即拍亮延时小夜灯--模电课报告

1、课程设计说明书课程设计名称： 模拟电路课程设计 课程设计题目： 即拍亮延时小夜灯 学 院 名 称： 南昌航空大学信息工程学院 专业： 通信工程 班级： 学号： 姓名： 评分： 教师： 2013 年 3 月 11 日 模拟电路 课程设计任务书20122013 学年第 2学期第 1 周 3 周 题目即拍亮延时小夜灯内容及要求 声控； 延时点亮小夜灯。进度安排1：布置任务、查阅资料、选择方案,完成原理图设计，到机房学习仿真软件并完成电路仿真；2：领元器件、仪器设备，完成电路图的排版，制作、焊接、调试电路；3：检查设计结果、撰写课设报告。学生姓名： 指导时间：周一、周三、周四下午指导地点：E 楼 31

2、1室任务下达2013 年2月25日任务完成2013 年 3 月15日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师 系（部）主任 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档摘 要一拍即亮延时小夜灯的制作是为了满足生活便利的要求，使得生活中的照明系统更加的人性化，同时也满足了节约能源的要求，实现方便和节能的双赢。本实验通过综合运用声控脉冲触发电路，单稳态延时电路和功率驱动放大电路，通过调节电阻阻值来控制小夜灯的延时时间以及灵敏度，最后通过调试使其符合实验要求。实验制作的小夜灯延时时间

3、在5秒左右，灵敏度适中，基本达到预期目标。关键字：NE555，延时，单稳态目 录前 言1第一章 系统组成及工作原理21.1 系统组成21.2 工作原理21.2.1 声控脉冲触发电路21.2.2 单稳态延时电路31.2.3 功率驱动放大电路3第二章 电路方案设计42.1 电路工作组成42.2元器件选择5第三章 单元电路分析与设计63.1 单元电路分析63.2 单元电路设计63.2.1声控脉冲触发电路6 3.2.2单稳态延时电路63.2.3功率驱动放大电路7第四章 调试及测试结果与分析8实验结论11参考文献12前 言生活中，好多地方都使用声控灯照明，一来节约了电资源，二来使用起来异常方便，不必在黑

4、暗中摸索开关。科技发展为我们带来了许多方便，同样在灯光控制方面也带来了很多方便。公共场所证明越来越朝着智能化，人性化方向发展。现在市场上不仅有声控灯开关，还有微波感应开关和热释远红外感应开关，目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，热释远红外感应开关性能较为理想，但安装复杂，价格也偏高，而声控系统不仅价格低廉，安装方便，而且也有很好的控制效果，因此声控灯有一个很好的应用前景。本实验采用单元电路设计思路，分块对电路进行设计及分析，从而可以使得设计的电路能够方便的进行检查以及调试，最终实现满足人性化和实用化要求的小夜灯设计。第一章 系统组成及工作原理1.1 系统组成系统组成结构：声控脉冲触发电路单

5、稳态延时电路功率驱动放大电路原理总图：图1.1 原理图1.2 工作原理1.2.1 声控脉冲触发电路声控脉冲触发电路要由压电陶瓷片，三极管及电阻组成，声控脉冲触发电路为声音信号采集电路,利用压电陶瓷片在声音变化下电压发生改变的特性。本实验所用27mm压电陶瓷片如下图所示： 图1.2 27mm压电陶瓷片 压电陶瓷片，是以锆钛酸铅压电陶瓷材料制成。主要用于压电扬声器、传声器、超声延迟线、测量振动和测量压力的传感器作机械能(声能)转换成电能，或在低功率下由电能转换成机械能的换能元件，其工作原理是当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利

6、用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。1.2.2 单稳态延时电路该延时电路可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。在外加脉冲的作用下，单稳态时间取决于RC的参数值。该电路所用主要元件是NE555芯片，它的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源

7、与地之间加上电压。当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC /3，C2的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为0，可使 RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC /3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。1.2.3 功率驱动放大电路功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带载能力要强。功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载。在功率放大

8、电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择与保护问题也不容忽视，因此设计的电路中都需加入限流电阻保护电路。第二章 电路方案设计2.1 电路工作组成压电陶瓷片B与晶体三极管VT1，电阻R1，和电阻R2等组成了声控脉冲触发电路，时基集成电路IC与电阻R3，电容器C等组成了典型单稳态延时电路，晶体三极管VT2，VT3和电阻R4，R5等组成了小电珠H的功率驱动放大电路。整个电路的电源由干电池GB提供。 平时，由于晶体三极管VT1的偏流电阻R1取值较大，所以VT1趋于截止状态，其集电极输出电压高于1/3VDD=1.5V，与之相连

9、的时基集成电路IC的低电位触发端2脚处于高电平，单稳态电路处于稳态。电容器两端通过IC的7，1脚被IC内部导通的三极管短路，IC的3脚输出低电平，VT2，VT3均无偏流而截止，小电珠H不发光。 当在有效距离范围内拍一下手掌时，突发的声波被压电陶瓷片B接收，并转换成微弱的电信号，该信号的正半周经VT1放大后，从其集电极输出负脉冲，时基集成电路IC的2脚获得瞬间低于1/3VDD=1.5V 的低电平触发信号,使IC组成的单稳态电路受触发进入暂稳态(即延时状态),IC的3脚输出高电平,VT2获得适合的偏流而导通,VT3进入完全饱和导通状态,小电珠通电发出亮光，随着IC的3脚变成高电平，IC内部导通的三

10、极管截止，解除对电容器C的短路，电池GB通过电阻R3向电容器C开始充电，当C两端的充电电压（即IC的高电位触发端6脚电位）达到2/3VDD=3V时，单稳态电路翻转恢复稳态，IC内部三极管重新导通，C通过IC的7，1脚放电并被再次短路，IC的3脚重新输出低电平，导通到VT2，VT3失去偏流而截止，H断电自动熄灭。 电路中，小电珠H每次延时点亮的时间长短，取决于单稳态电路中电阻器R3，电容器C的时间常数，具体可以通过公式：T=1.1*R3*C来估算。按图选择R3和C的值，H延时点亮的时间约为1min。在晶体三极管VT1电流放大系数，R1电阻值确定的情况下，通过改变R2的电阻值，可调整静态时IC的2

11、脚电位高低，也就是说，通过适当调整R2的电阻值，可以控制声控灵敏度。 2.2元器件选择 本实验电阻R1的阻值大小选为10M，一般来说晶体管VT1的偏流电阻R1取值较大，VT1趋于截止状态，使得单稳态电路处于稳态。电阻R2的阻值可以调整灵敏度，如果嫌声控灵敏度不高，可以通过适当增大电子R2的阻值来加以调整，反之可以减小R2的阻值来增加它的灵敏度，经过试验，最后确定用10k的电阻可以使灵敏度比较合适。R3的阻值和电容的值可以改变小夜灯延时时间，其计算公式是t=1.1*R3*C，小夜灯延时时间和电阻阻值大小成正比，实验中取用的是100K的电阻，使得小夜灯每次亮的时间。R4和R5两个电阻的作用是限流而

12、保护电路，为了输出较大的信号功率，三极管承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，实验中选用R4为10k，为R5为360。三极管VT1，VT2均选用9014型硅NPN小功率三极管，要求VT1的电流放大系数200，VT2的电流放大系数100，VT3选用9012型硅PNP中功率晶体三极管，要求电流放大系数50。U1选用静态功耗很小的“555”时基集成电路，如5D7555或者ICM7555、CB7555、CH7555、SG7555型等，它是一种模拟、数字混合集成电路。这种“555”时基集成电路的静态电流非常小，只有75uA左右，而且工作电压低。第三章 单元电路分析与设计3.1 单

13、元电路分析本实验的总体电路设计可以分为三个不同的组成部分来完成，其中由压电陶瓷片，三极管及电阻组成声控脉冲触发电路，它作为声音信号采集电路使接收的声音信号转化为电信号。而由NE555芯片，电阻等构成单稳态延时电路，可使得电路从一个稳态翻转到一个暂稳态，并且让小夜灯保持一定的延时时间。最后，由三极管和电阻等组成功率驱动放大电路，可以实现较大的输出功率，满足小夜灯的照明要求。3.2 单元电路设计3.2.1声控脉冲触发电路延时小夜灯采用了谐振频率较高（约4K左右）的压电陶瓷片B作为声波传感器，所以对猝发的击掌声，硬物相碰撞声反应灵敏，而对于人们的讲话声以及环境其他低频率的嘈杂声，却反应不灵敏。也就是

14、说，电路具有比较好的防误触发性能。3.2.2单稳态延时电路延时时间是由NE555外围的电阻R3和极性电容C决定的，延时时间计算公式是t=1.1*R3*C；改变R3、C的大小就可以控制延时的长短。本次试验中选择R3=100K,C=47uF,使得延时时间。电容、电阻的取值不应太大，随着t宽度的增加，它的精度和稳定度也会下降，同时小电珠会亮很久，造成资源的浪费。取值太小，效果不明显，灯很快就灭了。3.2.3功率驱动放大电路 一拍即亮小夜灯由三极管VT2，VT3和电阻R4，R5灯组成了系统的功率驱动放大电路，其中两个三极管组成了放大电路，R4和R5的作用是限流，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率

15、，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择与保护问题也不容忽视，因此设计的电路中都需加入限流电阻来保护电路。第四章 调试及测试结果与分析该实验设计看起来比较简单，但实验前在机房的用multisim仿真时还是遇到了一些问题。第一个问题就出现在用何原器件或仪器代替压电陶瓷片以实现脉冲触发电路的功能，最后经过老师的指导，才确定可以以函数信号发生器代替压电陶瓷片。仿真仪器准备好后，连接电路完毕，却发现灯泡并不能够理想的亮多长时间或者不亮或者一直亮，最后才知道是原理图里的原件常数并不适合本实验要求，经过很多次的改变实验常数，终于仿真出了理想的效果。在连接号好

16、电路后，如果灯亮便可视为实验成功，否则便可视为实验失败。在调试的时候,灯泡要能够有延迟的特点,否则也不算成功的,还可能由于原件的原因，还有可能电路短路了,应仔细检查。要注意灯泡和其他器件的电压上限。实验仿真图如下所示，其中用示波器代替了压电陶瓷片。 图4.1 仿真图在实验室领取好元件并排版好后，经过小心的焊接，终于做出了成品。接通电源后，连接好电路后小夜灯并不亮。最初推断可能是电路某处断路。用万用表测得发现是芯片的8管脚未接入电路，再仔细检查电路后发现电阻R5与三极管VT3的集电极连接而不是基极。全部仔细检查后发现电路出现了这样的两处错误。最终焊出成品如下图所示：图4.2 实物图背面图4.3

17、实物图正面调试好电路后，测得电路工作时，延时为5秒左右，而本次设计中延时由NE555外围的电阻R3和电容C元件决定，延时，基本满足设计要求。而做出的成品在一定程度上也存在误差，造成一定误差的原因可能是各元件自身精确度有限，特别是电容元件误差比较大，也可能受周围声音影响。实验表明，要使延时精度和稳定度更高一些，电阻，电容的值不应过大或过小，还要适当控制信号的放大倍数，以免造成过于灵敏不足或过大。11实验结论经过与同组人独立自主的设计电路,翻阅查找各种资料，不仅学到了关于一拍即亮小夜灯的各种知识，也更加了解了声控脉冲触发电路，单稳态延时电路以及功率驱动放大电路。最终做出来的小夜灯的灵敏度比较适中，但不是特别理想，另外，每次延时时间控制在5秒多，时间上来说很符合实验要求。总的所做成品比较符合人性化特点，电路图也比较简单，安装也较为容易，对于日常生活来说比较有实用意义。虽然本实验基本达到了实验要求，所设计的小夜灯最大特点就是人性化。但是依然也是存在一些不足，并不是最完美的设计。首先就是小夜灯的灵敏度问题，虽然实验中的成品小夜灯的灵敏度算比较适中，但运用到实际生活中去还是有所欠缺，运用到实际生活中可以通过调节阻值大小来调节，也可以将压电陶瓷片替换来调节，例如可以用咪头来代替。实验中是通过电阻以及电容的值来调节灵敏度的，这运用到实际生活中去还是有些