SGK10型声光控延时开关课设报告Word格式文档下载.docx
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如图3-2所示声控电路由传声器BM,电阻器R2、R4,三极管VT、电容C1和CD4011中的D1组成。
话筒BM将声音信号转化为负极性的电信号,但接收到的微弱信号经C2滤波,通过由三极管VT组成的放大器把微弱的信号进行放大,其集电极输出正极性的电信号送到CD4011的2脚,并通过R4给基极提供导通电压。
图3-2声控电路
3.3光控结构原理
在光线较暗时,光敏电阻呈高阻态;
在光线较亮时,光敏电阻呈低阻态,光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。
如图3-3所示光控电路由光敏电阻器RG,电阻器R5和CD4011中的D1组成。
图3-3光控电路
工作原理如下:
在黑暗状态下光敏电阻RG呈高阻态,电路通过R5在光敏电阻RG形成高电平。
当同时有声音信号时,经过CD4011的一个与非门D1使后级电路工作。
当有足够的光通量照射在光敏电阻上时,其电阻值突然降得很低,既光敏电阻两边就的电压就很小,即不能形成高电平,使其后级电路不能工作。
3.4延时电路
如图3-4所示延时电子开关电路由二极管VD5、电容C3、电阻R8、单向可控硅T和集成芯片CD4011组成。
延时电路的设计主要由C3和R8组成。
当夜晚有响声并能够引起空气振动时,驻极体话筒BM会接收到信号并通过三极管VT对其进行放大之后送到CD4011的1脚,同时光敏电阻这时也呈高阻态并送入CD4011的2脚,经与非关系后3脚输出低电平,(集成芯片引脚的连接方式如图3-4所示)芯片4脚输出高电平使二极管VD5导通对C3充电。
最终芯片11脚输出高电平去控制单
图3-4延时电子开关电路
向可控硅使其导通并点亮灯泡L。
在此期间同时通过VD5对C3快速充电,充电电流大,充电时间很短,快速将C3上电压充满,C3上所得的电压经R8对单向可控硅的T、K级慢慢放电,此时就算没有响声灯泡仍然点亮,直到C3上的电放完,可控硅截止灯泡熄灭,等待下一次触发。
4 元器件简介
4.1光敏电阻
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;
入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器,它是由半导体材料制成的。
光敏电阻器的阻值随入射光线(可见光)的强弱变化而变化,在黑暗条件下,它的阻值(暗阻)可达1~10M欧,在强光条件(100LX)下,它阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆。
图4-1光敏电阻实物图光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(0.4~0.76)μm的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化。
设计光控电路时,都用白炽灯泡(小电珠)光线或自然光线作控制光源,使设计大为简化。
4.2驻极体
1.原理
将电介质放在电场中就会被极化。
许多电介质的极化是与外电场同时存在同时消失的。
也有一些电介质,受强外电场作用后其极化现象不随外电场去除而完全消失,出现极化电荷“永久”存在于电介质表面和体内的现象。
这种在强外电场等因素作用下,极化并能“永久”保持极化状态的电介质,称为驻极体,又叫永电体。
它是一种具有持久性极化的固体电介质。
早在1922年左右就为日本物理学家江口元太郎发现;
当蜡和松香的混合物在外加强电场中从融熔态固化后,再除去外电场时,混合物固体会长期保持极化状态。
驻极体可以在周围空间产生电场,因此可以类比于永磁体的一种带电体。
驻极体中存在着大量微观的电偶极子,它们通常混乱取向而显不出宏观的极化。
这些偶极子可以在高温及外电场作用下取向,冷却后再去掉电场,取向被冻结下来而保留某个方向上占优势的宏观极化。
驻极体的极化强度远小于其中所有偶极子都排列一致时所产生的饱和强度。
但是在一些驻极体中还能得到大约10-2μC/m2的极化强度。
驻极体是弛豫时间较长的处于亚稳态极化了的电介质。
当去掉外加电场时,其极化强度会逐渐减小,它的表面电荷就按指数规律或接近指数规律逐渐衰减。
室温下驻极体的极化状态可以长期保存,但在高温下则衰减得很快。
2.特性
驻极体具有体电荷特性,即它的电荷不同于摩擦起电,既出现在驻极体表面,也存在于其内部。
若把驻极体表面去掉一层,新表面仍有电荷存在;
若把它切成两半,就成为两块驻极体。
这一点可与永久磁体相类比,因此驻极体又称永电体。
4.3三极管
1.原理
半导体三极管也称为晶体三极管,可以说它是电子电路中最重要的器件。
它最主要的功能是电流放大和开关作用。
三极管顾名思义具有三个电极。
二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。
其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。
由于不同的组合方式,形成了一种是NPN型的三极管,另一种是PNP型的三极管。
三极管的种类很多,并且不同型号各有不同的用途。
三极管大都是塑料封装或金属封装,常见三极管的外观,有一个箭头的电极是发射极,箭头朝外的是NPN型三极管,而箭头朝内的是PNP型。
实际上箭头所指的方向是电流的方向。
电子制作中常用的三极管有90×
×
系列,包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪声管9014(NPN),高频小功率管9018(NPN)等。
它们的型号一般都标在塑壳上,而样子都一样,都是TO-92标准封装。
在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等,它们的型号也都印在金属的外壳上。
我国生产的晶体管有一套命名规则:
符号的第一部分“3”表示三极管。
符号的第二部分表示器件的材料和结构:
A——PNP型锗材料;
B——NPN型锗材料;
C——PNP型硅材料;
D——NPN型硅材料。
符号的第三部分表示功能:
U——光电管;
K——开关管;
X——低频小功率管;
G——高频小功率管;
D——低频大功率管;
A——高频大功率管。
另外,3DJ型为场效应管,BT打头的表示半导体特殊元件。
图4-3常用三极管的管脚排列
三极管最基本的作用是放大作用,它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号,当然这种转换仍然遵循能量守恒,它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。
三极管有一个重要参数就是电流放大系数b。
当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上可以得到一个是注入电流b倍的电流,即集电极电流。
集电极电流随基极电流的变化而变化,并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化,这就是三极管的放大作用。
三极管还可以作电子开关,配合其它元件还可以构成振荡器。
2.三极管电极和管型的判别
(1)目测法
一般来说,管型是NPN还是PNP应从管壳上标注的型号来辨别。
依照部颁标准,三极管型号的第二位(字母),A、C表示PNP管,B、D表示NPN管。
例如:
3AX为PNP型低频小功率管3BX为NPN型低频小功率管
3CG为PNP型高频小功率管3DG为NPN型高频小功率管
3AD为PNP型低频大功率管3DD为NPN型低频大功率管
3CA为PNP型高频大功率管3DA为NPN型高频大功率管
此外有国际流行的9011~9018系列高频小功率管,除9012和9015为PNP管外,其余均为NPN型管。
(2)管极的判别
用万用表电阻档判别
三极管内部有两个PN结,可用万用表电阻档分辨e、b、c三个极。
在型号标注模糊的情况下,也可用此法判别管型。
①基极的判别
判别管极时应首先确认基极。
对于NPN管,用黑表笔接假定的基极,用红表笔分别接触另外两个极,若测得电阻都小,约为几百欧~几千欧;
而将黑、红两表笔对调,测得电阻均较大,在几百千欧以上,此时黑表笔接的就是基极。
PNP管,情况正相反,测量时两个PN结都正偏的情况下,红表笔接基极。
实际上,小功率管的基极一般排列在三个管脚的中间,可用上述方法,分别将黑、红表笔接基极,既可测定三极管的两个PN结是否完好(与二极管PN结的测量方法一样),又可确认管型。
②集电极和发射极的判别
确定基极后,假设余下管脚之一为集电极c,另一为发射极e,用手指分别捏住c极与b极(即用手指代替基极电阻Rb)。
同时,将万用表两表笔分别与c、e接触,若被测管为NPN,则用黑表笔接触c极、用红表笔接e极(PNP管相反),观察指针偏转角度;
然后再设另一管脚为c极,重复以上过程,比较两次测量指针的偏转角度,大的一次表明IC大,管子处于放大状态,相应假设的c、e极正确。
(3).三极管性能的简易测量
①用万用表电阻档测ICEO和β
基极开路,万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e(PNP管相反),此时c、e间电阻值大则表明ICEO小,电阻值小则表明ICEO大。
用手指代替基极电阻Rb,用上法测c、e间电阻,若阻值比基极开路时小得多则表明β值大。
②用万用表hFE档测β
有的万用表有hFE档,按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数β,若β很小或为零,表明三极管己损坏,可用电阻档分别测两个PN结,确认是否有击穿或断路。
4.4单向可控硅
单向可控硅是一种可控整流电子元件,能在外部控制信号作用下由关断变为导通,但一旦导通,外部信号就无法使其关断,只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。
单向可控硅是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比,单向可控硅正向导通受控制极电流控制;
与具有两个PN结的三极管相比,差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。
可控硅导通条件:
一是可控硅阳极与阴极间必须加正向电压,二是控制极也要加正向电压。
以上两个条件必须同时具备,可控硅才会处于导通状态。
另外,可控硅一旦导通后,即使降低控制极电压或去掉控制极电压,可控硅仍然导通。
可控硅关断条件:
降低或去掉加在可控硅阳极至阴极之间的正向电压,使阳极电流小于最小维持
4.5元器件选型
IC选用CMOS数字集成电路CD4011,其里面含有四个独立的与非门电路,内部结构见右图,VSS是电源的负极,VDD是电源的正极。
可控硅T选用1A/400V的进口单向可控硅100-6型,如负载电流大可选用3A、6A、10A等规格的单向可控硅,单向可控硅的测量方法是:
用R×
1档,将红表笔接可控硅的负极,黑表笔接正极(如印制板图所示),这时表针无读数,然后用黑表笔触一下控制极K,这时表针有读数,黑表笔马上离开控制极K这时表针仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。
驻极体选用的是一般收录机用的小话筒,它的测量方法是:
100档将红表笔图4-5CD4011内部结构
接外壳的S、黑表笔接D,这时用口对着驻极体吹气,若表针有摆动说明该驻极体完好,摆动越大灵敏度越高。
光敏电阻选用的是625A型,有光照射时电阻为20K以下,无光时电阻值大于100MΩ,说明该元件是完好的。
二极管采用普通的整流二极管1N4001~1N4007。
总之,元件的选择可灵活掌握,参数可在一定范围内选用。
其它元件按图2-1所示的标注即可。
5制作过程
5.1元器件的插装
5.1.1IC插座的安装
尽管插座本身在电气上并无极性可言,但错误的安装方向将对以后IC的插入形成误导。
另外特别要注意每个引脚的焊接质量,因为IC插座的引脚的可焊性差,容易出现虚焊,焊接时可以适当采用活性较强的焊剂,焊后应加强清洗。
5.1.2晶体管的安装
各种晶体管在安装时要注意分辨它们的型号、出脚次序和正负极性;
要注意防止在安装焊接的过程中对它们造成损伤。
小功率的三极管、场效应管和可控硅,封装外形有时完全相同,有些微型封装的器件,表面只能印一、两个标注字,容易混淆,应该尽量与它们的原包装一道拿取,一时用不完的要及时地放回原包装中去。
有时即使是同一种型号的器件,由于生产厂家不同、其出脚的次序也有变化,一定要认准其排列不要相互插错。
二极管的引出脚也有阴阳极之分,不能插反。
5.1.3电阻的安装
安装电阻时要注意区分同一电路中阻值相同而功率不同、类型不同的电阻,不要相互插错。
小功率电阻大多采用卧式安装,并且要紧贴底板安装,以减少引线形成的分布电感。
5.1.4电容的安装
瓷片电容安装时要注意其耐压级别和温度系数。
铝质电解电容、钽电解电容的正极所接电位一定要高于负极所接,否则将会增大损耗,尤其是铝质电解电容,极性接反工作时将会急剧发热,引起鼓泡、爆炸。
5.2焊接
焊接时烙铁头和焊锡靠近被元器件并认准位置,将烙铁头放在工件上进行加热,将焊锡丝放在工件上,熔化适量的焊锡,在送焊锡过程中,先将焊锡接触烙铁头,然后移动焊锡至与烙铁头相对的位置,这样做有利于焊锡的熔化和热量的传导。
此时注意焊锡一定要润湿被焊工件表面和整个焊盘。
待焊锡充满焊盘后,迅速拿开焊锡丝。
焊接完成后,检查一下焊点的质量看看有没有是否有错焊、漏焊、虚焊,再用手指触摸元器件有无松动、焊接不牢的现象,用镊子轻轻拨动焊接部或夹住元器件引线,轻轻拉动观察有无松动现象,确保在焊接这道工艺上不出错误。
5.3其他部分安装
把焊接好的开关装上外壳,连上灯泡,准备测试。
5.4测试
把连接好的声光控开关和灯泡连上电源,将开关放置在黑暗处,发出声响,电灯被点亮,一会儿,又自动熄灭,开关起效。
6总结
通过这次课程设计,锻炼了我们实验操作与动手能力,同时也检验了我们以前所学的知识理论扎实。
这次课设,虽然时间短暂,课设难度不大,但这一过程不仅提高了我们个人的动手能力,更增强了我们团队意识,相互配合,动手实践,顺利完成课程设计。
的确,收益匪浅!
这次课设,最大的感触就是做任何事情都要细心,稍微焊错一个小器件电路就报废。
做产品开始的第一件事就是清查元件并把元件分类好。
同时,还要考虑合理配置元件,感谢老师的悉心指导,有我们组员的共同努力,才有最后项目的顺利地完成,在这一周时间里,我们提高了我们个人的动手能力,让我们在独立思考解决问题。
同时也培养了我们团队精神,在这个分工越来越细的社会,分工合作成了社会的主流,而这次与组员合作正好给了我们这样的机会,以致顺利完成课程设计,同时也让我们知道课设是怎么一回事,要做些什么,怎样做,要注意些什么问题等,也使得我们对以后的毕业设计有所了解和有所准备。
7参考文献
主要参考资料:
[1].王庆主编.Protel99SE&
DXP电路设计教程(修订版).电子工业出版,2011.
[2].康华光等.电子技术基础(模拟部分第五版).高等教育出版社,2006.
[3].康华光等.电子技术基础(数字部分第五版).高等教育出版社,2006.
8致谢
本课题在进行过程中得到王庆老师的悉心指导。
论文行文过程中,王老师多次帮助我分析思路,开拓视角,在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。
王老师严谨求实的治学态度,踏实坚韧的工作精神,将使我终生受益。
谨向王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
感谢在一起愉快的度过课程设计的同学们,正是由于你们的帮助和支持,我们才能克服一个一个的困难和疑惑,直至本文的顺利完成。
9附录
9.1SGK10型声光控延时开关的元件清单
序号
名称
型号规格
位号
数量
1
集成电路
CD4011
IC
1块
10
电阻器
2.2M、5.1M
R4、R8
各1支
2
单向可控硅
100-6
T
1支
11
瓷片电容
104
C1
3
三极管
9014
VT
12
电解电容
10μ/10V
C2、C3
2支
4
整流二极管
1N4007
VD1-VD5
5支
13
前盖、后盖、红面板
1套
5
驻极体
54±
2dB
BM
14
印制板、图纸
6
光敏电阻
625A
RG
15
自攻螺丝
Φ3×
8
5粒
7
10K、120K
R6、R1
16
元机螺丝
Φ4×
25
2粒
47K
R2、R3
17
粗导线
2根
9
470K
R7、R5
18
塑料螺丝盖
2个
表9-1元件清单
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- SGK10 声光 延时 开关 报告