声控式音乐彩灯控制器的制作与调试.doc

课 程 设 计 说 明 书学生姓名:学 号：学 院:自动化工程学院班 级:题 目:1 电压（I/V）转换器的制作与调试2电流（V/I）转换器的制作与调试3声控式音乐彩灯控制器的制作与调试 指导教师： 徐源、侯一民 2015年12月28日目录第1章 电流/电压（I/V）转换器的制作与调试1 1.1设计任务1 1.2总体设计方案1 1.3系统分析与设计1 1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单2 1.5系统安装、调试与参数测量3 1.5.1 系统安装3 1.5.2系统调试3 1.5.3 参数测量4 1.6改进意见与收获体会4 第2章 电压/电流（V/I）转换器的制作与调试5 2.1设计任务5 2.2 总体设计方案5 2.3系统分析与设计5 2.4 总电路图、元器件清单、仪器仪表清单6 2.5 系统安装、调试与参数测量7 2.5.1系统安装7 2.5.1系统调试8 2.5.3 参数测量8 2.6 改进意见与收获体会8 第3章 声控式音乐彩灯控制器的制作与调试9 3.1 设计任务9 3.2 总体设计方案9 3.3 系统分析与设计9 3.4 总电路图、元器件清单、仪器仪表清单10 3.5 系统安装、调试与参数测量11 3.5.1系统安装11 3.5.2 系统调试11 3.5.3 参数测量12 3.6 改进意见与收获体会12 参考文献. 12 第1章 电流/电压（I/V）转换器的制作与调试1.1设计任务熟悉运放电路的各种元器件，充分了解并掌握运放参考电路图，将元器件焊接在电路板上，并按设计要求写出设计和调试过程，设计出将010毫安电流信号转换成010伏电压信号的电流/电压转换器，并通过调试将误差控制在允许范围内。分析电路的工作过程，完成制作与调试，分析结果。1.2总体设计方案本课题是电流/电压的转换器，为实现其功能，结合理论与实际，做出如下设计方案：（1） 输入信号为电流源，将电流源与一个负载相连，就可以将其看作电压源。（2） 通过运算放大器，将“输入电压”进行一定倍数的放大（3） 通过引入电压并联负反馈，稳定输出电压。（4） 总体方案框图如图1-1所示：图1-1电流/电压原理框图1.3系统分析与设计（1） -15v电压支路的作用是调零：当电流=0时，调整电位器使。（2） 输入端电阻R为电流采样电阻（数值很小），一定满足R，设R上端电位为，R下端电位为。所以有。（3） 设右边电位器（）可调端电压为，2个电阻与电阻的连接节点电位设为（上）和。（4） 输入输出关系推导如下：由运放虚断，则2个电阻上无电流，（设左下角电位器电压为）有： （1-1） （1-2）由运放虚短，则 （1-3）联立3个方程，得 （1-4）（5） 设右边的电位器上部电阻为，下部电阻为，因10k200k，故的分流可忽略不计。则是电位器分压，所以: （1-5） （1-6）1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单总电路图如图1-2所示：图1-2电流/电压转换电路原理图表1-1 元器件清单名称规格数量电阻100K3电阻2K2电阻200K2滑动变阻器10K2运算放大器UA741CN1导线若干表1-2仪器仪表清单名称数量直流稳压电源1数字万用表1电流源1电路板1电阻箱1电烙铁1电工钳11.5系统安装、调试与参数测量1.5.1 系统安装（1） 根据设计要求，画出实验电路图；（2） 准备电烙铁，预热、摆放材料；（3） 根据电路图，布线、焊接（要注意防止发生虚焊、漏焊等情况）；（4） 认真检查焊接是否正确（万用表检测2-3次所焊电路部分）；（5） 测试是否成功，并测量实验参数。1.5.2系统调试将电路板引出的连线与对应的仪表相连，接地导线与地相连，将两滑动变阻器调至中间位置，加输入电流信号。调节调零电阻，使得：（1） 稳定电流源调到0mA，调试电路板上的电位器使输出电压等于0V；（2） 稳定电流源调到5mA，调试电路板上的电位器使输出电压等于5V；（3） 稳定电流源调到10mA，调试电路板上的电位器使输出电压等于10V； （4）稳定电流源的电流从0mA调到10mA然后记下对应的电压值。1.5.3 参数测量调节输入电流分别为0，2，4，6，8，10mA，并填入表格。表1-4数据记录表格电流信号（毫安）0246810电压信号（伏）-0.082.054.046.148.1710.15理论电压信号（伏）02468101.6改进意见与收获体会（1）改进意见：电路板上焊孔过小增加了焊接的难度，同时使焊点不是很牢固，会发生断路的现象；在同一个焊点的多根导线尽量同时焊接，焊接后检查是否有虚焊。导线过细使得导线在多次调试后产生金属疲劳而折断；电路板上的元器件在携带的时候容易损坏。电位器调节旋钮过小，调试不便。（2）收获体会：通过该课程设计是我对课上所学知识有了新的认识，了解元器件的工作原理和工作条件，加深对深度负反馈的虚短和虚断的理解；了解了调零电路对差分电路的补偿作用；加深了对模拟电子的了解以及对电子技术的兴趣。提高了对理论的理解和对实践的操作。学会了电流电压转换器的设计方法和调试方法， 培养了动手能力和实践技能， 分析和解决实际问题的能力得到提高。第2章 电压/电流（V/I）转换器的制作与调试2.1设计任务熟悉各种仪器仪表和集成运算放大器的使用，按要求写出设计过程和调试过程，设计电压/电流转换装置并调试，将0-10V的输入电压信号转换成0-10mA的输出电流信号，控制误差在允许范围内。分析电路的工作过程，完成制作与调试，分析结果。2.2 总体设计方案本课题是电压/电流的转换器，为实现其功能，结合理论与实际，做出如下设计方案：（1）输入的信号是直流稳压电压信号；（2）通过运算放大器，将输入电压进行一定倍数的放大；（3）通过引入电流负反馈，稳定输出电流。图2-1 电压/电流方框图2.3系统分析与设计参考电路是从输入端输入电压，经过集成运算放大器把电压信号转变成电流输出信号，通过对负载端的测量，可测出输出电流的大小。电路由若干，电阻，2个可调电阻构成。是输入电压，因在运放输入端是对称工作的，但在实际工作中会出现一定的不对称性，为了提高精度，应加入调零电路，消除零点误差。（1）用+15V的稳压源通过电位器的分压来调节输出电流信号使之能在时有；（2）可调电阻是调整增益用的，通过对的调整可使输出量程发生改变；（3）右下角的是负载电阻，是从6端的输出电压转变成电流作为输出电阻。引入电压串联负反馈，电阻引入电压并联正反馈。由虚短：由同相端虚断： （2-1）由反向端虚断： （2-2）所以： （2-3）由节点的KCL关系有： （2-4）所以： （2-5）再由于，忽略的电流，则2.4 总电路图、元器件清单、仪器仪表清单总电路图如图2-2所示：图2-2电压/电流转换电路原理图表2-1 元器件清单名称符号规格数量电阻4电阻1电阻1滑动变阻器2运算放大器LM741CN1导线若干 表2-2 仪器仪表清单名称数量直流稳压电源1数字万用表1电路板1电阻箱1电烙铁1电工钳12.5 系统安装、调试与参数测量2.5.1系统安装（1） 根据设计要求，画出实验电路图；（2） 准备电烙铁，预热、摆放材料；（3） 根据电路图，布线、焊接（要注意防止发生虚焊、漏焊等情况）；（4） 认真检查焊接是否正确（万用表检测2-3次所焊电路部分）；（5） 测试是否成功，并测量实验参数。2.5.2系统调试将电路板引出的连线与对应的仪表相连，接地导线与地相连，将两滑动变阻器调至中间位置，加输入电压信号。调节调零电阻，使得：（1）稳定电压源调到0V，调试电路板上的电位器使输出电流等于0mA；（2）稳定电压源调到5V，调试电路板上的电位器使输出电流等于5mA；（3）稳定电压源调到10V，调试电路板上的电位器使输出电流等于10mA； （4）稳定电压源的电压从0V调到10V然后记下对应的电流值。2.5.3 参数测量表2-3 数据记录表格电压信号（伏）0246810电流信号（毫安）02.044.026.008.02 10.06理论电流信号（毫安）02468102.6 改进意见与收获体会（1）改进意见：电路板上焊孔过小增加了焊接的难度，同时使焊点不是很牢固，会发生断路的现象；在同一个焊点的多根导线尽量同时焊接，焊接后检查是否有虚焊。导线过细使得导线在多次调试后产生金属疲劳而折断；电路板上的元器件在携带的时候容易损坏。电位器调节旋钮过小，调试不便。转换器的线性度较差，且在集成运放额定电压的条件下输出电流很难达到10mA。（2）收获体会：加深了对集成运放的认识、理解及应用，同时提高了动手能力和逻辑思维能力，实践过程中知道了如何用万用表来检查电路是否断路和短路以及如何用万用表来测电路中的电流、电压以及电阻的值，并学会了如何使电压到电流的转换，以及对负载大小的选择，同时提高了对理论的理解和对实践的操作。第3章 声控式音乐彩灯控制器的制作与调试3.1 设计任务熟悉电路的各种元器件，充分了解并掌握参考电路图，并按设计要求写出设计和调试过程。通过压电陶瓷片感受外界的声音信号，并使电路的彩灯发光，设计出声控式音乐彩灯控制电路，通过声音的大小控制灯的亮度。3.2 总体设计方案为了设计声控式音乐彩灯控制器通过桥式整流电路、滤波电路和稳压电路使交流电转换成稳压直流电。然后利用压电陶瓷片的随音乐声波信号变化控制SCR的电势构成音乐控制彩灯。3.3 系统分析与设计（1） 由D1D4组成桥式整流电路，将交流电压转换成脉冲直流电压，输出直流电压经电阻R1限流电容C滤波后转变为直流电压加到发光管LED两端，使发光管LED点亮发光。此时LED两端将得到1.6V左右的直流压降，作为控制回路VT的工作电压。（2） 由三级管VT和可控硅SCR构成控制回路，未加声音信号时，调整阻值大小使VT集电极刚好处于饱和导通状态。此时VT集电极即可控硅SCR的控制端为低电位，SCR阻断，彩灯不亮。当外加声音信号时，经压电陶瓷片HTD拾取后，即输出相应电信号加到VT的基极和发射极之间，其信号负半周使VT的集电极电流减小，VT退出饱和导通状态而进入放大状态，这时集电极电位变高，SCR控制端获得触发电压而导通，彩灯H点亮。（3） 彩灯能随HTD输出电信号即声波场强变化而闪烁，调节可改变控制器的声控灵敏度。3.4 总电路图、元器件清单、仪器仪表清单图3-1 声控式音乐彩灯控制器电路原理图表3-1 元器件清单名称符号规格数量电阻1电阻1电阻1滑动变阻器1电容C220F1发光管LED1三极管VTC90131可控硅SCR97A61二极管1N40014灯泡1导线若干表3-2 仪器仪表清单名称数量18V交流电压源1数字万用表1电路板1电烙铁1电工钳13.5 系统安装、调试与参数测量3.5.1系统安装（1）根据设计要求，画出实验电路图；（2）准备电烙铁，预热、摆放材料；（3）根据电路图，布线、焊接（要注意防止发生虚焊、漏焊等情况）；（4）认真检查焊接是否正确（万用表检测2-3次所焊电路部分）；（5）测试是否成功，并测量实验参数。3.5.2 系统调试完成制作后，即可通电调试。（1）接上18V交流电后，LED应发光指示。将电位器W的阻值由大逐渐调小，当调到某一点时，彩灯H会常亮不闪，此时可把W往回调，即阻值稍大使彩灯H刚好熄灭，此位置为声控灵敏度最高位置，加大W灵敏度则逐渐减小.（2）如果调小W, 彩灯H始终不能点亮, 排除元器件故障和接线错误外, 则是由于VT始终处于饱和导通状态, 故SCR一直处于关断态。此时可换用值稍小的管子或者增大电阻R3的阻值, 减小VT的基极电流来解决；如果W无论处于何位置, 彩灯H总是常亮不闪, 这是由于VT不能进入饱和导通状态, 集电极始终为高电位, 故SCR一直开通。这时可换用值大一些的管子来代换, 或将R3阻值减小。总之要求W应有这样一个调节范围, W调小到某一位置时, 灯会常亮不闪, W调大则灯熄灭。（3）使用时, 将控制器放置在音响设备喇叭附近, 调整 W，就可以使彩灯随音乐节奏而闪烁。3.5.3 参数测量当电位器W的阻值比较小时，彩灯常亮不闪。电位器阻值稍大时，灯泡熄灭，此位置灵敏度最高。加大电位器阻值灵敏度减小。3.6 改进意见与收获体会改进意见：LED灯分流过多，导致灯泡电流不足，亮度小甚至不亮；电阻过高，调低电阻能使灯泡亮度增强；要检查元器件是否损坏，是否能正常工作；避免虚焊；焊点要接的导线较多。收获体会：了解了可控硅SCR和压电陶瓷片的工