模电课程设计声控闪光灯详细教材.docx

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模电课程设计声控闪光灯详细教材

郑州科技学院

《模拟电子技术》课程设计

题目声控闪光灯

学生姓名***

专业班级10级***班

学号*********

院（系）电气工程学院

指导教师袁玉霞

达成时间2012年10月19日

1课程设计的目的..............................................................................................................1

1.1序言.........................................................................................................................1

2课程设计的任务与要求..............................................................................................1

3设计方案与论证..............................................................................................................3

3.1电路设计...............................................................................................................3

3.1.1方案...................................................................................................................3

3.1.2论证...................................................................................................................3

4设计原理及功能说明....................................................................................................5

5单元电路的设计（计算与说明）.........................................................................6

5.1主要1、2单元电路图.................................................................................6

5.2无声波信号时....................................................................................................7

5.3有声波信号时....................................................................................................7

5.4附带内容...............................................................................................................8

5.4.1放大电路..........................................................................................................8

5.4.2滤波电路........................................................................................................10

6硬件的制作与调试.......................................................................................................11

7总结.......................................................................................................................................13

参照文件.................................................................................................................................14

附录1：

整体电路原理图..............................................................................................15

附录2：

元器件清单........................................................................................................16

1课程设计的目的

1.1序言

从建国以来，我国的电子技术的不断地飞快发展，宽泛应用于社会的各个领域，

工业、农业、医学、军事及平时生活等，但我国因为没有追上前两次科技革命，

经济发展相关于发达国家比较晚，仍属于发展中国家，因此作为21世纪的大学

生有义务肩负起复兴国家的使命。

忆往昔，1837年画家出身的莫尔斯（S.F.Morse）发了然电报，1876年，美国人

贝尔（A.G.Bell）固然不懂电学和机械，但他依靠造福人类的激情和毅力发了然

电话，没有受过正规大学教育的马可尼利用赫兹的火花振荡器作为发射器，实现

了无线电信号的传达⋯⋯

基于以上各样事实，相同也点燃了我信心将来成为一名电子工程师心里的火花，

我以为在学习好文化知识的基础上，我们应当多实践，把所学到的知识能尽量多

地转变为造福社会的生产力。

1.2目的

经过我们组三个人共同的商讨，我们决定从比较简单的实验下手，设计一个声控

闪光灯。

声音由麦克风拾取，LED灯能跟着环境声音的强弱起伏而闪耀发光，

当有声音时闪光灯发光，并且在必定范围内跟着声音的大小闪光灯的亮暗发生变

化，声音越大越亮。

2课程设计的任务与要求

2.1设计任务

一制作声控闪光灯。

1理解声控闪光灯电路的工作过程。

1

2理解电路中各元件的作用，如耦合电容决定整个电路的下限频次，认识驻极体

话筒的构造和特色。

3会对声控闪光灯电路进行安装、调试和测试。

4会用万用表对驻极体话筒进行正、负极辨别和质量检测。

5掌握电阻、发光二极管、三极管、驻极体话筒的插装要求与工艺。

6掌握印制电路板元器件的焊接技术。

7熟习印制电路板的连线方法。

二帮助我们更好地理解所学的理论知识。

能利用模拟电电子技术课程一些基础知识制作出简单的电子器件。

三学会查找资料，包含图书、网络等渠道。

四提高我们的着手能力。

五培育我们制作报告的一些基本方法。

2.2基本要求

1.打印《模拟电子技术》课程设计说明书一份，给出课题的设计和制作、调试过

程。

2.依据技术指标要求，画出设计电路图，画出印制电路疆域。

3.设计时间：

三周。

4.制作PCB板。

5.人员分组，三人一组，选择同一课题的电路相同，但课程设计报告不可以完整相

同。

2

3设计方案与论证

3.1电路设计

3.1.1方案

图3-1声控闪光灯电路基本工作原理

图3-2声音波形图

依据上述基本功能，设计电路图如附录1。

3.1.2论证

三极管VT1相当于开关，VT2起放大作用。

当无声时，VT1处于临界饱和，集

电极电位低，则VT2截止，那么VL1、VL2灭，当有声音时，其信号的负半周

使ICE1减小，UC1增大，VT1导通，那么VT2也进入放大状态，使VL1、VL2

亮，依据声音的频次而闪耀。

3

3.2仿真

在仿真软件multisim中进行仿真，仿真电路图如图3-3，此中话筒用函数发生器

取代，9014晶体管用2N3904取代。

仿真成效为:

当函数发生器大概为0HZ时，发光二级管几乎不闪耀，用万用表测得UC1两头

的电压为0.39V，示波器丈量二级管两头波形几乎为一条水平线。

当函数发生器大概为100HZ以上时，发光二级管不断地闪耀，用万用表测得UC1

两头的电压为0.74V（频次变化,UC1两头的电压也变化不大,如a、当话筒为

100HZ时,UC1=0.74V；b、当话筒为10000HZ时,开始UC1=0.68V,大概10秒后，

最后UC1=0.74V），用示波器丈量二级管两头，两头的波形如图3-4。

因为人声音的频次为85-1100HZ，因此当人发出声音时UC1应当等于0.74V，

VT2会导通。

R1

4.7kΩ

R2

1MΩ

R3

10kΩ

VCC

LED1LED2

3V

Q2

C2100μF

Q12N3904C1

XFG1

1μF

2N3904

图3-3仿真电路图

4

图3-4二极管两头波形

4设计原理及功能说明

静态时，使VT1处于临界饱和状态，VT2截止，LED1和LED2无电流流过皆

不发光。

R1给电容话筒MIC供应偏置电流（只需选用适合的R2、R3就能使

无声波信号时，VT1处于临界饱和状态，使VT2处于截止状态）。

当有声波信号时，话筒捡取室内环境中的声波信号后即转为相应的电信号，经电

容C1送到VT1的基极，电信号的负半周使VT1退出饱和状态（正半周时不可以

使VT1的ICＱ降低），进入放大状态，VT1的集电极电压上涨（VT1、VT2组

成两级直接耦合放大电路），VT2导通，LED1和LED2点亮发光。

当输入音频信号较弱时，不足以使VT1退出饱和状态，LED1和LED2仍保持熄

灭状态，只有较强信号输入时，发光二极管才点亮发光，因此，LED1和LED2

能跟着环境声音（如音乐、说话）信号的强弱起伏而闪耀发光。

5

5单元电路的设计（计算与说明）

5.1主要1、2单元电路图

分别以下：

VCC

3V

R1

4.7kΩ

R2

1MΩ

R3

10kΩ

Q1C1

XFG1

1μF

2N3904

图5-1单元1

VCCLED1LED2

3V

Q2

C2100μF

2N3904

图5-2单元2

6

5.2无声波信号时

单元1:

R1＝4.7KΩ

给电容话筒MIC供应偏置电流，

ＩMIC＝UCC／R1＝0.64mA（5-1）

R2=1MΩ

IBQ1＝（UCC－UBE）/R2=2.3*e-06mA（5-2）

R3=10KΩ

使UCE1为0.2～0.4V

此时VT1处于临界饱和状态，不可以放大电流。

单元2:

UC3=UCE1,不可以使VT2导通，IBQ2几乎为零，VT2截止,灯不亮。

5.3有声波信号时

单元1:

C1作用：

耦合电容，隔直流，决定下限频次。

fl1=1/[2π（RMIC+ri）C1]≈1/2πriC1（5-3）

rbe=rbb’+（1+β）26/IEQ≈11.6KΩ（5-4）

ri=rbe∥R2≈11.5KΩ（5-5）

因此fl1=13.85HZ

声波信号经话筒转变为相应的电信号，经C1送至VT1的基极进行放大其信号负

半周（正半周不可以使IBQ1减小，退出饱和状态）使VT1的IBQ1减小，退出饱

和状态，则ICQ1减小，UCE1增添（刚有声波时IBQ2仍≈0,UC1=UCC-I1*R3，

UCE1=UC1）

单元2：

C2作用:

耦合电容，隔直流，决定下限频次,（当C2容抗Xc增大，fl2降低，

7

两头压降增大，即输出电压UO降落，进而Au降落）。

同理：

fl2=1/[2π（RLED/2）C2]（5-6）

RLED=1.8V/50mA=36Ω（5-7）

因此fl2≈88.46HZ

综上可知下限频次fl=fl2=88.46HZ

因此进而影响了低频放大倍数Ausl[Ausl=Ausm/（1-jf1/f）]

UC1增添使VT2导通退出截止状态，（截止状态时IBQ2=Uc1/rbe=0.2V/11.6KΩ

=17.2μA,IBQ2增添，退出截止状态。

5.4附带内容

5.4.1放大电路

放大电路又称放大器，是电子设施中的核心部分，其主要作用是对输入的信号进

行放大，进而推进负载工作。

所谓放大，本质就是将直流电源的能量转变为拥有

必定大小且跟着输入信号变化而变化的输出信号，也能够讲放大器是一个能量转

换器。

放大电路分为共发射极放大电路、共基极放大电路和共集电集放大电路三

种基本形式。

基本放大电路的构成以下：

8

图5-3共射极放大电路（双电源供电）

图5-4共射极放大电路（单电源供电）

9

图5-5共集电极放大电路

图5-3所示为双电源供电的共射极放大电路，V是一个NPN型三极管，作用是放

大电流；UCC是输出回路的电源，作用是为输出信号供应能量；RC是集电极负

载电阻，作用是把电流的变化变换成电压的变化；基极电源UBB和基极偏置电

阻RB的作用是为了发射结供应正向偏置电压和适合的基极电流IB；C1、C2称

为隔直电容，作用是隔直流、通沟通信号。

图5-4为单电压供电的共射极放大电路，只需RB远大于RC，单电源便可取代

双电源的作用。

为了是三极管工作在放大状态，第一一定保证反射结为正向偏置，集电结为反向

偏置；其次为了保证放大电路能尽可能不失真地放大沟通信号，一定在静态是，

三极管的各极都要有一个适合的工作电源和电流，即给放大器设置一个适合的静

态工作点。

5.4.2滤波电路

滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件构成，如在负载电

阻两头并联电容器C，或与负载串连电感器L，以及由电容，电感构成而成的各

10

种复式滤波电路。

因为电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供应的电压高升时，

能把部分能量储藏起来，而当电源电压降低时，就把能量开释出来，使负载电压

比较光滑，即电容C拥有平波的作用；与负载串连的电感L,当电源供应的电流

增添（由电源电压增添惹起）时，它把能量储藏起来，而当电流减小时，又把能

量开释出来，使负载电流比较光滑，即电感L也有平波作用。

滤波电路形式好多，为了掌握它的剖析规律，把它分为电容输入式（电容器C接

在最前面）和电感输入式（电感器L接在最前面）。

前一种滤波电路多用于小功

率电源中，尔后一种滤波电路多用于较大功率电源中（并且当电流很大时，仅用

一电感器与负载串连）。

6硬件的制作与调试

1用multisim仿真成功后，按电路图进行装置，实物图以下。

MIC:

有标志一端为正极。

C1、C2：

长引脚为正极。

VT1、VT2:

方法a，9014中间一端为基极，有数据一方面对自己，引脚朝下，则

左：

发射级，右：

集电极。

方法b，用万用表（指针式）丈量，万用表调到欧姆

档，让万用表两表笔接三极管随意两引脚，共8次，此中两次读数最大，则那两

次任一端为发射级或集电极，这两次阻值小的一次，黑表笔为C，红表笔为E。

R1:

4.7KΩ黄紫黑棕金，R2:

1MΩ棕黑黑黄金，R3:

10KΩ棕黑黑红金。

11

图6-1实物图1

图6-2实物图2

2焊接时注意烙铁的使用方法，先使烙铁预热，一准时间后再焊接，把烙铁放在

电路板的小铜片上使铜片预热，再把锡丝放在铜片上，让锡丝消融，再抽去焊锡

丝，移开烙铁。

连结导线时最好使导线中间留一层绝缘皮，就不简单短路。

最后

12

用胶棒再对电路板进行密封，以进一步防备短路现象发生。

三极管的极性必定不

能接错，元件摆列齐整雅观。

3通电后先测出VT1的集电极电压，使其在0.2～0.4V之间，如该电压太低，

则施加声音信号后VT1不可以退出饱和状态，VT2不可以导通假如该电压超出VT2

的死区电压，则静态时VT2就导通，使发光二极管点亮发光，因此关于敏捷度

不一样的三极管，VT1的集电极电阻R3的大小要经过调试来确立。

4离话筒约0.5m远，用一般声音（适中）发言时，发光二级管随声音闪耀，如

需高声发言，灯才闪耀，可适合减小R3的阻值，或许改换β值更大的三极管。

5适合的减小R1的阻值，或许改换敏捷度更高的驻极体话筒，也可使话筒接受

声音的敏捷度提高。

7总结

经过三个礼拜的课程设计，留给我印象最深的是设计一个成功的电路，一定要有

扎实的知识基础。

本产品能经过声音的频次来控制灯的闪耀，个人感觉其功能还

算比较完美。

此次的设计其实不奢望完满无缺，中间不完满的地方有：

所设计的电路比较简单，

但这也让我有更多的时间对所学的专业知识运用到一些细微的方面，我们组每个

人也都做了一个成品，还一块做了一个上交上去；辩论时准备不是太充足，让我

理解了演讲前必定要有所准备和演讲时必定要摆正好自己的心态。

做设计的目的是希望能检查下对所学知识的运用能力的利害，并对此后的课程学

习打好基础，提高自己的着手能力，并且开始慢慢走上电子产品创新的道路。

13

参照文件

[1]江晓安.模拟电子技术第三版.西安:

西安电子科技大学第一版社2008.3

[2]王松林.电路基础第三版.西安：

西安电子科技大学第一版社2008.8

[3]康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京：

高等教育第一版社2006.1

[4]陈明义.电子技术课程使用教程第三版.长沙：

中南大学第一版社2010.1

[5]燕庆明.信号与系统教程第二版.北京：

高等教育第一版社2007.11

14

附录1：

整体电路原理图

15

附录2：

元器件清单

序号名称型号规格数目

1驻极体话筒通用1

2电阻R14.7KΩ1

3电阻R21MΩ1

4电阻R310KΩ1

5电容C11μF1

6电容C2100μF1

7三极管90142

8发光二极管红色2

9电池1.5V、7号2

10印制电路板通用1

11小电池盒7号1

12导线一般细铜线若干

13胶棒一般1

16