模電課程設(shè)計-聲控閃光燈(詳細(xì))

鄭州科技學(xué)院《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計題目聲控閃光燈學(xué)生姓名***專業(yè)班級10級***班學(xué)號*********院〔系〕電氣工程學(xué)院指導(dǎo)教師袁玉霞完成時間2012年10月19日目錄1課程設(shè)計的目的11.1前言12課程設(shè)計的任務(wù)與要求13設(shè)計方案與論證33.1電路設(shè)計3方案3論證34設(shè)計原理及功能說明55單元電路的設(shè)計〔計算與說明〕65.1主要1、2單元電路圖65.2無聲波信號時75.3有聲波信號時75.4附加內(nèi)容8放大電路8濾波電路106硬件的制作與調(diào)試117總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄1：總體電路原理圖15附錄2：元器件清單161課程設(shè)計的目的1.1前言從建國以來，我國的電子技術(shù)的不斷地飛速開展，廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事及日常生活等，但我國由于沒有趕上前兩次科技革命，經(jīng)濟開展相對于興旺國家比擬晚，仍屬于開展中國家，所以作為21世紀(jì)的大學(xué)生有義務(wù)肩負(fù)起振興國家的使命。憶往昔，1837年畫家出身的莫爾斯〔〕創(chuàng)造了電報，1876年，美國人貝爾〔〕雖然不懂電學(xué)和機械，但他憑借造福人類的激情和毅力創(chuàng)造了，沒有受過正規(guī)大學(xué)教育的馬可尼利用赫茲的火花振蕩器作為發(fā)射器，實現(xiàn)了無線電信號的傳遞……鑒于以上各種事實，同樣也點燃了我決心未來成為一名電子工程師內(nèi)心的火花，我認(rèn)為在學(xué)習(xí)好文化知識的根底上，我們應(yīng)該多實踐，把所學(xué)到的知識能盡量多地轉(zhuǎn)化為造福社會的生產(chǎn)力。1.2目的經(jīng)過我們組三個人共同的商議，我們決定從比擬簡單的實驗入手，設(shè)計一個聲控閃光燈。聲音由麥克風(fēng)拾取，LED燈能隨著環(huán)境聲音的強弱起伏而閃爍發(fā)光，當(dāng)有聲音時閃光燈發(fā)光，并且在一定范圍內(nèi)隨著聲音的大小閃光燈的亮暗發(fā)生變化，聲音越大越亮。2課程設(shè)計的任務(wù)與要求2.1設(shè)計任務(wù)一制作聲控閃光燈。1理解聲控閃光燈電路的工作過程。2理解電路中各元件的作用，如耦合電容決定整個電路的下限頻率，了解駐極體話筒的結(jié)構(gòu)和特點。3會對聲控閃光燈電路進(jìn)行安裝、調(diào)試和測試。4會用萬用表對駐極體話筒進(jìn)行正、負(fù)極識別和質(zhì)量檢測。5掌握電阻、發(fā)光二極管、三極管、駐極體話筒的插裝要求與工藝。6掌握印制電路板元器件的焊接技術(shù)。7熟悉印制電路板的連線方法。二幫助我們更好地理解所學(xué)的理論知識。能利用模擬電電子技術(shù)課程一些根底知識制作出簡單的電子器件。三學(xué)會查找資料，包括圖書、網(wǎng)絡(luò)等渠道。四提升我們的動手能力。五培養(yǎng)我們制作報告的一些根本方法。2.2根本要求1.打印《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計說明書一份，給出課題的設(shè)計和制作、調(diào)試過程。2.根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，畫出設(shè)計電路圖，畫出印制電路幅員。3.設(shè)計時間：三周。4.制作PCB板。5.人員分組，三人一組，選擇同一課題的電路相同，但課程設(shè)計報告不能完全相同。3設(shè)計方案與論證3.1電路設(shè)計方案圖3-1聲控閃光燈電路根本工作原理圖3-2聲音波形圖根據(jù)上述根本功能，設(shè)計電路圖如附錄1。論證三極管VT1相當(dāng)于開關(guān)，VT2起放大作用。當(dāng)無聲時，VT1處于臨界飽和，集電極電位低，那么VT2截止，那么VL1、VL2滅，當(dāng)有聲音時，其信號的負(fù)半周使ICE1減小，UC1增大，VT1導(dǎo)通，那么VT2也進(jìn)入放大狀態(tài)，使VL1、VL2亮，根據(jù)聲音的頻率而閃爍。3.2仿真在仿真軟件multisim中進(jìn)行仿真，仿真電路圖如圖3-3，其中話筒用函數(shù)發(fā)生器代替，9014晶體管用2N3904代替。仿真效果為:當(dāng)函數(shù)發(fā)生器大約為0HZ時，發(fā)光二級管幾乎不閃爍，用萬用表測得UC1兩端的電壓為0.39V，示波器測量二級管兩端波形幾乎為一條水平線。當(dāng)函數(shù)發(fā)生器大約為100HZ以上時，發(fā)光二級管不停地閃爍，用萬用表測得UC1兩端的電壓為0.74V〔頻率變化,UC1兩端的電壓也變化不大,如a、當(dāng)話筒為100HZ時,UC1=0.74V；b、當(dāng)話筒為10000HZ時,開始UC1=0.68V,大約10秒后，最終UC1=0.74V〕，用示波器測量二級管兩端，兩端的波形如圖3-4。因為人聲音的頻率為85-1100HZ，所以當(dāng)人發(fā)出聲音時UC1應(yīng)該等于0.74V，VT2會導(dǎo)通。圖3-3仿真電路圖圖3-4二極管兩端波形4設(shè)計原理及功能說明靜態(tài)時，使VT1處于臨界飽和狀態(tài)，VT2截止，LED1和LED2無電流流過皆不發(fā)光。R1給電容話筒MIC提供偏置電流〔只要選取適宜的R2、R3就能使無聲波信號時，VT1處于臨界飽和狀態(tài)，使VT2處于截止?fàn)顟B(tài)〕。當(dāng)有聲波信號時，話筒撿取室內(nèi)環(huán)境中的聲波信號后即轉(zhuǎn)為相應(yīng)的電信號，經(jīng)電容C1送到VT1的基極，電信號的負(fù)半周使VT1退出飽和狀態(tài)〔正半周時不能使VT1的ICＱ降低〕，進(jìn)入放大狀態(tài)，VT1的集電極電壓上升〔VT1、VT2組成兩級直接耦合放大電路〕，VT2導(dǎo)通，LED1和LED2點亮發(fā)光。當(dāng)輸入音頻信號較弱時，缺乏以使VT1退出飽和狀態(tài)，LED1和LED2仍保持熄滅狀態(tài)，只有較強信號輸入時，發(fā)光二極管才點亮發(fā)光，所以，LED1和LED2能隨著環(huán)境聲音〔如音樂、說話〕信號的強弱起伏而閃爍發(fā)光。5單元電路的設(shè)計〔計算與說明〕5.1主要1、2單元電路圖分別如下：圖5-1單元1圖5-2單元25.2無聲波信號時單元1:R1＝4.7KΩ給電容話筒MIC提供偏置電流，ＩMIC＝UCC／R1＝0.64mA(5-1)R2=1MΩIBQ1＝〔UCC－UBE)/R2=2.3*e-06mA(5-2)R3=10KΩ使UCE1為0.2～0.4V此時VT1處于臨界飽和狀態(tài)，不能放大電流。單元2:UC3=UCE1,不能使VT2導(dǎo)通，IBQ2幾乎為零，VT2截止,燈不亮。5.3有聲波信號時單元1:C1作用：耦合電容，隔直流，決定下限頻率。fl1=1/[2π〔RMIC+ri〕C1]≈1/2πriC1(5-3)rbe=rbb’+(1+β)26/IEQ≈11.6KΩ(5-4)ri=rbe∥R2≈11.5KΩ(5-5)所以fl1=13.85HZ聲波信號經(jīng)話筒轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，經(jīng)C1送至VT1的基極進(jìn)行放大其信號負(fù)半周〔正半周不能使IBQ1減小，退出飽和狀態(tài)〕使VT1的IBQ1減小，退出飽和狀態(tài)，那么ICQ1減小，UCE1增加〔剛有聲波時IBQ2仍≈0,UC1=UCC-I1*R3，UCE1=UC1〕單元2：C2作用:耦合電容，隔直流，決定下限頻率,〔當(dāng)C2容抗Xc增大，fl2降低，兩端壓降增大，即輸出電壓UO下降，從而Au下降〕。同理：fl2=1/[2π(RLED/2)C2](5-6)RLED=1.8V/50mA=36Ω(5-7)所以fl2≈88.46HZ綜上可知下限頻率fl=fl2=88.46HZ所以從而影響了低頻放大倍數(shù)Ausl[Ausl=Ausm/(1-jf1/f)]UC1增加使VT2導(dǎo)通退出截止?fàn)顟B(tài)，〔截止?fàn)顟B(tài)時IBQ2=Uc1/rbe=0.2V/11.6KΩ=17.2μA,IBQ2增加，退出截止?fàn)顟B(tài)。5.4附加內(nèi)容5.4.1放大電路放大電路又稱放大器，是電子設(shè)備中的核心局部，其主要作用是對輸入的信號進(jìn)行放大，從而推動負(fù)載工作。所謂放大，實質(zhì)就是將直流電源的能量轉(zhuǎn)化為具有一定大小且隨著輸入信號變化而變化的輸出信號，也可以講放大器是一個能量轉(zhuǎn)換器。放大電路分為共發(fā)射極放大電路、共基極放大電路和共集電集放大電路三種根本形式。根本放大電路的組成如下：圖5-3共射極放大電路〔雙電源供電〕圖5-4共射極放大電路〔單電源供電〕圖5-5共集電極放大電路圖5-3所示為雙電源供電的共射極放大電路，V是一個NPN型三極管，作用是放大電流；UCC是輸出回路的電源，作用是為輸出信號提供能量；RC是集電極負(fù)載電阻，作用是把電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化；基極電源UBB和基極偏置電阻RB的作用是為了發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓和適宜的基極電流IB；C1、C2稱為隔直電容，作用是隔直流、通交流信號。圖5-4為單電壓供電的共射極放大電路，只要RB遠(yuǎn)大于RC，單電源就可代替雙電源的作用。為了是三極管工作在放大狀態(tài)，首先必須保證反射結(jié)為正向偏置，集電結(jié)為反向偏置；其次為了保證放大電路能盡可能不失真地放大交流信號，必須在靜態(tài)是，三極管的各極都要有一個適宜的工作電源和電流，即給放大器設(shè)置一個適宜的靜態(tài)工作點。濾波電路濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供應(yīng)的電壓升高時，能把局部能量儲存起來，而當(dāng)電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比擬平滑，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L,當(dāng)電源供應(yīng)的電流增加〔由電源電壓增加引起〕時，它把能量儲存起來，而當(dāng)電流減小時，又把能量釋放出來，使負(fù)載電流比擬平滑，即電感L也有平波作用。濾波電路形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式(電容器C接在最前面〕和電感輸入式〔電感器L接在最前面〕。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中〔而且當(dāng)電流很大時，僅用一電感器與負(fù)載串聯(lián)〕。6硬件的制作與調(diào)試1用multisim仿真成功后，按電路圖進(jìn)行裝配，實物圖如下。MIC:有標(biāo)記一端為正極。C1、C2：長引腳為正極。VT1、VT2:方法a，9014中間一端為基極，有數(shù)據(jù)一方面對自己，引腳朝下，那么左：發(fā)射級，右：集電極。方法b，用萬用表〔指針式〕測量，萬用表調(diào)到歐姆檔，讓萬用表兩表筆接三極管任意兩引腳，共8次，其中兩次讀數(shù)最大，那么那兩次任一端為發(fā)射級或集電極，這兩次阻值小的一次，黑表筆為C，紅表筆為E。R1:4.7KΩ黃紫黑棕金，R2:1MΩ棕黑黑黃金，R3:10KΩ棕黑黑紅金。圖6-1實物圖1圖6-2實物圖22焊接時注意烙鐵的使用方法，先使烙鐵預(yù)熱，一定時間后再焊接，把烙鐵放在電路板的小銅片上使銅片預(yù)熱，再把錫絲放在銅片上，讓錫絲融化，再抽去焊錫絲，移開烙鐵。連接導(dǎo)線時最好使導(dǎo)線中間留一層絕緣皮，就不容易短路。最后用膠棒再對電路板進(jìn)行密封，以進(jìn)一步防止短路現(xiàn)象發(fā)生。三極管的極性一定不能接錯，元件排列整齊美觀。3通電后先測出VT1的集電極電壓，使其在0.2～0.4V之間，如該電壓太低，那么施加聲音信號后VT1不能退出飽和狀態(tài)，VT2不能導(dǎo)通如果該電壓超過VT2的死區(qū)電壓，那么靜態(tài)時VT2就導(dǎo)通，使發(fā)光二極管點亮發(fā)光，所以對于靈敏度不同的三極管，VT1的集電極電阻R3的大小要通過調(diào)試來確定。4離話筒約0.5m遠(yuǎn)，用普通聲音〔適中〕講話時，發(fā)光二級管隨聲音閃爍，如需大聲講話，燈才閃爍，可適當(dāng)減小R3的阻值，或者更換β值更大的三極管。5適當(dāng)?shù)臏p小R1的阻值，或者更換靈敏度更高的駐極體話筒，也可使話筒接受聲音的靈敏度提高。7總結(jié)經(jīng)過三個星期的課程設(shè)計，留給我印象最深的是設(shè)計一個成功的電路，必須要有扎實的知識根底。本產(chǎn)品能通過聲音的頻率來控制燈的閃爍，個人感覺其功能還算比擬完善。此次的設(shè)計并不奢望十全十美，當(dāng)中不完美的地方有：所設(shè)計的電路比擬簡單，但這也讓我有更多的時間對所學(xué)的專業(yè)知識運用到一些細(xì)微的方面，我們組每個人也都做了一個成品，還一塊做了一個上交上去；辯論時準(zhǔn)備不是太充分，讓我明白了演講前一定要有所準(zhǔn)備和演講時一定要擺正好自己的心態(tài)。做設(shè)計的目的是希望能檢查下對所學(xué)知識的運用能力的好壞，并對以后的課程學(xué)習(xí)打好根底，提高自己的動手能力，并且開始慢慢走上電子產(chǎn)品創(chuàng)新的道路。參考文獻(xiàn)[1]江曉安.模擬電子技術(shù)第三版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社2008.3[2]王松林.電路根底第三版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社2008.8[3]康華光