模电设计报告.docx

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模电设计报告

模电设计报告-（）

————————————————————————————————作者：

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信息科学与技术学院

模电课程设计

课题名称：

声光控制灯感应系统

学生姓名：

王永吉

2009082396

何昊宇

2009082401

学院：

信息科学与技术学院

专业年级：

电子信息工程2009级

指导教师：

田敏

教授

完成日期：

二○一一年一月十一日

第1章概述……………………………………………………1

1.1引言……………………………………………………………1

1.2设计要求……………………………………………………1

1.3设计的作用及目的…………………………………………1

第2章设计的具体实现……………………………………2

2.1系统的概述……………………………………………2

2.1.1电路图与工作原理………………………………2

2.1.2可行性验证…………………………………3

2.2单元电路设计与分析……………………………………………4

2.2.1声音放大电路………………………………4

2.2.2光敏电路………………………………5

2.2.3电子开关………………………………5

2.2.4.延时电路与交流开关………………………………5

2.2.5电源电路………………………………6

2.2.6仿真情况………………………………7

课程设体会与建议…………………………………………………………8

参考文献……………………………………………………………9

第一章概述

1.1引言

声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。

降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。

1.2设计要求

输入：

光强信号、声音信号

输出：

开关信号

在满足光强（不足）条件下，输入声音信号时，输出“开”信号并延时，自动关断；光强足够时，封锁输出或封锁声音检测电路。

要求电路能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮一段后自动关断。

1.3设计的作用及目的

通过这次的课题研究我希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我的动手能力、创新意识及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。

用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。

在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。

第二章设计的具体实现

2.1.系统概述

电路原理框图如下：

声光双控延时开关电路原理框图

该声光双控延时开关电路由声音放大电路光敏电路电子开关延时电路与交流开关电源电路五部分组成。

2.1.1电路图与工作原理

工作原理：

当电路有声音信号时，声音信号经声音放大电路转换为电压信号，当有光照时，光敏电阻阻值小，对直流控制电压衰减很大，由NPN型和PNP型三极管组成电子开关截止，电容C4无电荷，晶闸管D1没有触发，小灯泡不亮。

[结论1]有声音有光时，灯泡不亮。

当有声音信号传入而又无光照射在光敏电阻上时，光敏电阻阻值很大，对直流控制电压衰减很小。

NPN型和PNP型的三极管组成的电子开关导通，使C4充电。

由于充满电时间很迅速，C4充满电荷后通过R8把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。

当C4中电荷放至零时，晶闸管MCR回复截止状态，灯熄灭。

[结论2]有声音无光时，灯泡亮。

当灯泡点亮过程中有新的声源出现时，C4会重新充电后重新放电，即重新计算点亮时间。

根据参数列表元件参数所致，灯泡亮的时长可以自行调节。

如果需要改变灯亮时长，只需更改C4或者R11的参数即可。

2.1.2可行性验证

整流电路采用桥式整流电路，二极管稳压电路加上滤波电容。

电子开关电路起开关作用，非常重要，由这个开关去控制整流电路的工作与否，从而控制灯的亮和熄。

声音信号通麦克装置传至电压信号转换装置，转换并放大成大电压，所以要求三极管的直流放大倍数高。

光敏控制电路实现光控的功能，可以有光敏电阻来实现。

延迟电路在灯点亮时需要有延迟，检波输出电压通过延迟电路是电压消失，保持一段时间，所保持时间的长短由延迟电路的参数决定，实际上延迟电路由RC电路组成，时间常数τ=RC，这是可控制电压。

论证方案：

声源产生的声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，该信号经放大后送处理器处理，处理器将幅度、频率不尽相同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号，该信号经延时处理电路达到设计要求时间与设计要求功能，经执行机构直接控制负载动作。

故障判断：

1.元器件安装后，通电220v电压检查不正常情况下：

检查元器件是否安装正确。

2.在这种不明确情况下，可以不通交流电，加入8V直流电压到D4阳极，检查各个三极管工作电压。

1）VE=+6.8V（VT3的e极电压）

2）检查电子开关是否正常。

将万用表电压档测可控硅（MCR100-6）阴阳极电压，当短接VT3的e、c极，可控硅（MCR100-6）阳极电压下降为零，说明电子开关电路正常。

2.2单元电路设计与分析

2.2.1声音放大电路

当MIC获取到声音信号后，其会转换成电信号，由声信号转换成的电信号控制电子开关，所以必须加三极管放大器放大该信号。

为了获得较高的灵敏度，Q1的β值选用大于100。

声信号选用灵敏度高的。

R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡。

三极管Q1的参数如下：

三极管的放大倍数Au=-βRc/（Rb+Rbe）

r=164,Rbe=Rbb+[（1+r）*Ut]/Ice，Ut=26mv

直流放大倍数β>100

Vcbo=45

Ic（max）=0.3

经测得三极管的静态工作点如下

Ubeq=2.6v

Uceq=3.91v

Ibq=1.35mA

Icq=330mA

β=244.4（符合要求）

2.2.2光敏电路

光敏电路核心元件为光敏电阻，其通过对光线变化程度自动改变阻值从而改变电压信号的大小，白天有光照光敏电阻阻值小，夜晚阻值大。

2.2.3电子开关

当电压信号达到一定值时，电子开关打开。

当电压信号小于此值时，电子开关关闭。

其起到的主要作用是控制延时电路中的电容充放电。

声音信号变成直流控制电压,光控电路在有光照射时，光控电路阻值变小，对直流控制电压衰减很大。

Q1、Q2和R2、D1组成的电子开关截止，C42内无电荷，单向可控硅MCR截止，灯泡不亮。

当无光照射时，光控电路阻值很大，对直流控制电压衰减很小，Q1、Q2等组成的电子开关导通，D1也导通，使C2充电。

2.2.4延时电路与交流开关

由于需要的灯泡持续时间并不是很长，大概几十秒左右，所以用一个电容控制开关的状态即可。

当夜晚无光时，电子开关打开时，C2连通，即开始充电。

当电子开关关闭后，C2开始放电。

C1为抗干扰电容，用于消除灯泡发光抖动现象。

晶闸管具有开关特性，晶闸管导通的条件是阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。

门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流.

晶闸管参数如下:

V[DRM]=V[RRM]=2600V是最高电压不能超过2600V,

I[T]=500A最大电流不能超过500A,

I[GT]<=220mA触发后最小维持电流<=220mA,

V[GT]<=2.2V,控制触发电压<=2.2V.

状态

条件

说明

从关断到导通

1、阳极电位高于是阴极电位

2、控制极有足够的正向电压和电流

两者缺一不可

维持导通

1、阳极电位高于阴极电位

2、阳极电流大于维持电流

两者缺一不可

从导通到关断

1、阳极电位低于阴极电位

2、阳极电流小于维持电流

任一条件即可

2.2.5电源电路

220V交流电通过灯丝，经过D4-D8整流后，和R5降压。

D1二极管具有单向导电性，保证此部分电路作用提供稳定的工作电压。

2.2.6仿真情况如下：

（1）白天时，回路没有接通，路灯不亮，仿真为：

（2）当夜晚时候，有外界声源，回路接通，路灯点亮，仿真为：

参考文献

[1].姚福安，电子电路设计与实践，山东科技技术出版社，2001年10月

[2].王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月

[3].李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月

[4]．韩振振，数字电路逻辑设计，大连理工大学出版社，2000年

[5]．湘潭电机制造学校，可控硅技术，机械工业出版社，1979年

[6].童诗白.《模拟电子技术基础》.清华大学电子学教研组编.第三版,北京:

高等教育出版社,2004

体会与建议

在这两天的模拟电路课程设计中，我做的课题是“声光双控延时控制开关”。

这是一种声音和光照双控照明灯，它可以用于楼梯、过道、库房的场合。

白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。

夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过一段时间后又自动熄灭，节能效果很明显。

这次做的是声光双控开关设计，从头到尾认真的按程序来完成课设，感觉收获不少。

不过也有许多的弊端，比如查阅资料，实际课设原理图基本从课本亦或从网上查阅资料所得，如有问题，在原来的基础之上更改一些参数，或者东拼西凑，如此反而复之，直到达到试验要求。

本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计、和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。

学习了半年的理论知识和实践操作，让我学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。

在此设计中利用到了三极管的放大、光敏效应知识与应用，让我们进一步空固和掌握前面所学的基础知识，加深对了对模拟电路.对元气件的使用更加深刻。

另外更重要的是懂得了团队合作精神的可贵。

单靠自己的能力可以顺利完成课程设计，但是这样会花费很多时间，如果有团队一起合作，不仅可以一起谈论问题减少花费在冗长问题上的时间，还可以得到不同的解决方案，有利于增长自己的知识。