模电课程设计-声光控节能开关

1、郑州科技学院模拟电子技术课程设计题 目 声光控节能开关 学生姓名 X X X 专业班级 电气工程及其自动化X班 学 号 201XXXX 院 （系） 电气工程学院 指导教师 X X 完成时间2014年X月XX日 1目 录1 设计的目的22 设计的任务与要求23 设计方案与论证34 设计原理及功能说明45 单元电路的设计56硬件的制作与调试87 总结10参考文献12附录1.实物图13附录2 总体电路原理图14附录3 元器件清单15引言 随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关目前，微波感应墙壁开关的抗干扰性能尚不

2、理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及居家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时期内，声光控延时开关将是公共场所照明控制手段首选的主流产品。 另一方面，伴随着科技的飞速发展，地球的环境也在不断地恶化，生态自然资源日益贫乏，而我国的电力来源仍然主要是依靠能耗大、污染大的火力发电。在不可再生的煤炭资源消耗殆尽的今天，在大型水力发电还备受争议就连三峡还前途未卜的今天，在新型能源的使用还没有取得突破性进展的今天，节能对于我们现代每一个

3、人来说，已经被提到前所未有的高度，那么科技的发展能够为我们的地球做些什么？声光控延时开关就是一个很好的例子，它作为科技的产物正在为保卫我们的生活环境尽着它的努力。 金融危机以来，国家围绕“保增长、调结构”采取了一系列调控政策，为我国声光控开关行业提供了较为宽松的国内发展环境，使声光控开关行业从2008年下半年以来的困境中得到了缓解和恢复。我国声光控开关行业也在加快产业结构调整、转变发展方式，为行业持续发展提供了动力和支撑。在全球经济不景气、国际市场持续低迷的情况下，我国声光控开关行业仍然呈现出了企稳回升、发展逐渐向好的良好局面，其发展前景颇为广阔。 声光控延时开关虽不是什么

4、新鲜的东西，但是自从它诞生以来，魅力始终不减。可以想象，在黑暗之中，拍拍手掌，或是跺跺脚，就会带来光明，而且还不需要触碰或是按压，只需一点声响即可，这是很有趣的。1 设计的目的1、使自己在学习理论知识的同时与实际操作相结合，从而提高自己动手操作的能力。2、可以培养自己自主学习的能力，自己可以查阅资料，从而提高自己的知识储备。3、可以提高自己的动手能力，提前为以后走向社会，适应社会而做准备。4、在自己动手的同时，遇到不懂的可以请教老师，可以查阅资料，也可以通过自己的思考解决问题，这些都可以提高自己对理论知识的理解和对课外知识的扩展，从而提高以后工作的社会竞争力。5、自己通过自己的努力而完成的作品

5、会有一种巨大的成就感，会让自己更喜欢这门学科，从而以后更加好好学习这门学科。2 设计的任务与要求1、通过照明灯开关对光线强弱的控制和照明灯开关对声音强弱的控制设置两级开关，从而控制照明灯的明灭。2、能够实现有光线时灯灭，无光线有声音时灯亮。3、能够自己设计仿真电路4、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。5、了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图。6、学会并掌握multisim软件仿真绘制电路图，在电路设计时先仿

6、真，然后购买焊接元件。3 设计方案与论证.本电路采用声控和光控两种控制电路，光线的强弱控制电路的一级开关，声音的强弱控制电路的二级开关，当有声音发出时声信号会通过电路转化为电信号，控制光线强弱的是光敏二极管，当光线较强时二极管导通，此时即使有声信号转化为的电信号电路会通路，灯泡不会发光，当光线较弱时光敏二极管不导通，此时电路导通，当有声音发出时声音会转化为电信号在电路中实现通路，可以使灯泡发光，从而实现即方便又节能的目的，方便了人们的生活。通过观察完整的声光控开关发现实际的情况和理论的设计方案相符合，可以满足人们的日常需求，所以本次的设计电路是可行的。4 设计原理及功能说明电路中光敏二极管当作

7、开关来用，当强光时光敏二极管电阻很小，当弱光时光敏二极管电阻很大，Q2截止，Q2输出端受到输入端的控制，没声音时Q2集电节导通，Q4导通，可控硅不导通，灯泡不亮，有声音时Q3截止，Q2导通，Q4截止，可控硅导通，灯泡会发光。图3-1仿真图电路通过声音信号控制，分别使电路中的三极管处于截止放大或者饱和状态，从而控制部分特殊点的点位达到声控的目的，图中没有声音时Q1导通，电源信号通过Q1接地，麦克风接收到声音信号时能发出频率信号使得Q1基极负载下降，Q1会停止工作，电源信号就被送入光控电路，这时如果无光照或者光照较弱时，灯泡就会发光。本电路三极管是开的，把电阻供来的电源对地放掉，使可控硅没有触发导

8、通工作，Q1是由麦克风控制的，麦克风街道声音能发出频率使管B极使管B极0.6V负载下降，管便停止工作把电源信号送往第二只管。Q2为光控，光敏二极管接收到光线时把电源送入管B使其工作，在黑夜中停止供电，使管停止工作，失去对地放电作用。Q3起开关作用，由R5电阻供电来的信号进入B极使其导通对地放电，把电容22uF，16的存点放去。Q4的B极电压由22uF提供使管工作，在有信号来时把22uF电源对地放去时使管B极低于0.6V的时候停止工作，使触发电源回位升触发可控硅导通负载工作，定时原理由22uF冲放电来控制时间长短。5 单元电路的设计图5-2时间控制仿真电路Q4的B基电压由C3提供使管工作。当Q2

9、导通时把C3对地放电，放电时使得三极管Q4的B基低于0.6V的时候，Q4截止停止工作，使得可控硅电压回升触发可控硅导通，灯泡工作。随着电容C3放电结束，可控硅触发电压下降，可控硅截止，灯由公式 u(t)=u()+u(0+)- u()·e-(t/)， 代入u()=0V，u(0+)=13V，u(t)=5V计算得t=179.6s为延迟关断时间。若环境再有响声，则电灯再次被点亮，重复上述过程。电路通过声音信号控制，分别使电路中的三极管处于截止放大或者饱和状态，从而控制部分特殊点的电位达到声控的目的。如图3所示为静态工作点示意图，三极管处于放大状态时，Ube处于0

10、.4V0.7V之间。1时电阻值发生变化的百分数。5.1 元器件简介三极管半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头

11、朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。光敏二极管光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增光敏二极管加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。常见的有2CU、2DU等系列。光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心

12、部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。可控硅可控硅又称晶闸管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶可控硅闸管、快速晶闸管，等等。大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型

13、半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。电容电容器是由两个电极及其间的介电材料构成的。介电材料是一种电介质，当被置于两块带有等量异性电荷的平行极板间的电场中时，由于极化而在介质表面产生极化电荷，遂使束缚在极板上的电荷相应增加，维持极板间的电位差不变。这就是电容器具有电容特征的原因。电容器中储存的电量Q等于电容量C与电极间的电位差U 的乘积。电容量与极板面积和介电材料的介电常数 成正比，与介电材料厚度（即极板间的距离）成反比。电阻电阻的英文名称为resistance，通

14、常缩写为R，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。欧姆定律指出电压、电流和电阻三者之间的关系为I=U/R，亦即R =U/I。电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母“”来表示。通常“电阻”有两重含义，一种是物理学上的“电阻”这个物理量，另一个指的是电阻这种电子元件。电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，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6硬件的制作与调试首先先准备好一块完好的空白电路板和制作八路显抢答器的各种零器件，画好完整的电路图，在仿真电路中仿真，确保电路没有问题，根据仿真电路把零器件插在电路板上，安装电阻时要注意区分同一电路中阻值

15、相同而功率不同、类型不同的电阻，不要相互插错。小功率电阻大多采用卧式安装，并且要紧贴底板安装，以减少引线形成的分布电感，瓷片电容安装时要注意其耐压级别和温度系数。铝质电解电容、钽电解电容的正极所接电位一定要高于负极所接，否则将会增大损耗，尤其是铝质电解电容，极性接反工作时将会急剧发热，引起鼓泡、爆炸，固定好之后用焊锡和电烙铁对零器件和电路板进行焊接，焊接的过程中确保零器件和电路板接触良好，焊接时烙铁头和焊锡靠近被元器件并认准位置，将烙铁头放在工件上进行加热，将焊锡丝放在工件上，熔化适量的焊锡，在送焊锡过程中，先将焊锡接触烙铁头，然后移动焊锡至与烙铁头相对的位置，这样做有利于焊锡的熔化和热量的传

16、导。此时注意焊锡一定要润湿被焊工件表面和整个焊盘。待焊锡充满焊盘后，迅速拿开焊锡丝。 焊接完成后，检查一下焊点的质量看看有没有是否有错焊、漏焊、虚焊，再用手指触摸元器件有无松动、焊接不牢的现象，用镊子轻轻拨动焊接部或夹住元器件引线，轻轻拉动观察有无松动现象，确保在焊接这道工艺上不出错误。焊接时不要出现短路和短路的情况，这样会影响最后的实验结果，固定完之后根据仿真电路用焊锡和导线在电路板上对电气元件进行连接，这个过程比较艰难，需要认真连接，不要出现连接错误的情况，否则会影响实验结果，焊接完毕，检查无误后交付老师，有老师检查后接入电源测试把连接好的声光控开关和灯泡连上电源，将开关放置在黑

17、暗处，发出声响，电灯被点亮，一会儿，又自动熄灭，开关起效调试电路达到自己设计的功能后结束。在调试的过程中，起初并没有达到预期的实验目的，之后用万用表整体检查焊接的电路发现有元件在焊接的过程中没有焊接上，最后通过发现错误之后改正了错误，最后终于达到了实验的目的。通过这个过程我明白了在制作过程中一定要认真仔细，否则会引起一些无法预知的后果。7 总结在这一周的模拟电子技术课程设计中，我做的是“声光控制开关”。这是一种声音和光照双控电路，多用于楼梯、过道、库房的场合。白天光照时，不管过路者发出多大声音，都不会使灯泡亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有声响，灯就会自动照明，若再无声响，则过一段时间后灯

18、自动熄灭，在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金，我们花了一个星期的时间进行课程设计，而我设计的课题是声光控延时开关的设计，可以有效解决上述问题本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知识，学习了一学期的理论知识之后，这次的实践操作，我得到了课本之外的东西，通过自己的独立动手，老师耐心指导下以及同学的探讨，让我学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。通过这次课程设计，锻

19、炼了我们实验操作与动手能力，同时也检验了我们以前所学的知识理论扎实。这次课设，虽然时间短暂，课程难度不大，但这一过程不仅提高了我们个人的动手能力，更增强了我们团队意识，相互配合，动手实践，顺利完成课程设计。的确，收益匪浅！这次课设，最大的感触就是做任何事情都要细心，稍微焊错一个小器件电路就报废。做产品开始的第一件事就是清查元件并把元件分类好。同时，还要考虑合理配置元件，感谢老师的悉心指导，有我们组员的共同努力，才有最后项目的顺利地完成，在这一周时间里，我们提高了我们个人的动手能力，让我们在独立思考解决问题。同时也培养了我们团队精神，在这个分工越来越细的社会，分工合作成了社会的主流，而这次与组员合作正好给了我们这样的机会，以致顺利完成课程设计，同时也让我