电工电子技术课程设计.docx
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电工电子技术课程设计.docx
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电工电子技术课程设计
题目:
节能灯延时电路设计
班级:
13计科二班
学号:
201310510112
姓名:
张旸
指导:
严君美
时间:
2015年12月24日
景德镇陶瓷学院
电工电子技术课程设计任务书
姓名:
张旸班级:
13计科二班指导老师:
严君美
设计课题:
节能灯延时电路设计
设计任务与要求
设计一个节能灯延时电路,根据电路的功能,完成以下任务:
1、说明电路由几个部分组成,并用方框图对它进行整体描述;
2、对电路的每个部分分别进行单独说明,画出对应的单元电路,分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等;
3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图;
4、对整体电路原理进行完整功能描述;
5、列出标准的元件清单。
设计步骤
1、查阅相关资料,开始撰写设计说明书;
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明;
3、依次对各部分分别给出单元电路,并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明;
4、列出标准的元件清单;
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明;
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
参考文献
【1】秦曾煌;电工学简明教程;高等教育出版社;2007.6
【2】刘南平;电路分析;人民邮电出版社,2007
【3】王澄非;电路与数字逻辑设计实践;东南大学出版社;1999.10
【4】韩振振;数字电路逻辑设计;大连理工大学出版社;2000.1
【5】金发庆;传感器技术应用;机械工业出版社,2002。
【6】康光华;电子技术基础(第五版);北京:
高等教育出版社;2006
【7】冯民昌;数字集成电路系统;中国铁道出版社,2003
【8】阎有运;电子技术实践;徐州:
中国矿业大学出版社,2007
目录
1.总体方案与原理说明...........................4
2.光控开关电路.............................5
3.声控开关电路...............................6
4.控制延时电路............................7
5.总体电路原理相关说明.........................8
6.总体电路原理图...........................9
7.元件清单...............................10
8.参考文献................................11
9.设计心得体会...........................12
一、总体方案与原理说明
灯具在我们日常生活中是必不可少的一种电器,尤其是夜晚的时候,日常活动压根无法离开灯具的使用。
但是如果在所有地方都安装普通开关灯具,往往会造成很多电能浪费的问题,所以在公共场所安装的基本上都是节能灯,这种灯可以通过传感器对声音和光的感应,判断是否需要亮灯与熄灯。
这种节能灯多应用在楼道、走廊等场地,且应用十分广泛。
其基本原理方框图见图1:
图1节能灯延时电路方框图
如图1所示的电路是通过可控硅晶闸管来管控整个节能灯电路的亮灭与否。
整个电路主要由声控开关电路、光控开关电路和控制延时电路组成。
当220V的市直交流电经历电流的整流、滤波、稳压过程后,输出的是稳定的直流电,并由此给后面的开关控制电路提供了稳定的电压。
光控开关和声控开关分别感应到对应的光信号和声信号,并把对应的开关信号传送到控制端,控制端对信号进行处理后便对控制开关输出高电平的脉冲,并让控制开关导通,节能灯便会发光。
当光信号和声信号停止,脉冲信号结束,控制开关结束响应,节能灯断电并停止照明。
二、光控开关电路
光控开关的电路如图2所示,使用一个阻值为100K的电阻来保护三极管电路。
这里采用的是光电三极管,这种三极管是在光电二极管的基础上发展起来的,这种器件具有两个PN结,而且它的基极会受到光信号的控制。
图2光控开关电路图
三极管可以根据电流微小变化能引起集电极变化原理在信号放大数字电路中做开关使用。
在其工作的时候,基极为正向的电压,集电极为反向的电压。
电路的流程是:
当白昼有光的时候,光电三极管Q1会导通,输出的高电平会让三极管Q2导通,同时555定时器接收到低电平信号,从而控制光信号输出。
同理,在晚上没有光的时候,555定时器接收到的是高电平信号,亦可以控制光信号的输出。
三、声控开关电路
在图3所示的电路中,一个电阻值为4.7K欧姆的电阻与麦克风串联,一个电阻值为47K欧姆的电阻与三极管串联。
图3声控开关电路图
在电路中还用到了耦合电容和电解电容。
耦合电容的作用是阻直流通交流,这种电容在电容耦合电路中被大量使用;电解电容在电源电路中起电源滤波、信号耦合、退耦以及隔直流和时间参数设定的作用。
电路的流程是:
当附近有达到一定分贝的响声产生的时候,其声波会经过话筒MK1转换变成电信号,然后电信号会经过电容C2耦合到达三极管Q3的基级,并让它导通,然后三极管产生的电流使基电路收到低电平信号,产生一个声音控制信号并输出。
四、控制延时电路
如图4所示的电路图要求节能灯在亮起后延时三十秒,根据算式tw=RCln3=1.1RC,可得电容C应当为220uf,所以电阻的值R=30s/(1.1*220uF)=120k。
图中的4、2、3接口分别为光控信号输入、声控信号输入和控制信号输出接口。
图4控制延时电路图
555定时器集成芯片具有成本低而且性能十分可靠的特点,所以为了实现多谐振荡器和触发器的脉冲产生,只需要外接几个电阻和电容就可以了,它经常作为定时器广泛用于各种电路的自动控制。
名称
符号
双极型
CMOS型
单位
电源电压
VDD(VCC)
4.5~15
3~15
V
静态电流
IDD(ICC)
10
0.2
mA
定时精度
1
1
%V
置位电流
Is
1μA
1pA
μA/pA
主复位电流
IMR
100μA
50pA
μA/pA
复位电流
IR
1μA
100pA
μA/pA
驱动电流
IV
200
与VDD大小有关
mA
放电电流
IDIS
200
与VDD大小有关
mA
最高工作频率
fmax
300
500
kHz
双极型与CMOS型555定时器电参数表
电路的流程是:
在光控信号输入高电平至4端口并且声控信号输入低电平到2端口的时候,555定时器构成的单稳态触发器将产生一个脉冲信号,在脉冲宽度tw内,将会输出高电平的控制信号。
五、总体电路原理相关说明
节能灯延时电路只有在可控硅的控制端输入高电平的时候才能导通,该电路是由220V市直交流电、桥式整流管以及可控硅晶闸管、灯泡组成的一个回路,这些元件通过导线连在一起。
220V市直交流电经过D1-D4的整流、C1的滤波和稳压处理后,会变成稳定的直流电,从而能够为后面的开关和控制电路提供稳定的电压。
在白昼时候,光电三极管Q1处于导通状态,输出高电平到三极管Q2的基级并让其导通,然后输入到单稳态触发器的4端口变为低电平复位信号,555定时器输出的是低电平,不会让可控硅q1导通。
在晚上,基本没有光照,Q1不会导通,所以555定时器的4端会接到高电平。
这个时候,只要有声音信号变成光信号,三极管Q3就会导通,声控信号会输入低电平到555定时器的2端,从而出发并产生一个单稳态脉冲信号,让可控硅Q1导通,最后由220V市直交流电、桥式整流管以及可控硅晶闸管、灯泡组成的回路导通,然后节能灯点亮。
经过一个脉冲宽度tw之后,单稳态脉冲小时,可控硅q1不导通,则节能灯会熄灭。
这就完成了整个节能灯亮灭的工作过程。
六、总体电路原理图
图5总体电路原理图
七、元件清单
序号
名称
元件标号
型号
数量
1
电阻
R1
100k
1
2
电阻
R2
10k
1
3
电阻
R3
100k
1
4
电阻
R4
4.7k
1
5
电阻
R5
1M
1
6
电阻
R6
47k
1
7
电阻
R7
120k
1
8
电容
C2
0.01uF
1
9
电容
C3
0.01uF
1
10
电容
C4
220uF
1
11
可控硅
q1
——
1
12
灯泡
DS1
220V、100W
1
13
整流桥
D1-D4
——
1
14
电解电容
C1
470uF
1
15
光电三极管
Q1
——
1
16
三极管
Q2
2N930
1
17
三极管
Q3
2n930
1
18
稳压二极管
D5
IN2742A
1
19
555定时器
U1
——
1
20
麦克风
MK1
——
1
八、参考文献
【1】秦曾煌;电工学简明教程;高等教育出版社;2007.6
【2】刘南平;电路分析;人民邮电出版社,2007
【3】王澄非;电路与数字逻辑设计实践;东南大学出版社;1999.10
【4】韩振振;数字电路逻辑设计;大连理工大学出版社;2000.1
【5】金发庆;传感器技术应用;机械工业出版社,2002。
【6】康光华;电子技术基础(第五版);北京:
高等教育出版社;2006
【7】冯民昌;数字集成电路系统;中国铁道出版社,2003
【8】阎有运;电子技术实践;徐州:
中国矿大出版社,2007
九、设计心得体会
通过本次节能灯延时电路的课程设计,我学会了MicrosoftVisio2016的使用,设计过程也让我明白了节能灯延时电路的原理和设计理念。
本次学习也让我对电路设计过程有了大概的了解,所以说坐而言不如立而行,这些电路设计只有在实际操作过程中才能真正掌握并能有深刻的理解。
除了学到了很多专业知识,在困难面前,我通过查询现有的课本,去图书馆查阅资料,去网上搜索有关这些方法的信息,不仅仅完成了课程设计,同时也大大地增强了我的自学能力和独立性。
该设计不仅让我对于相关的专业知识有了更深的了解,也让我体会到工作实践和理论知识的重要性,学会理论联系实际。
我们完成设计过程,完全是靠自己的学习能力和设计,而不是传统课程所安排的课本和教师。
因此,它给了我更多的机会,让我主动独立获取信息,搜索数据,设计实验,让理论知识付诸实践。
并提高了我独立认识、分析和解决问题的能力。
总之,这次实验是对于之前学习的电工学和数字逻辑课程以及物理相关电学知识内容的一次综合运用,让我在设计的同时更能收获综合能力的整体提升。
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