聲控燈開關電子課程設計

1、電 子 技 術 課 程 設 計 報 告 書 課程設計報題目：聲控燈開關班級：B110414姓名：楊鵬08 趙家柱09 李團結11日期：2013年12月第一章 系統(tǒng)概述。4第二章 單元電路設計與分析。5第三章 電路的安裝與調試。12總結。13參考文獻。16附錄。14第 11 頁 共 11 頁題目聲控燈開關1設計的目的和任務：1、鞏固加深對模擬電子技術基礎知識的理解，提高綜合運用所學知識的能力，培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力。2、通過查找資料、選方案、設計電路、仿真或調試、寫報告等環(huán)節(jié)的訓練，熟悉設計過程、步驟。為今后從事電子線路的設計、研制電子產(chǎn)品打下良好的基礎。3、作為電力電子技術的入門

2、，學習晶閘管的應用。4、設計模擬和數(shù)字電子混合電路，實現(xiàn)特定功能。學習這一技能，積累這方面的經(jīng)驗。2設計要求：1、設計辦公大樓、寫字樓或居民住宅樓內(nèi)應用的聲光控燈開關。2、在白天照度較高時，即樓道內(nèi)光線充足時本開關不啟動，燈熄滅。3、夜晚樓道內(nèi)光線較差時，若樓道內(nèi)充分安靜（無人行動時），燈泡不啟動。4、若在光線較差的樓道內(nèi)有人發(fā)出聲響，就啟動該裝置使燈泡點亮。5、畫出電路圖 （1）用protel繪制電路圖（2）布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于看圖、有利于對圖的理解和閱讀。（3）圖形符號要標準，圖中應加適當?shù)臉俗ⅰ?總體框圖設計根據(jù)技術要求，此聲控燈開關可由以下幾個單元組成：感光檢音延時反相反

3、相、放大整形控制門電子開關燈圖1整體框圖4功能設計圖2 聲光控制電路圖根據(jù)圖2電路，原理如下：由四個二極管組成的橋式整流電路將輸入電路的220v50hz交流電壓變換成脈動直流。該脈動直流電壓一路由R3和R1、C3分壓并濾波后得到傳感及邏輯控制電路所用的電壓VCC；另一路接到晶閘管BT169的陽極。當BT169的控制極（柵極）為高電平且輸入的交流信號Vi=COS（wt+）處于正半周期時，電流由D2地D4燈流過而將燈點亮。當Vi處于負半周期時，電流由燈D3地D1而將燈點亮。當BT169的控制極為低電平時，晶閘管截止，此時不會產(chǎn)生驅動燈的電流，此時燈是熄滅的。由此可見，燈的亮滅是由晶閘管的控制極電平

4、決定的。因此，關鍵的問題是如何控制其柵極電平的高低。有光時燈滅；無光無聲時燈滅；無光有聲時燈亮。參見圖2，對光敏電阻RW而言，當有光時，RW<2k，此時HD14011的1腳亦即第一個與非門的一個輸入端為低電平（地），所以3腳為高電平、4腳為低電平，10腳為高電平，11腳為低電平（后文設上述由左至右四個與非門的輸出分別為A,B,C,D），則此時晶閘管截止，燈泡是暗的。相反，如果無光時，RW>2M，此時HD14011的1腳是高電平，此時第一個與非門的輸出取決于2腳的狀態(tài)，而2腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定，當沒有聲音時，2腳為低電平，因此A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此

5、時晶閘管截止，燈泡為暗。當有聲音產(chǎn)生時，在麥克兩端產(chǎn)生一個交流信號，經(jīng)過電容而將2腳置成高電平，此時A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導通，燈泡點亮，同時由于B點為高電平，可對電容C2充電，這樣，當聲音消失之后，由于C2和R7的存在，使C點維持在低電平直到C2放電結束，在此過程中，燈泡將會一直保持在亮的狀態(tài)直至此過程結束。4.1 VCC值的確定可由R3、R1的分壓作用將家用電壓經(jīng)整流后所得電壓Vo=2201.414=311V輸入電壓的表達式為：Vcc=R1*Vo/(R1+R3) 算得Vcc=5V4.2 延時的確定 圖3 延時電路部分由R7、C2組成延時電路，要求延

6、時為1min，與非門工作高低電平為3.4V,0.3V延時T計算公式：t=R7C2ln（Vt+/Vt-） 算得R7=1.1M C2=22uf4.3 與非門的高低電平的輸入確定NPN的參數(shù)為：=50Vce(sat)=0.3V Vbe=0.7V如果無光時，RW>2M，與非門有一腳是高電平，此時第一個與非門的輸出取決于另腳的狀態(tài)，此腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定。當沒有聲音時：燈不亮，要求第一個與非門的一腳為低電平，即使三極管工作在飽和區(qū)滿足條件，且輸出的電壓為0.3V。此時A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時晶閘管截止，燈泡為暗。由三極管的工作參數(shù)得： Ibs=（Vcc-Vce）

7、/R5=0.18uAIb=（Vcc-Vbe）/R2 =1.4uA 在飽和工作區(qū)不滿足Ic=Ib 且Ib>Ibs 令Ib=10Ibs 由此可得R8=510K R2=47k當有聲音時：燈亮，要求第一個與非門的一腳為高電平，三極管工作在放大區(qū)且輸出高電平3.4V。在麥克兩端產(chǎn)生一個交流信號，經(jīng)過電容而將腳置成高電平，此時A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導通，燈泡點亮。R=R2/R4 算得R=21.4I=Ib+Vce/R 算得I=12.2mA滿足聲音傳感器的額定電流I=12.2mA，電壓112V。 圖4等效圖4.4 整流電路設計整流電路有單相橋式整流電路，單相半波

8、整流電路，單相全波整流電路等。本系統(tǒng)選用單相橋式整流電路。單相橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，其電路如圖5所示。在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電性。根據(jù)圖5的電路圖可知： 當負半周時二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當正半周時二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖5。 圖5 整流電路及波形圖4.5 電容濾波電路濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯(lián)在負

9、載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L 應與負載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質量。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等。本系統(tǒng)設計在單相橋式整流電路直接接并聯(lián)電容構成電容濾波電路，經(jīng)過此電容濾波電路濾去整流輸出電壓的紋波。電容濾波電路如圖6所示濾波原理：若電路處于正半周，二極管D2、D4導通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦形。所以，在t1到t2時刻，二極管導電，充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關斷，vC

10、=vL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。 圖6 電容濾波電路 圖7 電容濾波過程當放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移， t2點要左移，二極管關斷時加長，導通角減小，見圖7中的曲線；反之， RLC減少時，導通角增加。顯然當RL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖7中的曲線。反之，當L很大，即IL很小時，盡管C較小, RLC仍很大，電容濾波的效果也很好，見圖7中的曲線。4.6 晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理分析：晶閘管可用兩個不同極性（P-N-P和N-P-N）晶體管來模擬，如圖G1所示。當晶閘管的柵極懸空時，BG1和BG2都處于截止狀態(tài)，此時電路基本上沒有電流流過負載電阻RL，當

11、柵極輸入一個正脈沖電壓時BG2道通，使BG1的基極電位下降，BG1因此開始道通，BG1的道通使得BG2的基極電位進一步升高，BG1的基極電位進一步下降，經(jīng)過這一個正反饋過程使BG1和BG2進入飽和道通狀態(tài)。電路很快從截止狀態(tài)進入道通狀態(tài)，這時柵極就算沒有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將保持道通狀態(tài)不變。如果此時在陽極和陰極加上反向電壓，由于BG1和BG2均處于反向偏置狀態(tài)所以電路很快截止，另外如果加大負載電阻RL的阻值使電路電流減少BG1和BG2的基電流也將減少，當減少到某一個值時由于電路的正反饋作用，電路將很快從道通狀態(tài)翻轉為截止狀態(tài)，我們稱這個電流為維持電流。在實際應用中，我們可通過一個開關

12、來短路晶閘管的陽極和陰極從而達到晶閘管的關斷。等效圖如下：等效圖圖8 晶閘管的工作原理圖5 總原理圖根據(jù)上面各參數(shù)的計算，可得出實現(xiàn)此聲控開關的原理總圖如下：圖圖9 總原理圖6調試調試時要用到萬用表測量各個點位上的電壓值，先將光敏電阻的光檔住，將AB分別接在電燈的開關上，用手輕拍聲音傳感器，這時燈應該亮。若用光照射光敏電阻，再用手輕拍聲音傳感器，這時燈應該不亮。說明光敏電阻完好，這時表示制作成功。若調試不成功，要先將焊好的電路板對照電路圖檢查一遍。不要有錯焊、漏焊、短路等現(xiàn)象。若沒有上訴現(xiàn)象，用電壓表測試個點的電壓值，若與理論值出入太大則可能是元器件問題，可能被燒壞或內(nèi)部短路等。7 元器件清單

13、序號元器件名稱型號位號數(shù)量1芯片CD401112噪聲傳感器HTDLs13二極管IN4007D1D554光敏電阻隨光度變化RG15電阻120KR116電阻47R217電阻47KR318電阻2.2MR419電阻1MR5110電阻10KR6111電阻470KR7112電阻5.1MR8113極性電容10ufC2C3314電容0.1ufC1115燈泡220V/100W116晶閘管SCRQ118 總結經(jīng)過這為期兩周的電子技術課程設計，在設計“聲控開關”的過程中，我終于知道了在做這樣的一個課程設計的時候，應該從什么地方著手，應該怎樣構造自己的思路，怎樣利用已學知識來實現(xiàn)自己的設計方案，并通過不斷地查找資料來

14、實現(xiàn)它的功能。在此過程中，不但讓我體會到設計的繁瑣與艱辛，同時也讓我更好地鞏固了以前所學的知識。以前我一直這樣認為，我們只要學好課本的專業(yè)知識就行，但我們并不一定要知道如何利用利用課本知識來完成某些設計，并實現(xiàn)它的功能。而通過這次的課程設計讓我大大改變了自己以前錯誤的想法。雖然這段時間臨近期末考試，讓我感到時間非常的緊迫，人也很疲憊，但當我通過自己的努力，去圖書館找資料，上網(wǎng)參考其他人的設計程序和同學共同來完成設計的那一刻，所有的緊張，所有的疲憊都忘記了。我想這就是所說的成就感吧！也讓我深刻的體會到了“在設計中我們會鞏固很多知識、學到很多知識”。在電子技術的設計過程中，我也遇到了一些困難和迷惑。但是通過不斷努力，和同學克服了一個又一個的問題，保證了設計作業(yè)的順利進行。這次我不但收獲了努力的成果“聲控開關”，還從中充分感受到了“只要功夫深，鐵杵磨成針”。并堅信再難的困難我們也會努力去克