模拟电子技术课程设计

1、郑州科技学院模拟电子技术课程设计题 目光控照明电路学生姓名 张彦龙专业班级电气工程及其自动化2班学 号 201147036院（系）电气工程学院指导教师 杨瑞完成时间 2013-06-08郑州科技学院模拟电子技术课程设计任务书专业电气工程及其自动化班级11级2班学号201147036姓名张彦龙一、 设计题目 光控照明电路二、设计任务与要求1. 采用直流电源供电；2. 根据光线强弱感应自动控制照明灯的亮灭；3. 设计电路原理图，进行元件焊接调试并撰写设计报告。三、参考文献1 童诗白，华成英模拟电子技术（第四版）北京：高等教育出版 社，20062 陈梓城.实用电子电路设计与调试.北京：中国电力出版社

2、，20063 谢自美.电子线路设计、实验、测试（第二版）武汉：华中科技 大学出版社，20004 李万臣.模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工程 大学出版社，2001四、设计时间2013年06月_03_日 至 2013年_06月_J3_日指导教师签名：专业负责人签名：2013 年 05 月 30 日目录1 课程设计的目的 错. 误 ! 未定义书签。2 课程设计的任务与要求 1.2.1 设计任务 1.2.2 设计要求 1.3 设计方案 2.3.1 光控照明电路原理方框图与工作原理 23.2 总体电路图 3.4 单元电路图设计 4.4.1 光控照明开关电路 4.4.2 光控照明灯电路 5

3、.5 电子产品的制作与调试 6.5.1 光控电路图的仿真 6.5.2 电子产品的组装 6.5.3 焊接后产品的调试 7.6 总结 7.6.1 电子产品的误差与分析 7.6.2 实训的感想 8.参考文献 9.附录一：总体电路原理图 1.0附录二：元器件清单 1.11 课程设计的目的当电气照明使得人类活动的时域、空域大为延伸时，人类的文明和一 切活动都已离不开照明，然而过量的照明不仅大量消耗了能源，加重了能 源浪费，而且给环境污染雪上加霜。据统计，世界各国照明用电占总发电 量的 12%14%，因此照明自然成为节能的重要目标。目前我国照明自动控 制装置的开发水平仍落后与发达国家，另外各地照明仍存在许

4、多能源浪费 的现象，因此，研究节能、环保照明控制系统具有十分重要的意义。1、掌握光控照明电路的组成要素，学习模拟电路的基本方法、设计步骤。2、学习光敏电阻器的原理与使用方法。3、学会用 EWB 仿真设计模拟电子电路。培养实践技能，提高分析和解决 实际问题的能力。4、掌握三极管管脚极性的判断方法及电烙铁的使用方法。2 课程设计的任务要求2.1 设计任务设计一个运用光控原理制成的照明电路2.2 设计要求运用光敏电阻随光照强度不同电阻阻值发生变化的原理，设计一个在 白天继电器开关断开灯不亮、晚上继电器开关闭合灯亮的自动控制装置。该装置可运用于控制道路上的路灯、家庭等场合。当天空及周围环境变暗时自动照

5、明，周围环境变亮时自动熄灭。这样可以提高节约能源，并 且实现了无人操作简单方便等好处。3设计方案3.1 光控照明电路原理方框图与工作原理1、光控照明原理方框图采用光敏电阻器和照明控制继电器为基本元器件组成的光控照明电 路，这种光控照明电路的特点是可以根据光线的亮度自动控制照明，与人 工操作比较，开关及时，具有很好的节能效果。光控照明电路的制作主要是利用半导体光电器件一一光敏电阻器的特 性制作而成的。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制作的一种电阻值随 着光照的强弱而改变的电阻器，它利用光线的强弱来控制照明开关的动作, 动作点可根据实现光线的强弱调节，运用时无需人工操作，避免了人工操 作开关不及时

6、等不利因素，因而有效的节约了电能。光控照明电路原理方 框图如图3-1所示。图3-1电路原理方框图电路主要由两大部分构成，第一部分是光控照明开关电路，是系统的核心主体，由多个电路元件构成的光控开关，15V的直流电压提供；第二部分是光控照明灯电路，是系统提供照明的装置，本课题设计采用的是3V电压提供电路照明，现实中可以采用 220V的电压提供照明2、工作原理根据光控照明电路的总体电路图 3-2所示。总体电路图有一个继电器开 关K,当环境比较明亮不需要照明时，光控照明开关电路中的运算放大器输 出低电平，晶体管无输入偏置电流而截止，继电器线圈无电流通过，开关K 处于断开状态，灯不亮；当环境需要照明时，

7、运算放大器输出高电平，晶 体管饱和导通，继电器线圈有电流流过，随动开关K闭合，灯被点亮。3.2 总体电路图光控照明电路总体电路图如图3-2所示图3-2光控照明总体电路图上图左边部分为光控照明开关电路，RL为光敏电阻，光照时电阻变小, 反之则变大。右边部分为光控照明灯电路。4单元电路图的设计4.1 光控照明开关1、光控照明开关的基本设计光控照明电路的目的是保证基础照明设施在白昼时自动停止工作，而在天黑时自动开始工作，负责照明。这样不但节约了能源，避免长明灯现象，又节约了人能力还节省了照明电路的开关设施。给基于这样的目的， 照明设备的开关时刻无需特别精确。因此，根据实际需要，选择如图4-1所示的控

8、制电路，该电路结构简单，成本价格低廉，这本身就顺应了节能 的初衷。图4-1控制电路原理图运算放大器和甩、R3、皿、DZ构成滞回比较器15V电压经过F5、RP2 分压为运算放大器的同相输入端提供一个参考电压URefUref=15RP2 / (R5+RP2)同相输入端的点位U+为U+=R3Uref/( R3+R4) ± R4Uz/(R3+R4)显然，滞回比较器的两个阈值电压为UT1= R3Uref/( R3+R4)+R4Uz/(R3+R4)UT2= R3Uref/( R3+R4)- R4Uz/(R3+R4)显然由于运算放大器是单电源供电，所以其输入的最小值为0V,这样UT2= R3Ure

9、f/( R3+R4)Rl为光敏电阻，其阻值随着外界的光照强弱而变化，当光照强烈时， 呈现低电阻；没有光照时，呈现高阻值。当U1>UT1时，晶体管VT截止，继电器K不工作，灯不亮；当外界照 明昏暗时，RL的阻值开始变大，点电位降低，当U1VUT2时，运算放大器输出高电平，晶体管VT饱和导通，继电器线圈K得电，其常开触点K吸合, 灯点亮发光。为了提高抗干扰能力，电路中除了使用滞回比较器外，R1、C组成了阻 容延时电路，可以吸收雷电等瞬间光线干扰。电路通过 RP1 RP2可以调节 灯在合适的光线下点亮和关闭，VD对继电器起续流保护作用。4.2 光控照明灯光控照明灯电路图如图4-2所示光控照明灯

10、电路非常简单，只需要把一个灯及电源与继电器开关相连即 可，灯可以随着继电器开关的工作而工作。简单方便，在现实生活中很容易操作图4-2光控照明灯电路图5硬件的制作与调试5.1 光控电路图的仿真在EWB上创建如图5-1所示的电路仿真图，模拟白昼不需要照明时的 情况。白昼环境下，光敏电阻的亮电阻较小（5-10K），运算放大器的反向 端电位高于同向端电位，其输出为低电平，晶体管截止，继电器线圈无电模拟夜晚需要照明时的图5-2，夜晚环境下，光敏电阻的亮电阻较大（100K以上），运算放大器的反向端电位低于同向端电位， 其输出为高电平, 晶体管导通，继电器线圈有电流，开关闭合，照明灯LED变亮。图5-2夜晚

11、仿真电路图5.2 电子产品的组装组装：在以上工作完成之后，便可进行电路的组装。电路的组装应根据设计要求来进行。对小功率电路，可采用在实验面包板上插接元件来进行，这种方法便于调试。要做成良好的成功品，就应该在焊接时尽可能做 到不能有虚焊、假焊的现象。元器件布局应合理，排线应短且规范。5.3 焊接后产品的调试调试：在电路组装好后，应对电路的测试与调试，来发现和纠正设计 方案的不足与安装的不合理，并采取措施加以改进，使装置达到预定的技 术指标。1. 在调试前的直观检查。在电路安装完之后，应检查元器件安装位置 是否正确，焊接是否牢固，连线是否正确，以及电源线的极性是否正确。2. 通电观察。在调试前的直

12、观检查后，将电源接入电路，通电演示， 观察有无异常现象，如有，有没有冒烟，有无异常气味，元器件是否发烫 等现象。若有应及时切断电源，查出故障原因。3. 静态工作点调试。所谓静态是指电路在没有加入信号时的状态。该 状态主要是测量电路的静态工作参数。例如设计方案中的晶体管直流工作 点的测试，运算放大器在输入为零时其输出是否接近于零。6 总结6.1 电子产品的误差与分析在电子产品设计和焊接完后，实验结果却不是令人很满意，虽然照明 灯会发光，但是却不受光敏电阻的控制，即无论光照强度是否亮暗继电器 线圈都有电流，开关都能闭合，灯一直发亮。产生这一结果我认为有以下 几个原因。(1) 可能是因为购买的元器件

13、照成的。电阻阻值不规范(阻值达不到所 标的数值 , 都与正常阻值偏小且误差较大) ，继电器的额定工作电压正确， 但是型号却有点差别，这可能是导致现实中的电路与模拟时的电路有差别 的原因，这可能是LED灯一直常亮的原因。(2) 可能是焊接时的不规范及元器件的规格有误差，导致运算放大器 (滞回比较器)静态工作参数不符合设计电路的要求，致使无论怎么调试 都不能使其运行在正常工作工作状态。(3) 可能是晶体管VT静态直流工作点没有调到符合电路的要求，进而 导致无论所加电压如何变化都不能使其正常工作。致使继电器线圈一直都 有电流流过。造成开关一直闭合照明灯 LED直常亮。6.2 实训的感想时间过得真快，

14、一周的实训结束了，回味这一周的经历，我收获了很 多懂得了很多。设计过程中遇到了很多麻烦，看似书中很简单的一个问题， 到了现实生活中都能使我困惑很久，让我明白了理论和实践的差距，这一 周的实训也让我感受到所学的模拟电子技术知识并不是没有用的，相反学 的知识能让我感受到学有所用的快乐。起初的电路模拟仿真实验让我学到了很多新东西，让我了解和学会了EW仿真软件的基础应用。在仿真结束后，我怀着很憧憬的心情开始了电子 产品的组装，但美好的心情很快就被接二连三的问题给破坏了，起初的焊 接可能由于我的着急不管怎样去焊接都不能达到理想的结果，这让我觉得 很烦躁。不过后来慢慢地进入了状态，在这个过程中，让我懂得了

15、做事要 心平气和，不能够太着急不然一事无成。在组装连线过程中我学会了怎么 用万用表测试三极管的三个极，学会了运算放大电路中电压比较器的工作 原理，更深刻的了解三极管是如何正常工作的，在此期间我也从网上和书 籍中了解了更多关于光控照明电路的原理， 更重要的是开阔了自己的视野。 虽然这次的设计实验结果不是令人很满意，光控照明电路没能够使其正常 工作，而是接通电源无论外界光照强弱，照明灯一直处于常亮状态。但这 并不代表我真正失败了，即使产品没有成功，但设计的过程仍让我受益匪 浅。实验的不成功，我更加学会了怎么去分析误差，找实验错误的原因在 哪里，该如何去补救才能使试验成功。这一周的实训让我懂得做什么事都不能眼高手低，要学好理论知识， 打好理论基础，为实践做好充分的准备，我相信有了这一次的实践基础， 以后的我能设计出更好的电子电路。2008.32011.8参考文献1 江晓安 董秀峰 模拟电子技术 （第三版） -西安：西安电子科技大学出版社2 杨力 文刚 电子技术课程设计（第一版） - 北京：中国电力出版社 2009.43 申永山 电工电子技