模电课程设计.docx

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模电课程设计

郑州科技学院

《模拟电子技术》课程设计

题目声光控制灯

学生姓名

专业班级

学号

院（系）电气工程学院

指导教师

完成时间2012年11月2日

目录

1课程设计的目的1

2课程设计的任务与要求1

3设计方案与论证2

4设计原理及功能说明3

4.1声光控电路原理：

3

4.2元器件识别及功能4

5单元电路的设计7

5.1整流电路7

5.2声控电路8

5.3光控电路9

5.4单向可控硅10

6硬件的制作与调试12

6.1电路布局12

6.2电路元器件的装配12

7总结14

参考文献15

附录116

附录217

1课程设计的目的

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。

因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。

在本次模电课程设计中，我们小组设计的课题是声光控开关。

在公共场所和居民居住区的公共楼道里安装使用这种声光控开关可以实现照明用灯泡在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。

我们小组设计的声光控电路要求具有以下特点：

1.电路采用三极管开关控制电路，具有性能优良，自动方便，安全省电，经久耐用等特点。

是宾馆、办公室、走廊、住宅楼道、卫生间等场所最理想的自动灯座。

2.灯座通过光线控制，即在白天或光线较强时，在光控电路作用下，灯座会断开自锁，声控不起作用，照明灯不亮。

3.灯座通过声音控制开关，即在无光线或一定暗度下，凭借人的脚步声或拍手声等，即可作出反应，电路接通照明灯亮，并延时大约一分钟自动关闭。

2课程设计的任务与要求

1.具有光控功能，白天光线较亮，即使有声音时照明灯也不亮，光线较暗、有声音时照明灯点亮；

2.具有声控功能，晚上光线较暗，有声音时灯被点亮，声音消失后延时照明一段时间后自动熄灭；

3.要求电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新点亮一段时间。

3设计方案与论证

由于引入的是交流电，在输入端需要引入整流电路，其作用是时输入的交流信号质量变为脉冲的直流电压。

为了使电路处于稳定的工作状态，必须加滤波电路，于是需要在整流电路后设计电容。

为了控制电路的通断，还是采取控制高低电平的办法，用三极管的通断直接决定灯泡的点亮和熄灭。

为了更为直观的演示出电路的设计效果，我们在Multisim软件上进行了仿真实验，如图3.1所示：

图3.1声光控电路仿真图

4设计原理及功能说明

4.1声光控电路原理：

首先交流电220v通过灯泡后进入二极管整流变为直流电压。

电路是以四只普通三极管来搭配开关作用的,三极管分别由基极,集电极,发射极三个电极，在基极电压达到0.6v三极管就导通工作，把发射极，集电极两个极打开链接对地。

电路的三极管是开的，把电阻供来的电源对地放掉,使可控硅没有触发不能导通工作。

第一只管子Q1由麦克风控制的,麦克风接到声音能发出频率使基极0.6v负载下降，管子便停止工作把电源信号送往第二只管子。

第二只管子Q2为光控,光敏二级管接到光线把电源送入基极使其工作,在黑夜中停止供电,是使管子停止工作,失去对地放电作用。

第三只管子Q3起开关作用，由R5电阻供电来到信号进入三极管基极使其对地放电,把电容22uF,16V的存点放去。

第四只管子Q4基极电压由22uF提供使管子工作.在有信号来时把22uF电源对地放去时使管子基极低于0.6V的时候停止工作，使触发电源回位上升触发可控硅导通负载工作，定时原理由22uF充放电来控制时间长短。

4.2元器件识别及功能

色环电阻识别：

四个色环电阻的识别：

第一、二环分别代表两位有效数的阻值；第三环代表倍率；第四环代表误差。

五个色环电阻的识别：

第一、二、三环分别代表三位有效数的阻值；第四环代表倍率；第五环代表误差。

如果第五条色环为黑色，一般用来表示为绕线电阻器，第五条色环如为白色，一般用来表示为保险丝电阻器。

如果电阻体只有中间一条黑色的色环，则代表此电阻为零欧姆电阻。

万用表测电容：

将指针式万用表调至R×10k欧姆挡，并进行欧姆调零，然后用万用表的红、黑表笔分别接触电容的两个引脚，观察万用表指针的变化。

如果表笔接通瞬间，万用表的指针向右微小摆动，然后又回到无穷大处，调换表笔后，再次测量，指针也向右摆动后返回无穷大处，则可以判断该电容正常；

　　如果表笔接通瞬间，万用表的指针摆动至“0”附近，则可以判断该电容被击穿或严重漏电；

　　如果表笔接通瞬间，指针摆动后不再回至无穷大处，则可判断该电容漏电；

　　如果两次万用表指针均不摆动，则可以判断该电容已开路。

极性的判别：

将万用表置于R×100档或R×1k档，两表笔分别接二极管的两个电极，测出一个结果后，对调两表笔，再测出一个结果。

两次测量的结果中，有一次测量出的阻值较大（为反向电阻），一次测量出的阻值较小（为正向电阻）。

在阻值较小的一次测量中，黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。

单负导电性能的检测及好坏的判断：

通常，锗材料二极管的正向电阻值为1kΩ左右，反向电阻值为300左右。

硅材料二极管的电阻值为5kΩ左右，反向电阻值为∞（无穷大）。

正向电阻越小越好，反向电阻越大越好。

正、反向电阻值相差越悬殊，说明二极管的单向导电特性越好。

若测得二极管的正、反向电阻值均接近0或阻值较小，则说明该二极管内部已击穿短路或漏电损坏。

若测得二极管的正、反

向电阻均为无穷大，则说明该二极管已开路损坏。

光敏二极管的简易判别方法：

1.电阻测量法

用万用表1k档，测正向电阻约10kΩ左右。

在无光照情况下，反向电阻应为∞，反向电阻不是∞，说明漏电流大；有光照时，反向电阻应随光照增强而减小，阻值小至几kΩ或1kΩ以下。

2.电压测量法

用万用表1V档（无1V档可用1.5V或3V档），红表笔接光敏二极管的“十”极，黑表笔接“-”极，在光照情况下，其电压应与光照度成比例，一般可达0.2～0.4V。

3.短路电流测量法

用万用表50mA或500mA电流档，红表笔接光敏二极管的“十”极，黑表笔接“-”极，在白炽灯下（不能用日光灯），应随光照的增强，其电流随之增加。

短路电流，可达数十mA～数百mA。

三极管工作原理

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。

如图4.1所示为常用三极管的管脚排列：

图4.1常用三极管管脚排列

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。

5单元电路的设计

5.1整流电路

单向桥式整流电路是由电源变压器，4只整流二极管VD1～VD4和负载RL组成。

如图5.1所示为整流电路示意图：

图5.1整流电路

工作原理：

利用4个二极管接成电桥使在U2的正负半周的电压经过两只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。

5.2声控电路

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。

工作原理：

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。

如图5.2所示为声控电路示意图：

图5.2声控电路

5.3光控电路

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5.3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5.3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。

5.4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。

如图5.4所示为可控硅的结构及符号：

图5.4可控硅结构及符号

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

工作原理：

可控硅第一阳极A1与第二阳极A2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G和第一阳极A1间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态。

此时A1、A2间压降也约1V。

双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继续保持导通状态。

只有当第一阳极A1、第二阳极A2电流减小，小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通。

6硬件的制作与调试

6.1电路布局

制作电路必须按照电路原理图和元器件的外形尺寸、封装形式在万能板上均匀布局，避免安装时相互影响，应做到使元件排列疏密均匀；电路走向基本与电路原理图一致，一般由输入端开始向输出端“一字形排列”逐步确定元器件的位置，互相连接的元件应就近安放；每个安装孔只能插入一个元件引脚，元器件水平或垂直放置，不能斜放。

大多数情况下，元器件都要水平安装在电路板的同一个面上。

6.2电路元器件的装配

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。

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。

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。

接通电源前，用万用表检测电路是否接通，对照电路图，从左向右，从上到下，逐个元件进行检测。

方法及步骤：

选择万用表的欧姆档的R

1K（或R

100）档，用万用表的一个表笔接电路的公共接地端（电源的负极），另一个表笔接元件的接地端，如果万用表的指针偏转很大，接近0欧姆位置（刻度右边），则说明接通，如果表指针不动或偏转较小，则说明该元件的接地端子没有和电源的负极接通。

方法及步骤：

选择万用表的欧姆档的R

1K（或R

100）档，用万用表的一个表笔接电源的正极，另一个表笔接元件需接电源的端子，如果万用表的指针偏转很大，接近0欧姆位置（刻度右边），则说明接通，如果表指针不动或偏转较小，则说明没有和电源的正极接通。

方法及步骤：

选择万用表的欧姆档的R

1K（或R

100）档，用万用表的一个表笔接元件的一端，另一个表笔接和它相连的另一个元件的端子，如果万用表的指针偏转很大，接近0欧姆位置（刻度右边），则说明接通，如果表指针不动或偏转较小，则说明没有接通。

7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。

参考文献

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术（第四版）.北京：

高等教育出版社，2006

[2]陈梓城.实用电子电路设计与调试.北京：

中国电力出版社，2006

[3]谢自美.电子线路设计、实验、测试，第二版.武汉：

华中科技大学出版社，2000

[4]李万臣.模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨：

哈尔滨工程大学出版社，2001

附录1：

总电路原理图：

附录2：

元器件清单

名称

符号

型号规格

名称

符号

型号规格

电阻

R1

150K

三极管

VT1

2n3904

电阻

R2

24K

三极管

VT2

2n3904

电阻

R3

150K

三极管

VT3

2n3904

电阻

R4

680K

三极管

VT4

2n3904

电阻

R5

2.2M

光敏二极管

D6

Φ3

电阻

R6

12K

二极管

D5

1N4007

电阻

R7

18K

二极管

D1—D4

1N4007

电阻

R8

18K

可控硅

Q1

BT169D

电阻

R9

24K

麦克风

Mk1

φ10

电容

C1

100uF

万用电路板

电容

C2

104

灯泡

220V15W

电容

C3

22uF

灯口