模擬電子技術(shù)課程設(shè)計----聲控延時電動機

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計</p><p>　　題 目：聲控延時電動機</p><p>　　專 業(yè)：自動化</p><p><b>　　聲控延時電動機</b></p><p><b>　　實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　　了解多諧振蕩器的原理。

2、</p><p>　　掌握多諧振蕩器的應(yīng)用設(shè)計。</p><p><b>　　設(shè)計要求和技術(shù)指標</b></p><p><b>　　1.技術(shù)指標</b></p><p>　?。?）電機額定工作電壓為2V～3V的直流低速電動機；</p><p>　?。?）供電電源為直流3V。

3、</p><p><b>　　2.設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）對著話筒拍手或叫喊時，電動機M會轉(zhuǎn)動，幾秒以后又會停止工作，再次拍手，又重新轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)聲控延時的作用；</p><p>　?。?）擬定測試方案和設(shè)計步驟；</p><p>　　（3）根據(jù)性能指標，選好元件，設(shè)計電路并畫出電路圖；</p&g

4、t;<p>　　（4）在面包板上或萬能板上安裝電路；</p><p>　?。?）寫出設(shè)計報告。</p><p><b>　　設(shè)計方案及方案論證</b></p><p><b>　　設(shè)計方案</b></p><p><b>　?。?）聲控的實現(xiàn)</b></p&

5、gt;<p>　　話筒將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，此信號可能很小，可以通過一個基本共射放大電路將其放大，形成一個脈沖。</p><p><b>　?。?）延時的實現(xiàn)</b></p><p>　　話筒形成的脈沖寬度是不定的，而單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路的輸出脈沖寬度與觸發(fā)脈沖無關(guān)，可以將任意寬度的脈沖轉(zhuǎn)換成一定寬度的脈沖。并由于輸出脈沖寬度一定，因此可以用來作為時間延時

6、電路。</p><p><b>　?。?）電機的驅(qū)動</b></p><p>　　由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路產(chǎn)生的一定寬度的脈沖實際上是高低電平的轉(zhuǎn)換，而晶體三極管可以因其基極電壓升降而導通或截止，從而控制電機的工作與否。</p><p><b>　　方案論證</b></p><p><b>　

7、　小信號放大</b></p><p>　　基本共射放大電路如右圖所示。</p><p>　　話筒發(fā)出的信號可能很小，需要經(jīng)過一個基本共射放大電路對其進行放大，輸出一個負脈沖。</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路如右圖所示。</p>&l

8、t;p>　　三極管T2的集電極和三極管T3的基極之間是直接耦合的。而三極管T3的集電極與三極管T2基極之間通過電容C進行耦合。</p><p>　　電路在沒有信號輸入時，選擇合理的R4，使三極管T2穩(wěn)定在飽和狀態(tài)，此時它的集電極電壓約為0.3V以下。這樣，三極管T3穩(wěn)定在截止狀態(tài)。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　當一個負脈沖到達三極管T2的基極時，三極管T2開始趨向

9、截止，它的集電極電流減少，集電極電壓升高。經(jīng)過直接耦合，使T3的基極電壓升高，T3開始導通，它的集電極電壓下降，形成一個負反饋，很快達到一個新的狀態(tài)，此時三極管T2截止，T3飽和導通。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)過程。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)過程不能持久。在此期間，電容C通過電阻R進行放電，隨著放電的進行，三極管T2的基極電壓逐漸升高，當它達到開啟電壓0.5V以上時，三極管T2開始導通，正反饋現(xiàn)象再次發(fā)生

10、，整個電路很快回到三極管T2飽和導通、T3截止的穩(wěn)定狀態(tài)，即暫態(tài)結(jié)束。</p><p>　　這個暫態(tài)期的時間即為電路的延時時長。</p><p>　　電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài)后，電容C通過T2的發(fā)射結(jié)進行充電，充電完成后電路才可以接收下一次的觸發(fā)。</p><p><b>　　驅(qū)動電路</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)

11、時，三極管T2飽和導通，T3截止。T3的集電極為高電平。接在T3集電極上面的T3是PNP型三極管，所以三極管T4沒有導通，電機不工作。當單穩(wěn)態(tài)電路處于暫態(tài)時，三極管T3飽和導通，集電極電壓下降，導致與之連接的三極管T4也導通，電機開始工作。于是幾秒后單穩(wěn)態(tài)電路自動恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)過程，于是電機停止工作。</p><p><b>　　具體分析</b></p><p><

12、b>　　系統(tǒng)原理框圖</b></p><p><b>　　聲音信號</b></p><p><b>　　電路圖初步確定</b></p><p>　　由于整個電路只有一個3V電源，所以各三極管基極電壓需選用合適的電阻為其提供。</p><p>　　三極管T1和三極管T2的工作狀態(tài)是相

13、互獨立的，所以三極管T1的集電極與三極管T2的基極之間通過電容進行耦合。</p><p>　　為濾除三極管T3基極上的高頻雜波，應(yīng)使用電容將基極接地，防止三極管T3的誤動作。</p><p>　　由于電機工作時電流較大，會對電路產(chǎn)生一定的干擾，為了保證電路能穩(wěn)定工作，防止干擾信號對音頻放大電路的影響，應(yīng)使用電容為電源進行退耦濾波。</p><p>　　由此，可基本確

14、定總電路圖如下：</p><p>　　主要元件參數(shù)值的分析和計算 </p><p><b>　　電阻的估算</b></p><p>　　電路處于穩(wěn)態(tài)時，三極管T2飽和導通，三極管T3、T4截止，下面設(shè)置靜態(tài)工作點。</p><p>　　NPN三極管工作在飽和區(qū)時，集電極電壓約為0.1V～0.3V。不妨令UCEQ=0.2V

15、，即UC=0.2V。則集電極負載兩端電壓為URC=VCC-UC=VCC-UCEQ=2.8V。而Rc=URC/ICQ，ICQ通常為幾毫安。</p><p>　　結(jié)合工程經(jīng)驗,并考慮規(guī)格因素，確定集電極負載為Rc=2.7KΩ。</p><p>　　三極管導通時基極電壓約為0.6V～0.8V。不妨令UBEQ=0.7V，即UB=0.7V。又因為，UBEQ=VCC-IBQRb ，UCEQ=VCC-I

16、CQRc=VCC-βIBQRc 。</p><p>　　三極管工作在放大區(qū)時，UCEQ﹥UBEQ,所以Rb﹤βRc。</p><p>　　三極管工作在飽和區(qū)時，UCEQ﹤UBEQ，所以Rb﹥βRc。</p><p>　　結(jié)合工程經(jīng)驗,并考慮規(guī)格因素，確定：</p><p>　　R2=1MΩ，R3=2.7KΩ,R4=2.7KΩ,R5=220KΩ

17、,R6=2.7KΩ。</p><p>　　PNP型三極管工作在飽和區(qū)時的情況，參照NPN型三極管，不妨令基極電位UB=2.3V，則其基極負載R7兩端電壓UR7=2.3V，為使此負載分流不至于太大，并考慮規(guī)格因素，選取R7=94Ω。</p><p>　　R1為話筒提供提供工作電壓，定R1=100KΩ。</p><p><b>　　電容的估算</b>

18、;</p><p>　　C1、C2、C4為耦合電容，且C4與R5共同決定延時時長，C3用來濾除三極管T3基極上的高頻雜波，C5為電源進行退耦濾波。</p><p>　　結(jié)合工程經(jīng)驗,并考慮規(guī)格因素，確定：</p><p>　　C1=10μF,C2=10μF,C3=33nF,C4=47μF,C5=220μF。</p><p><b>

19、　　三極管的選擇</b></p><p>　　應(yīng)選用小功率三極管。</p><p>　　NPN型三極管選用S9014，PNP型三極管選用S9012。</p><p><b>　　暫態(tài)期時長</b></p><p>　　振蕩周期 T=0.69 ×R5×C4</p><p&

20、gt;<b>　　總電路圖如下：</b></p><p><b>　　故障排除</b></p><p>　　輸入觸發(fā)信號，電動機無反應(yīng)，檢查電路連接無誤后，使用直流電壓表測試各三極管的基極、集電極和發(fā)射極電壓，發(fā)現(xiàn)PNP型三極管T4損壞，將其更換，電路正常運行。</p><p>　　另外，電動機運轉(zhuǎn)的時間與理論計算不符，實

21、際運轉(zhuǎn)時間比理論時間略長。</p><p><b>　　元器件清單</b></p><p>　　電阻：R1=100KΩ，R2=1MΩ，R3=2.7KΩ,R4=2.7KΩ,R5=220KΩ,R6=2.7KΩ，R7=94Ω。額定功率均為0.25W。單價均為1分。</p><p>　　電容：C1=10μF,C2=10μF,C3=33nF,C4=47μ

22、F,C5=220μF。其中C1、C2、C4、C5為電解電容，單價2角；C3 瓷片電容，單價1角。</p><p>　　三極管：T1、T2、T3為NPN型三極管S9014， 功耗0.6W，集電極電流IC：Max=150mA。T4為PNP型三極管S9012，功耗0.4W，集電極電流IC：Max=-500mA。單價均為1角。</p><p>　　電機：為小功率直流電動機，額定電壓2V。單價4元。

23、</p><p><b>　　話筒一個。單價1元</b></p><p>　　導線若干。單價1元/米。</p><p>　　萬能電路板一個。單價4元。</p><p>　　1.5V干電池兩節(jié)。單價1元。</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p>&l

24、t;p>　　單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器可以用來進行脈沖波的整形和延時。</p><p>　　1.整形：單穩(wěn)態(tài)的特點是輸出脈沖的寬度與外觸發(fā)脈沖無關(guān)。因此可以用來將任意寬度的脈沖轉(zhuǎn)換成一定寬度的脈沖。</p><p>　　2.延時：單穩(wěn)態(tài)電路由于產(chǎn)生一定寬度的脈沖，因此常用來作為脈沖的時間延時電路。</p><p>　　實際應(yīng)用及其遠景展望</p><

25、p>　　現(xiàn)在的聲控技術(shù)早已走進我們的生活，而且延時的技術(shù)也得到很好的應(yīng)用，如樓道里的聲控燈，在燈亮的時間里足夠你找到鑰匙打開自己的家門，這種聲控燈還節(jié)約了能源。</p><p>　　如今，人們更是對聲控技術(shù)越來越熟悉，對手機說出要撥打電話的姓名，手機會自動接通相應(yīng)的電話號碼。荷蘭飛利浦公司最近還研制出一種新型音響設(shè)備，如果您想聽音樂，不用走到音響前找按鈕，也用不找遙控器，只要喊一聲“開始放音樂吧”，音響就能

26、自動開啟，再說出歌曲的名字，音響就能在幾秒鐘之內(nèi)找到這首歌并自動播放。更為神奇的是，如果你想不起來歌曲的名字，只要哼幾句歌曲的旋律，音響就能辨別出是哪首歌，然后播放給你聽。可見，聲控設(shè)備還可以成為人們的貼心朋友和助手。</p><p>　　但由于當前對人的聽覺和理解系統(tǒng)還有很多地方?jīng)]有完全研究清楚，所以聲控技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。</p><p><b>　　參考書目</b

27、></p><p>　　1.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》∕華成英 童詩白</p><p>　　北京 高等教育出版社 2006.5</p><p>　　2.《電子產(chǎn)品設(shè)計》∕何元清</p><p>　　北京 北京大學出版社 2006.8</p><p>　　3.《電子技術(shù)實訓教程》∕楊碧石</p>