模电课程设计声控闪光灯讲解

1、郑州科技学院模拟电子技术课程设计题目声控控闪光灯学生姓名李军专业班级11 级电科1班学号201131006院（系）电气工程学院指导教师李月英完成时间2013年5月20日、八前言电子技术是十九世纪末、二十世纪初发展起来的新型技术， 二十世纪发展最为迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的 一个重要标志。进入二十一世纪， 人们面临的是以微电子技术 （半 导体和集成电路为代表） 电子计算机和因特网为标志的信息社会。电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种 特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电 力电子技术两大分支。信息电子技术包括 Analog （模拟 ） 电子技 术

2、和 Digital （数字 ） 电子技术。电子技术是对电子信号进行处理 的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波、转换。 人们现在生活在电子世界中。电子技术无处不在：近至计算机、 手机、数码相机、音乐播放器、彩电、音响等生活常用品，远至 工业、航天、军事等领域都可看到电子技术的身影。它在二十世 纪的迅速发展大大推动了航空技术、遥测传感技术、通讯技术、 计算机技术以及网络技术的迅速发展，因此它成为近代科学技术 发展的一个重要标志。如今随着科学技术的发展， 电子技术的发展也越来越好， 人们 的生活也越来越舒适。对于灯的控制也越来越多样化，声控灯就 是其中的一种。在白天由光控部件控制电路，无

3、论外界有无声音 发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控 部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电 路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间；从而控制了灯 的工作。声控是作为智能化电路的一部分是不可缺少的。目录1 课程设计的目的 42 课程设计的任务与要求 42.1 设计任务 42.2 基本要求 53 设计方案及论证 53.1 设计方案 53.2 论证 53.2.1 方案一 53.2.2 方案二 63.3 结论及方案的选取 64 设计原理及功能说明 75 单元电路的设计（计算与说明） 75.1 单元电路图及计算 75.2 仿真 105.3 附加内容说明 115

4、.3.1 放大电路 115.3.2 滤波电路 126 硬件的制作与调试 126.1 硬件的识别 126.2 焊接技术 136.3 硬件的调试 147 总结 16参考文献 17附录 1：总体电路原理图 18附录 2：元器件清单 191 课程设计的目的对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解 ;学习使 用软件画原理图与 PCB 版图的制作；学习三极管电路的基本设计 能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行的电路调试与 检测。通过电子电路理论知识的学习，来设计一个利用三极管的 放大功能及话筒来控制二极管的亮度经过我们组三个人共同的商议和认真的比对，我们决定设计 一个声控闪光灯。 声音由麦克风

5、输入， 再由三极管进行信号放大， LED 灯就能随着周围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。2 课程设计的任务与要求2.1 设计任务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 对声控闪光灯电路进行安装、调试和测试。4 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 学会查找资料，包括图书、网络等渠道。7 掌握印制电路板元器件的焊接技术。8 制作声控闪光灯。

6、9学会制作报告的一些基本方法。2.2基本要求1选择一个制作课题，理解其工作原理。2根据要求，画出电路图，并仿真软件进行电路仿真。3对元器件进行测试，并制作电路。4打印写一份模拟电子技术课程设计说明书一份并打印，给 出课题的设计和制作、调试过程。5三人一组，选择同一课题的电路相同，但课程设计报告不能完 全相同。3设计方案及论证3.1设计方案图3-1声控闪光灯电路基本工作原理3.2论证3.2.1方案一VEE图3-2原理图3.2.2方案二R14.7k QR24.7k QR34.7k Q咤LED1R41MQC241OOnFD15082 3077R64.7k Q2N2222V19 VXFG1C1HI-1

7、00nFQ2R5 4.7k Q2N2222丄 C3末1OOnF图3-3原理图3.3结论及方案的选取方案一的电路原理及元件的选取与方案二比较都相对简单一点 比较容易理解。而且我们对方案一电路比较熟悉，所需电源小, 并且元器件的造价也相对便宜；同时又能达到闪光的效果，因此 我们选择了方案一。4 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.LED2.LED3.LED14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，

8、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 Q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.LED2.LED3.LED14 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 LED2 LED3、LED14能随着周围环境声音信号的 强弱起伏而闪烁发光。5 单元电路的设计（计算与说明）5.1 单元电路图及计算单元电路图

9、如下：VEE3VR14.7k QR21MQ10k QR3Q2C1IF1(iFQ12N3904XFG1图5-1单元1EE3V2N3904_ED7ED8LED9ED1LED2lED1(LED11_ED12LED13lED14一 C2-T- 100 f图5-2单元2当无声波信号时单元 1 :R1=4.7K Q给电容话筒MIC提供偏置电流，IMIC= UCC7 R1= 0.64mA(1)R2=1MQIBQ1=( UCC- UBE)/R2=2.3*e-06mA(2)R3=10KQ使 UCE伪 0.2 0.4V此时VT1处于临界饱和状态，不能放大电流。单元 2:UC3=UCE不能使VT2导通，IBQ2几乎

10、为零，VT2截止,灯不亮。当有声波信号时单元 1:C1 作用：耦合电容，隔直流，决定下限频率。fl1=1/ 2n (RMIC+ri) C1 1/2 n riC1(3)rbe=rbb +(1+ B )26/IEQ 11.6K Q(4)ri=rbe / RN 11.5K Q(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，UCE1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

11、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 n (RLED/2) C2(6)RLED=1.8V/50mA=3Q6(7)所以 fl288.46HZ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 IBQ2=Uc1/rbe=0.2V/11.6K Q =17.2 卩 A,IBQ2 增加，退出截止状 态。5.2 仿真在仿真软件 multisim 中进行仿真，其中

12、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UC仁0.68V,大约10秒后，最终UC仁0.74V ,用 示波器测量二级管两端，两端的波形如图5-3。因为人声音的频率为85-1100H Z所以当人发出声音时UC

13、1应该等于0.74V，VT2会导通。图5-3二极管两端波形5.3附加内容说明5.3.1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电路。 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

14、静态工作点。5.3.2 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

15、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） 。6 硬件的制作与调试6.1 硬件的识别用 multisim 仿真成功后，按电路图进行装配，实物图如图 6-1、 图 6-2 所示。MIC:有标记一端为正极。C1、C2长引脚为正极。测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

16、，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。电阻 在物理学中， 用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。 导 体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体， 电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻元件是对电流 呈现阻碍作用的耗能元件。 电阻元件的电阻值大小一般与温度有 关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温 度每升高C时电阻值发生变化的百分数。电阻是所有电子电路 中使用最多的元件。电阻的判别方法：色环法：所谓色环法既是用不同颜色的色标来表示电阻参数。各 个色环所代表的意义 , 读取色环电阻的参数， 首先要判断读数的方 向。表示

17、公差的色环离开其他几个色环较远并且较宽一些。判断 好方向后， 就可以从左向右读数。 如，某 4 色环电阻的颜色从左 到右依次是红（2），紫（7），黄（X10000）,银（正负10%，则 此电阻的阻值为 27Qx10000=270000Q，也就是270KQ，公差为 正负 10%。再如，某 5 色环电阻的颜色从左到右依次是红 （2）, 绿 （5）, 蓝 （6）, 红 （x100）, 棕 （ 正 负 1%）， 则 此 电 阻 的 阻 值 为 256Q x100=25600Q,也就是 25.0K Q ,公差为正负 1%6.2 焊接技术（ 1）使用电烙铁时， 首先检查焊头， 焊头若出现黑色的氧化物就 先

18、磨掉。上锡的具体方法是：插上电源插头，将电烙铁烧热，刚 刚熔化焊锡时，涂上助焊剂，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，是 烙铁头均匀地涂上一层锡。 （ 2）焊接时将引脚对应好焊接电路板 的焊接位置上，接着先将焊丝接触然后电烙铁从下至上的较快速 的上锡。焊接出来的焊点应该饱满，略有尖头。 （ 3）导线焊接： 导线焊接前要出去末端绝缘层。导线焊接，搪锡是关键步骤，尤 其多股导线。（4）焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元件，必要 时可用镊子夹住管脚帮忙散热 （5）焊点应呈正弦波峰形状，表 面应光亮圆滑，无焊刺锡量适中； （ 6）焊接完成后，再对照电路 图检查一遍接线有无错误，然后加电压进行测试。加上电压后，

19、若正常工作且符合设计要求和目的，则电路设计成功，否则继续 调试找出问题所在，修正错误直至达到正常工作且符合设计要求 和目的。6.3 硬件的调试 通电后先测出VT1的集电极电压，使其在0.20.4V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。（2）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B值更大的三极管。（3）适当

20、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。图6-1实物图1图6-2实物图27 总结经过一个星期的课程设计，让我学会了关于电子电路设计上 的一些知识，运用所学的知识制作了一个声控闪光灯。学会如何 的去思考电路的制作，确定方案是这次课程设计的首要任务，确 定了方案后，我们才知道如何的去实现它的功能，查找关于这方 面的资料，然后动手去分析和制作电路。我们这次做的是利用复合三极管放大声音信号的声音来控制 LED灯的亮度。如果给的声音信号不同，那么灯的亮度就不一样， 从而出现了闪光的效果。要想达到我们所想要的结果，那么我们 在制作的过程中，首先要学会如何地去识别各种元器件，知道它 的功能，判别它的极性等。然后我们还要去将各种元器件进行焊 接在电路板上。在焊接的过程中，我们