07年论文声光控节能灯.docx
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07年论文声光控节能灯
04级电子制作实训
实训报告说明书
题目:
声光控电子路标
系别:
应用科技学院
专业:
电子信息工程
班级学号:
04011304160401130437
学生姓名:
黄俊贤李天丞
指导教师:
董有为胡机秀龚开月卜波涛
2007年7月18日
摘要
本次实训所完成的电路为声光控节能灯,它具备了声控、光控、定时的功能,达到了节能和便利的效果。
本电路结合了模拟电路和数字电路,运用了三极管的放大和开关特性,并引入了555电路组成的单稳态触发器作为定时,通过驻极体传声器和光敏电阻将声和光信号转换为电信号。
本论文对这次实训一系列问题进行了研究和讨论,并对设计过程作了详细的描述。
论文内容上分为三大部分,第一部分为原理图和原理,它讲述了设计思路、三极管的组合电路、555单稳态触发器和原理详解,从这里能够充分了解本电路的原理和设计。
第二部分是承接上面的原理图,说明了元器件的认识和选用,从中我们可以对本电路所用的各种元件有很好的了解,555定时器则是得到了详细的讲述,这部分让我们对本电路的各种元件选用和应注意问题有了全面的了解。
第三部分则是对本电路的设计流程进行了详细的描述,这里让我们对本次的实训和电路制作得到了更全面的了解和认识。
关键词
三极管的组合电路、555单稳态触发器驻极体传声器光敏电阻元器件的认识和选用555定时器设计流程调试和结果。
目录
引言……………………………………………………………………4
1原理图及原理………………………………………………………5
1.1设计思路……………………………………………………………5
1.2三极管的组合电路…………………………………………………5
1.3555单稳态触发器…………………………………………………6
1.4原理图………………………………………………………………7
1.5电路原理详解………………………………………………………7
2元器件的认识和选用………………………………………………8
2.1所用元件的认识……………………………………………………8
2.2555定时器…………………………………………………………10
2.3元件的选用和结论………………………………………………11
3设计流程……………………………………………………………12
3.1绘制PCB图…………………………………………………………12
3.2制作电路板和焊接…………………………………………………12
3.3调试和结果…………………………………………………………13
总结……………………………………………………………………14
谢鸣……………………………………………………………………15
主要文献………………………………………………………………16
引言
这次实训所完成的电路为声光控节能灯,它的作用是通过声音或光照控制电路的工作状态,并有一定的定时工作时间,具备了晚上可受声音控制,白天不许亮灯的节能和便利效果。
它的主要思路是通过把声音和光照物理信号通过驻极体传声器和光敏电阻,将其转换为电信号,并利用了三极管的放大、开关特性,完成其对电路的控制。
定时是运用了555电路为核心的单稳态触发器,它有很好的定时作用。
在此电路中,它的定时时间调为1分钟。
这块电路板从设计到完成,经历了画原理图、画PCB、制作成板、焊接、调试等过程。
在解决了一系列的问题后,终于在调试中达到了需的要求,但是效果可能并不是很理想,今后定将努力改进!
1原理图及原理
1.1设计思路
要声控、光控,就需把声音和光照这两个物理信号转换为电光信号。
因此选用了驻极体传声器和光敏电阻作为了转换器件,但是转换过来的电信号十分弱小,这就要用到放大电路把信号放大。
而三极管正有放大和开关特性,所以三极管在本电路中将得到重要应用。
电信号通过控制电路对电灯的控制,定时器电路和电子开关包括则含还在其中。
这就要求对一些元件的基本应用电路的熟系了。
1.2三极管的应用电路
放大器的三种电路形式
放大器是一种三端电路,其中必有一个端是输入和输出的共同“地”端,如果这个共“地”端接于发射极的,称为共射电路,接于集电极的,称为共集电路,接于基极的,称为共基电路,这三种有不同的性能
电路
电压放大倍数
电流放大倍数
输入电阻
输出电阻
共射电路
10-100
大
10-1000
大
100Ω-50KΩ
中
10KΩ-500KΩ
中
共集电路
0.9-0.999
小
10-1000
大
因负载不同,可达50MΩ左右
大
1-100Ω
小
共基电路
100-10000
(实用)
大
0.9-0.999
小
10-500Ω左右
小
500KΩ-5MΩ
大
晶体管的偏置电路
为了使放大器获得线性的放大作用,晶体管不仅须有一个合适的静态工作点,而且必须使工作点稳定。
由于温度对管子参数β、Icbo、Ube的影响,最终都集中反映在Ic的变化上,为了消除这种影响,我们通过晶体管偏置的直流或电压的负反馈作用使静态工作点稳定下来.
1.3555单稳态触发器
单稳态电路
单稳态电路只有一个稳定状态。
在外界触发脉冲的作用下,电路从稳态翻转到暂态,在暂态维持一段时间之后,又返回稳态,并在输出端产生一个矩形脉冲(触发信号)。
单稳态触发器广泛应用于脉冲整形、延时以及定时等电路。
单稳态的电路组成
本单稳态触发器电路由555定时器组成,它的暂稳态持续时间——定时时间,由RP和C决定,计算公式为T=1.1RP*C。
1.4555原理图
1.5电路原理详解
电源从CON2输入,一般应为直流,由于三端稳压管是7809稳压值为9V,所以输入电压不宜太大,比9V大一点即可。
电压从稳压管输出,为了更稳定,所以加入了滤波电容C1,这电压为三极管放大电路和555定时器提供了所需的工作电压。
其中三个三极管中,Q1、Q2的作用为放大音频电流,Q3既作为放大信号也起了开关的作用。
当其基极有信号输入时,其E、C极则将导通。
在这些三极管组成的电路中,R1、R2、R3、R4、R5、R6均为偏制电阻,为三极管提供合适的工作点。
可变电阻RP控制Q1、Q2的BC极电压,通过调节三极管的工作点,达到控制驻极体传声器灵敏度的作用。
驻极体传声器MIC则是将声音感应出的电流送入Q1的基极。
二极管D1的作用为,当有音频使Q3导通时,D1将有截止状态变为导通,而且二极管有单向导通特性,所以它相当输出一个矩形脉冲,为单稳态触发器提供了触发信号。
555集成电路和R8、C5、C6组成了单稳态触发器,作为定时控制器用,其中定时的时间由R8和C5确定,在此选定为1分钟。
555的3脚作为输出,控制三极管Q4的导通和截止,而Q4则控制光电偶合器U3的状态,从而使电灯熄灭。
光控主要由R9和光敏电阻RG作用,它们通过控制555电路的复位端来控制Q4是否导通。
本电路的工作流程为,当声音在MIC感应出电流后,经多级三极管放大后,在Q3输出控制二极管D1的导通,使其作用出一个高低变化的电平作为脉冲触发。
这个触发从555电路的2脚输入,使单稳态触发器由稳态变为暂稳态,并在3脚输出高电平,使Q4导通,从而光电偶合器U3得到足够电压使其偶合导通,此时电灯便有工作电流了。
光控,则是在白天有光照时,光敏电阻RG的阻值大大变小,这时555电路的第4脚为低电平,单稳态触发器被复位,输出为低电平。
Q4和U3截止,电灯便熄灭。
开关是控制是否要光控的功能,它可以只要声控功能,也可同时要声光控!
2元器件的认识和选用
2.1所用分立元件的认识
电解电容器
用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成,薄的化氧化膜作介质的电容器.因为氧化膜有单向导电性质,所以电解电容器具有极性.容量大,能耐受大的脉动电流,容量误差大,泄漏电流大;普通的不适于在高频和低温下应用,不宜使
用在25kHz以上频率低频旁路、信号耦合、电源滤波。
电容量:
0.47--1000u
额定电压:
6.3--450V
主要特点:
体积小,容量大,损耗大,漏电大
应用:
电源滤波,低频耦合,去耦,旁路等
瓷介电容器
穿心式或支柱式结构瓷介电容器,它的一个电极就是安装螺丝。
引线电感极小,频率特性好,介电损耗小,有温度补偿作用不能做成大的容量,受振动会引起容量变化特别适于高频旁路。
三端稳压器管
在78**、79**系列三端稳压器中,最常用的是TO-220和T0-202两种封装。
这两种封装的图形及引脚序号、引脚功能如下图所示。
图中的引脚号的标注方法是按照引脚电位从高到低的顺序标注的,引脚①为最高电位,③脚为最低电位,②脚居中。
从图中可以看出,不论78系列、还是79系列,②脚均为输出端。
对于78正压系列,输入是最高电位,为①脚,地端为最低电位,为③脚。
对于79负压系列,输入为最低电位,自然是③脚,而地端为最高电位,为①脚,输出为中间电位,为②脚。
此外,还应注意,散热片总是和最低电位的第③脚相连,这样在78系列中,散热片和地相连接,而在79系列中,散热片和输入端相连接。
用万用表判断三端稳压器的方法与三极管的判断方法相同,三端稳压器类似于大功率三极管。
晶体三极管
1、输入特性(b)是三极管的输入特性曲线,它表示Ib随Ube的变化关系,其特点是:
1)当Uce在0-2伏范围内,曲线位置和形状与Uce有关,但当Uce高于2伏后,曲线Uce基本无关通常输入特性由两条曲线(Ⅰ和Ⅱ)表示即可。
2)当Ube<UbeR时,Ib≈O称(0~UbeR)的区段为“死区”当Ube>UbeR时,Ib随Ube增加而增加,放大时,三极管工作在较直线的区段。
3)三极管输入电阻,定义为:
rbe=(△Ube/△Ib)Q点,其估算公式为:
rbe=rb+(β+1)(26毫伏/Ie毫伏)
rb为三极管的基区电阻,对低频小功率管,rb约为300欧。
2、输出特性
输出特性表示Ic随Uce的变化关系(以Ib为参数)从图2(C)所示的输出特性可见,它分为三个区域:
截止区、放大区和饱和区。
截止区当Ube<0时,则Ib≈0,发射区没有电子注入基区,但由于分子的热运动,集电集仍有小量电流通过,即Ic=Iceo称为穿透电流,常温时Iceo约为几微安,锗管约为几十微安至几百微安。
整流二极管
将交流电源整流成为直流电流的二极管叫作整流二极管,它是面结合型的功率器件,因结电容大,故工作频率低。
光电耦合器
单级晶体管输出(通用型),高绝缘耐压,高VCEOUL。
驻极体传声器
电容传声器是靠电容量的变化而工作的,主要由振动膜、极板、电源和负载电阻等组成。
振动膜是一块质量很轻、弹性很强的薄膜,表面经过金属化处理,它与另一极板(振动膜)构成一只电容器。
由于他们之间的间隙很小,虽然震动面积不大,但仍可以获得一定的电容量。
它的工作原理是当膜片受到声波的压力,并随着压力的大小和频率的不同而振动时,膜片与极板之间的电容量就发生变化。
2.2555定时器
555定时电路
555定时电路的应用十分广泛,它由TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,这二者功能完全相同,不同之处是:
TTL集成定时电路的驱动能力比CMOS集成定时电路大..
555定时电路的组成
555定时电路是由三个5千欧电阻组成分压器、两个高精度电压比较器、一个基本R-S触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成。
它的逻辑电路图为:
如图
(1)所示
它的逻辑符号为:
如图
(2)所示
功能描述:
当输入端R为低电平时,不管别的输入端为何种情况,输出为低电平,CMOS管工作。
当引脚6的输入电平大于2/3UDD并且引脚2的输入电平大于1/3UDD,输出为低电平,CMOS管工作当引脚6的电平小于2/3UDD并且引脚2的输入电平大于1/3UDD,输出为原状态.当引脚2的电平小于1/3UDD,电路输出为高电平,NMOS管关断。
U2A、U2B、U3A、U3B——双D触发器
一、时序电路概述
同步时序电路的状态只在统一的信号脉冲控制下才同时变化一次,如果信号脉冲没有到来,即使输入信号发生变化,电路的状态仍不改变。
异步时序电路的状态变化不是同时发生的,它没有统一的信号脉冲(时钟脉冲用CP表示),输入信号的变化就能引起状态的变化。
二:
时序电路的表示形式
时序电路按输入变量的依从关系可分为米里型和莫尔型。
米里型电路的输出是输入变量的现态函数;莫尔型电路的输出仅与电路的现态有关。
一般用Qn(t)表示现态函数,用Qn+1(t)表示次态函数。
它们统称为状态函数,一个时序电路的主要特征是由状态函数给出的。
三:
时序电路的特征
时序电路中记忆功能是靠触发器来实现的,我们设计和分析时序电路的对象就是触发器。
描述时序电路时通常使用状态表和状态图,我们分析时序电路的方法通
常是比较相邻的两种状态(即现态和次态)。
2.3元件的选用和结论
元件的选用
C1、C4作低频滤波之用,所以应选33uF的电解电容。
C2、C3作为偶合电容,起隔直流作用,选0.68uF的电解电容即可。
R1~R12没什么特殊要求,都用色环电阻即可。
R1、R7用20K,R8用1.2M,R9用100K,R3~R4用6.8K,其余的均选用1K。
三极管没什么特别要求,选用型号为9014的NPN便可。
可变电阻RP的阻值应较大,选用100K。
光电偶合的偶合电压应较小,2V便好。
光敏电阻和驻极体传声器的工作电压不要太大,而灵敏度则越大越好。
555定时器,选用TTL的便可。
结论
对于滤波电容,如滤的是低频且幅度较大,应选用容量大的电解电容,对于高频则用容量较小的瓷介电容便可。
可变电阻RP是调节声控灵敏度的,阻值越大,调节范围越宽,所以应选用阻值较大的。
三极管要求放大倍数较大,而饱和电流较小,才能更稳定。
对于光敏电阻,因为它对单稳态触发器的控制是分别在低阻态和高阻态下的,所以对于它的要求比较高,它的阻值应变化足够大。
3制作流程
3.1绘制PCB图
在得出了原理图后,在将其制作成电路板前,画PCB图则是必备的重要步骤。
本电路的PCB是在PROTEL99SE作为平台绘制的。
本电路的PCB如图:
3.2制作电路板及焊接
在PCB绘制完成后,将其打影到转换纸上,然后通过转影纸将其转影到敷铜板上。
接着通过腐蚀、打孔等步骤。
腐蚀不能太久,不然便会得导线断开。
打孔也要十分小心,孔打得太大,便会使焊接困难,太小元件的管脚难已插进去。
完成这一切后,便完成了PCB图到电路板的过程。
当PCB已转换成了电路板后,接下来的工作便是焊接元件了!
这是一个重要的步骤,有些元件不能焊太久,以免损环器件,虚焊、连焊不但影响美观,而且对电路的性能参数也起关键的作用,因此在焊接过程中应该十分的小心。
3.3调试和结果
调试
在电路板焊接完成后,调试则是重要的步骤了。
把开关拨向左边,调节RP,测得Q1、Q2的BE极间电压处在大于0.7V的范围,并使得驻极体传声器两端的电压较大。
在CON2输入大于9V的电压,测得U1的输出端为9V。
在驻极体传声器两端,加一个微小的交流信号,测得Q3的CE极间电压小于1V。
此时555的第3脚应有大于3V的电压输出。
光电偶合的输入端应是2V左右,此时电灯应是亮者。
开关拨向右边,若有光照,则电灯应熄灭。
结果
本电路的工作流程为,当声音在MIC感应出电流后,经多级三极管放大后,在Q3输出控制二极管D1的导通,使其作用出一个高低变化的电平作为脉冲触发。
这个触发从555电路的2脚输入,使单稳态触发器由稳态变为暂稳态,并在3脚输出高电平,使Q4导通,从而光电偶合器U3得到足够电压使其偶合导通,此时电灯便有工作电流了。
光控,则是在白天有光照时,光敏电阻RG的阻值大大变小,这时555电路的第4脚为低电平,单稳态触发器被复位,输出为低电平。
Q4和U3截止,电灯便熄灭。
开关是控制是否要光控的功能,它可以只要声控功能,也可同时要声光控!
总结
这次实训让我对电路的了解以及实际的制作过程有了很深的了解。
在制作一块电路板的过程中,每一步都不能马虎。
比如:
在拆装电子元器件的过程中每个器件的数值、型号、和管脚都是十分重要。
电容和发光二极管的长脚为正,短脚为负,整流二极管的正负在封装上有标明,色环电阻的阻值,以及集成块的第一管脚等。
这些都要十分注意,一旦搞错可能会弄烧器件。
焊接过程也显得重要。
虚焊、连焊不但影响美观,而且对电路的性能参数也起关键的作用,因此在焊接过程中应该十分的小心。
原理图的理解是成功制板重要条件。
每个元件在不同的电路图上有不同的作用,应该十分小心。
如:
二极管可起整流作用,也可作为续流使用。
三极管可做开关作用,也可做放大作用。
对此,我们因对电路图十分熟悉,对元件的功能深入了解。
故障的排除和元件的测量也是对电路图了解的考验。
本次所完成的电路为声光控节能灯,从原理图到PCB到焊接、调试。
我深深的对制作电路板的每一个步骤有了全面的体会。
画原理图,让我对许多元件和电路的原理、功能有了一定的了解。
PCB的绘制,不但让我掌握了电路图的PCB制作,也对PROTEL99SE有了熟系的使用,焊接则使我对制作电路板有了实际动手能力。
调试是对原理的认识和动手能力的结合,很好的考验了我们的知识和解决问题的能力。
这次实训让我对电路方面有了很好的认识,对以后的学习起了指导作用,我想要在电路方面有所成就很应更加努力。
谢辞
本次实训,多得了老师的帮助和指导,使我解决了许多问题也学到了许多书本上学不到的知识。
在此,我特别向董有为、胡机秀、龚开月、张宝中等老师致以衷心的感谢!
我将以满意的成果来回报老师们的关怀!
参考文献
[1]王卫东.模拟电子电路基础[I].西安电子科技大学出版社,2003.2
[2]胡翔骏.电路分析[I].高等教育出版社,2001
[3]江国强现代数字逻辑电路.北京:
电子工业出版社,202.8
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- 07 论文 声光 节能灯