声控灯课程设计报告

1 校徽校徽 模拟电子技术模拟电子技术 课程设计报告书课程设计报告书 2013 20142013 2014 学年第学年第 二二 学期学期 系系 别 别 电子信息工程系电子信息工程系 专专 业 业 电气自动化技术电气自动化技术 班班 级 级 1313 级 级 2 2 班 班 姓姓 名 名 唐唐 巍巍 指导教师 指导教师 2014 年年 6 月月 27 日日 大学课程实训报告书 2 目目 录录 一一 设计的目的与意义设计的目的与意义 3 4 二二 课程设计概况课程设计概况 4 5 三三 课程设计方案及内容课程设计方案及内容 5 11 四 总结四 总结 12 13 参考书目参考书目 13 1 一一 设计的目的与意义设计的目的与意义 1 1 意义 从建国以来 我国的电子技术的不断地飞速发展 广泛应用于社会的各个领域 工业 农业 医学 军事及日常生活等 但我国由于没有赶上前两次科技革命 经济发展相对于发达国家比较晚 仍属于发展中国家 所以作为 21 世纪的大学 生有义务肩负起振兴国家的使命 忆往昔 1837 年画家出身的莫尔斯 S F Morse 发明了电报 1876 年 美国 人贝尔 A G Bell 虽然不懂电学和机械 但他凭借造福人类的激情和毅力发 明了电话 没有受过正规大学教育的马可尼利用赫兹的火花振荡器作为发射器 实现了无线电信号的传递 鉴于以上各种事实 同样也点燃了我决心未来成为一名电子工程师内心的火花 我认为在学习好文化知识的基础上 我们应该多实践 把所学到的知识能尽量 多地转化为造福社会的生产力 1 2 目的 经过我们组四个人共同的商议 我们决定从比较简单的实验入手 设计一个声 控闪光灯 声音由麦克风拾取 LED 灯能随着环境声音的强弱起伏而闪烁发光 当有声音时闪光灯发光 并且在一定范围内随着声音的大小闪光灯的亮暗发生 变化 声音越大越亮 二二 课程设计概况课程设计概况 2 1 设计任务 一 制作声控闪光灯 大学课程实训报告书 2 1 理解声控闪光灯电路的工作过程 2 理解电路中各元件的作用 如耦合电容决定整个电路的下限频率 了解驻极 体话筒的结构和特点 3 会对声控闪光灯电路进行安装 调试和测试 4 会用万用表对驻极体话筒进行正 负极识别和质量检测 5 掌握电阻 发光二极管 三极管 驻极体话筒的插装要求与工艺 6 掌握印制电路板元器件的焊接技术 7 熟悉印制电路板的连线方法 二 帮助我们更好地理解所学的理论知识 能利用模拟电电子技术课程一些基础知识制作出简单的电子器件 三 学会查找资料 包括图书 网络等渠道 四 提升我们的动手能力 五 培养我们制作报告的一些基本方法 2 2 基本概况 1 打印 模拟电子技术 课程设计说明书一份 给出课题的设计和制作 调试 过程 2 根据技术指标要求 画出设计电路图 画出印制电路版图 3 设计时间为一周 4 制作 PCB 板 5 人员分组 四人一组 选择同一课题的电路相同 但课程设计报告不能完全相同 三 课程设计方案及内容 3 13 1 电路设计电路设计方案方案 大学课程实训报告书 3 图 3 1 声控闪光灯电路基本工作原理 图 3 2 声音波形图 根据上述基本功能 设计电路图如附录附录 1 1 3 2 论证 三极管 VT1 相当于开关 VT2 起放大作用 当无声时 VT1 处于临界饱和 集 电极电位低 则 VT2 截止 那么 VL1 VL2 灭 当有声音时 其信号的负半周 使 ICE1减小 UC1增大 VT1 导通 那么 VT2 也进入放大状态 使 VL1 VL2 亮 根据声音的频率而闪烁 3 3 仿真 在仿真软件 multisim 中进行仿真 仿真电路图如图 3 3 其中话筒用函数发生 器代替 9014 晶体管用 2N3904 代替 仿真效果为 当函数发生器大约为 0HZ 时 发光二级管几乎不闪烁 用万用表测得 UC1 两端 的电压为 0 39V 示波器测量二级管两端波形几乎为一条水平线 当函数发生器大约为 100HZ 以上时 发光二级管不停地闪烁 用万用表测得 UC1 两端的电压为 0 74V 频率变化 UC1 两端的电压也变化不大 如 a 当话筒 为 100HZ 时 UC1 0 74V b 当话筒为 10000HZ 时 开始 UC1 0 68V 大约 10 秒 大学课程实训报告书 4 后 最终 UC1 0 74V 用示波器测量二级管两端 两端的波形如图 3 4 因为人声音的频率为 85 1100HZ 所以当人发出声音时 UC1 应该等于 0 74V VT2 会导通 Q1 2N3904 Q2 2N3904 R1 4 7k R2 1M LED1LED2 C1 1 F C2 100 F R3 10k XFG1 VCC 3V 图 3 3 仿真电路图 图 3 4 二极管两端波形 大学课程实训报告书 5 3 43 4 设计原理及功能说明设计原理及功能说明 静态时 使 VT1 处于临界饱和状态 VT2 截止 LED1 和 LED2 无电流流过皆不 发光 R1 给电容话筒 MIC 提供偏置电流 只要选取合适的 R2 R3 就能使无声 波信号时 VT1 处于临界饱和状态 使 VT2 处于截止状态 当有声波信号时 话筒捡取室内环境中的声波信号后即转为相应的电信号 经 电容 C1 送到 VT1 的基极 电信号的负半周使 VT1 退出饱和状态 正半周时不能 使 VT1 的 IC 降低 进入放大状态 VT1 的集电极电压上升 VT1 VT2 组成 两级直接耦合放大电路 VT2 导通 LED1 和 LED2 点亮发光 当输入音频信号较弱时 不足以使 VT1 退出饱和状态 LED1 和 LED2 仍保持熄灭状态 只有较强信号输入时 发光二极管才点亮发光 所以 LED1 和 LED2 能随着环境声音 如音乐 说话 信号的强弱起伏而闪烁发光 3 5 单元电路的设计 计算与说明 3 5 13 5 1 主要主要 1 1 2 2 单元电路图单元电路图 分别如下 Q1 2N3904 R1 4 7k R2 1M C1 1 F R3 10k XFG1 VCC 3V 图 5 1 单元 1 大学课程实训报告书 6 Q2 2N3904 LED1LED2 C2 100 F VCC 3V 图 5 2 单元 2 5 2 无声波信号时 单元 1 R1 4 7K 给电容话筒 MIC 提供偏置电流 MIC UCC R1 0 64mA 5 1 R2 1M IBQ1 UCC UBE R2 2 3 e 06mA 5 2 R3 10K 使 UCE1UCE1 为为 0 20 2 0 4V0 4V 此时 VT1 处于临界饱和状态 不能放大电流 单元 2 UC3 UCE1 不能使 VT2 导通 IBQ2IBQ2 几乎为零几乎为零 VT2 截止 灯不亮 5 3 有声波信号时 单元 1 C1 作用 耦合电容 隔直流 决定下限频率 大学课程实训报告书 7 fl1 1 2 RMIC ri C1 1 2 riC1 5 3 rbe rbb 1 26 IEQ 11 6K 5 4 ri rbe R2 11 5K 5 5 所以 fl1 13 85HZ 声波信号经话筒转化为相应的电信号 经 C1 送至 VT1 的基极进行放大其信号负 半周 正半周不能使 IBQ1 减小 退出饱和状态 使 VT1 的 IBQ1 减小 退出饱 和状态 则 ICQ1 减小 UCE1UCE1 增加增加 刚有声波时 IBQ2 仍 0 UC1 UCC I1 R3 UCE1 UC1 单元 2 C2 作用 耦合电容 隔直流 决定下限频率 当 C2 容抗 Xc 增大 fl2 降低 两端压降增大 即输出电压 UO 下降 从而 Au 下降 同理 fl2 1 2 RLED 2 C2 5 6 RLED 1 8V 50mA 36 5 7 所以 fl2 88 46HZ 综上可知下限频率 fl fl2 88 46HZ 所以从而影响了低频放大倍数 Ausl Ausl Ausm 1 jf1 f UC1 增加使 VT2 导通退出截止状态 截止状态时 IBQ2IBQ2 Uc1 rbe 0 2V 11 6K 17 2 A IBQ2 增加 退出截止状态 5 4 附加内容 5 4 1 放大电路 放大电路又称放大器 是电子设备中的核心部分 其主要作用是对输入的信号 进行放大 从而推动负载工作 所谓放大 实质就是将直流电源的能量转化为 具有一定大小且随着输入信号变化而变化的输出信号 也可以讲放大器是一个 能量转换器 放大电路分为共发射极放大电路 共基极放大电路和共集电集放 大学课程实训报告书 8 大电路三种基本形式 基本放大电路的组成如下 图 5 3 共射极放大电路 双电源供电 大学课程实训报告书 9 图 5 4 共射极放大电路 单电源供电 图 5 5 共集电极放大电路 图 5 3 所示为双电源供电的共射极放大电路 V 是一个 NPN 型三极管 作用是 大学课程实训报告书 10 放大电流 UCC是输出回路的电源 作用是为输出信号提供能量 RC 是集电极负 载电阻 作用是把电流的变化转换成电压的变化 基极电源 UBB 和基极偏置电 阻 RB 的作用是为了发射结提供正向偏置电压和合适的基极电流 IB C1 C2 称 为隔直电容 作用是隔直流 通交流信号 图 5 4 为单电压供电的共射极放大电路 只要 RB 远大于 RC 单电源就可代替 双电源的作用 为了是三极管工作在放大状态 首先必须保证反射结为正向偏置 集电结为反 向偏置 其次为了保证放大电路能尽可能不失真地放大交流信号 必须在静态 是 三极管的各极都要有一个合适的工作电源和电流 即给放大器设置一个合 适的静态工作点 5 4 25 4 2 滤波电路滤波电路 滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波 一般由电抗元件组成 如在负载 电阻两端并联电容器 C 或与负载串联电感器 L 以及由电容 电感组成而成的 各种复式滤波电路 由于电抗元件在电路中有储能作用 并联的电容器 C 在电源供给的电压升高时 能把部分能量储存起来 而当电源电压降低时 就把能量释放出来 使负载电 压比较平滑 即电容 C 具有平波的作用 与负载串联的电感 L 当电源供给的电 流增加 由电源电压增加引起 时 它把能量储存起来 而当电流减小时 又 把能量释放出来 使负载电流比较平滑 即电感 L 也有平波作用 滤波电路形式很多 为了掌握它的分析规律 把它分为电容输入式 电容器 C 接 在最前面 和电感输入式 电感器 L 接在最前面 前一种滤波电路多用于小功 率电源中 而后一种滤波电路多用于较大功率电源中 而且当电流很大时 仅 用一电感器与负载串联 大学课程实训报告书 11 6 6 硬件的制作与调试硬件的制作与调试 1 用 multisim 仿真成功后 按电路图进行装配 实物图如下 MIC 有标记一端为正极 C1 C2 长引脚为正极 VT1 VT2 方法 a 9014 中间一端为基极 有数据一方面对自己 引脚朝下 则 左 发射级 右 集电极 方法 b 用万用表 指针式 测量 万用表调到欧 姆档 让万用表两表笔接三极管任意两引脚 共 8 次 其中两次读数最大 则 那两次任一端为发射级或集电极 这两次阻值小的一次 黑表笔为 C 红表笔 为 E R1 4 7K 黄紫黑棕金 R2 1M 棕黑黑黄金 R3 10K 棕黑黑红金 图 6 1 实物图 1 大学课程实训报告书 12 图 6 2 实物图 2 2 焊接时注意烙铁的使用方法 先使烙铁预热 一定时间后再焊接 把烙铁放 在电路板的小铜片上使铜片预热 再把锡丝放在铜片上 让锡丝融化 再抽去 焊锡丝 移开烙铁 连接导线时最好使导线中间留一层绝缘皮 就不容易短路 最后用胶棒再对电路板进行密封 以进一步防止短路现象发生 三极管的极性 一定不能接错 元件排列整齐美观 3 通电后先测出 VT1 的集电极电压 使其在 0 2 0 4V 之间 如该电压太低 则施加声音信号后 VT1 不能退出饱和状态 VT2 不能导通如果该电压超过 VT2 的死区电压 则静态时 VT2 就导通 使发光二极管点亮发光 所以对于灵敏度 不同的三极管 VT1 的集电极电阻 R3 的大小要通过调试来确定 4 离话筒约 0 5m 远 用普通声音 适中 讲话时 发光二级管随声音闪烁 如 需大声讲话 灯才闪烁 可适当减小 R3 的阻值 或者更换 值更大的三极管 5 适当的减小 R1 的阻值 或者更换灵敏度更高的驻极体话筒 也可使话筒接受 声音的灵敏度提高 大学课程实训报告书 13 四 总四 总结结 经过一个星期的课程设计 留给我印象最深的是设计一个成功的电路 必 须要有扎实的知识基础 本产品能通过声音的频率来控制灯的闪烁 个人感觉 其功能还算比较完善 此次的设计并不奢望十全十美 当中不完美的地方有 所设计的电路比较 简单 但这也让我有更多的时间对所学的专业知识运用到一些细微的方面 我 们组每个人也都做了一个成品 感到很有成就感 对模