北郵電子電路綜合實(shí)驗(yàn)_聲控報(bào)警器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 電子電路綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)名稱： 聲控報(bào)警電路設(shè)計(jì)學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院班級：學(xué)號：姓名：班內(nèi)序號： 1、 課題名稱 聲控報(bào)警電路設(shè)計(jì)2、 摘要和關(guān)鍵詞 （一）摘要本實(shí)驗(yàn)分析并設(shè)計(jì)了聲控報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)了在麥克近處鼓掌，電路能發(fā)出報(bào)警聲并持續(xù)大約5秒。報(bào)告中首先給出設(shè)計(jì)目標(biāo)和電路功能分析，然后討論各級電路具體設(shè)計(jì)和原理圖，后給出實(shí)際搭建電路測試的數(shù)據(jù)和分析，最后總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)。（二）關(guān)鍵詞 放大器 ，比較器 ，延時(shí) ，方波振蕩3、 設(shè)計(jì)任務(wù)要求 在駐極體麥克附近鼓掌，麥克捕捉聲信號后電路發(fā)出報(bào)警聲，持續(xù)時(shí)間大約五秒。 1 聲音傳感器用駐極體式咪頭，蜂鳴器用無源式蜂鳴器； 2 用LM358構(gòu)成兩

2、級放大器，合理設(shè)計(jì)放大倍數(shù) 3用LM358構(gòu)成電壓比較器電路。 4延時(shí)電路用RC電路構(gòu)成，計(jì)算時(shí)間常數(shù)，保證一定的延時(shí)時(shí)常四、設(shè)計(jì)思路 、總體結(jié)構(gòu)框圖 （一）設(shè)計(jì)思路麥克捕捉到聲音信號后將其轉(zhuǎn)變成微弱電信號，進(jìn)入放大器進(jìn)行放大，之后與電壓比較器設(shè)定的參考電壓進(jìn)行比較，若高于門限值，比較器輸出電平翻轉(zhuǎn)，控制振蕩器產(chǎn)生方波信號，使蜂鳴器發(fā)聲。為使蜂鳴器發(fā)聲持續(xù)一段時(shí)間，要用一個(gè)延時(shí)電路保持比較器輸出電平維持相應(yīng)的時(shí)長。（二）總體系統(tǒng)框圖如圖：5、 分塊電路和總體電路設(shè)計(jì)（一）麥克偏置電路 駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面

3、蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。在麥克近處擊掌，使麥克可以輸出一個(gè)瞬時(shí)電壓脈沖。麥克直流偏置電路如圖所示： 電路說明：麥克偏置電壓約6V，通過電阻R接地，麥克兩端電壓通過一個(gè)0.1電容輸出電壓。電容起隔直作用，消除直流的影響，使放大后的電壓便于與比較器相比較。（二）LM358組成的放大器1、說明 由于話筒提供的信號非常弱，一般在比較器前面加一個(gè)前置放大器?？紤]到設(shè)計(jì)電路對頻率相應(yīng)及零輸入時(shí)的噪聲、電流、電壓的要求，前置放大器選用集成運(yùn)算放大器LM358。LM358里面包括有兩個(gè)高增益，獨(dú)立的，內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，適用于電

4、壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式。它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)放的地方使用。本次實(shí)驗(yàn)用到的LM358主要特點(diǎn)有：電源電壓范圍寬：單電源(330V)； 雙電源(±1.5 一±15V)；. 直流電壓增益高(約100dB)。2、LM358內(nèi)部電路圖：3、LM358集成器的引腳圖及引腳功能圖4、設(shè)計(jì) 前置放大電路由LM358組成的兩級放大電路。由于在麥克近處鼓掌時(shí)，駐極體麥克偏置電路輸出電壓約為20mv到50mv,結(jié)合之后電壓比較器參考電壓數(shù)值，先將放大器增益A設(shè)定為大約100倍。則兩級放大器的每級放大倍數(shù)約為：A1=A2=

5、10。設(shè)置電路為兩級同相放大，并且利用所發(fā)1k與10k電位器可設(shè)計(jì)出如下圖; 5、放大器電路 6、電路說明：結(jié)合LM358引腳圖，令第一個(gè)運(yùn)放U1A的3管腳為總同向輸入端，第二個(gè)運(yùn)放U1B的7管腳為總輸出端。則U1A的輸出（1管腳）接U2A的同向輸入端（5管腳）。通過輸出管腳1與7由反饋電阻接回反相輸入管腳2與管腳5.管腳8接正電源12V，管腳4接負(fù)電源-12V. 由同相放大電路增益公式得如圖所示放大電路增益：第一級放大增益：A1=1+R2/R6=1+10/（1*100%）=11；第二級放大增益：A2=1+R5/R7=1+100/（10*100%）=11.則總放大增益A=A1*A2=11*11

6、=121.放大電路的增益可通過調(diào)節(jié)兩個(gè)電位器做調(diào)整。減小電位器電阻值可增大放大電路增益。即A1=1+R2/1000*a;A2=1+R5/10000*b;A=A1*A2. 具體放大倍數(shù)要根據(jù)前級麥克偏置電路與后級電壓比較器做調(diào)整，將在總電路說明中闡述。(3) LM358組成的比較器 1、概述麥克產(chǎn)生的電壓經(jīng)過放大器放大后與電壓比較器設(shè)定的參考電壓進(jìn)行比較，若高于門限值，比較器輸出電平翻轉(zhuǎn)，為后級振蕩電路提供供電電壓。比較器仍用LM358集成塊實(shí)現(xiàn)，LM358集成塊的 參數(shù)及引腳圖等特征已在放大電路介紹中說明，此處不再贅述?？紤]到LM358為雙運(yùn)放且相互獨(dú)立，等價(jià)，電壓比較器選用其中一個(gè)運(yùn)放即可。

7、選用哪一個(gè)具體可根據(jù)時(shí)基電路的連接安排。經(jīng)放大電路放大后的瞬時(shí)電壓值約為3V，所以比較電壓的設(shè)定應(yīng)在3V左右，使得放大后的電壓脈沖可以使電壓比較器翻轉(zhuǎn)。電壓比較器設(shè)為單限比較器，2、電路圖如圖所示： 3、 電路說明 放大器輸出電壓接入比較器同向輸入端（3管腳），反相輸入端（2管腳）接參考電壓。暫定參考電壓Vss=2V,則由運(yùn)放虛斷與虛短概念知，反向輸入端電壓Vo=Vss=2V;同向輸入端電壓Vp=Vo時(shí)出電壓翻轉(zhuǎn)。且由于電壓比較器為同向輸入，則輸入電壓高于參考電壓時(shí)輸出電壓翻轉(zhuǎn)為高電平。（四）555運(yùn)放構(gòu)成方波振蕩1、 概述 考慮到本實(shí)驗(yàn)蜂鳴器需要鳴叫需要方波輸入，本實(shí)驗(yàn)中選用555芯片作為方

8、波振蕩器。555是一個(gè)綜合了數(shù)字電路與模擬電路特點(diǎn)于一身的集成電路，在一些與時(shí)間相關(guān)的電路上得到廣泛的應(yīng)用。且其外圍電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)。2、555內(nèi)部結(jié)構(gòu)：3、其各腳主要功能如圖所示：4、設(shè)計(jì) 通過查找相關(guān)資料，得出NE555振蕩器的電路連接圖如圖所示，其原理為通過電容的充放電與觸發(fā)器等內(nèi)部元件的作用，將直流形式電能轉(zhuǎn)換為矩形波形式的電能，因而將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成矩形波輸出。5、電路圖6、 電路說明： 電路4管腳，8管腳接高電平電壓，1管腳接地，3管腳為方波輸出端。振蕩器通過電容C2的充放電實(shí)現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換。 輸出方波的頻率 f=1.44/(R9+2R10)C2; 輸出方波的占空比與R1,

9、R2的相對大小有關(guān)， q=（R1+R2）/(R1+2R2)。 考慮到后級蜂鳴器對方波輸出要求， 令R9=1K， R10=560 C2=0.33F.則輸出的方波頻率為f=1.44/(R9+2R10)C2=1.44/（1000+2*560）*0.33*0.001KHz=2.06KHz.（五）RC延時(shí)電路 1、概述 考慮到在麥克近處擊掌，產(chǎn)生的較大的電壓脈沖持續(xù)時(shí)間較短，而期望報(bào)警器報(bào)警持續(xù)一段時(shí)間，所以在電路中應(yīng)加相應(yīng)的延時(shí)電路來保證方波振蕩器有持續(xù)幾秒的高電平輸入。將延時(shí)電路接在比較器輸入端。具體選用RC并聯(lián)延時(shí)電路如下圖所示；2、 電路圖3、電路說明: 當(dāng)瞬時(shí)的高電壓經(jīng)過二極管，電容快速充電使

10、其有一定存儲電荷。當(dāng)瞬時(shí)高電壓消失，電容通過R11放電，使比較器輸入端電壓不會立即降低為零，而是緩慢減小。如是，只要電容兩端電壓高于參考電壓，比較器便可輸出高電平給方波振蕩器供電，達(dá)到延時(shí)目的。（六）總體電路1、概述 在麥克近處鼓掌，麥克直流偏置電路輸出一個(gè)瞬時(shí)電壓脈沖，將這個(gè)脈沖輸入放大電路使其放大后，經(jīng)過延時(shí)接入電壓比較器輸入端與參考電壓比較。若高于門限電壓則輸出高電平，使振蕩器工作，輸出方波，使蜂鳴器鳴叫報(bào)警?？傮w電路如圖所示：2、電路圖3、電路說明 麥克偏置電路電壓通過兩個(gè)5.1k分壓電阻實(shí)現(xiàn)。通過測試，在麥克近處擊掌麥克直流偏執(zhí)電路輸出有一個(gè)瞬時(shí)脈沖電壓，幅度大約為50mV.經(jīng)過放大

11、電路，瞬時(shí)電壓峰值被放大為約5V，波形圖見附圖。經(jīng)過一個(gè)延時(shí)電路輸入到電壓比較器。電壓比較器參考電壓為2.5V，實(shí)際電路中通過阻值為15k，3.9k分壓電阻實(shí)現(xiàn)。實(shí)際電路中還要增加一個(gè)適當(dāng)電容后接蜂鳴器。六、所實(shí)現(xiàn)的功能說明 通過調(diào)測，電路實(shí)現(xiàn)了在麥克近處鼓掌，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲且持續(xù)一段時(shí)間。改變蜂鳴器前的電容值大小可以影響蜂鳴器響度和音調(diào)。在蜂鳴器兩端并聯(lián)一個(gè)發(fā)光二極管可以使報(bào)警時(shí)燈光亮起一段時(shí)間，起到報(bào)警燈光的作用。放大器：放大器注意負(fù)電源接法，用信號源測試。用示波器觀察輸入輸出波形，通過調(diào)節(jié)電位器，使輸入峰峰值為40mV(擊掌時(shí)麥克輸出峰峰值)輸出電壓峰峰值大約10V.。不允許出現(xiàn)嚴(yán)重失

12、真，否則會影響電路正常報(bào)警。方波振蕩器：用直流電壓源測試方波輸出，改變電阻與電容值使輸出方波頻率適當(dāng)。7、 故障及問題分析1、將電路總體接通后擊掌，蜂鳴器沒有反應(yīng)。原因可能放大電路放大倍數(shù)過小不足以使電壓比較器電平翻轉(zhuǎn)。應(yīng)重新測試調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，注意不能出現(xiàn)嚴(yán)重失真。2.報(bào)警時(shí)長不適當(dāng)。報(bào)警時(shí)長過短則有可能為比較電壓過大，應(yīng)改變分壓電阻?？赡転榉糯蟊稊?shù)過小，應(yīng)調(diào)節(jié)電位器?？赡苎訒r(shí)電路參數(shù)不適當(dāng)，應(yīng)調(diào)節(jié)。3.蜂鳴器叫聲過?。焊淖兎澍Q器的輸出電容可以調(diào)節(jié)蜂鳴器鳴叫的響度與音調(diào)。8、 心得體會 本次實(shí)驗(yàn)是綜合類實(shí)驗(yàn)，是電子電路實(shí)驗(yàn)從單功能電路到綜合電路的轉(zhuǎn)折。不僅考驗(yàn)了我們電子電路課程理論知識，更加鍛

13、煉了我們實(shí)際動手搭建電路的能力。不僅在調(diào)測放大電路，比較電路等單個(gè)電路塊時(shí)需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，在電路拼接后的一系列問題中也需要我們有思考問題和解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)前通過大量查找資料，相互交流，分析電路功能，在仿真軟件中搭建電路仿真工具可以使我們在動手搭建電路時(shí)有可靠清楚的實(shí)驗(yàn)思路。在電路出現(xiàn)故障時(shí)，我們要冷靜思考，不慌不忙，通過查閱資料，相互交流來解決問題。本次實(shí)驗(yàn)的電路比較復(fù)雜，在實(shí)驗(yàn)前我需要提前規(guī)劃好面包板的使用，這鍛煉了我的布局策劃能力。在實(shí)踐中提高我們的知識水平和動手能力。9、 Multisim 仿真原理圖 波形圖（1） 仿真及測試如圖所示：因駐極體麥克沒有被引進(jìn)multisim軟件，所以用信號發(fā)生器進(jìn)行模擬。正弦波峰峰值約為麥克直流偏置的輸出。（二）信號源（3） 放大倍數(shù)放大器脈沖的輸入與輸出波形。放大倍數(shù)約為100倍。(四)電比較器輸出電壓（5） 方波振蕩器輸出信號：十、所用元器件及測試儀表