘、开关、按钮、LED等；强大的调试功能，如访问寄存器与内存，设置断点和单步运行模式；支持如IAR、Keil和Hitech等开发工具的源码C和汇编的调试；一键“make”特性：一个键完成编译与仿真操作； 图 8-1 Proteus ISIS编辑环境内置超过6000标准SPICE模型，完全兼容制造商提供的SPICE模型；DLL界面为应用提供特定的模式；基于工业标准的SPICE3F5混合模型电路仿真器 14种虚拟仪器：示波器、逻辑分析仪、信号发生器、规程分析仪等；高级仿真包含强大的基于图形的分析功能：模拟、数字和混合瞬时图形；频率；转换；噪声；失真；付立叶；交流、直流和音频曲线；模拟信号发生器包括直流、正旋、脉冲、分段线性、音频、指数、单频FM；数字信号发生器包括尖脉冲、脉冲、时钟和码流；集成PROTEUS PCB设计形成完整的电子设计系统。图形编辑窗口 编辑窗口用于放置元器件，进行连线，绘制原理图。 预览窗口 预览窗口中，有两个框，蓝框表示当前页的边界，绿框表示当前编辑窗口显示的区域。当从对象选择器中选中一个新的对象时，预览窗口可以预览选中的对象。在预览窗口上单击，Proteus ISIS将会以单击位置为中心刷新编辑窗口。 对象选择器窗口：通过对象选择按钮，从元件库中选择对象，并置入对象选择器窗口，供今后绘图时使用。显示对象的类型包括：设备，终端，管脚，图形符号，标注和图形。 状态信息条：状态条显示当前电路图编辑状态,这些状态显示方便用户的操作。 工具栏：Proteus ISIS主窗口左端的绘图工具栏与标准工具栏的作用相似，包含添加全部元器件的快捷图标按钮，与菜单中的元器件添加命令完全对应。通过选取主窗口的菜单项View/Toolbars可以隐藏/显示相应的工具栏。ProteusISIS主窗口左端的绘图工具栏与标准工具栏的作用相似，包含添加全部元器件的快捷图标按钮，与菜单中的元器件添加命令完全对应。通过选取主窗口的菜单项View/Toolbars可以隐藏/显示相应的工具栏。PROTEUS系统中有符号库和约30个元器件库，每个库又有许多模型，合计约8000个。另外有关系统支持的库信息，请查看安装路径下最新的LIBRARY.PDF文件。元件列表（TheObjectSelector）：用于挑选元件（components）、终端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后（按了“OK”），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可在原器件库中找出CAPACITORPOL有极性电容，CAP电容，DIODE二极管，ELECTRO电解电容，LED发光二极管，RES1.2电阻，SW-SPST?单刀单掷开关，SPEAKER扬声器，NPN三极管8.2 Protus仿真一，打开Proteus的集成环境，点击文件，新建设计，根据2.2元件明细表中的元件，点击P，版面出现如下图所示，图 8-2在keywords中输入所找的元件名单，然后点击右下角的OK，元件被添加了。二，依次放好元件，使元件摆放美观。三，连接电路，在需要连接的元件接线处，点击左键，移动鼠标，可看到导线的出现，再在导线的另一端在另一个元件的端点处点击，从而连接了电路。图8-3 仿真原理图8.3实验调节在Proteus环境版面中点击左下角，如图所示 点击，系统开始运行，如有出错，则系统将报错，点击报错处，查找出错原因，予以改正，当满足已知条件灯亮时，此时调试已经成功。结果和结论一 实验仿真结果：在白天较强光照的情况下，光敏电阻呈现低阻态，无论有无音，芯片TC4081BP的1管脚输入低电平，使得三极管截止，继电器不会跳转，灯泡不会亮；当光线较暗时，光敏电阻因无光照呈高阻状态，管脚1输入高电平，在有声音响起时，音频信号转化为电信号，拉低基极的电位，使得三极管VT截止，管脚2输入高电平，此时延时电路的电容开始充电，后面的三极管导通，继电器发生跳转，灯泡点亮，若此时声音信号消失或光照强度变强，芯片输入低电平，但由于有延时电路中电容的放电，使得后面三极管的基极持续一段时间的高电位，三极管导通，灯泡依然持续点亮。持续时间为46秒，最终完成声控光控延时开关的作用。实验结论：1、 设计原理清晰，设计性能指标的灵敏度基本达到设计的要求；2、 在整个设计的过程中，本着节约的精神，我们使用的都是简单廉价的元器件，降低了设计的成本；3、 这次的课程设计就相当于时让我顺便进行模数电的复习，加深和巩固了我所学到的知识，同时也使我获得了搭建和调试实验电路的能力；4、 锻炼了我自主学习的能力、与他人合作的能力，还可以从各种渠道获得一定的资料共同加以研究学习，提高了我们的综合动手能力。5、 这次的课程设计就算是毕业设计的预演，使得我对以后不论是课程设计还是毕业设计、毕业答辩都充满了信心。总结在这段时间里的设计中，我做的课题是“声光控延时开关”。这是一种声音和光照双控制的照明灯，它可以用于楼梯，过道，库房的场合。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会使灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声音，就会自动为行人照明，过一会儿后有自动熄灭，节能节电。这次的声光控延时开关的设计实践将我们学到的只是应用到了实践，深化了对数字电路设计和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。学习了一年的理论知识和实践操作，我不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我一、通过自己的独立动手，老师和同学的耐心知道下，我学会了分析电路、设计电路的步骤等。在此设计中利用到了三极管的特性，光敏效应，特别是芯片的一些功能，让我们进一步巩固和掌握了前面所学的基础知识，加深了对模拟电路，数字电路的理解，对元器件的使用更加深刻。当然了，第一次经历课程设计这东西，在设计的过程中难免会出现种种这样那样的问题及我们解决办法：1、在电源设计中要根据器主体电路及执行机构不同进行相应的设计，比如说不同的分支电路