电力电子课程设计声控灯.docx
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电力电子课程设计声控灯
烟台南山学院
电力电子课程设计
院（系）：
计算机及电气自动化学院
专业班级：
电气自动化技术1003
学生姓名：
单超杰
学号：
201002150207
指导教师：
衣文凤
目录
前言................................................................2
第一章元器件的介绍和检测...........................................3
1.1电阻......................................................3
1.2电容......................................................5
1.3二极管....................................................6
1.4三极管....................................................7
1.5晶闸管....................................................8
1.6压电陶瓷片...............................................10
1.7六反相器.................................................10
1.8硅整流桥.................................................11
第二章焊接........................................................12
2.1焊料与焊剂的选择.........................................12
2.2焊接顺序及方法...........................................12
第三章声控走廊灯开关电路的原理分析................................13
3.1声控走廊灯开关电路工作原理...............................13
3.2整流、降压、滤波电路.....................................14
3.3声控走廊灯开关电路原理图.................................15
第4章调试........................................................16
心得体会...........................................................17
参考文献...........................................................18
前言
随着科技的进步使电灯的样式、种类以及对灯的控制方式千变万化，随着社会的发展，资源的大量开采，能源在逐渐的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节约首当其冲，而电灯的使用最为普遍，所以设计一种自动控制灯开关的电路是非常必要的，声控灯开关就是其中的一种。
声控电路已成为人们日常中不可缺少的必须品，它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活带来及大的方便。
因此，得到了广泛的应用。
声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。
它将声音（如跺脚）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。
由于本电路应用于人们的日常生活中，所以，起到很大的作用。
该电路在设计时应用了仿真软件，来进行仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅是EWB软件，但是在论文中也上比较有特色的，能够使人们在不知不觉感受到方便。
公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。
另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。
因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。
使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。
声控灯在光线充足时，任你发出多大的声音都不亮；但在黑夜，轻轻一声它就发出了亮光，这是由于声控灯含光控电路，以防止其在光线足够的时候不工作，所以声控灯的控制盒是声、光同时控制的，在光亮度能达到的情况下，灯不会亮。
第一章元器件的介绍和检测
1.1电阻
电阻，英文名resistance，通常缩写为r，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。
电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母“Ω”表示，表示电阻阻值的常用单位还有千欧（kΩ），兆欧（mΩ）。
电阻器的种类有很多，通常分为三大类：
固定电阻，可变电阻，特种电阻。
光敏电阻是一种电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的元件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。
如果把光敏电阻的两个引脚接在万用表的表笔上，用万用表的r×1kΩ挡测量在不同的光照下光敏电阻的阻值：
将光敏电阻从较暗的抽屉里移到阳光下或灯光上，万用表读数将会发生变化。
在完全黑暗处，光敏电阻的阻值可达几兆欧以上（万用表指示电阻为无穷大，即指针不动），而在较强光线下，阻值可降到几千欧甚至1千欧以下。
光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。
当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。
一般光敏电阻器结构如图所示。
根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：
紫外光敏电阻器：
对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。
红外光敏电阻器：
主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。
锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
可见光光敏电阻器：
包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。
主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。
光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性光谱特性，频率特性，温度特性。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。
没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加交流
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。
光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。
它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
它的工作原理是：
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
光敏电阻的原理结构如图所示。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。
国际上惯用“色环标注法”。
事实上，“色环电阻”占据着电阻器元件的主流地位。
“色环电阻”顾名思义，就是在电阻器上用不同颜色的环来表示电阻的规格。
有的是用4个色环表示，有的用5个。
两者有所区别：
4环电阻，一般是碳膜电阻，用3个色环来表示阻值，用1个色环表示误差。
5环电阻一般是金属膜电阻，为更好地表示精度，用4个色环表示阻值，另一个色环也是表示误差.
色环电阻的规则是最后一圈代表误差，对于四环电阻，前二环代表有效值，第三环代表乘上的次方数。
例如第一环是棕色的，第二环是黑色的，第三环是红色的，第四环是金色的，那么它的电阻值是1、0，第三环是添零的个数，这个电阻添2个零，所以它的实际阻值是1000Ω，即1kΩ。
将两表笔（不分正负）分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。
为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。
由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。
根据电阻误差等级不同。
读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。
如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。
1.2电容
电容器是“储存电荷的容器”,简称电容，用字母C表示。
尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。
两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。
两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。
电容器也分为容量固定的与容量可变的。
但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。
在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。
电容器的选用涉及到很多问题。
首先是耐压的问题。
加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。
固定电容器的检测
（1）、检测10pF以下的小电容
因10pF以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电，内部短路或击穿现象。
测量时，可选用万用表R×10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。
若测出阻值（指针向右摆动）为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。
（2）、检测10PF～0.01μF固定电容器是否有充电现象，进而判断其好坏
万用表选用R×1k挡。
两只三极管的β值均为100以上，且穿透电流要小。
可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。
万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。
由于复合三极管的放大作用，把被测电容的充放电过程予以放大，使万用表指针摆幅度加大，从而便于观察。
应注意的是：
在测试操作时，特别是在测较小容量的电容时，要反复调换被测电容引脚接触A、B两点，才能明显地看到万用表指针的摆动。
（3）、对于0.01μF以上的固定电容
可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。
电解电容器的检测
（1）、因为电解电容的容量较一般固定电容大得多，所以，测量时，应针对不同容量选用合适的量程。
根据经验，一般情况下，1～47μF间的电容，可用R×1k挡测量，大于47μF的电容可用R×100挡测量。
（2）、将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极，在刚接触的瞬间，万用表指针即向右偏转较大偏度（对于同一电阻挡，容量越大，摆幅越大），接着逐渐向左回转，直到停在某一位置。
此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻，此值略大于反向漏电阻。
实际使用经验表明，电解电容的漏电阻一般应在几百kΩ以上，否则，将不能正常工作。
在测试中，若正向、反向均无充电的现象，即表针不动，则说明容量消失或内部断路；如果所测阻值很小或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏，不能再使用。
（3）、对于正、负极标志不明的电解电容器，可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。
即先任意测一下漏电阻，记住其大小，然后交换表笔再测出一个阻值。
两次测量中阻值大的那一次便是正向接法，即黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。
D使用万用表电阻挡，采用给电解电容进行正、反向充电的方法，根据指针向右摆动幅度的大小，可估测出电解电容的容量。
1.3二极管
半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。
半导体最重要的两种元素是硅和锗。
二极管最明显的性质就是它的单向导电特性，就是说电流只能从一边过去，却不能从另一边过来（从正极流向负极）。
二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。
根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。
按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。
光电二极管的检测
光电二极管是一种能把光照强弱变化转换成电信号的半导体器件。
光电二极管的顶端有一个能射入光线的窗口，在光的激发下，光电二极管的管芯产生大批“光生载流子”，管子的反向电流大大增加，使内阻减小，是典型的光电导器件。
光电二极管可以用万用表测量。
将万用表置于R*1KΩ挡，红、黑表笔随意接光电二极管的两个脚，此时是测反向电阻，万用表表头指针偏转应很小，一般读数应在200KΩ以上（注意测量时窗口不要对着光）
接着用手电筒的光去照射光电二极管顶端的窗口（用自然光也可以），着时表指针偏转应加大，光线越强，光电二极管的反向电阻应越小，甚至仅为几欧姆。
关掉手电光，指针所指读数应立即恢复到原来的阻值。
这样说明被测二极管的质量是良好的。
如果正相电阻很大，超过15KΩ以上，或反向电阻很小（窗口不受光照时），或受光照后阻值不变，移去光照后阻值不恢复到原来的高阻，都说明被测光电二极管已坏。
1.4三极管
半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。
它最主要的功能是电流放大和开关作用。
三极管顾名思义具有三个电极。
二极管是由一PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。
其他的两个电极成为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。
由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。
（1）晶体三极管得结构和类型
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。
硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
（2）三极管得封装形式和管脚识别
常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列方式具有一定的规律，对于中小功率塑料三极管使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为
ebc。
（3）晶体三极管得电流放大作用
晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。
这是三极管最基本的和最重要的特性。
我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。
电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。
1.5晶闸管
可控硅也称作晶闸管，它是由PNPN四层半导体构成的元件，有三个电极，阳极a，阴极k和控制极g。
可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。
在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。
可控硅分为单向的和双向的，符号也不同。
单向可控硅有三个PN结，由最外层的P极和N极引出两个电极，分别称为阳极和阴极，由中间的P极引出一个控制极。
单向可控硅有其独特的特性：
当阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但控制极不加电压时，它都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就会变成导通状态。
一旦导通，控制电压便失去了对它的控制作用，不论有没有控制电压，也不论控制电压的极性如何，将一直处于导通状态。
要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向。
普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管，如图1.1所示。
晶闸管的检测
（1）．判别各电极根据普通晶闸管的结构可知，其门极G与阴极K极之间为一个PN结，具有单向导电特性，而阳极A与门极之间有两个反极性串联的PN结。
因此，通过用万用表R×100A或R×1k档测量普通晶闸管各引脚之间的电阻值，即能确定三个电极。
具体方法是：
将万用表黑表笔任接晶闸管某一极，红表笔依次去触碰另外两个电极。
若测量结果有一次阻值为几千欧姆（kΩ），而另一次阻值为几百欧姆（Ω），则可判定黑表笔接的是门极G。
在阻值为几百欧姆的测量中，红表笔接的是阴极K，而在阻值为几千欧姆的那次测量中，红表笔接的是阳极A，若两次测出的阻值均很大，则说明黑表笔接的不是门极G，应用同样方法改测其它电极，直到找出三个电极为止。
（2）．判断其好坏用万用表R×1k档测量普通晶体管阳极A与阴极K之间的正、反向电阻，正常时均应为无穷大（∞）若测得A、K之间的正、反向电阻值为零或阻值较小，则说明晶闸管内部击穿短路或漏电。
测量门极G与阴极K之间的正、反向电阻值，正常时应大（大于80kΩ）。
若两次测量的电阻值均很大或均很小，则说明该晶闸管G、K极之间开路或短路。
若正、反电阻值均相等或接近，则说明该晶闸管已失效，其G、K极间PN结已失去单向导电作用。
测量阳极A与门极G之间的正、反向电阻，正常时两个阻值均应为几百千欧姆（kΩ）或无穷大，若出现正、反向电阻值不一样（有类似二极管的单向导电），则是G、A极之间反向串联的两个PN结中的一个已击穿短路。
1.6压电陶瓷片
压电陶瓷具有压电效应的陶瓷，称压电陶瓷。
它通常由几种氧化物或碳酸盐在烧结过程中发生固相反应而形成，其制造工艺与普通的电子陶瓷相似。
烧结出来的陶瓷体是多晶体，其自发极化是紊乱取向的，主要成分是铁电体，因此称铁电陶瓷，没有压电性能。
对这样的陶瓷体施加强的直流电场进行极化处理，原来混乱取向的自发极化就沿电场方向择优取向。
去除电场后，陶瓷体仍保留着一定的总体剩余极化，遂使陶瓷体有了压电性能。
目前最常用的压电陶瓷有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、三元系压电陶瓷、透明铁电陶瓷以及铌酸盐系陶瓷等。
压电陶瓷片的检测
正常的压电陶瓷片在电性能方面呈电容性，因此检测压电陶瓷片时可采用数字万用表，具体步骤如下：
1.将数字万用表置200pF电容档;
2.用黑表笔线将V-Ω与COM短接；
3.将被测压电陶瓷片两电极各焊上一条引线，再与数字万用表内部所装压电陶瓷片并接;
4.开启万用表电源开关，被测压电陶瓷片应发声，同时数字万用表显示出数字，该读数即为该压电陶瓷片的电容量。
否则表明该压电陶瓷片已损坏。
1.7六反相器
CD4069是六反相器集成电路（IC），采用双列式塑封装（14引脚），该IC内含六个独立的反相器。
每个反相器均可执行逻辑的反相操作。
用它还可构成振荡器、脉冲整形和小信号的电压放大等。
振荡器的工作是基于电平通过每个反相器时，需要一定的传输时间τ，即每个反在·相器均存在电平传输的延迟而形成的方波输出。
主要功能是产生振荡，它的阈值电压为3-5V有类似二极管的正、反向电阻值（实际测量结果较普通二极管的正、反向电阻值小一些），即正向电阻值较小（小于2kΩ），反向电阻值较
图1-2六反相器引脚图
1.8硅整流桥
逐个测试法：
将万用表的量程开关拨至R*1kΩ档，比如测量1脚、2脚间的二极管的好坏，先将红表笔接2脚，黑表笔接1脚，测出正向电阻值，然后交换表笔测出反向电阻值。
照此方法测试其他3只二极管，每支二极管测试两次，共测八次。
比较测试结果，若测得的正向电阻值都很小，反向电阻值都是无穷大，则说明该桥堆是好的；若测试到其中一只二极管的正反向电阻值均很大或很小，或反向电阻值变小时，说明此桥堆已损坏或低效，虽说仅有一只二极管损坏，但也不能使用。
硅整流桥管脚一般在其外壳上都有表明，一目了然。
但有的标记不清，甚至标记有误，这时可用下面的方法进行判断。
方法是先找出直流输出正端（3脚）假定某只脚为3脚，将万用表的量程开关拨至R*1kΩ档，红表笔接3脚，黑表笔分别去接1脚、2脚、4脚，如3次测得的电阻值均较小，则说明这个假定的3脚确实是输出正极。
倘若3次测试中有一脚通或全不通，则说明这个假定是错的，需另行假定3脚并重新进行测试。
找出3脚后，其余各脚便好确定了。
仍用红表笔接3脚，用黑表笔分别接另3只脚，其中阻值最大的那只脚为直流电压输出端的负极，剩下的两只脚为交流输入端。
第二章焊接
2.1焊料与焊剂的选择
一般常用焊锡作焊料。
它具有较好的流动性和附着性。
在一定是温度、湿度及振动冲击条件下有足够的机械强度。
而且具有耐腐性，使用方便的优点。
焊剂：
作用是除去油污，防止焊件受热氧化，增强焊锡的流动性。
常用的电烙铁有外热式、内热式和速热式三种。
一般功率不能过大，选用20—50W即可。
若选用的功率过大，不易掌握火候，很容易使元件过热而损坏。
烙铁头经常加工成各种形状以适应焊接的要求。
为了保证一定的温度，烙铁头要有一定的体积。
一般焊接较大的元件时，烙铁头与焊接物接触面积要大.焊接密度较大的小焊点时，为了避免伤及周围元件和焊点，应采用锥形的烙铁头。
焊点的质量直接关系到整块电路板能否正常工作，也是每个操作人员要学会并掌握的基本功。
质量好的焊点称标准焊点，在交界处，焊锡、铜箔、元件三者较好地融合在一起。
虚焊点，在交界处，从表面看焊锡把引线给包住了,但焊点内部并未完全
融合，焊点内部有气隙或油污等。
2.2焊接顺序及方法
先测量，作好记录；再清洁，挂锡焊接；最后再检查测量。
杜绝马虎大意。
焊接方法：
1.右手持电烙铁。
左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。
焊接前，电烙铁要充分预热。
烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。
2.将烙铁头刃面紧贴在焊点处。
电烙铁与水平面大约成60度角。
以便于熔化的锡从烙铁
头上流到焊点上。
烙铁头在焊点处停留的时间控制在2～3秒钟。
3.抬开烙铁头。
左手仍持元件不动。
待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。
4.用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。
第三章声控走廊灯开关电路的原理分析
3.1声控走廊灯开关电路工作原理
电路原理如图1所示。
二极管VD4~VD7组成桥式整流电路。
电阻R10、电容C4组成降压、滤波电路。
单行晶闸管VS式照明灯HL的无触点开关。
VS导通，HL点亮；VS关断，HL熄灭。
白天，由于光电二极管VD1受到环境光线的照射阻值很小，反相器F3的
脚呈低电位，
脚呈高电位，经反相器F4
脚呈低电位，二极管VD3呈截止状态。
反相器F5的
脚呈高电位，反相器F6的
脚呈低电位，三极管VT处于截止状态。
由于单向晶闸管VS
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