声控灯课程设计.docx

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声控灯课程设计

第一章摘要.................................................................................2

第二章设计内容及要求.............................................................2

2.1设计目的...............................................................................2

2.2设计任务及要求...................................................................2

第三章声控灯的工作与设计原理.........................................2

3.1原理图...................................................................................3

3.2工作原理...............................................................................4

第四章原件识别.......................................................................6

4.1电阻.......................................................................................6

4.2二极管...................................................................................7

4.3三极管...................................................................................8

4.4电容.......................................................................................9

第五章组装与调试...................................................................9

5.1组装.......................................................................................9

5.2调试.......................................................................................9

第六章电路特点及改进...............................................................10

第七章电路使用的元器件...........................................................11

第八章参考文献...........................................................................12

第九章结论...................................................................................13

声控灯设计

摘要

现如今社会科技发展迅速，人们越来越追求生活的方便性与舒适性，公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。

另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患

我们常见的电路都是有很多开关如照明电路要让它工作我们必须机械地去控制它，这对于当今社会各种各样的智能化建筑如智能办公楼，智能化公寓等是非常不实用的；在这种情况下声音就派上了用场，声控作为智能化电路的一部分是不可缺少的；然而要实现声控也不是一件容易的事，因为声音是一模拟量且非电信号无法在数字电路中使用，所以我们在设计声控电路时就面临怎样把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号的问题。

要解决这个问题我们设计一个专门用来接听声音信号并将声音信号转化为电信号转送到下一级电路。

但是作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。

当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。

经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。

有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。

对于这样的电路设计对外加电源的要求必须稳定，不断电，故最好再为其设计一个稳压电路这样才能使电路稳定工作。

而对元件的要求也较高，特别是半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定，这样电路才能高效地工作。

如今对于这样的电路设计我们以不必为其烦恼，因为有了声音传感器，可以直接将声音信号转换为电信号，大简化了电路结构，使声控电路的设计显得更加容易。

自从电子计数器的出现之后各式各样，功能万千的定时/计数器层出不穷。

正是由于电子计数器的出现使得声控电路能更好的实现智能化。

在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间；由该事例可知声、光、延时三部分是相互联系的没有光控电路智能化实现不完善，没有声控电路也谈不上延时，而没有延时电路也谈不上智能。

该电路的设计较完备，在电能节约方面处理的较好，但该电路也存在一定的缺陷如要使灯常亮则该电路无法实现；要对电路进行维护在白天需要灯亮则该电路也无法实现；为此要对该电路进行升级，所谓升级就是对电路的功能进行进一步完善。

我们可以为其添加一些硬件使在不影响电路正常智能化实现的前提下，电路能受人为所控制以至更好的为人们服务。

关键字：

声控二极管三极管

2设计内容及要求

2.1设计目的

提高电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解;学习使用软件画原理图与PCB版图的制作；学习三极管电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行的电路调试与检测。

2.2设计任务及要求

根据已知条件，完成通过基于三极管的设计，组装，调试。

须符合下列要求：

1.采用三极管设计完成一个简易声控灯的设计；

2.通过声音震动使灯发光，并延迟熄灭；

3.通过学习使用protel软件，绘制电路的原理图和PCB图，要求图纸绘制清楚，布线合理，符合绘图规范；

4.完成课程设计报告（应该包含原理图，清单、调试及设计总结）

3声控灯的工作与设计原理

3.1原理图

PCB图

3.2工作原理

3.2.1放大电路的原理

如下图所示，在本次设计电路中使用了主机体话筒，它的外形如下图所示，主机体话筒所转换的电信号很微弱，只有通过由三极管Q1组成的放大器吧微弱的信号进行放大后，才能去触发单稳态电路。

所以要设计一个简单的放大电路，将微弱的信号放大，才能触发后面的电路。

图2-1

3.2.2单稳态电路的原理

图中三极管Q2、Q3及其电阻、电容组成了单稳态电路。

当由信号放大电路输出信号时，三极管Q2的集电极由低电位变为高电位，此时由电阻R7为三极管Q3提供电流，Q3从基极得到电流，Q3开始导通，集电极电压开始下降，则此时从电源处有电流流经发光二极管，发光二极管开始发光。

图2-2

单稳态电路只有一个稳定状态。

电路在没有信号输入时，选择合理的电阻是三极管Q2稳定在饱和状态。

此时集电极电压很低。

这样使三极Q3处于截止状态。

这就是单稳态电路的稳定状态。

3.2.3延时电路

当发光二级管发光时，发光只能持续很短的时间，电容有储存电能的作用，电容c3不断发电使得二极管发光得以持续。

图2-3

当外界无信号时三极管Q1的集电极工作电压为4.3V，当外界有信号时，三极管Q1的电压变为1V左右。

4原件识别

4.1电阻

　在物理学中，用电阻（Resistance）来表示导体对电流阻碍作用的大小。

导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。

不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。

电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。

　　电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，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1℃时电阻值发生变化的百分数。

　　电阻是所有电子电路中使用最多的元件。

电阻的判别方法：

色环法：

所谓色环法既是用不同颜色的色标来表示电阻参数。

色环电阻有4个色环的，也有5个色环的，各个色环所代表的意义如下。

读取色环电阻的参数，首先要判断读数的方向。

一般来说，表示公差的色环离开其他几个色环较远并且较宽一些。

判断好方向后，就可以从左向右读数。

　　例如，某4色环电阻的颜色从左到右依次是红

（2），紫（7），黄（x10000），银（正负10%），则此电阻的阻值为27Ωx10000=270000Ω，也就是270KΩ，公差为正负10%。

　　再如，某5色环电阻的颜色从左到右依次是红

（2），绿（5），蓝（6），红（x100），棕（正负1%），则此电阻的阻值为256Ωx100=25600Ω，也就是25.0KΩ，公差为正负1%。

数字法：

由于手机电路中的电阻一般比较小，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：

　　101——表示10*10^1Ω即100欧的电阻；102——表示10*10^2Ω的电阻；10^3——表示10KΩ的电阻；10^4——表示100KΩ的电阻。

　如果一个电阻上标为22*10^3，则这个电阻为22KΩ。

4.2二极管

二极管又称晶体二极管,简称二极管（diode），另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。

在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。

一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。

在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。

当外加电压等于零时，由于p-n结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。

小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极）,也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。

发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。

用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。

　　半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。

半导体最重要的两种元素是硅（读“gui”）和锗（读“zhe”）。

我们常听说的美国硅谷，就是因为起先那里有好多家半导体厂商。

　　.二极管应该算是半导体器件家族中的元老了。

很久以前，人们热衷于装配一种矿石收音机来收听无线电广播，这种矿石后来就被做成了晶体二极管。

4.3三极管

半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。

在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。

中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。

一、三颠倒，找基极大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。

根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。

测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R×100或R×1k挡位。

红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。

假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。

测试的第一步是判断哪个管脚是基极。

这时，我们任取两个电极（如这两个电极为1、2），用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。

在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：

即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。

二、PN结，定管型找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。

将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。

三、顺箭头，偏转大找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?

这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。

（1）对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路。

根据这个原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：

黑表笔→c极→b极→e极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致（“顺箭头”），所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。

（2）对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：

黑表笔→e极→b极→c极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。

四、测不出，动嘴巴若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要“动嘴巴”了。

具体方法是：

在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住（或用舌头抵住）基电极b，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。

其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。

4.4电容

电容（或电容量，Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）。

一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。

也是电容器的俗称。

正负极的判别方法

电容一般在圆柱体上有个粗条标示是正极的。

电容极性具体的测试方法：

电容上面有标志的黑块为负极。

在PCB上电容位置上有两个半圆，涂颜色的半圆对应的引脚为负极。

也有用引脚长短来区别正负极长脚为正，短脚为负。

当我们不知道电容的正负极时，可以用万用表来测量。

电容两极之间的介质并不是绝对的绝缘体，它的电阻也不是无限大，而是一个有限的数值，一般在1000兆欧以上。

电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻或漏电电阻。

只有电解电容的正极接电源正（电阻挡时的黑表笔），负端接电源负（电阻挡时的红表笔）时，电解电容的漏电流才小（漏电阻大）。

反之，则电解电容的漏电流增加（漏电阻减小）。

这样，我们先假定某极为“+”极，万用表选用R*100或R*1K挡，然后将假定的“+”极与万用表的黑表笔相接，另一电极与万用表的红表笔相接，记下表针停止的刻度（表针靠左阻值大），对于数字万用表来说可以直接读出读数。

然后将电容放电（两根引线碰一下），然后两只表笔对调，重新进行测量。

两次测量中，表针最后停留的位置靠左（或阻值大）的那次，黑表笔接的就是电解电容的正极。

5组装与调试

5.1组装

首先将打印出的PCB图通过转印机转印到电路板上，然后用三氯化铁将其电路板腐蚀，用打孔机对电路板进行打孔，之后对电路板进行焊接。

5.2调试

5.2.1调试准备——检查电路

在调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定的顺序逐级检测，特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管是否接反，轻轻拨拨元器件，观察焊点是否牢固。

5.2.2通电观察

将电源调到5伏，将电路板连接到电源，观察电路中是否有冒烟、起火等现象。

如果，应立即断电，故障排除后继续通电，并注意观察各器件引管角电压是否正常，打开电源，给系统加上激励信号源（打击声），用眼睛直接观察发光二极管是否发光。

5.2.3调试

第一次调试时，接通电源发光二级管一直亮，用万用表测得Q1集电极电压为5.6V，有点偏大，Vbe之间的电压是0.6V，对Q1进行射极偏执，加上47k的电阻，然后再进行调试。

接通电源后，加入信号源的时候，发光二极管没有反应，测得Q1集电极电压0.06v，偏小，Vbe间的电压是0.6v，去掉10k的滑动变阻器，再次调试后，电路运行正常。

6电路特点及改进

特点：

电路简单清晰，工作原理简单，所需器材较少。

缺点：

可控性不强，工作条件不稳定。

接受信号的能里不强

可以在电路中添加光敏电阻，使得电路在有光的条件下不能工作，在黑暗的条件下正常工作。

这样更能符合实际应用。

可以在电路中添加NE555集成块使得电路更加的稳定。

7电路使用的元器件

序号

元器件名称

型号

位号

数量

1

驻极体话筒

mk

1

2

NPN三极管

9013

Q1~Q3

3

3

电容

0.1u

C1、C2

2

4

电容

10u

C3

1

5

二极管

D1

1

6

发光二极管

D2

1

7

电阻

10k

R1

1

8

电阻

47K

R2

1

9

电阻

47

R3

1

10

电阻

3.9K

R4

1

11

电阻

100K

R5

1

12

电阻

2.7K

R6

1

13

电阻

51K

R7

1

表6-1

参考文献

[1]华成英，童诗白.《模拟电子技术基础》[M]北京：

高等教育出版社，2006.5

[2]夏路易，石宗义.《电路原理图与电路板设计教程protel99se》[M]北京：

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机械工业出版社，2004

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[7]李仁，《电气控制》[M].北京：

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[8]郑萍.《现代电气控制技术》.重庆：

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[13]程周.《电气控制技术与应用》[M].福州：

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华南理工大学出版社，2005

[15]吴懿平、鲜飞.《电子组装技术》[M].武汉:

华中科技大学出版社，2006

总结

经过这为期两周的数字电子技术课程投计，在设计“声控灯”的过程中，我终于知道了在做这样一个课程设计时，应该从什么地方着手，应该怎样构造自己的思路，怎样把所学的理论知道应用到实践中去，在此次课程设计过程中，让我感觉到了，自己所学知识的溃泛，验证了古人所说的“书到用时方恨少”这句话，每做一步实验都要去查阅资料，去把以前所学的知识从新复习一遍。

这次实验不但锻炼了我的动手能力，也帮助我从新温习了一遍模拟电子技术和数字电子技术。

以前我一直都比较重视理论知识，认为只要学懂了理论知识，就不怕动手操作，但这次课程设计之后让我完全改掉了这种错误的思想，让我认识到，我不应该做一个书呆子，要有动手能力，要靠自己的双手去实现自己的梦想，有的时候能把原理倒背如流，但是一但用到实际上，就会出错，不能应对一些紧急故障。

比如在焊接上就会出现一系列的问题，我们能把电路图看懂，但是当我们去焊接时就会出现问题，有时是焊接的不够牢固，有时是焊点过于大和别的焊点连接在一起引起短路等一系列的实际操作问题。

我们认为，在这学期的课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。

以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。

就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

附录