模擬電子課程設(shè)計聲控燈開關(guān)

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

2、…………3</p><p>　　四 功能設(shè)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(shè)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(jié)………………………………………………………………….11</p><p>　　八 參考文獻…………………………………………………………….11</p><p>　　一 設(shè)計的目的和任務(wù)</p><p>　　1、

5、鞏固加深對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的理解，提高綜合運用所學(xué)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)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(shè)計電路、寫報告等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，熟悉設(shè)計過程、步驟。為今后從事電子線路的設(shè)計、研制電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　3、設(shè)計模擬和數(shù)字電子混合電路，實現(xiàn)特定功能。學(xué)習(xí)這一技能，積累這方面的經(jīng)驗。</p><p>

6、;<b>　　二 設(shè)計要求</b></p><p>　　1、辦公樓或居民樓應(yīng)用的聲控開關(guān)；</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(shè)計</b></p><

7、p>　　根據(jù)技術(shù)要求，此聲控燈開關(guān)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(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)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(jù)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(chǎn)生驅(qū)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?jīng)Q定的。因此，關(guān)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(chǎn)生時，在麥克風(fēng)兩端產(chǎn)生一個交流信號，經(jīng)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(dǎo)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(jié)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(jié)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(jīng)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(shù)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I(lǐng)b=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(fēng)兩端產(chǎn)生一個交流信號，經(jīng)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(dǎo)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(shè)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(zhuǎn)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(guān)運用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)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(dǎo)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(dǎo)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(jīng)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(shù)計算：</b></p><p>　　二極管橋式整流電路輸入、輸出之間的數(shù)量關(guān)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(guān)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(xiàn)濾波。電容C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)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(yīng)該與負載串聯(lián)。經(jīng)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(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)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(shè)計在單相橋式整流電路直接接并聯(lián)電容構(gòu)成電容濾波電路，經(jīng)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(dǎo)通，變壓器次端電壓V2給電容C充電。此時C相當于并聯(lián)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(dǎo)電，C充電，VC=VL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關(guān)斷，VC=VL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。</p><p><b>　　圖6 電容濾波電路</b>

24、</p><p>　　當放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見圖7中的曲線；反之，RLC減少時，導(dǎo)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(dǎo)通，使BG1的基極電位下降，BG1因此開始導(dǎo)通，BG1導(dǎo)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(jīng)過這一個正反饋過程使BG1和BG2進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。電路很快從截止狀態(tài)進入導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)通狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)，我們稱這個電流為維持電流。在實際應(yīng)用中，我們可通過一個開關(guān)來短路晶閘管的陽極和陰極從而達到晶閘管的關(guān)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(shè)計聲光雙控電子開關(guān)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(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這為期一周的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，在設(shè)計“聲光控開關(guān)”的過程中，我終于知道了在做這樣的一個課程設(shè)計的時候，應(yīng)該從什么地方著手，應(yīng)該怎么樣構(gòu)造自己的思路，怎樣利用自己所學(xué)的知識來實現(xiàn)自己的設(shè)計方案，并通過不斷的查找資料來實現(xiàn)他的功能。在此過程中，不但讓我體會到了設(shè)計的繁瑣與艱辛，同時也讓我更好的鞏固了以前所學(xué)的知識。

29、通過本課程設(shè)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(shù)及工作原理，進一步掌握了原理圖的設(shè)計。在這次課程設(shè)計完畢之后，我體會頗多。同時，在完成課程設(shè)計的過程中，培養(yǎng)了自己嚴謹?shù)淖鰧W(xué)態(tài)度，。所以在這次設(shè)計中我學(xué)到了很多對我的學(xué)習(xí)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(shù)基礎(chǔ)》數(shù)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(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)》，高等教育出版社</p><p>　　[3]華成英,童詩白.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第三版）清華大學(xué)電子學(xué)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(xué)工業(yè)出版社,1999</p&g