模擬電子課程設計聲控燈開關

1、<p>　　模電課程設計聲控燈開關</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 設計的目的和任務…………………………………………………3</p><p>　　二 設計要求……………………………………………………………3</p><p>　　三 總體框圖設計……………………………………………

2、…………3</p><p>　　四 功能設計……………………………………………………………3</p><p>　　4.1 VCC值的確定…………………………………………………5</p><p>　　4.2 延遲的確定……………………………………………………5</p><p>　　4.3 與非門的高低電平的輸入確定……………………………...5

3、</p><p>　　4.4 整流電路的設計……………………………………………...6</p><p>　　4.5 電容濾波電路…………………………………………………7</p><p>　　4.6 晶閘管的工作原理……………………………………………9</p><p>　　五 總原理圖…………………………………………………………....10&l

4、t;/p><p>　　六 元件清單……………………………………………………………10</p><p>　　七 總結………………………………………………………………….11</p><p>　　八 參考文獻…………………………………………………………….11</p><p>　　一 設計的目的和任務</p><p>　　1、

5、鞏固加深對模擬電子技術基礎的理解，提高綜合運用所學知識的能力，培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　2、通過查找資料、選方案、設計電路、寫報告等環(huán)節(jié)的訓練，熟悉設計過程、步驟。為今后從事電子線路的設計、研制電子產品打下良好的基礎。</p><p>　　3、設計模擬和數字電子混合電路，實現特定功能。學習這一技能，積累這方面的經驗。</p><p>

6、;<b>　　二 設計要求</b></p><p>　　1、辦公樓或居民樓應用的聲控開關；</p><p>　　2、白天光線充足時，燈不亮；</p><p>　　3、晚上光線暗，若無人聲，燈不亮；若有人聲，則燈亮。</p><p><b>　　三 總體框圖設計</b></p><

7、p>　　根據技術要求，此聲控燈開關可由以下幾個單元組成：</p><p><b>　　圖1 整體框圖</b></p><p><b>　　四 功能設計</b></p><p>　　本設計主要由橋式整流電路、降壓濾波電路、聲音信號輸入電路、光信號輸入電路、延時控制電路以及外接電路6部分組成。</p>&l

8、t;p>　　圖2 聲光控制電路圖</p><p>　　根據圖2 電路，原理如下：</p><p>　　由四個二極管組成的橋式整流電路將輸入電路的220V 50Hz交流電壓變換成脈動直流。該脈動直流電壓一路有R3和R1、C3分壓并濾波后得到傳感及邏輯控制電路所用的電壓VCC；另一路接到晶閘管BT169的陽極。</p><p>　　當BT169的控制級（柵極）為高

9、電平且輸入的交流信號Vi=COS(wt+Φ) 處于正半周期時，電流由D2→地→D4→燈流過而將燈點亮。當Vi處于負半周期時，電流由燈→D3→地→D1而將燈點亮。當BT169的控制級為低電平時，晶閘管截止，此時不會產生驅動燈的電流，此時燈是熄滅的。由此可見，燈的亮滅是由晶閘管的控制級電平決定的。因此，關鍵問題是如何控制其柵極電平的高低。</p><p>　　有光時燈滅；無光無聲時燈滅；無光有聲時燈亮。參考圖2，對光

10、敏電阻RW而言，當有光時，RW<2kΩ，此時HD14011的1腳即第一個與非門的一個輸入端為低電平（地），所以3腳為高電平、4腳為低電平，10腳為高電平，11腳為低電平，則此時晶閘管截止，燈泡是滅的。相反，如果無光時，RW>2MΩ，此時HD14011的1腳是高電平，此時第一個與非門的輸出取決于2腳的狀態(tài)，而2腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定，當沒有聲音時，2腳為低電平，因此A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時晶閘

11、管截止，燈泡滅。當有聲音產生時，在麥克風兩端產生一個交流信號，經過電容而將2腳置為高電平，此時A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導通，燈泡點亮，同時由于B為高電平，可對電容C2充電，這樣，當聲音消失后，由于C2和R7的存在，使C點維持在低電平直到C2放電結束，在此過程中，燈泡將會一直保持在亮的狀態(tài)直至此過程結束。</p><p>　　4.1 VCC值的確定</p>&l

12、t;p>　　可由R3、R1的分壓作用將家用電壓經整流后所得電壓V0=220x1.414=311V，輸入電壓的表達式為：Vcc=R1*V0/(R1+R3)，算的VCC=5V。</p><p><b>　　4.2 延遲的確定</b></p><p><b>　　圖3 延遲電路部分</b></p><p>　　由R7、C2

13、組成延遲電路，要求延遲時間為1min，與非門工作高低電平為3.4V，0.3V，延遲T計算公式：T= R7 C2ln(Vt+/Vt-)，算得R7=1.1MΩ，C2=22uf</p><p>　　4.3 與非門的高低電平的輸入確定</p><p>　　如果無光時，RW>2 MΩ,與非門有一腳是高電平，此時第一個與非門的輸出取決于另腳的狀態(tài)，此腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定。</p&g

14、t;<p><b>　　當沒有聲音時：</b></p><p>　　燈不亮，要求第一個與非門的一腳為低電平，即使三極管工作在飽和區(qū)滿足條件且輸入的電壓為0.3V。此時A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時晶閘管截止，燈泡為暗。</p><p>　　由三極管的工作參數得:Ibs=(Vcc-Vce)/R8β=0.2uA</p>&

15、lt;p>　　Ib=( Vcc-Vce)/R2=1.4uA 在飽和工作區(qū)不滿足IC=βIb 且Ib> Ibs</p><p>　　令Ib=10 Ibs</p><p>　　由此可得R8=510KΩ R2=3 MΩ</p><p><b>　　當有聲音時：</b></p><p>　　燈亮，要求第一個與非門的

16、一腳為高電平，三極管工作在放大區(qū)且輸出高電平3.4V。在麥克風兩端產生一個交流信號，經過電容而將腳置成高電平，此時A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導通，燈泡點亮。</p><p>　　R=R6//R2 算得R=35Ω</p><p>　　I= Ib+Vce/R 算得I=20mA</p><p>　　滿足聲音傳感器的額定電流I=20

17、mA 電壓1~12V。</p><p>　　4.4 整流電路的設計</p><p>　　整流電路有單相橋式整流電路，單相半波整流電路，單相全波整流電路等，本系統(tǒng)選用單相橋式整流電路。</p><p>　　整流電路的工作原理 ： 橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，如圖4所示。整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電性。根據圖4的橋式二極管整

18、流電路和圖5的整流波形圖可知： </p><p>　　當正半周時，二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。 </p><p>　　當負半周時，二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。</p><p>　　在負載電阻上正、負半周經過合成，得到的是同一個方向的

19、單向脈動電壓。</p><p>　　圖5 橋式二極管整流電路和波形</p><p><b>　　參數計算：</b></p><p>　　二極管橋式整流電路輸入、輸出之間的數量關系及二極管選擇的條件：</p><p>　　輸出電壓VO、輸出電流IO與輸入電壓V2的關系：</p><p>　　VO=

20、2×0.45V2=0.9V2</p><p>　　IO=0.9×(VO/RL）</p><p>　　二極管所承受的電流及耐壓值</p><p>　　IV=IO/2=0.45×(VO/RL）</p><p><b>　　VRM=V2m</b></p><p>　　單向橋

21、式整流電路二極管選擇條件：</p><p>　　IVZ≥IO/2=0.45×(VO/RL）</p><p><b>　　VRM≥V2m</b></p><p>　　4.5 電容濾波電路</p><p>　　濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現濾波。電容C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯在負載

22、兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應該與負載串聯。經過濾波電路后，既可保留直流 分量、又可以濾掉一部分交流分量，改變了直流成分的比例，減小了電路的脈動系數，改善了直流電壓的質量。</p><p>　　濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等，本系統(tǒng)設計在單相橋式整流電路直接接并聯電容構成電容濾波電路，經過此電容濾波電路去整流輸出電壓紋波。電容濾波電路如圖5所示。</p><p&

23、gt;　　濾波原理：若電路處于正半周，二極管D2、D4導通，變壓器次端電壓V2給電容C充電。此時C相當于并聯在V2上，所以輸出波形同V2，是正弦形。</p><p>　　所以，在t1到t2時刻，二極管導電，C充電，VC=VL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關斷，VC=VL按指數曲線下降，放電時間常數為RLC。</p><p><b>　　圖6 電容濾波電路</b>

24、</p><p>　　當放電時間常數RLC增加時，t1點要右移，二極管關斷時間加長，導通角減小，見圖7中的曲線；反之，RLC減少時，導通角增加。顯然當RL很小，即1L很大時，電容濾波的效果不好，見圖7中的曲線。反之，當RL很大，即1L很小時，盡管C較小，RLC仍很大，電容濾波的效果也很好，見圖7中曲線。</p><p>　　4.6 晶閘管的工作原理</p><p>

25、　　晶閘管的工作原理分析：晶閘管可用兩個不同極性（P-N-P和N-P-N）晶體管來模擬，如圖8所示。當晶閘管的柵極懸空時，BG1和BG2都處于截止狀態(tài)，此時電路基本上沒有電流流過負載電阻RL，當柵極輸入一個正脈沖電壓時BG2導通，使BG1的基極電位下降，BG1因此開始導通，BG1導通使得BG2的基極電位進一步升高，BG1的基極電位進一步下降，經過這一個正反饋過程使BG1和BG2進入飽和導通狀態(tài)。電路很快從截止狀態(tài)進入導通狀態(tài)，這是柵極就

26、算沒有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將保持導通狀態(tài)不變。如果此時在陽極和陰極加上反向電壓，由于BG1和BG2均處于反向偏置狀態(tài)所以電路很快截止，另外如果加大負載電阻RL的阻值使電路電流減少，BG1和BG2的基極電流也將減少，當減少到某一個值時由于電路的正反饋作用，電路將很快從導通狀態(tài)翻轉為截止狀態(tài)，我們稱這個電流為維持電流。在實際應用中，我們可通過一個開關來短路晶閘管的陽極和陰極從而達到晶閘管的關斷。等效圖如下：</p>&

27、lt;p>　　圖8 晶閘管的工作原理</p><p><b>　　五 總原理圖</b></p><p>　　本設計聲光雙控電子開關的總電路圖如下圖：</p><p><b>　　圖9 總原理圖</b></p><p><b>　　六 元件清單</b></p>

28、<p><b>　　七 總結</b></p><p>　　經過這為期一周的模擬電子技術基礎課程設計，在設計“聲光控開關”的過程中，我終于知道了在做這樣的一個課程設計的時候，應該從什么地方著手，應該怎么樣構造自己的思路，怎樣利用自己所學的知識來實現自己的設計方案，并通過不斷的查找資料來實現他的功能。在此過程中，不但讓我體會到了設計的繁瑣與艱辛，同時也讓我更好的鞏固了以前所學的知識。

29、通過本課程設計，我進一步熟悉了各元器件的工作原理及功能，比如駐極體話筒和可控硅的管腳分布、參數及工作原理，進一步掌握了原理圖的設計。在這次課程設計完畢之后，我體會頗多。同時，在完成課程設計的過程中，培養(yǎng)了自己嚴謹的做學態(tài)度，。所以在這次設計中我學到了很多對我的學習和成長有幫助的東西。</p><p><b>　　八 參考文獻</b></p><p>　　[1]康華光,

30、《電子技術基礎》數字部分（第五版），高等教育出版社出版</p><p>　　[2]彭介華,《電子技術課程設計指導》，高等教育出版社</p><p>　　[3]華成英,童詩白.《模擬電子技術基礎》（第三版）清華大學電子學教研組編, 高等教育出版社,2004</p><p>　　[4]楊旭東,劉行景,楊興瑤.《實用電子電路精選》.化學工業(yè)出版社,1999</p&g