声光控路灯课程设计.doc

武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计1、设计内容电源部分声音拾取光控电子开关灯延时电路图1 内容设计方框图a根据本次课设题目在网上寻找相关资料，并找到相关的原理图，适当改变原理图中元件的相关参数。b.购买原理图中的相关元件进行识别和测试。包括各类电阻、电容、电感、二极管（稳压）、三极管和可控硅的数值、质量、电器性能的准确判断，尤其注意三极管的放大倍数的测量（声音拾取放大过程中的三极管要用放大倍数大的），上网了解可控硅，稳压管和光敏电阻的相关资料；c.根据原理图在万用板上布线，焊接电路，完成调试工作（重点是调试声控和光控，注意延时时间的调节。有可能存在电路不能正常工作的检测）。d用protel绘制本次实验用的原理图，设计内容方框图，编写此次的设计实验报告书，相关的心得体会。2、理论分析2.1声控原理介绍声控开关里有一个声音传感器（话筒），具体的说就是有一个小弹片来感应声音并通过一个继电器把声音信号转换成电信号，在声音足够大的时候电信号也足够大，这时候的电信号就传到开关的触头上，来使电路接通或者断开 。声控灯使用的声控开关,一般设计成在一段音频有效,只要音量达到与设计门限频率相符就可控制开关的通断.灯泡可以是多样的,只要电压相符,功率在开关可乘承受能力内就可用，即是满足功率的要求。声音信号话筒拾取声音电信号进入话筒声音信号变电信号图2 声控原理图2.2光控原理介绍光控开关原理中的主要器件就是光敏电阻。光敏电阻在有光照时候电阻值很小，当无光时候电阻变的很大，电路中主要是利用其阻值随光照的不同而改变进而来改变电路的某些元件的电压或电流来实现电路的光控。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，在半导体光敏材料两端装上电极引线。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。下面是一个简单的光控电路示意图，我们可以从中了解到光控原理的简单应用。 图2.2 光控电路工作原理：该装置应用电路工作原理如下图。在白天，由于光照较强，光敏电阻R1的内阻很小，此时有较大电流通过R1而使三极管Q1饱和导通，Q1饱和后，控制器DM的端电压远低于1.6V，故DM内部截止，照明灯H不能点亮。当夜晚来临，光线变暗，照射在R1上的光通量减弱，R1的内阻变得越来越大，控制器DM内部电路亦逐渐开通，从而有电流通过照明灯H而使其发光。2.3延时原理介绍一个电容与电阻串联，直接与一电源连接，则电容会被充电。这时电源电动势应为电容两极板电压与电阻电位降之和。当把电源断开，直接将电容与电阻形成一闭合电路，电容会通过电阻放电，如此反复充放电的过程，既是延时过程。当改变该电阻阻值的大小，可以改变延时时间的大小。图2.2 延时电路一般的电路里面比较简单的延时控制都是用RC的串联延时电路，当延时要求比较高的时候就要用到单片机等来实现延时。2.4电子开关介绍MCR100-6 400V单向可控硅,触发电路很小,几十微安。可控硅相当于可以控制的二极管，当控制极加一定的电压时，阴极和阳极就导通了。可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种，都是三个电极。单向可控硅有阴极（K）、阳极（A）、控制极（G）。双向可控硅等效于两只单项可控硅反向并联而成。即其中一只单向硅阳极与另一只阴极相边连，其引出端称T2极，其中一只单向硅阴极与另一只阳极相连，其引出端称T2极，剩下则为控制极（G）。 2.5电路原理图图2.4电路原理图2.6电路原理介绍声光控开关必须同时具备两个条件，声光才起作用。从声光控开关的结构上分析，电路板装有光敏电阻和柱极体话简。而光敏电阻的敏感效应，只有在黑暗时才起到作用。也就是说当天色变暗到一定程度，光敏电阻感应后会在电子线路板上产生一个脉冲电流，使光敏电阻的光控电路处在关闭状态，这时在只要外界有响声出现，柱极体活简就会同样产生脉冲电流，这时声光控制开关电路就连通起作用。因为必须要二个条件同时存在，声光控开关才起作用，故叫与门电路。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，脚步声等把节电开关启动，灯亮，延时30秒后节电开关自动关闭、灯灭电路原理图见上图，其中可分为声控电路部分，光控电路部分，延时电路部分和整流电路部分，下面就这些部分分别介绍电路的工作原理。声控电路：话筒Mk和Q1、R1、R2、R3、C1组成声音拾取放大电路。由于三极管Q1是用于声音的拾取放大，所以为了获得较高的灵敏度Q1选用较大的（最好是大于100）。同时话筒MK也应该选用灵敏度高的话筒以获得较高的准确度。光控电路：R4、R5和光敏电阻R11组成光控电路。有光照射在光敏电阻R11上时，阻值变小，对直流控制电压衰减很大。三极管Q2、Q3和电阻R7二极管D3组成的电子开关截止，当无光照射R11 时，R11 阻值很大，对直流控制电压衰减很小，VT2、VT3等组成的电子开关导通，D3 也导通，使C4充电。延时电路：灯泡发光时间长短由C4、R8 组成的RC延时电路的参数决定，由于此次的课设要求延时时间是30S，根据计算知道R8应该取22K左右。但是为了实现延时时间的可调性，此次设计的是滑动变阻器，可以完成延时时间的任意改变。整流电路： C2、D1和D2、C3构成倍压整流电路。把声音信号变成直流控制电压。在MCR截止时，直流高压经R9、D4降压后加到C3、CW1（稳压管）上端。C3为滤波电容，CW1为稳压值1215V的稳压二极管，保证C3上电压不超过15V直流电压。电子开关：C4 内无电荷，单向可控硅MCR截止，灯泡不亮。C4通过R8 把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。R8、C5和单向可控制MCR和整流桥组成延时与交流开关。C5为抗干扰电容，用于消除灯泡发光抖动现象。2.7电路参数计算a.由于光敏电阻阻值在光照时5k，无光时候为500k，所以R4选择100k，比较合适。b.R5和R6选择是为了保证Q2的正常工作，R6较大保证基极电压，R5是为了保证输入Q2电流较小。c.R8和C4的值是根据延时时间来确定的，由于要求的是延时三十秒(t=RC)，选择的电容是47UF，所以为了调节方便，选择的R8是大于100k的可调电阻。3.电路焊接及实物根据电路原理图，选取合适大小的万用板。由于为了安装方便，将桥式整流部分与控制电路部分分开在两块万用板上面。a. 焊接桥式整流部分，使用的是四个IN4004二极管；b. 焊接声音控制部分，根据要求选用放大倍数较大的三极管作为声音拾取部分的放大元件。c. 焊接光控部分，注意焊接是电烙铁的加热时间，以免温度过高烧坏光敏电阻；d. 焊接电子开关及延时电路部分，注意可控硅的三个极的顺序不要弄反了；e. 稳压电路焊接，主要是是稳压管的焊接，要反接在电路中才能正常工作。以下是此次电路的实物展示：图3.1电路实物4.注意事项 焊接质量尤其重要。焊接时间较长易损坏元器件，焊点处理是否合理，有没有焊接点短路、虚焊、多余管脚是否剪去。电路之中的电容，二极管，三极管，可控硅，话筒千万不要接反了，否则很容易发生事故，而且电路肯定不能工作。稳压管要反接才能正常工作，保证控制部分的正常工作电压。各部分的要求分别是：a.声音放大电路：选择放大倍数大的三极管作为声音放大部分的元件，电阻R3应该选择阻值较大的，防止电路产生间歇振荡。话筒选择敏感性较好的，而且焊接时候不要接反正负极；b.电子开关：可控硅的三个极不要焊接反了；c.延时电路：为了实现延时的时间可调性，选择的R8是滑动变阻器；d.稳压部分：为了保证光控和声控部分电路的正常工作，要接12V的稳压管，而且只有当稳压管反接在电路中的时候才能正常工作。5.调试与故障判断调试前，先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。a.首先检查你的印刷电路是否设计正确，元器件位置是否安装正确。特别是话筒、二极管、三极管、电容等极性不要装错。这里需要强调的是话筒的极性千万要注意，不然会导致整个电路不能工作。b.本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住，将电路通电后，用手轻拍驻极体，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再用手重拍驻极体，这时灯不亮，说明光敏电阻完好。若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。c.元器件安装后，通电220v电压检查不正常情况下：检查元器件是否安装正确；d.为了安全起见可以不通交流电，而直接加入8V直流电压到D4阳极，然后按如下步骤检测：（1）检查各个三极管静态工作点的工作电压，检查电子开关是否正常。（2）当短接Q3的e、c极，可控硅(MCR100-6)阳极电压下降为零，说明电子开关电路正常；（3）检测Mic话筒两端电压约23V左右，说明Mic话筒连接正确。（4）再检查R11光敏电阻两端电压值，光照时电压较低大约为0.08V，不受光时电压较高大约为4.3V，说明光控电路工作正常；（5）将光敏电阻用不透光的物体遮档住，测量Q3发射极对地电压，当发出响声在话筒边发出声音时，测得的电压就为5.6V，然后没有声音后又变为0左右。e.调整延时时间:由于C4选定的是固定值47uf，为了能调整延时时间t，选的R8是可调电位器。由t=RC，故当R8变化时能够控制灯亮的时间。.设计总结本次设计的是“声光控灯”的电路，这是一种声音和光照双控制的照明电路。白天光照好，不管外界发出多大的声音，声光控灯都不会发光。夜晚光线暗，只要外界声音达到一定的程度，声光控灯都会亮，而且能够持续一段时间的照明（持续的时间可以根据实际的要求来调节）。本次的声光控开关的设计将我们学到的知识用到了实践之中，深化了对模拟电子设计的认识，使我们在设计过程中也收获到了新的知识。学习了理论知识和实践操作，我们不仅用到了课本上学到的东西，更重要的是我们通过自己的动手和同学们的交流学会了分析电路故障，设计电路的步骤。通过本次设计，自己对模电知识有了进一步的了解，而且对三极管的放大电路的分析更加透彻。.心得体会在这次的模拟电子课程设计中，我设计的是“声光控灯”的电路，这是一种声音和光照双控制的照明电路。白天光照好，不管外界发出多大的声音，声光控灯都不会发光。夜晚光线暗，只要外界声音达到一定的程度，声光控灯都会亮，而且能够持续一段时间的照明（持续的时间可以根据实际的要求来调节）。本次的声光控开关的设计将我们学到的知识用到了实践之中，深化了对模拟电子设计的认识，使我们在设计过程中也收获到了新的知识。学习了理论知识和实践操作，我们不仅用到了课本上学到的东西，更重要的是我们通过自己的动手和同学们的交流学会了分析电路故障，设计电路的步骤。在此次的设计中用到了三极管的放大，光敏效应，稳压管。更重要的是我了解了可控硅的用法和相关知识，对延时电路的应用和原理有了更深刻的理解。下面就本次课程设计过程中遇到的一些问题及其中的收获总结如下：课程设计刚刚开始的时候，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，遇到难处先是自己想然后是上网查找资料再向同学请教，终于掌握了此次实验的原理图基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。当然我们要学会自己查找资料，利用资料。现在是网络时代，当我们碰到问题的时候，尽量首先自己上网寻找答案。往往我们碰到的问题别人以前或许都碰到过，所以上网能够帮助我们解决许多的问题。但是，往往我们在浏览完很多的网站之后问题还是得不到解决，那么我们就要学习网上的相关资料了。比如要用到什么特殊的元件，特殊的芯片，我们就可以上网了解其资料和性能特性，这样往往会对我们分析原理图起到很大的帮助。这里就涉及到了资料问题，我们平时没事浏览网页或者是看到芯片的资料时候就要注意收集相关的资料，这些往往对我们以后的应用有很大的帮助作用。但是对于资料，我们也不能盲目的搜集，当很多的资料我们很长时间还没用到的时候或我们根本没研读的时候，那还不如删掉，应为当资料很多的时候我们就很难在其中找到我们想要的资料了。希望此次的总结能对以后的学习和课程设计有一些帮助参考文献1康华光.电子技术基础数字部分（第四版）.北京：高等教育出版社，2006.2彭介华.电子技术课程