红外线遥控测试电路.docx
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红外线遥控测试电路
·
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目_红外线遥控测试电路_
学生姓名叶鹏成
专业班级自动化一班
学号201042025
院(系)电气工程学院
指导教师赵剑锷
完成时间2012年10月27日
目录
前言1
1课程设计的目的1
2课程设计的任务与要求2
3.1红外线光敏遥控电路的设计方案2
3.2设计方案的论证3
4设计原理及功能说明3
5单元电路的设计4
5.1光电二极管的原理与选用4
5.2三极管的放大作用与选用6
5.3发光二级管的原理与判别9
5.4整流滤波电路的工作原理10
6硬件的制作与调试11
6.1硬件的制作过程11
6.2硬件的调试过程11
7总结12
参考文献14
附录1:
总体电路原理图15
附录2:
元器件清单16
前言
模拟电子课程设计是模拟电子技术课程的实践性教学环节,是对学生学习模拟电子技术的综合性训练。
这种训练是通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成的。
学生通过动脑动手解决一两个实际问题,巩固和运用在模拟电子课程设计中,从而逐步掌握常用电子电路的一般设计方法,提高设计能力和实验技能,为以后从事相关电路的设计和产品的研制开发打下基础。
实验课着眼于通过实验验证课程的基本理论,并培养学生的初步实验技能。
而课程设计则是针对某一课程的要求,对学生进行综合性训练,培养学生运用课程中所学到的理论与实践紧密结合,独立的解决实际问题的能力。
课程设计应采用以学生为主的教学方法,让学生在解决实际问题的实践中得到提高。
具体来说,课程设计教学可以包括以下几个方面:
一.学生自学教材中的内容,阅读老师推荐的有关资料
二.学生针对课程设计题目中提出的内容和要求自己进行独立的设
三.教师给予指导和答疑,针对学生中普遍出现的问题可以进行适当的讲课
四.学生进入实验室进行独立的安装与调试
五.教师进行验收与考核
六.学生撰写课程设计总结报告
1课程设计的目的
1了解光电二极管的工作原理和使用方法
2利用模电知识熟练掌握光电二极管的使用方法3理论联系实际提高独立解决问题的能力
2课程设计的任务与要求
熟悉硅光电二极管的工作原理,设计出合理的电路图,根据电路图准备所需的元器件,然后连接电路进行测试,当有红外光照射二极管时小灯泡发光,且小灯泡的亮度随着光照强度的增强而增强,随着光照强度的减弱而变暗。
1巩固和加强模拟电子技术课程的理论知识
2掌握电子电路的一般设计方法,了解电子产品研制开发过程
3提高电子电路实验技能及仪器的使用方法
4掌握电子电路安装调试和故障排除方法
5学会撰写课程设计总结报告
6学会查阅文献资料,培养自身独立分析问题和解决问题的能力
7培养创新能力和创新思维
3设计方案与论证
3.1红外线光敏遥控电路的设计方案
本设计方案由红外发射电路和接收发光两大电路组成,其中红外发射电路包含有红外硅光二极管LED2;接收发光电路使用的有光电二极管LED1。
在本电路的设计中,共使用了三个三极管,分别为VT1、VT2、VT3,选用的型号均为NPN型BC548型三极管,在本次实验的实现中,分别作为一级、二级和三级放大电路。
当LED2接收到红外光信号后,则红外光信号将经过C4电容进行耦合,然后加到由VT3与VT2组成的两级交流放大器进行放大,而放大后的信号将从VT2管集电极输出,而放大后的信号将再次经过C2电容进行耦合,然后加到由VD1、VD2和C1组成的整流滤波电路以后,用得到的直流电压来控制电子开关VT1的状态。
3.2设计方案的论证
按照原理图连接好电路以后进行试验:
用红外光照射LED2,当硅光电二极管LED2接收到红外线信号时,VD1与VD2整流后的电压就会使VT1导通,进而使LED1发光二极管导通发光。
若LED1的亮度随着红外光照强度的增强而增强,随着光照强度的减弱而减弱,那么电路连接正确,实验成功;若当红外线信号的探测时间很短时,由于此时的电容C1也可产生一个恒定的基极偏置电压。
VT2、VT3及其外围元器件共同构成了两级交流放大器,两级放大器的增益已足够级间采用RC耦合方式。
LED2与R6电阻反相串联。
LED2的反向电流值会随红外光波变化而改变大小,进而将变化的信号进行放大和整流,若此时的LED1发生闪亮,则实验成功。
4设计原理及功能说明
工作原理:
红外光信号由LED2检测到以后,经C4电容耦合,加到由VT3与VT2组成的两级交流放大器进行放大,放大信号从VT2管集电极输出,经C2电容耦合,加到由VD1、VD2、C1组成的整流滤波电路以后,得到的直流电压用于控制电子开关VT1的状态。
当LED2硅光电二极管接收到红外线信号时,VD1与VD2整流后的电压就会使VT1导通,进而使LED1发光二极管导通发光。
即使红外线信号的探测时间很短,电容C1也可产生一个恒定的基极偏置电压。
VT2、VT3及其外围元器件共同构成了两级交流放大器,两级放大器的增益已足够级间采用RC耦合方式。
LED2与R6电阻反相串联。
LED2的反向电流值会随红外光波变化而改变大小,进而将变化的信号进行放大和整流,使LED1闪亮。
红外线光敏遥控电路的电路图如下所示:
图4-1红外线遥控测试电路
5单元电路的设计
5.1光电二极管的原理与选用
硅光电二极管的原理图如下:
图5-1硅光电二极管原理图
硅光电二极管的输出特性图如下:
图5-2电二极管输出特性
硅光电二极管的放大电路图如下所示:
图5-3电二极管的放大电路
光电二极管具有将光信号转变成电信号的功能;
光电二极管工作在反向电压状态,其光电流的大小与光照强度成正比,光照越强,反向电流越大。
光电二极管的选用:
光电二极管又叫光敏二极管,构造与普通二极管相似,其不同点是管壳上有入射光窗口。
当加反向电压时,无光照射反向电阻较大,有光照射时,反向电流增加。
光电二极管的检测:
用万用表RX1KΩ档测量,光电二极管正向电阻约10KΩ左右。
在无光照射时,反向电阻为无穷,说明管子是好的;有光照射时,反向电阻随光的强度增加而减少,阻值可减小到几千欧或1KΩ以下,则管子是好的,若反向电阻为无穷或零,则管子是坏的。
5.2三极管的放大作用与选用
红外线遥控测试电路的设计中包含有三级放大电路,三极管放大电路如下图所示:
图5-4三极管的放大电路
三极管的放大作用:
集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话),并且基极电流很小的变化会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:
集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍,即电流变化被放大了β倍,所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1,例如几十,几百)。
如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间,这就会引起基极电流Ib的变化,Ib的变化被放大后,导致了Ic很大的变化。
如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的,那么根据电压计算公式U=R*I可以算得,这电阻上电压就会发生很大的变化。
我们将这个电阻上的电压取出来,就得到了放大后的电压信号了。
偏置电路:
三极管在实际的放大电路中使用时,还需要加合适的偏置电路。
这有几个原因。
首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管),基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管,常取0.7V)。
当基极与发射极之间的电压小于0.7V时,基极电流就可以认为是0。
但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小,如果不加偏置的话,这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时,基极电流都是0)。
如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流,叫做偏置电流,那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时,小信号就会导致基极电流的变化,而基极电流的变化,就会被放大并在集电极上输出。
另一个原因就是输出信号范围的要求,如果没有加偏置,那么只有对那些增加的信号放大,而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0,不能再减小了)。
而加上偏置,事先让集电极有一定的电流,当输入的基极电流变小时,集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时,集电极电流就增大,这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。
三极管的选用:
一般特征频率按高于电路工作频率3-10倍来选择,特征频率过高,易引起高频振荡。
电流放大系数,一般选择40-100即可,太高电路稳定性差。
耗散功率一般按电路输出功率2-4倍选取,反向击穿电压应大于电源电压。
在红外线光敏测试电路中,我们选用的三极管是BC548,放大倍数为30-100倍,为小功率通用管。
三极管的管脚判别:
基极与集电极、基极与发射极的正向电阻约在几百欧至几千欧,而其他极间电阻都较高,约为几百千欧。
硅管比锗管的极间电阻要高。
在红外线光敏测试电路中,我们选用的是NPN型三极管,根据PN结的单向导向性,即可判别各管脚分别为基极、集电极和发射极。
5.3发光二级管的原理与判别
发光二极管的结构图如下图所示:
图5-5发光二级管的结构图
发光二极管的工作原理:
发光二极管只是一个微小的电灯泡。
但不像常见的白炽灯泡,发光二极管没有灯丝,而且又不会特别热。
它单单是由半导体材料里的电子移动而使它发光。
发光二极管的管脚判别:
一般管脚引线较长者为正极,较短的为负极,如壳帽上有凸起标志,则靠凸起标志的为正极。
发光二极管的伏安特性如下图所示:
图5-6发光二级管的伏安特性
发光二极管的伏安特性和普通二极管相似,但它的正向压降较大,一般小于等于2V。
5.4整流滤波电路的工作原理
整流滤波电路的基础图如下图所示:
图5-7整流滤波电路图
什么叫滤波:
全波整流后的直流电叫脉动直流,是因为直流里含有交流的成分。
减小脉动直流中交流成分,使之变成较稳定的电流叫滤波。
整流滤波电路的作用:
整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压;滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分,使之成为平滑的直流电压。
6硬件的制作与调试
6.1硬件的制作过程:
理解实验原理,然后准备好实验所需的元器件准备焊接。
首先,根据提前设计好的电路图,将各元器件按照合理的布局焊接在电路板上;然后,再根据实验原理将各元件用导线连接起来。
6.2硬件的调试过程:
1.拿到电路板时,检查加工怎么样,测量一下电源地有没有短路的。
2.焊接结束后,认真检查焊点,以确保没有漏焊的和虚焊的元件。
3.检查元器件安装、连接是否正确,晶体管管脚、二极管方向、电解电容极性是否接对,电源正负端是否正确,电源数值是否符合要求。
4.接通电源,观察红外发光二极管是否发光,如果发光,就调节硅光二极管的光照强度,若二极管的亮度随着光照强度的增强而增强,随着光照亮度的减弱而减弱,则电路连接正确,试验成功。
红外线光敏测试电路的仿真图如下所示
7总结
通过本次的模电课程设计,让我进一步的加深了对模电知识的认识和理解,增强了自身的实际动手能力。
在本次的课程设计过程中,每一个元器件都需要精心的准备和计算,先设计好电路图,然后根据电路图去购买器件,而电路图的设计也需要精心的琢磨。
所有的这一切都培养了我们做学问的严谨态度和科学精神。
在为期一周的课程设计中,同学们都表现的很积极很活跃,各个小组内部都进行着激烈的讨论,为了能更好的达到实验的要求,使自己实验的仿真更加顺利,电路连接更加成功,各组之间也都互相交流,互相帮助,分享自己的心得。
这也团结了同学,锻炼了各个小组内和小组间的合作能力。
在仿真和焊接的过程中,每个小组都会有自己的问题,特别是课本的电路图和我们所做实验有一定的出入时,都会给同学们带来许多的困扰,这也让我们体会到理论与实践间的差距,同时也让我们学会了具体问题具体分析,积极的发现问题和解决问题。
总的来说,这次的课程实践让我受益匪浅,不仅学习到了许多新的知识,而且也锻炼了自己的实际操作能力,在经后专业知识的学习中,我会保持这份激情,努力的学习下去。
参考文献
[1]王松林,吴大正,李小平,王辉.电路基础第三版.西安:
电子科技大学出版社.2008.8
[2]江晓安,董秀峰.模拟电子技术第三版.西安:
电子科技大学出版社.2008.3
[3]陈明义.电子技术课程设计实用教程第三版.长沙:
东南大学出版社.2009.
[4]吴云.典型电子电路160例.北京:
化学工业出版社.2010.4:
184~186.
[5]马文蔚,周雨青.物理学教程第二版.高等教育出版社.2006.11
附录1:
总体电路原理图
序号
名称
参数
数量
1
电源
6~9V
1
2
开关
1
3
电阻1
360Ω
1
4
电阻2
47KΩ
1
5
电阻3
1MΩ
1
6
电阻4
4.7KΩ
1
7
电阻5
1MΩ
1
8
电阻6
24KΩ
1
9
电容1
10μF
1
10
电容2
0.2μF
1
11
电容3
0.0047μF
1
12
电容4
0.0047μF
1
13
电容5
100μF
1
14
三极管VT1
BC548
1
15
三极管VT2
BC549
1
16
三极管VT3
BC549
1
17
二极管VD1
OA79
1
18
二极管VD2
OA79
1
19
发光二极管
1
20
硅光电二极管
1
附录2:
元器件清单
- 配套讲稿:
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- 红外线 遥控 测试 电路