2023年模拟电子课程设计声控灯开关.doc

长春建筑学院课程设计报告 课程设计名称：电子技术课程设计 题 目：声控灯开关 专 业：电气工程及其自动化 班 级：电1002 姓 名：刘宇宙 学 号：20 指导教师：闫 坤 目录 第一章 设计目的和任务 ………………………………………………………………3 第二章 设计要求………………………………………………………………………..3 第三章 总体框图设计……………………………………………………………….….3 第四章 声控灯开关的工作原理…………………………………………….…..………3 第五章 电路板上元器件布局及其明细………………………………………………...4 5.1 晶闸管及一片集成电路14011的描述……………………………………….5 第六章 安装及调试要点…………………………………………………………………7 第七章 实物电路图……………………………………………………………………….7 第八章 总结…………………………………………………..……………………………8 第九章 参考文献…………………………………………………………………………9 一 设计的目的和任务 1、稳固加深对模拟电子技术根底的理解，提高综合运用所学知识的能力，培养学生独立分析问题、解决问题的能力。 2、通过查找资料、选方案、设计电路、写报告等环节的训练，熟悉设计过程、步骤。为今后从事电子线路的设计、研制电子产品打下良好的根底。 3、设计模拟和数字电子混合电路，实现特定功能。学习这一技能，积累这方面的经验。 二 设计要求 (1) 设计办公大楼、写字楼或居民住宅楼内应用的声控灯开关。 (2) 在白天照度较高时，即楼道内光线充足时本开关不启动，灯熄灭。 (3) 夜晚楼道内光线较差时，假设楼道内充分安静(无人行动时)，灯泡不启动， (4) 假设在光线较差的楼道内有人发出声响，就启动该装置使灯泡点亮。 三 总体框图设计 根据技术要求，此声控灯开关可由以下几个单元组成： 图1 整体框图 四 声控灯开关的工作原理 控灯开关的原理图见图3-1。 图 3-1 声控灯开关原理图 由四个二极管组成的桥式整流电路将输入电路的220V50Hz交流电压变换成脉动直流。该脉动直流电压一路由R3和R1、C3分压并滤波后得到传感及逻辑控制电路所用的电压VCC；另一路接到晶闸管BTl69的阳极。 当BT169的控制极(栅极)为高电平且输入的交流信号Vi=cos(ωt+Φ)处于正半周期时，电流由D2→地→D4 →灯流过而将灯点亮。当Vi处于负半周期时，电流由灯→D3→地→D1而将灯点亮。当BTl69的控制极为低电平时，晶闸管截止，此时不会产生驱动灯的电流，因此灯是熄灭的。由此可见，灯的亮灭是由晶闸管的控制极电平决定的。因此，关键的问题是如何控制其栅极电平的上下。 我们的目的是要到达：有光时灯灭；无光无声时灯灭：无光有声时灯亮。参见原理图3-1。对光敏电阻RW而言，当有光时，Rw<2KΩ，此时HDl4011的1脚亦即第一个与非门的一个输入端为低电平(地)，所以3脚为高电平、4脚为低电平，10脚为高电平，11脚为低电平(后文设上述由左至右四个与非门的输出分别为A，B，C，D)，那么此时晶闸管截止，灯泡是暗的。相反，如果无光时，RW>2MΩ，此时HDl4011的1脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于2脚的状态，而2脚的状态将由噪声传感器来决定，当没有声音时，2脚为低电平，因此A为高电平，B为低电平，C为高电平，D为低电平，此时晶闸管截止，灯泡为暗。当有声音产生时，在麦克两端产生一个交流信号，经过电容而将2脚置成高电平，此时A为低电平，B为高电平，C为低电平，D为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮，同时由于B点为高电平，可对电容C2充电，这样，当声音消失之后，由于C2和R7的存在，使C点维持在低电平直到C2放电结束，在此过程中，灯泡将会一直保持在亮的状态直至此过程结束。 五 电路板上元器件布局及其明细 PCB电路板上的元件布局见图3-2。 图 3-2 元、器件布局示意图 元、器件明细： R1：20kΩ R2：4.7MΩ R3：150kΩ R4：20kΩ R5：470kΩ R6：2MΩ R7：2MΩ R8：43kΩ R9：160kΩ C1： 0.1μF C2：22μF C3：22μF D1,D2,D3,D4：1N4007×4 噪声传感器 CZN-15E 晶体管S9014 晶闸管BT169 四双输入与非门 HD14011 5.1 晶闸管及一片集成电路14011的描述 晶闸管的工作原理分析：晶闸管可用两个不同极性〔P-N-P和N-P-N〕晶体管来模拟，如图8所示。当晶闸管的栅极悬空时，BG1和BG2都处于截止状态，此时电路根本上没有电流流过负载电阻RL，当栅极输入一个正脉冲电压时BG2导通，使BG1的基极电位下降，BG1因此开始导通，BG1导通使得BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反响过程使BG1和BG2进入饱和导通状态。电路很快从截止状态进入导通状态，这是栅极就算没有触发脉冲电路由于正反响的作用将保持导通状态不变。如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于BG1和BG2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻RL的阻值使电路电流减少，BG1和BG2的基极电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反响作用，电路将很快从导通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。在实际应用中，我们可通过一个开关来短路晶闸管的阳极和阴极从而到达晶闸管的关断。等效图如下： 图3-3是高频小功率三极管S9014、可控整流器BTl69、集成电路HDl491l 的引脚分配图。 图 3-3 引脚分配 六 安装及调试要点 1、由于灯开关是对声和光敏感的，因此在焊接时应尽可能地将光敏电阻和噪声 传传器的管脚留长，使之能够比拟明显地探出壳外并对外界变化有所反响。 2、电路中有电解电容存在，因此在焊接前应注意其正负极性。 3、由于此开关电路的输入电压是220V交流电，因此在做调试时应注意不要用手接触电路。以免发生触电危险。 4、元器件的实用测试方法 (1)二级管的测试方法 二级管极性的识别是非常重要的，因为二级管具有单向导电性，所以在很多场合下，对其在使用时极性的正确与否是很重要的，在安装到电路上之前，即使管壳上的标志很清楚，也应用仪器核实其是否正确，方可使用。 二极管极性识别方法如下： 假设使用指针式万用表，只需测量二极管的正向电阻和反向电阻就可确定电极了。用万用表的两只表笔交替测量二极管的2个电极时，应把万用表拔到“欧姆档〞。一般采用R×l00或R×lK这二档，应当注意，不要用R×l或R×l0K档，因为R×l档使用的电流太大，而R×l0K档使用的电压太高，都容易损坏管子。万用表内装有电池，红表笔接电池的负极，黑表笔接电池的正极，万用表外电路电流的方向是从万用表的负端(黑表笔)流向万用表的正端(红表笔)。如果我们测出的是反向电阻，例如阻值达几百千欧，这时红表笔接触的一端是二极管的正极，而黑表笔接触的一端是二极管的负极。假设我们测出的是正向电阻，例如极间电阻为几百欧，这时红表笔的接触端是二极管的负极，而黑表笔的接触端是二极管的阳极。 假设使用数字万用表，那么应把万用表拔到PN结(二极管)测量档(画有二极管符号)，两只表笔分别接一个被测电极。此时万用表显示的是电压值，假设为0．7V左右，那么正表笔接的是正极(阳极)。检查二极管的好坏，显然可用判定电极的方法实现，不赘述． (2) 双极型晶体管(三极管)测试方法如下： 首先用测量二极管的方法找到基极。基极找到后，就可以进一步判断剩下的两个管脚那一个是集电极，哪一个是发射极并进而测试管子的好坏。 数字万用表都有机晶体管的测试档，拨到此档后将晶体管的基极正确插入PNP或NPN插座内，另外两只引脚按猜想处理。此时测量及显示的是它的电流放大系数，由此法可测知管子的电极和好坏。 三极管和二极管在焊接时还必须注意以下几点： i 切勿使电压、电流值超过规定的极限运用数据，以免烧坏管子。 ii 允许用20W-40W的电烙铁进行焊接，焊接时应小于3秒钟，并保证管脚有良好的散热(可用镊子夹住被焊管脚根部，以利散热)。 iii 管予应安装牢固，防止靠近电路中的发热元件。 iv 管子极性不得接错。 七 实物电路图 根据仿真电路图连成的实物电路图如下所示 八 总结 经过这为期一周的模拟电子技术根底课程设计，在设计“声光控开关〞的过程中，我终于知道了在做这样的一个课程设计的时候，应该从什么地方着手，应该怎么样构造自己的思路，怎样利用自己所学的知识来实现自己的设计方案，并通过不断的查找资料来实现他的功能。在此过程中，不但让我体会到了设计的繁琐与艰辛，同时也让我更好的稳固了以前所学的知识。通过本课程设计，我进一步熟悉了各元器件的工作原理及功能，比方驻极体话筒和可控硅的管脚分布、参数及工作原理，进一步掌握了原理图的设计。在这次课程设计完毕之后，我体会颇多。同时，在完成课程设计的过程中，培养了自己严谨的做学态度，。所以在这次设计中我学到了很多对我的学习和成长有帮助的东西。 九 参考文献 [1]康华光,电子技术根底数字局部〔第五版〕，高等教育出版社出版 [2]彭介华,电子技术课程设计指导，高等教育出版社 [3]华成英,童诗白.模拟电子技术根底〔第三版〕清华大学电子学教研组编, 高等教育出版社,2023 [4]杨旭东,刘行景,杨兴瑶.实用电子电路.化学工业出版社,1999 [5]华成英.电子技术北京.中央播送电视大学出版社,1996 - 9 -