模电课程设计—声光控延时闪光灯

郑州科技学院模拟电子技术课程设计 题 目 声光控延迟闪光灯 学生姓名 陈 明 专业班级 12级电气工程及其自动化专业班 学 号 院 （系） 电气工程学院 指导教师 杨 瑞 完成时间 2014 年 5 月 23 日 目 录1 课程设计的目的32 课程的任务与课程设计要求32.1 课程的任务22.2 课程设计要求33 设计方案和论证33.1 设计方案43.2 设计方案及论证44 电路工作原理及其说明64.1 电路工作原理64.2 原理图说明65 硬件的制作与调试75.1 焊接实物图85.2 焊接过程出现的问题85.3 调试86 单元电路的设计（公式与说明）96.1 单元电路的设计106.2 公式与说明117 总结12参考文献14附录1：总体电路原理图14附录2：元器件清单 171 课程设计的目的1 通过此次声光控电灯的设计，学习、了解、掌握、常用电子电路设计的思路与过程。2 了解到怎样用MULTISIM这个软件绘制并仿真电路原理图，培养学生运用现代化工具完成各种各样电子电路及系统设计。3 加强应用新技术、新方法、新器件的训练。强化工程能力和创新能力的培养。4 将理论知识与实际相结合，避免培养纸上谈兵的学生。5 学习掌握电路一般的设计方法，了解到电子产品研制开发过程。6 提高电子电路实验技能及仪器使用能力。7 掌握电子电路安装和调试的方法及故障排除方法。8 通过查阅资料和文献资料，培养同学们独立发现、解决问题的意识与能力。9 培养创新能力和创新思维，培养应用所学知识指导实践的能力，同时掌握声光控电路的基本原理知识。242课程的任务与课程的设计要求2.1 课程设计的任务光控灯，安装方便，使用寿命长。集光学、材料和电路技术为一体组成的自动照明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，LED灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关自动打开，LED灯亮，从而实现了白天自动熄灭夜间自动打开的目的，节省了人为的控制。声光控集声控、光控、延时自动控制技术为一体,内置声音感应元件,光效感应元件,白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚环境光线变暗后，开关自动进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响时，会立即通电,亮灯，延时半分钟后自动断电；能延长灯泡寿命6倍以上，节电率达90。二者都为人们的日常生活提供诸多方便。本次课题论文的主要内容包括：通过模拟电子技术的学习，提出了一种基于晶体三极管工作状态的系统设计方法，结合光敏电阻的随着外部环境的阻值改变的特性，给出光控灯的设计方案，在此基础上结合数字电子技术的优点，引入拾音器将声控功能加如其中，同时实现声控和光控，以下给出了二者详细的设计过程，包括软件设计、软件仿真，以及测试和实验结果。这次课题我们的课题任务是声光控延迟闪光灯电路，要求是能让它在白天或光照强的情况下熄灭，在晚上或光照弱的情况下灯亮，声控能在晚上起作用，有声音时灯亮，并且能够延时25秒钟后灯再灭。2.2 课程的设计要求 电气工程学院模电课程设计报告 声光控延迟循环闪光灯电路的设计主要包括电源电路、声控电路、光控电路、延时和循环闪光电路组成，电路方框图如下：检音 放大 控 整 延 照MRC T2 制 形 时 明 门感光 灯RG 3 设计方案与论证3.1 设计方案1.初选电路形式或根据参考电路确定器件（集成决）类型。根据设计题目要求指标.通过查阅有关资料分析其工作原理;2.画出电路图，完成电路各部分指标分配；3.设算各单元电路的参数和确定各元件的参数值。如：电阻值额定功率。核算集成电路的有关电流.电压等技术指标；4验算电路的技术指标；5对电路工艺进行设计（印刷电路板的设计.元件在板上布局等);6对电路件实验调试;7编写课程设计报告;3.2 设计方案及论证彩灯电路集成芯片比较控制方案一：选用集成芯片控制 此构思主要用芯片控制电路使的电路中的彩灯能够闪烁彩灯电路单片机控制电路方案二：选用单片片及控制 此构思主要利用单片机对电路进行控制实现电路的循环控制彩灯电路自激多谐振荡器方案三：选用自激振荡电路综合以上三种方案：方案一中运用的是集成芯片对电路进行控制，此种电路不能在模拟仿真软件上运行，且实验室里不一定有现成的芯片，还不能彻底理解电路的原理，故不选此方案。方案二运用的是单片机控制电路，这种方案最常用，但是要编程序做成芯片，但现在还没学单片机，故不支持用此种做法。方案三运用的是模拟电子的知识，所有原器件都能在实验室找到，结构清晰，原理易懂。因此，最终确定的方案为方案三。4 设计原理及功能说明4.1 电路设计原理1光控电路 光控灯，即在有光或光照比较强的时候，发光二极管不发光，在无光照或者光照弱的情况下，发光二极管发光。要设计光控灯，首先要掌握光敏电阻的特性，光敏电阻又称光导管，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器,常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下（光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化），其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。经测量随着外部环境的改变，本次所用光敏电阻阻值的变化范围为2K-3M,即在有光照射时电阻阻值下降，无光照时阻值上升，根据这一特性可以控制三极管工作状态进而控制灯的亮灭的电路。三极管工作状态分为放大、截止和饱和。当工作在放大区时，发射极正偏，集电极反偏；当工作在截止区时，发射极和集电极均反偏；当工作在饱和状态时，发射极和集电极均正偏。同时三级管有两种材料做成，一种为硅管，其正偏发射结导通电压为0.7V；一种为锗管，其正偏发射结导通电压为0.3V。三极管种类有NPN和PNP两种，本次课设用到的三极管为NPN型硅管9014。实际生活中的声控灯是在光线很暗和有声音时候灯亮起来，延时一段时间后自动熄灭，在光线充足或没有声音的时则不会亮起，要达到这个效果，需要用到光控和声控两部分电路。 2 声控灯电路原理 电路由光控部分，声控部分，放大电路，BD4011与非门，延时部分组成。白天或夜晚光线较亮时光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分，电路能否接通取决于声音信号的强弱，当声强达到一定强度（不小于BD4011的开门电压）电路自动接通，点亮LED灯，并开始延时，延时时间到，开关自动断开，等待下一次声音信号触发。这样，该电路通过对环境声光信号的监测和处理，完成电路开断的自动开关控制。4.2 原理图说明1 声光控电路图 如图，这是本次电路设计中的声光控光控延迟部分，其中光控部分是由R6、R7组成的，代表一个光敏电阻，由于仿真的时候，仿真软件中没有光敏电阻的标志，就用两个电阻代替，模仿光敏电阻的内部结构。声控部分是由一个驻极话筒收音，当环境中声音较弱时，三极管处于饱和状态，U1处于低电平，晶闸管处于阻断状态，反之则会导通，通过四个与非门将信号传递到循环闪光灯的电路图中去。 另外本电路是由一个电源电路提供一个5V左右的电源。本来是一个继电器，但仿真图中也没有几点起的标志，于是就又设计了一个电源电路。 2. 自激多谐振荡电路 如图，这是自激多谐振荡电路图。自激多谐振荡电路由6只电阻、三只电容、三只二极管和三只三极管组成，R1=R2=R3=15千欧姆,R4=R5=R6=51欧姆, C1=C2=C3=47微法；三只二极管的型号，是1N4007,三只三极管型号为：9014。 自激多谐振荡电路主要由Q1Q3组成，他们组成三级共发射极电路放大器，由于电容C1C3的耦合作用而产生振荡，电路振荡后三极管Q1Q3均处于开关工作状态，并在导通状态与截止状态之间进行周期性翻转。但在任何时刻总有一只三极管处于导通状态，另两只三极管处于截止状态。此时若导通的那一路是Q3路，则电容C3开始放电，电容C2开始充电达到能导通D2时，X5,X6就熄灭了，X3,X4就闪烁了，以此类推，三路灯依次循环不停的闪烁。由于主控电路的三只三极管的开关状态不断翻转，所以三路彩灯X1X6也就依次点亮与熄灭。3. 延时电路 如图2.5所示，由R5、R6、C2、D1等元件组成。结合声控电路光控电路分析，当晶闸管q被触发导通时C1上的电压降低，MK1拾音器的灵敏度降低，VT重新饱和，3脚为高电平，4脚变为低电平，由于D1的隔离作用，C2上的电压仍维持8、9脚高电平，11脚也为高电平，C2上的电压通过R5、R6放电，直至C3上的电压降低至IC逻辑低电平时，11脚变为低电平，晶闸管q在正负极间的电压过零时被正向阻断，C2上的电压重新升高，MK1恢复拾音灵敏度，等待下一次声控信号的输入，IC 8、9脚电位从高电平降低为低电平的时间，即为开关接通的维持时间，由C2和R5、R6的数值确定。5 硬件的制作与调试5.1 焊接实物图5.2 焊接过程出现的问题 由于是没有焊接经验，没有在焊接前用铅笔标好元器件的位置，导致元器件整体布局杂乱无张，紧凑且不合理。元器件焊好后，在接线的过程中才发现种种问题。由于元器件紧凑，接线难度很大。另外，由于焊剂跟焊工不好，有很多虚焊，给调试、检修造成很大阻碍。焊点过大，容易短路，虚焊容易短路。 所以造成第一次检查是失败，后来不得不拆除所有元器件，重新开始。这造成了极大的浪费。且影响电路板的整体美观。 以后在焊接前，一定会注意整体布局，用铅笔标好元器件的位置后再插好元器件焊接。另外，会注意焊工的提高。争取在以后的实习中能够交出更好的作品。 5.3 调试 在调试前，现在断电的情况下，检查元器件是否极性接反，板子有没有短路，短路。用数字万用表一个一个元器件的测量电压。同时每条电路都要认真检修。 检修工作完成后，才能接通电源。 在板子完成后，对其进行功能测试，步骤如下：1. 断开光敏电阻，电容C1，与非门IC（a）的2脚为高电平，1脚为低电平，3脚输出为高电平，经IC（b）、IC（d）逻辑电平转换，IC 11脚输出为低电平，灯不亮。2. 断开三极管VT的集电极或发射极，同时断开光敏电阻，与非门IC（a）1,2脚为高电平，3脚输出为低电平，经IC（b）、IC（d）逻辑电平转换，IC 11脚输出为高电平，灯亮。综上两步调试，图2.4工作正常。断开光敏电阻，接通电源，这时灯不亮。击掌触发声控电路，灯亮。经过一段时间延时，灯灭，说明图2.3和2.5工作正常。3. 最后检查光控电路，电路全部复位，接通电源，灯不亮。用深色物品将光敏电阻遮住，击掌触发声控电路，灯亮。至此电路调试完毕。 这是理想的调试过程，但我们正式的调试过程是艰辛的，首先因为虚焊，造成电路短路，灯根本就不亮，用万用表查出虚焊的地方后勉强将灯弄亮，但最后还是因为焊接技术问题，电路板接触不良。此次电路的设计虽有难度，但暴露了很多我们的不足，我们学会了很多东西，动手能力是我的不足。虚焊给我们带来了很多不必要的麻烦，在以后的学习中，我会可以锻炼自己动手能力，不再只注重知识的积累，知识与实践是分不开的，希望能为下次实训做好准备，能够交出更出色的作品。6 单元电路的设计（公示及说明）6.1 单元电路的设计 电容的作用：电容器是一种能储存电能原件。其特性是：通交流、隔直流、通高频、阻低频、有信号的耦合。交流旁路电流滤波，谐振选频等。标志方法：1直接标志2文字符号法3数字表示法4色标法 检测用R/1K和R/100档对其进行放电处理，然后再进行测量。瓷介电容器(CC 型)在介质表面上烧渗银层作电极。其特点是结构简单、绝缘性好、但其机械强度低容量不大。瓷介电容适用于在高频高压中和温度补偿电路中；点解电容是氧化膜具有单向导电性和较高的介质强度。所以电解电容在使用中一旦极性接反。则通过其内部的电流过大，导致其过热击穿，温度升高产生的气体会引起电容器外壳破裂。 电阻的作用：串联分压，并联分流，也可以对电流起阻碍作用：主要参数有 1标称阻值；2额定功率；3允许误差。 二极管的作用：二极管具有单向导电性，具有PN结也可以作为开关，发光二极管（LED）和普通二极管工作原理一样正向电压发光导通反向电压截至，在放置二极管时要注意正负极。6.2 公式与说明 所用公式说明1. 延时电路公式=RC，延迟时间为25秒2. 电源电路计算公式 设B1次级电压为E,理想状态下负载R1俩端的电压可以有下面公式求出： Um=22E0.90E 桥式整流计算公式 整流管D1和D2承受的反向峰 值电压为: Ud=2E1.41E1. 电源电路仿真图 2.有声响时的效果图7 心得与总结 在这短短的几天电子课程设计中，不仅仅让我们动了手动了脑，更让我们体会到了理论与实践相结合的重要性，使我又不得不承认理论的重要，我们必须打好基础。 在实验设计的过程中，让我们体会到以前从来没有过的动手能力，以及新颖的思维方式，让我从中获益非浅。实验过程中，刚开始就参看电路指导书，画出了许多电路图，进行了仿真，但是由于实验元件选择的不恰当，是的电灯不能依次闪烁但最后用万用表才得以发现问题的所在，并在不断努力下，终于完成了实验设计，虽然道路艰难，但我们却也乐在其中，既锻炼了动手能力，有培养了动脑能力，更加利于我们在社会上工作。虽说设计实验经历的时间并不是很长，但感觉每一天都十分的充实，我有的时候，老犯迷糊，总用脑子空想，到最后把思路往电脑上一实践，发现行不通，这些也给我了启发，光凭空想是不能够解决任何问题的，从这次电子课程设计中，让我深深的体会到这一点，与此同时，我也体会到了理论与实践的差异性很大。空想的理论没有实践的支持是站不住脚的。 在这次模电实训中