聲控報(bào)警器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、-. z.實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子測量與電子電路綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：聲控報(bào)警電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)生：_*_ 學(xué)生*：_*_所屬班級：_*_班內(nèi)序號：_*_所屬學(xué)院：_電子工程學(xué)院_電子測量與電子電路綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2016年4月摘要我們生活中最常見的聲控電路就是樓道里的聲控節(jié)能燈。用聲響是它點(diǎn)亮，然后延時熄滅。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)雖為聲控報(bào)警電路，但其原理與其它聲控電路相似。由于聲控報(bào)警器體積小，靈敏度高具有很強(qiáng)的隱蔽性和*性，因此在防盜、戒備等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)也受到廣闊用戶和專業(yè)人士的歡送。以此電路為依據(jù)，只需更換相應(yīng)的報(bào)警顯示元件即可改裝成不同類型的報(bào)警器，

2、如紅外報(bào)警器,紅外線聲先報(bào)警器等。本課程主要進(jìn)展了簡易的聲控報(bào)警器的電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了報(bào)警功能。本設(shè)計(jì)利用麥克風(fēng)模擬異常響動,信號經(jīng)過運(yùn)算放大器LM358放大，再經(jīng)過延時電路進(jìn)展延時，隨后通過比擬器輸出，輸出的直流經(jīng)過方波振蕩器產(chǎn)生一個方波使蜂鳴器工作。關(guān)鍵詞：LM358，延時電路，比擬器，方波振蕩器。二設(shè)計(jì)任務(wù)要求1.根本要求：在麥克風(fēng)近處擊掌模擬異常響動，電路能發(fā)出報(bào)警聲，持續(xù)時間大于5秒。聲音傳感器用駐極體式咪頭，蜂鳴器用無源壓電式蜂鳴器。 2.提高要求： A：增加報(bào)警燈，使其閃爍報(bào)警。 B：增加輸出功率，提高報(bào)警音量，加強(qiáng)威懾力。三.設(shè)計(jì)思路及總體構(gòu)造框圖總體構(gòu)造框圖延時電路麥克蜂鳴器方

3、波振蕩器比擬器放大器延時電路麥克蜂鳴器方波振蕩器比擬器放大器設(shè)計(jì)思路在麥克風(fēng)近處擊掌模擬異常響動，將聲信號轉(zhuǎn)化為交流電信號，此交流電信號經(jīng)過LM358集成運(yùn)放放大，放大的信號經(jīng)過RC延時電路使其放大輸出的高電位能夠維持一段時間，隨后經(jīng)過一個比擬器使輸出的電位高于*一值時能夠被輸送給至方波振蕩器，此時方波振蕩器承受的是一個直流，此直流使其起振，輸出一個方波，此時可以再加一級LM358集成運(yùn)放把方波放大，再輸送給蜂鳴器使其工作，到達(dá)報(bào)警的效果。分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)駐極體麥克電路設(shè)計(jì)參數(shù)分析：麥克風(fēng)中的場效應(yīng)管的UDS一般在1.5V4.5V之間，而IDS一般在0.1mA1mA之間。假設(shè)供電電壓V

4、CC在6V8V時，可知RD約在2.2K5.1K之間。實(shí)驗(yàn)電路可預(yù)取2.8K。C為隔直電容，可采用22uF的電解電容。2、兩級放大電路的設(shè)計(jì)及其輸出波形仿真電路：輸出波形：參數(shù)分析:由于LM358內(nèi)集成運(yùn)放放大倍數(shù)有限，過大的倍數(shù)會引起波形的失真，所以我通過兩級放大實(shí)現(xiàn)功能。前置放大兩級都采用反相比例電路完成。第一級和第二級放大都通過一個可變電阻實(shí)現(xiàn)負(fù)反應(yīng)來調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，放大倍數(shù)表達(dá)是Av=Rf /R1R1為信號輸入端的限流電阻經(jīng)過實(shí)際電路的調(diào)試，第一級放大20倍左右為最正確，第二級放大20倍。第一級放大設(shè)置電阻為2k和40k，第二級放大設(shè)置電阻為2k和40k，兩級共放大了400倍左右，可以滿足

5、電路需求。3、電壓比擬器及其輸出波形仿真電路：輸出波形：設(shè)置一個電位器來調(diào)節(jié)閾值電壓，電路中采用的是無滯回同相電壓比擬器，假設(shè)直流偏置設(shè)置為5V，則閾值電壓應(yīng)調(diào)節(jié)在0.1974V左右。RC延時單元仿真電路:輸出波形：用開關(guān)來控制信號輸入，開關(guān)閉合時信號輸入，電容迅速充電，開關(guān)斷開電容緩慢放電，通過電容的快充慢放到達(dá)延時效果方波振蕩單元仿真電路:輸出波形：向方波振蕩器輸入高電平，輸出方波。經(jīng)過CD4011組成的振蕩器，便可將高電平轉(zhuǎn)化成方波輸入蜂鳴器，使蜂鳴器發(fā)聲。參數(shù)分析：門3和門4組成了振蕩器，它能不能振蕩要受到門2的輸出電平控制。當(dāng)門2輸出為低電平0時，門3有一個輸入端為0，它的輸出端電位

6、就被鎖定在高電平1上，門4的輸出就是低電平0，不會跟隨門3另一個輸入端E的變化而改變了。這就是說，門3和門4組成的多諧振蕩器不能產(chǎn)生振蕩，從而使蜂鳴器也不發(fā)聲。只有當(dāng)門2輸出高電平1時，振蕩器產(chǎn)生自激振蕩，蜂鳴器發(fā)出聲響。6、總電路圖所實(shí)現(xiàn)的功能說明1.根本功能：在麥克風(fēng)近處擊掌，蜂鳴器能發(fā)出警報(bào)聲，能夠持續(xù)8秒鐘時間。2.擴(kuò)展功能：設(shè)置了LED燈，在報(bào)警的同時會發(fā)出紅色的燈光警告。并且在輸出去局部附加以及放大以增大輸出功率。在方波振蕩器后面接入一個由LM358構(gòu)成的放大輸出級，進(jìn)展同向放大，實(shí)現(xiàn)功率的增大。3.主要測試數(shù)據(jù)：輸入端接入方波信號電壓幅度：200mV頻率：1kHz比擬器參考電壓：

7、4.5V比擬器輸出高電平：8V比擬器輸出低電平：-0.7V方波輸出幅度：7V報(bào)警時長：8s4.調(diào)試方法和過程：1.面包板按照仿真原理圖事先搭建好，到了實(shí)驗(yàn)室以后檢查布線是否合理，電路搭建有無錯誤。2.逐級接上示波器觀察波形并調(diào)測，消除直流偏置及自激現(xiàn)象。3.先不接入駐極體麥克，用函數(shù)發(fā)生器驅(qū)動蜂鳴器，看其是否正常發(fā)聲。4.接入駐極體麥克，擊掌，看其是否正常發(fā)聲，調(diào)節(jié)放大電路電位器以增強(qiáng)電路靈敏度，并調(diào)節(jié)RC電路的阻值和電容值，使蜂鳴器持續(xù)發(fā)聲超過5秒。5.實(shí)際電路圖：故障及問題分析問題檢驗(yàn)方法步驟：首先檢查電路連接，是否有無斷點(diǎn)或可以點(diǎn)；用萬用表測試所有線路，確保都為正常電路；調(diào)節(jié)電源為6伏，

8、用萬用表測試電壓，保證電壓正常能使芯片工作；正確連接電路，接上駐極體麥克，擊掌看是否報(bào)警，報(bào)警為發(fā)聲和發(fā)光，如果發(fā)光二極管不亮并且蜂鳴器不響，說明比擬器之前的電路存在問題。如果發(fā)光二極管亮而蜂鳴器不響，說明方波振蕩器存在問題，可以用示波器去檢測方波振蕩器的輸出波形。故障分析：兩級放大的輸出失真嚴(yán)重:在調(diào)試兩級放大的過程中，發(fā)現(xiàn)輸出電壓失真嚴(yán)重，分析原因是阻容耦合的不適當(dāng)，在調(diào)節(jié)級聯(lián)之間電阻和電容的匹配之后，兩級放大輸出波形得以恢復(fù)。同時發(fā)現(xiàn)有些元件是多余的，甚至?xí)蟹醋饔茫陔娐分幸恍]有必要的電容反而會影響電路的性能，從而導(dǎo)致一些失真。電容使用不當(dāng)，造成電路自激，接通電源就會報(bào)警，但是與正常

9、的報(bào)警聲存在區(qū)別，頻率較低，經(jīng)歷證和調(diào)試，調(diào)節(jié)耦合電容或者去掉一些不必要的電容保證電路穩(wěn)定性的前提下，電路能夠正常工作延時電路的選擇上，剛開場延時電路是加在方波振蕩器的前端，發(fā)現(xiàn)電路的延時功能不是特別好，對方波振蕩器也有影響。之后調(diào)試放在比擬器的輸入前端，調(diào)節(jié)RC之間的大小，來改變時間常數(shù)，從而控制延時時長。在電路實(shí)現(xiàn)的過程中，通過RC之后的比擬器輸入應(yīng)該是直流高電平，出現(xiàn)發(fā)光二極管亮，但是蜂鳴器不響的情況時，說明方波振蕩器沒有發(fā)生振蕩。蜂鳴器的聲音不是特別響，但是方波振蕩器的輸出電壓有5V，通過一個耦合電容使其與蜂鳴器匹配，效果比之前要好，再通過一級放大器使其功率得到提高。七總結(jié)和結(jié)論實(shí)驗(yàn)總

10、結(jié)：通過這次實(shí)驗(yàn)，我對駐極體麥克以及延時電路和方波振蕩器有了更深的了解，對模擬電路設(shè)計(jì)過程和方法有了根本的了解和認(rèn)識，學(xué)習(xí)和加強(qiáng)了multisim的使用，對知識點(diǎn)有了更深的理解。同時在上學(xué)期的根本實(shí)驗(yàn)的根底上，去實(shí)現(xiàn)一個多模塊化的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)對自身的協(xié)調(diào)解決問題能力是個很好的鍛煉。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)雖然原理和構(gòu)造不難，但是在調(diào)試的過程中還是有很多問題暴露出來，這要求我們不僅僅停留在課本的知識上，還需要去拓展知識，耐心的尋找和改正錯誤，使我們解決問題的能力得到很大的提高。在實(shí)驗(yàn)的過程中，必須特別嚴(yán)謹(jǐn)，尤其是在模電實(shí)驗(yàn)中，可能讀數(shù)的一點(diǎn)點(diǎn)誤差都會很難得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，所以在模電實(shí)驗(yàn)中，我們必須認(rèn)真對

11、待實(shí)驗(yàn)的每一個步驟，來不得半點(diǎn)馬虎，而這種精神不僅是在實(shí)驗(yàn)中，在我們以后的工作中都是很重要的。實(shí)驗(yàn)元件與儀器資料8.1駐極體式咪頭駐極體咪頭簡介駐極體話筒具有體積小、構(gòu)造簡單、電聲性能好、價格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。極性判斷它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出有三根引出線，漏極D接電源正極，源極S經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容作信號輸出；漏極輸出有兩根引出線，漏極D經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號輸出，源極S

12、直接接地。所以，在使用駐極體話筒之前首先要對其進(jìn)展極性的判別。在場效應(yīng)管的柵極與源極之間接有一只二極管，因而可利用二極管的正反向電阻特性來判別駐極體話筒的漏極D和源極S。將萬用表撥至R1k檔，黑表筆接任一極，紅表筆接另一極。再對調(diào)兩表筆，比擬兩次測量結(jié)果，阻值較小時，黑表筆接的是源極，紅表筆接的是漏極。靈敏度檢測在收錄機(jī)、機(jī)等電器中廣泛應(yīng)用的駐極體話筒，其靈敏度直接影響送話和錄放效果。這類話筒靈敏度的上下可用萬用表進(jìn)展簡單測試。將萬用表撥至R100檔，兩表筆分別接話筒兩電極注意不能錯接到話筒的接地極，待萬用表顯示一定讀數(shù)后，用嘴對準(zhǔn)話筒輕輕吹氣吹氣速度慢而均勻，邊吹氣邊觀察表針的擺動幅度。吹氣

13、瞬間表針擺動幅度越大，話筒靈敏度就越高，送話、錄音效果就越好。假設(shè)擺動幅度不大微動或根本不擺動，說明此話筒性能差，不宜應(yīng)用。對于三根引腳駐極體電容式話筒檢測方法同上，只是黑表棒接輸出引腳2腳，紅表棒接引腳3腳。電路接法接法1：源極輸出源極輸出類似晶體三極管的射極輸出。需用三根引出線。漏極D接電源正極。源極S與地之間接一電阻Rs來提供源極電壓，信號由源極經(jīng)電容C輸出。編織線接地起屏蔽作用。源極輸出的輸出阻抗小于2k，電路比擬穩(wěn)定，動態(tài)*圍大。但輸出信號比漏極輸出小。接法2：漏極輸出漏極輸出類似晶體三極管的共發(fā)射極放入。只需兩根引出線。漏極D與電源正極間接一漏極電阻RD，信號由漏極D經(jīng)電容C輸出。

14、源極S與編織線一起接地。漏極輸出有電壓增益，因而話筒靈敏度比源極輸出時要高，但電路動態(tài)*圍略小。8.2集成運(yùn)放芯片LM3588.2.1 LM358引腳圖8.2.2 LM358簡介LM358是雙運(yùn)算放大器。內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓*圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。6.2.3 LM358特性直流電壓增益高(約100dB) 。單位增益頻帶寬(約1MHz) 。電源電壓*圍寬：單電源(330V)；雙電源(1.5一15V) 。低功耗電流，適合于電池供電。低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。共模輸入電壓*圍寬，包括接地。差模輸入電壓*圍寬，等于電源電壓*圍。

15、輸出電壓擺幅大0至Vcc-1.5V) 。8.2.4 LM358參數(shù)輸入偏置電流45 nA 輸入失調(diào)電流50 nA 輸入失調(diào)電壓2.9mV 輸入共模電壓最大值VCC1.5 V 共模抑制比80dB 電源抑制比100dB8.3與非門芯片CD40011 8.3.1 CD4011芯片引腳圖CD4011是集成了四個與非門的芯片，即可采用單電源供電，又可采用雙電源供電。8.3無源式蜂鳴器與發(fā)光二極管無源蜂鳴器無源蜂鳴器內(nèi)部沒有自帶的振蕩源，需要由前級輸出的頻率在2K-5K的方波來驅(qū)動。試驗(yàn)中加一晶體管放大再接蜂鳴器增加蜂鳴器的輸入功率，以保證更好的實(shí)驗(yàn)效果。發(fā)光二極管它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成

16、光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。限流電阻R可用下式計(jì)算：R=EUF/IF。式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的正常工作電

17、流。發(fā)光二極管的核心局部是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在*些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時即兩端加上正向電壓，電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。8.5實(shí)驗(yàn)儀器試驗(yàn)所使用的測量和輔助儀器主要包括：萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、DSO-*2022A示波器、SS1793D直流穩(wěn)定電源。以下根絕個人實(shí)驗(yàn)列出幾點(diǎn)注意：萬用表測電阻不可以在電路中測量，需要單獨(dú)取出測量。函數(shù)信號發(fā)生器和直流穩(wěn)壓電源別忘OUTPUT。示波器一定要注意接地，否則將出現(xiàn)