微型太陽能收音機

廣西大學電氣工程學院2013屆本科電子技術課程設計題目：微型太陽能收音機姓名：陳培銘學號：1302120224指導教師：梁冰紅2015年11月

電子課程課程設計評審表學生姓名陳培銘專業(yè)自動化年級13級學號1302120224設計題目微型太陽能收音機評價內(nèi)容評價指標評分權值評定成績業(yè)務水平有扎實的基礎理論知識和專業(yè)知識；能正確設計實驗方案（或正確建立數(shù)學模型、機械結構方案）；獨立進行實驗工作；能運用所學知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題；能正確處理實驗數(shù)據(jù)；能對課題進行理論分析，得出有價值的結論40論文（設計說明書、圖紙）質(zhì)量綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學；文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結果有應用價值；圖紙繪制符合國家標準，質(zhì)量符合要求；計算及測試結果準確；工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進或突破，或有獨特見解40工作量、工作態(tài)度按期完成規(guī)定的任務，工作量飽滿，難度較大；工作努力，遵守紀律；工作作風嚴謹務實20合計100指導教師評語PAGEPAGE8微型太陽能收音機設計1設計任務與要求1.1基本功能①設計一個微型太陽能收音機，可以通過磁性天線接收外界電波，再通過耳塞機使人可以收聽到電臺，從而達到收音機的效果。②收音機具有音量調(diào)節(jié)功能和調(diào)頻功能，可以改變音量大小和頻道。③用太陽能電池板進行供電，在室外可以不用其他電源進行供電。1.2擴展功能考慮到在室內(nèi)太陽光照不足，太陽能電池板無法提供足夠的電壓，收音機不能正常供電，因此，在原本電路基礎上加一外置電源，用雙控開關進行控制，在室內(nèi)可以切換到電池模式。2設計原理太陽能收音機總體框圖如圖1所示，無線電波被磁性天線L1接受后，由磁性天線L1與可變電容器C1組成的調(diào)諧回路選出所需要的電臺信號，送入集成電路IC進行高頻放大和檢波，輸出的音頻信號再經(jīng)VT1，音頻電流放大后，驅(qū)動8Ω耳機發(fā)聲。圖1太陽能收音機總體框架圖3電路設計3.1諧振回路諧振回路由電感L1和電容C1組成，L1作為磁性天線可以接收外界電波需自己繞制，具體的繞制方法是：用φ0.35mm單股高強度漆包線，在φ10mm×100mm的中波專用磁棒上單層密繞100圈左右。繞制時注意，為使線圈不散脫，應用快膠布起始處和結束處粘固住。電容C1采用的是老式收音機雙聯(lián)可變電容器CBM-223P可調(diào)電容器，其調(diào)節(jié)范圍是59.2pf/141.6pf。3.2高放檢波電路A（型號為YS414）是一種直接放大檢波式收音機專用集成電路，它采用TO-92型塑封包裝，其包裝形式與普通9014型塑封小功率晶體三極管完全相同，外形和引腳排列如圖2（a）所示。各引腳功能：G腳為公共接地端，I腳為輸入端，O腳為輸出端。YS414型集成電路內(nèi)部由9只三極管、16只電阻器和4個電容器組成，功能包括一級高阻輸入緩沖、三級高頻放大和一級檢波，其內(nèi)部電路框圖如圖2（b）所示。YS414集成電路具有輸入阻抗高、增益大、耗電省、外圍元件少、電路無需調(diào)試等特點，非常適用于微型簡易收音機。其主要特點：工作電壓低，在1.3～1.5V就能滿意正常工作；耗電省，無信號時工作電流僅為0.4mA左右；工作頻帶寬，可達150～3000kHz；放大能力強，功率增益可達72dB，自動增益控制范圍可達20dB。跟YS414內(nèi)部電路和功能、但生產(chǎn)廠家不同的這類集成電路還有：D7642、TA7642、CTC7642、YS7642、BS414、MK-484、2N414型等，都可以直接互換使用。圖2YS414引腳及內(nèi)部圖3.3射隨電路由于IC(YS414)要求負載為高阻抗，因此由晶體管VTl構成射極跟隨器進行阻抗變換，將8Ω耳機的阻抗變換為數(shù)百歐，以適應YS414的要求。R3是其偏置電阻，調(diào)節(jié)R3的阻值可調(diào)整VT1的工作點。3.4整機電路1根據(jù)電路的復雜程度，太陽能收音機可以分為簡單電路和復雜電路兩種，下面將分別進行介紹：①簡單電路：②復雜電路：工作原理：當有太陽強光（或燈光）照射到太陽能電池板BP上時，BP表面即發(fā)生光伏效應，其兩端輸出功率的電能，供收音機電路工作。磁性天線L和可變電容器C1組成調(diào)諧回路，這是一個并聯(lián)諧振電路，調(diào)節(jié)C1可改變諧振頻率，起到選擇所要接收電臺信號的作用。磁性天線L采用了中波專用磁棒，具有較高的靈敏度，可不用外接天線，并且在接受電臺時有的方向性。A具有極高的輸入阻抗，調(diào)諧回路可直接接在A的輸入端I和通過C2入地，而不必象大多數(shù)收音機那樣經(jīng)次級線圈耦合輸入。被送入A的電臺信號，經(jīng)A內(nèi)部電路進行多級高頻放大和檢波后，從其O腳輸出音頻電信號。R1是A的輸入級偏流電阻器，它通過A的輸出負載電阻器R2接BP正極，可使A具有自動增益（AGC）控制能力。收音機接收到的信號較強，A的工作電流就會增加，在R2上的電壓降也隨之加大，使得A的工作電壓下降，內(nèi)部電路增益亦下降，導致A輸出信號減小，這樣就完成了自動增益控制作用。R2偏大時，AGC控制作用太強，會使電路增益明顯降低；R2偏小時，AGC控制作用太弱，會使電路產(chǎn)生自激嘯叫聲。C3為高頻旁路電容器，它能濾除檢波信號中所包含的高頻成分；C3選取合適的容量，不僅可獲得的音質(zhì)，而且還可獲得較佳的自動增益控制特性。由A的O腳輸出的音頻信號，通過耦合電容器C4送到電位器RP進行音量調(diào)節(jié)，然后再通過耦合電容器C5送到VT1、VT2構成的低頻放大電路進行功率放大，最后推動8Ω耳塞機放音。VT1構成前置放大器，它對音頻信號進行電壓放大。VT2構成射極跟隨器，將插孔XS內(nèi)所接8Ω耳塞機的阻抗變換為VT2電流放大系數(shù)的β倍（即β×8Ω），以解決VT1所輸出的高阻抗不與8Ω耳塞機直接相匹配的問題；射極跟隨器具有電流放大作用，可使耳塞機聲音更為響亮。R3是VT1的直流偏置電阻器，VT2的基極直接與VT1的集電極相連，調(diào)節(jié)R3阻值可VT1和VT2的工作點；R4為VT1的發(fā)射極電流負反饋電阻器，其作用是進一步穩(wěn)定VT1和VT2的工作點。4元器件的選擇及功能介紹4.1電解電容如圖1所示為電解電容，在安裝電解電容時要求電容的管腳長度要適中，要正確判斷管腳的正，負極，否則不能完成實現(xiàn)收音功能。并且電解電容要緊貼電路板立式安裝焊接，太高就會影響后蓋的安裝。作用：①隔直流：作用是阻止直流通過而讓交流通過。旁路（去耦）：為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。耦合：作為兩個電路之間的連接，允許交流信號通過并傳輸?shù)较乱患夒娐?。②濾波：將整流以后的鋸齒波變?yōu)槠交拿}動波，接近于直流。儲能：儲存電能，用于必須要的時候釋放。C4、C5均用CD11-10型電解電容器。4.2瓷片電容瓷片電容和電解電容一樣，要求其管腳的長度要合適。在焊接瓷片電容時不必考慮它的正負極性。MLCC(1類)—微型化,高頻化,超低損耗,低ESR,高穩(wěn)定,高耐壓,高絕緣,高可靠,無極性,低容值,低成本,耐高溫.主要應用于高頻電路中.MLCC(2類)—微型化,高比容,中高壓,無極性,高可靠,耐高溫,低ESR,低成本.主要應用于中,低頻電路中作隔直,耦合,旁路和濾波等電容器使用。C2、C3和C6均用CT1型瓷介電容器。4.3太陽能電池板BP采用尺寸約為110mm×100mm、開路電壓≥2V、短路電流≥8mA的成品太陽能電池板。這種太陽能電池板采用單晶硅片工藝制作而成，光電轉換效率穩(wěn)定，已被廣泛應用于計算器等弱電流電器中。太陽能電池板的功率輸出能力與其面積大小密切相關，面積越大，在光照條件下的輸出功率也越大。太陽能電池板的優(yōu)劣主要由開路電壓和短路電流這兩項指標來衡量。業(yè)余測試方法是：將太陽能電池板放在太陽光直射的環(huán)境下，用萬用表測出兩端輸出電壓，認為是開路電壓；再將萬用表直接跨接在太陽能電池板兩端測出輸出電流，即認為是短路電流。如果一時購買不到太陽能電池板，可用三塊尺寸為10mm×5mm、開路電壓0.5～0.6V、短路電流≥9mA的2CR32型硅光電池串聯(lián)后代替。4.4三極管晶體三極管具有電流放大作用，其實質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號“β”表示。電流放大倍數(shù)對于某一只三極管來說是一個定值，但隨著三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變。晶體管VT1、VT2均用9014或3DG8型硅NPN小功率低噪三極管，要求VT1的電流放大系數(shù)β值在40～150、VT2的β值在20～60。4.5磁棒及線圈磁棒的材料一般是鐵氧體，因為它的導磁率較高，比其他的金屬導磁率高.磁棒的長度以及線圈的匝數(shù)要和可調(diào)電容容量匹配，也就是說要保證統(tǒng)調(diào)的要求才行。磁棒長相應線圈匝數(shù)就要減少，一般說來長磁棒的接收能力要好于短磁棒。凡是收音機工作原理和過程都是一樣的，目的是收音，有中波、短波、調(diào)頻電臺、有的帶電視伴音的。都是由磁性天線接收來各臺的高頻信號，有磁棒天線上的線圈、也是高頻變壓器耦合到第一級放大器放大，混頻，然后由可調(diào)電容調(diào)節(jié)選出我們要聽的某一電臺信號，經(jīng)過本機振蕩器選出差頻，就是中頻信號進行中頻放大，檢波，然后低頻放大，再經(jīng)過功率放大，推動揚聲器或耳機放音。本設計采用φ0.35mm單股高強度漆包線，磁棒采用φ10mm×100mm的中波專用磁棒。4.6其他元件C1選用5～200PF超小型密封可變電容器；R1～R5采用RTX-1/8W型碳膜電阻器。RP選用WH15-1A型不帶開關的小型合成碳膜電位器。XS選用CKX2-3.5型（φ3.5mm口徑）耳塞式耳機常用的兩芯插孔。耳機采用帶有CSX2-3.5型（φ3.5mm）兩芯插頭的8Ω低阻耳塞機。除了上面列出的元器件外，還有開關、印刷電路板、導線等元器件。5制作與調(diào)試下圖為焊接電路后的成品圖：本機調(diào)試十分簡單：在太陽能電池板BP接受陽光、8Ω低阻耳塞機插入XS的條件下，旋動C1旋鈕就能收聽到電臺的播音。選擇正確元器件，并且保證焊接無誤，不調(diào)試便可滿意工作。5設計體會這次的課程設計是我大學以來第一次接觸電路板和電焊，在這期間我學會了很多，也有很多收獲。首先就是對烙鐵使用的認識。新烙鐵使用之前,應該先等烙鐵頭部微熱時插入松香,清洗干凈烙鐵頭。不要將烙鐵頭在金屬上刻劃或用力去除粗硬導線的絕緣套,以免使烙鐵頭出現(xiàn)損傷或缺口,減少其使用壽命。在焊接一些特殊元件時,必須小心一定不要將管腳焊到一起，否則會發(fā)生短路的情況。電烙鐵經(jīng)過長時間使用后,烙鐵頭部會生成一層氧化物,不容易吃錫。如果烙鐵口呈灰白色,可以用鋼絲刷去。如果烙鐵口呈棕黃色,可用銼刀銼掉氧化層,按照處理新烙鐵頭的方法涂上焊錫即可繼續(xù)使用。當烙鐵頭嚴重磨損時,將影響焊接質(zhì)量，此時必須更換新的烙鐵頭。當電烙鐵不用時,應該放在烙鐵架上。在此次收音機的焊接過程中，我也有了自己的心得體會。在電焊收音機得時候，焊接最需要注意得是焊接得溫度和時間，焊接時間短、溫度低，有可能使焊點融化不充分，焊點粗糙容易造成虛焊。而焊接時間過長，溫度過高，則會使元件過熱，容易損壞，還容易將印刷電路板燙壞，或者造成焊接短路現(xiàn)象。焊錫要用一點點下去，電烙鐵要在錫水熔化后產(chǎn)生光亮就拿開，這樣就能焊出光亮圓滑的焊點了。一旦焊錯，要小心地用烙鐵加熱后取下重焊。撥下的動作要輕，如果安裝孔堵塞，要邊加熱，邊用針通開。在設計過程中我也遇到許多問題，一開始采用的是φ0.03mm漆包線，磁棒采用的是φ5mm×30mm磁棒，此結果是收不到臺，在有無電感情況下用手指摁住可變電容兩端均可收到電臺，經(jīng)分析是電感問題，因而采用用φ0.35mm單股高強度漆包線φ10mm×100mm的中波專用磁棒，最終成功收到臺。在焊接完成后，耳機可以聽到聲音，但非常小聲，經(jīng)檢查，是由于焊接過程中高溫導致三極管SY414損壞，無法正常工作。通過收音機的焊接，我們學會了基本的焊接技術，在收音機的檢測與測試過程中，也知道了電子產(chǎn)品的裝配經(jīng)過，同時還學會了電子元器件得識別及質(zhì)量檢驗，知道了整機得裝配工藝，這些都培養(yǎng)了我們動手能力及嚴謹?shù)淖黠L，鍛煉了自己動手技巧，提高了自己解決問題的能力，也為我們以后的