模擬電子技術課程設計--光控照明電路

1、<p>　　《模擬電子技術》課程設計</p><p>　　題 目 光控照明電路 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化2班 </p><p>　　學 號

2、</p><p>　　院 （系） 電氣工程學院 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　完成時間 2013-06-08 </p><p>　　模擬電子技術課程設計任務書</p><p>　　一、設計題目

3、 光控照明電路 </p><p><b>　　二、設計任務與要求</b></p><p>　　1. 采用直流電源供電；</p><p>　　2. 根據光線強弱感應自動控制照明燈的亮滅；</p><p>　　3. 設計電路原理圖，進行元件焊接調試并撰寫設

4、計報告。</p><p><b>　　三、參考文獻</b></p><p>　　[1] 童詩白，華成英. 模擬電子技術（第四版）. 北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[2] 陳梓城. 實用電子電路設計與調試. 北京：中國電力出版社，2006</p><p>　　[3] 謝自美. 電子線路設計、實驗、測試

5、（第二版）. 武漢：華中科技大學出版社，2000</p><p>　　[4] 李萬臣. 模擬電子技術基礎實驗與課程設計. 哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2001</p><p><b>　　四、設計時間 </b></p><p>　　2013 年 06 月 03 日 至 2013 年 06月 13 日</p><p

6、>　　指導教師簽名： </p><p>　　專業(yè)負責人簽名： </p><p>　　2013年 05 月 30 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設計的目的1&

7、lt;/p><p>　　2 課程設計的任務與要求1</p><p>　　2.1 設計任務1</p><p>　　2.2 設計要求1</p><p><b>　　3 設計方案2</b></p><p>　　3.1 光控照明電路原理方框圖與工作原理2</p><p&

8、gt;　　3.2 總體電路圖3</p><p>　　4 單元電路圖設計4</p><p>　　4.1 光控照明開關電路4</p><p>　　4.2 光控照明燈電路5</p><p>　　5 電子產品的制作與調試6</p><p>　　5.1 光控電路圖的仿真6</p><p

9、>　　5.2 電子產品的組裝6</p><p>　　5.3 焊接后產品的調試7</p><p><b>　　6 總結7</b></p><p>　　6.1 電子產品的誤差與分析7</p><p>　　6.2 實訓的感想8</p><p><b>　　參考文獻9

10、</b></p><p>　　附錄一：總體電路原理圖10</p><p>　　附錄二：元器件清單11</p><p><b>　　課程設計的目的</b></p><p>　　當電氣照明使得人類活動的時域、空域大為延伸時，人類的文明和一切活動都已離不開照明，然而過量的照明不僅大量消耗了能源，加重了能源浪費，

11、而且給環(huán)境污染雪上加霜。據統(tǒng)計，世界各國照明用電占總發(fā)電量的12%~14%，因此照明自然成為節(jié)能的重要目標。目前我國照明自動控制裝置的開發(fā)水平仍落后與發(fā)達國家，另外各地照明仍存在許多能源浪費的現(xiàn)象，因此，研究節(jié)能、環(huán)保照明控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。</p><p>　　掌握光控照明電路的組成要素，學習模擬電路的基本方法、設計步驟。</p><p>　　學習光敏電阻器的原理與使用方法。&l

12、t;/p><p>　　學會用EWB仿真設計模擬電子電路。培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。</p><p>　　掌握三極管管腳極性的判斷方法及電烙鐵的使用方法。</p><p>　　2 課程設計的任務要求</p><p><b>　　2.1 設計任務</b></p><p>　　設計一個

13、運用光控原理制成的照明電路。</p><p><b>　　2.2 設計要求</b></p><p>　　運用光敏電阻隨光照強度不同電阻阻值發(fā)生變化的原理，設計一個在白天繼電器開關斷開燈不亮、晚上繼電器開關閉合燈亮的自動控制裝置。</p><p>　　該裝置可運用于控制道路上的路燈、家庭等場合。當天空及周圍環(huán)境變暗時自動照明，周圍環(huán)境變亮時自動

14、熄滅。這樣可以提高節(jié)約能源，并且實現(xiàn)了無人操作簡單方便等好處。</p><p><b>　　3 設計方案</b></p><p>　　3.1 光控照明電路原理方框圖與工作原理</p><p>　　1、 光控照明原理方框圖</p><p>　　采用光敏電阻器和照明控制繼電器為基本元器件組成的光控照明電路，這種光控照明電

15、路的特點是可以根據光線的亮度自動控制照明，與人工操作比較，開關及時，具有很好的節(jié)能效果。</p><p>　　光控照明電路的制作主要是利用半導體光電器件——光敏電阻器的特性制作而成的。光敏電阻器是利用半導體的光電效應制作的一種電阻值隨著光照的強弱而改變的電阻器，它利用光線的強弱來控制照明開關的動作，動作點可根據實現(xiàn)光線的強弱調節(jié)，運用時無需人工操作，避免了人工操作開關不及時等不利因素，因而有效的節(jié)約了電能。光控照

16、明電路原理方框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1電路原理方框圖</p><p>　　電路主要由兩大部分構成，第一部分是光控照明開關電路，是系統(tǒng)的核心主體，由多個電路元件構成的光控開關，15V的直流電壓提供；第二部分是光控照明燈電路，是系統(tǒng)提供照明的裝置，本課題設計采用的是3V電壓提供電路照明，現(xiàn)實中可以采用220V的電壓提供照明。</p><p>&l

17、t;b>　　2、 工作原理</b></p><p>　　根據光控照明電路的總體電路圖3-2所示?？傮w電路圖有一個繼電器開關K，當環(huán)境比較明亮不需要照明時，光控照明開關電路中的運算放大器輸出低電平，晶體管無輸入偏置電流而截止，繼電器線圈無電流通過，開關K處于斷開狀態(tài)，燈不亮；當環(huán)境需要照明時，運算放大器輸出高電平，晶體管飽和導通，繼電器線圈有電流流過，隨動開關K閉合，燈被點亮。</p>

18、<p><b>　　總體電路圖</b></p><p>　　光控照明電路總體電路圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 光控照明總體電路圖</p><p>　　上圖左邊部分為光控照明開關電路，RL為光敏電阻，光照時電阻變小，反之則變大。右邊部分為光控照明燈電路。</p><p>　　4 單元電路圖

19、的設計</p><p>　　4.1 光控照明開關</p><p>　　1、光控照明開關的基本設計</p><p>　　光控照明電路的目的是保證基礎照明設施在白晝時自動停止工作，而在天黑時自動開始工作，負責照明。這樣不但節(jié)約了能源，避免長明燈現(xiàn)象，又節(jié)約了人能力還節(jié)省了照明電路的開關設施。給基于這樣的目的，照明設備的開關時刻無需特別精確。因此，根據實際需要，選擇如圖

20、4-1所示的控制電路，該電路結構簡單，成本價格低廉，這本身就順應了節(jié)能的初衷。</p><p>　　圖4-1控制電路原理圖</p><p>　　運算放大器和R2、R3、R4、DZ構成滯回比較器15V電壓經過R5、RP2分壓為運算放大器的同相輸入端提供一個參考電壓UREF</p><p>　　UREF=15RP2 / (R5+RP2)</p><p

21、>　　同相輸入端的點位U+為</p><p>　　U+=R3UREF/( R3+R4)±R4UZ/(R3+R4)</p><p>　　顯然，滯回比較器的兩個閾值電壓為</p><p>　　UT1= R3UREF/( R3+R4)+R4UZ/(R3+R4)</p><p>　　UT2= R3UREF/( R3+R4)-R4UZ/

22、(R3+R4)</p><p>　　顯然由于運算放大器是單電源供電，所以其輸入的最小值為0V，這樣</p><p>　　UT2= R3UREF/( R3+R4)</p><p>　　RL為光敏電阻，其阻值隨著外界的光照強弱而變化，當光照強烈時，呈現(xiàn)低電阻；沒有光照時，呈現(xiàn)高阻值。</p><p>　　當U1>UT1時，晶體管VT截止，繼

23、電器K不工作，燈不亮；當外界照明昏暗時，RL的阻值開始變大，點電位降低，當U1<UT2時，運算放大器輸出高電平，晶體管VT飽和導通，繼電器線圈K得電，其常開觸點K吸合，燈點亮發(fā)光。</p><p>　　為了提高抗干擾能力，電路中除了使用滯回比較器外，R1、C組成了阻容延時電路，可以吸收雷電等瞬間光線干擾。電路通過RP1、RP2可以調節(jié)燈在合適的光線下點亮和關閉，VD對繼電器起續(xù)流保護作用。</p>

24、;<p><b>　　光控照明燈</b></p><p>　　光控照明燈電路圖如圖4-2所示</p><p>　　光控照明燈電路非常簡單，只需要把一個燈及電源與繼電器開關相連即可，燈可以隨著繼電器開關的工作而工作。簡單方便，在現(xiàn)實生活中很容易操作。</p><p>　　圖4-2光控照明燈電路圖</p><p&g

25、t;<b>　　硬件的制作與調試</b></p><p>　　5.1 光控電路圖的仿真</p><p>　　在EWB上創(chuàng)建如圖5-1所示的電路仿真圖，模擬白晝不需要照明時的情況。白晝環(huán)境下，光敏電阻的亮電阻較小（5-10K），運算放大器的反向端電位高于同向端電位，其輸出為低電平，晶體管截止，繼電器線圈無電流，開關斷開，照明燈LED不亮。 </p>&l

26、t;p>　　圖5-1白天仿真電路圖</p><p>　　模擬夜晚需要照明時的圖5-2，夜晚環(huán)境下，光敏電阻的亮電阻較大（100K以上），運算放大器的反向端電位低于同向端電位，其輸出為高電平，晶體管導通，繼電器線圈有電流，開關閉合，照明燈LED變亮。</p><p>　　圖5-2 夜晚仿真電路圖</p><p>　　5.2 電子產品的組裝</p>

27、<p>　　組裝：在以上工作完成之后，便可進行電路的組裝。電路的組裝應根據設計要求來進行。對小功率電路，可采用在實驗面包板上插接元件來進行，這種方法便于調試。要做成良好的成功品，就應該在焊接時盡可能做到不能有虛焊、假焊的現(xiàn)象。元器件布局應合理，排線應短且規(guī)范。</p><p>　　5.3 焊接后產品的調試</p><p>　　調試：在電路組裝好后，應對電路的測試與調試，來發(fā)現(xiàn)

28、和糾正設計方案的不足與安裝的不合理，并采取措施加以改進，使裝置達到預定的技術指標。</p><p>　　1. 在調試前的直觀檢查。在電路安裝完之后，應檢查元器件安裝位置是否正確，焊接是否牢固，連線是否正確，以及電源線的極性是否正確。</p><p>　　2.通電觀察。在調試前的直觀檢查后，將電源接入電路，通電演示，觀察有無異常現(xiàn)象，如有，有沒有冒煙，有無異常氣味，元器件是否發(fā)燙等現(xiàn)象。若有

29、應及時切斷電源，查出故障原因。</p><p>　　3.靜態(tài)工作點調試。所謂靜態(tài)是指電路在沒有加入信號時的狀態(tài)。該狀態(tài)主要是測量電路的靜態(tài)工作參數(shù)。例如設計方案中的晶體管直流工作點的測試，運算放大器在輸入為零時其輸出是否接近于零。</p><p><b>　　6 總結</b></p><p>　　6.1 電子產品的誤差與分析</p>

30、<p>　　在電子產品設計和焊接完后，實驗結果卻不是令人很滿意，雖然照明燈會發(fā)光，但是卻不受光敏電阻的控制，即無論光照強度是否亮暗繼電器線圈都有電流，開關都能閉合，燈一直發(fā)亮。產生這一結果我認為有以下幾個原因。</p><p>　　(1)可能是因為購買的元器件照成的。電阻阻值不規(guī)范（阻值達不到所標的數(shù)值,都與正常阻值偏小且誤差較大），繼電器的額定工作電壓正確，但是型號卻有點差別，這可能是導致現(xiàn)實中的

31、電路與模擬時的電路有差別的原因，這可能是LED燈一直常亮的原因。</p><p>　　(2)可能是焊接時的不規(guī)范及元器件的規(guī)格有誤差，導致運算放大器（滯回比較器）靜態(tài)工作參數(shù)不符合設計電路的要求，致使無論怎么調試都不能使其運行在正常工作工作狀態(tài)。</p><p>　　(3)可能是晶體管VT靜態(tài)直流工作點沒有調到符合電路的要求，進而導致無論所加電壓如何變化都不能使其正常工作。致使繼電器線圈一

32、直都有電流流過。造成開關一直閉合照明燈LED一直常亮。</p><p><b>　　6.2 實訓的感想</b></p><p>　　時間過得真快，一周的實訓結束了，回味這一周的經歷，我收獲了很多懂得了很多。設計過程中遇到了很多麻煩，看似書中很簡單的一個問題，到了現(xiàn)實生活中都能使我困惑很久，讓我明白了理論和實踐的差距，這一周的實訓也讓我感受到所學的模擬電子技術知識并不是

33、沒有用的，相反學的知識能讓我感受到學有所用的快樂。 </p><p>　　起初的電路模擬仿真實驗讓我學到了很多新東西，讓我了解和學會了EWB仿真軟件的基礎應用。在仿真結束后，我懷著很憧憬的心情開始了電子產品的組裝，但美好的心情很快就被接二連三的問題給破壞了，起初的焊接可能由于我的著急不管怎樣去焊接都不能達到理想的結果，這讓我覺得很煩躁。不過后來慢慢地進入了狀態(tài)，在這個過程中，讓我懂得了做事要心平氣和，不能夠太著急

34、不然一事無成。在組裝連線過程中我學會了怎么用萬用表測試三極管的三個極，學會了運算放大電路中電壓比較器的工作原理，更深刻的了解三極管是如何正常工作的，在此期間我也從網上和書籍中了解了更多關于光控照明電路的原理，更重要的是開闊了自己的視野。雖然這次的設計實驗結果不是令人很滿意，光控照明電路沒能夠使其正常工作，而是接通電源無論外界光照強弱，照明燈一直處于常亮狀態(tài)。但這并不代表我真正失敗了，即使產品沒有成功，但設計的過程仍讓我受益匪淺。實驗的不

35、成功，我更加學會了怎么去分析誤差，找實驗錯誤的原因在哪里，該如何去補救才能使試驗成功。</p><p>　　這一周的實訓讓我懂得做什么事都不能眼高手低，要學好理論知識，打好理論基礎，為實踐做好充分的準備，我相信有了這一次的實踐基礎，以后的我能設計出更好的電子電路。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 江曉安

36、 董秀峰 模擬電子技術（第三版）-西安：西安電子科技大學出版社 2008.3</p><p>　　[2] 楊力 文剛 電子技術課程設計（第一版）-北京：中國電力出版社 2009.4</p><p>　　[3] 申永山 電工電子技術實驗及課程設計（第一版）-北京：機械工業(yè)出版社 2011.8</p><p>　　附錄一：總體電路原理圖</p><p