模拟电子技术课程设计光控照明电路.docx
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模拟电子技术课程设计光控照明电路
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目光控照明电路
学生姓名张彦龙
专业班级电气工程及其自动化2班
学号201147036
院（系）电气工程学院
指导教师杨瑞
完成时间2013-06-08
郑州科技学院
模拟电子技术课程设计任务书
专业电气工程及其自动化班级11级2班学号201147036姓名张彦龙
一、设计题目光控照明电路
二、设计任务与要求
1.采用直流电源供电；
2.根据光线强弱感应自动控制照明灯的亮灭；
3.设计电路原理图，进行元件焊接调试并撰写设计报告。
三、参考文献
[1]童诗白，华成英•模拟电子技术（第四版）•北京：
高等教育出版社，2006
[2]陈梓城.实用电子电路设计与调试.北京：
中国电力出版社，2006
[3]谢自美.电子线路设计、实验、测试（第二版）•武汉：
华中科技大学出版社，2000
[4]李万臣.模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨：
哈尔滨工程大学出版社，2001
四、设计时间
2013年06月_03_日至2013年_06月_J3_日
指导教师签名：
专业负责人签名：
2013年05月30日
1课程设计的目的错.误!
未定义书签。
2课程设计的任务与要求1..
2.1设计任务1..
2.2设计要求1..
3设计方案2..
3.1光控照明电路原理方框图与工作原理2
3.2总体电路图3..
4单元电路图设计4..
4.1光控照明开关电路4..
4.2光控照明灯电路5..
5电子产品的制作与调试6..
5.1光控电路图的仿真6..
5.2电子产品的组装6..
5.3焊接后产品的调试7..
6总结7..
6.1电子产品的误差与分析7.
6.2实训的感想8..
参考文献9.
附录一：
总体电路原理图1..0
附录二：
元器件清单1..1
1课程设计的目的
当电气照明使得人类活动的时域、空域大为延伸时，人类的文明和一切活动都已离不开照明，然而过量的照明不仅大量消耗了能源，加重了能源浪费，而且给环境污染雪上加霜。
据统计，世界各国照明用电占总发电量的12%~14%，因此照明自然成为节能的重要目标。
目前我国照明自动控制装置的开发水平仍落后与发达国家，另外各地照明仍存在许多能源浪费的现象，因此，研究节能、环保照明控制系统具有十分重要的意义。
1、掌握光控照明电路的组成要素，学习模拟电路的基本方法、设计步骤。
2、学习光敏电阻器的原理与使用方法。
3、学会用EWB仿真设计模拟电子电路。
培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
4、掌握三极管管脚极性的判断方法及电烙铁的使用方法。
2课程设计的任务要求
2.1设计任务
设计一个运用光控原理制成的照明电路
2.2设计要求
运用光敏电阻随光照强度不同电阻阻值发生变化的原理，设计一个在白天继电器开关断开灯不亮、晚上继电器开关闭合灯亮的自动控制装置。
该装置可运用于控制道路上的路灯、家庭等场合。
当天空及周围环境
变暗时自动照明，周围环境变亮时自动熄灭。
这样可以提高节约能源，并且实现了无人操作简单方便等好处。
3设计方案
3.1光控照明电路原理方框图与工作原理
1、光控照明原理方框图
采用光敏电阻器和照明控制继电器为基本元器件组成的光控照明电路，这种光控照明电路的特点是可以根据光线的亮度自动控制照明，与人工操作比较，开关及时，具有很好的节能效果。
光控照明电路的制作主要是利用半导体光电器件一一光敏电阻器的特性制作而成的。
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制作的一种电阻值随着光照的强弱而改变的电阻器，它利用光线的强弱来控制照明开关的动作,动作点可根据实现光线的强弱调节，运用时无需人工操作，避免了人工操作开关不及时等不利因素，因而有效的节约了电能。
光控照明电路原理方框图如图3-1所示。
图3-1电路原理方框图
电路主要由两大部分构成，第一部分是光控照明开关电路，是系统的
核心主体，由多个电路元件构成的光控开关，15V的直流电压提供；第二部
分是光控照明灯电路，是系统提供照明的装置，本课题设计采用的是3V电
压提供电路照明，现实中可以采用220V的电压提供照明
2、工作原理
根据光控照明电路的总体电路图3-2所示。
总体电路图有一个继电器开关K,当环境比较明亮不需要照明时，光控照明开关电路中的运算放大器输出低电平，晶体管无输入偏置电流而截止，继电器线圈无电流通过，开关K处于断开状态，灯不亮；当环境需要照明时，运算放大器输出高电平，晶体管饱和导通，继电器线圈有电流流过，随动开关K闭合，灯被点亮。
3.2总体电路图
光控照明电路总体电路图如图3-2所示
图3-2光控照明总体电路图
上图左边部分为光控照明开关电路，RL为光敏电阻，光照时电阻变小,反之则变大。
右边部分为光控照明灯电路。
4单元电路图的设计
4.1光控照明开关
1、光控照明开关的基本设计
光控照明电路的目的是保证基础照明设施在白昼时自动停止工作，而
在天黑时自动开始工作，负责照明。
这样不但节约了能源，避免长明灯现
象，又节约了人能力还节省了照明电路的开关设施。
给基于这样的目的，照明设备的开关时刻无需特别精确。
因此，根据实际需要，选择如图4-1
所示的控制电路，该电路结构简单，成本价格低廉，这本身就顺应了节能的初衷。
图4-1控制电路原理图
运算放大器和甩、R3、皿、DZ构成滞回比较器15V电压经过F5、RP2分压为运算放大器的同相输入端提供一个参考电压URef
Uref=15RP2/（R5+RP2）
同相输入端的点位U+为
U+=R3Uref/（R3+R4）±R4Uz/（R3+R4）
显然，滞回比较器的两个阈值电压为
UT1=R3Uref/（R3+R4）+R4Uz/（R3+R4）
UT2=R3Uref/（R3+R4）-R4Uz/（R3+R4）
显然由于运算放大器是单电源供电，所以其输入的最小值为0V,这样
UT2=R3Uref/（R3+R4）
Rl为光敏电阻，其阻值随着外界的光照强弱而变化，当光照强烈时，呈现低电阻；没有光照时，呈现高阻值。
当U1>UT1时，晶体管VT截止，继电器K不工作，灯不亮；当外界照明昏暗时，RL的阻值开始变大，点电位降低，当U1VUT2时，运算放大器
输出高电平，晶体管VT饱和导通，继电器线圈K得电，其常开触点K吸合,灯点亮发光。
为了提高抗干扰能力，电路中除了使用滞回比较器外，R1、C组成了阻容延时电路，可以吸收雷电等瞬间光线干扰。
电路通过RP1RP2可以调节灯在合适的光线下点亮和关闭，VD对继电器起续流保护作用。
4.2光控照明灯
光控照明灯电路图如图4-2所示
光控照明灯电路非常简单，只需要把一个灯及电源与继电器开关相连即可，灯可以随着继电器开关的工作而工作。
简单方便，在现实生活中很容
易操作
图4-2光控照明灯电路图
5硬件的制作与调试
5.1光控电路图的仿真
在EWB上创建如图5-1所示的电路仿真图，模拟白昼不需要照明时的情况。
白昼环境下，光敏电阻的亮电阻较小（5-10K），运算放大器的反向端电位高于同向端电位，其输出为低电平，晶体管截止，继电器线圈无电
模拟夜晚需要照明时的图5-2，夜晚环境下，光敏电阻的亮电阻较大
（100K以上），运算放大器的反向端电位低于同向端电位，其输出为高电平,晶体管导通，继电器线圈有电流，开关闭合，照明灯LED变亮。
图5-2夜晚仿真电路图
5.2电子产品的组装
组装：
在以上工作完成之后，便可进行电路的组装。
电路的组装应根
据设计要求来进行。
对小功率电路，可采用在实验面包板上插接元件来进
行，这种方法便于调试。
要做成良好的成功品，就应该在焊接时尽可能做到不能有虚焊、假焊的现象。
元器件布局应合理，排线应短且规范。
5.3焊接后产品的调试
调试：
在电路组装好后，应对电路的测试与调试，来发现和纠正设计方案的不足与安装的不合理，并采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。
1.在调试前的直观检查。
在电路安装完之后，应检查元器件安装位置是否正确，焊接是否牢固，连线是否正确，以及电源线的极性是否正确。
2.通电观察。
在调试前的直观检查后，将电源接入电路，通电演示，观察有无异常现象，如有，有没有冒烟，有无异常气味，元器件是否发烫等现象。
若有应及时切断电源，查出故障原因。
3.静态工作点调试。
所谓静态是指电路在没有加入信号时的状态。
该状态主要是测量电路的静态工作参数。
例如设计方案中的晶体管直流工作点的测试，运算放大器在输入为零时其输出是否接近于零。
6总结
6.1电子产品的误差与分析
在电子产品设计和焊接完后，实验结果却不是令人很满意，虽然照明灯会发光，但是却不受光敏电阻的控制，即无论光照强度是否亮暗继电器线圈都有电流，开关都能闭合，灯一直发亮。
产生这一结果我认为有以下几个原因。
（1）可能是因为购买的元器件照成的。
电阻阻值不规范（阻值达不到所标的数值,都与正常阻值偏小且误差较大），继电器的额定工作电压正确，但是型号却有点差别，这可能是导致现实中的电路与模拟时的电路有差别的原因，这可能是LED灯一直常亮的原因。
（2）可能是焊接时的不规范及元器件的规格有误差，导致运算放大器（滞回比较器）静态工作参数不符合设计电路的要求，致使无论怎么调试都不能使其运行在正常工作工作状态。
（3）可能是晶体管VT静态直流工作点没有调到符合电路的要求，进而导致无论所加电压如何变化都不能使其正常工作。
致使继电器线圈一直都有电流流过。
造成开关一直闭合照明灯LED—直常亮。
6.2实训的感想
时间过得真快，一周的实训结束了，回味这一周的经历，我收获了很多懂得了很多。
设计过程中遇到了很多麻烦，看似书中很简单的一个问题，到了现实生活中都能使我困惑很久，让我明白了理论和实践的差距，这一周的实训也让我感受到所学的模拟电子技术知识并不是没有用的，相反学的知识能让我感受到学有所用的快乐。
起初的电路模拟仿真实验让我学到了很多新东西，让我了解和学会了
EW仿真软件的基础应用。
在仿真结束后，我怀着很憧憬的心情开始了电子产品的组装，但美好的心情很快就被接二连三的问题给破坏了，起初的焊接可能由于我的着急不管怎样去焊接都不能达到理想的结果，这让我觉得很烦躁。
不过后来慢慢地进入了状态，在这个过程中，让我懂得了做事要心平气和，不能够太着急不然一事无成。
在组装连线过程中我学会了怎么用万用表测试三极管的三个极，学会了运算放大电路中电压比较器的工作原理，更深刻的了解三极管是如何正常工作的，在此期间我也从网上和书籍中了解了更多关于光控照明电路的原理，更重要的是开阔了自己的视野。
虽然这次的设计实验结果不是令人很满意，光控照明电路没能够使其正常工作，而是接通电源无论外界光照强弱，照明灯一直处于常亮状态。
但这并不代表我真正失败了，即使产品没有成功，但设计的过程仍让我受益匪浅。
实验的不成功，我更加学会了怎么去分析误差，找实验错误的原因在哪里，该如何去补救才能使试验成功。
这一周的实训让我懂得做什么事都不能眼高手低，要学好理论知识，打好理论基础，为实践做好充分的准备，我相信有了这一次的实践基础，以后的我能设计出更好的电子电路。
2008.3
2011.8
参考文献
[1]江晓安董秀峰模拟电子技术（第三版）-西安：
西安电子科技大学出版社
[2]杨力文刚电子技术课程设计（第一版）-北京：
中国电力出版社2009.4
[3]申永山电工电子技术实验及课程设计（第一版）-北京：
机械工业出版社
附录一：
总体电路原理图
附录二：
元器件清单
编号
兀器件名称
兀器件型号
数量
R1
电阻
200KQ
1
R2
电阻
1K
1
R3
电阻
100K
1
R4
电阻
100K
1
R5
电阻
10K
1
R6
电阻
5K
1
RP1
微调电位器
WSW/20K
1
RP2
微调电位器
WS\型/20K
1
RL
光敏电阻器
MG45213
1
VD
开关二极管
1N4148
1
VS
稳压二极管
2W/5V
1
K
直流继电器
JZC-22F
1
VT
晶体管
8050型中功率
1
L
发光二极管
3V
1
U1
直流电压源
15V
1
U2
直流电压源
3V
1
升级会员 