双色闪光灯光敏百灵鸟资料.docx
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双色闪光灯光敏百灵鸟资料
第一章绪论
1.1双色闪光灯电路及其原理
1.1.1双色闪光灯
本电路可以有很多变通应用,例如LED可以是串,并联的多只发光二极管,适当减小R4,R5的阻值,就可以组成闪与彩灯链.还可以自制成青少年假性近视预防治疗仪:
将两管放置在一个长0.5m长的纸筒里,LED1放置在纸筒最里面,LED2放置在纸筒中间,单眼从纸筒端向里看,眼睛注视着灯的闪与,可以有效调节眼肌,每天使用10分钟,可以预防和治疗青少年的假性近视.
1.1.2原理图
双色闪光灯原理图
1.1.3原理
本电路可以实现红、绿两只发光二极管交替闪烁，电路刚接通瞬间，由于电容C1还不及充电，因此555的2脚为低电平，输出端的3脚为高电平，发光二极管LED1截止，不点亮，LED2两端加有正向电压点亮。
随着电源VCC经过R1、R3对C1充电，C1两端电压逐渐升高，当达到2/3VCC的阀值电平时，555的3脚翻转,输出低电平，从而使LED1点亮、LED2熄灭。
此时，C1通过R3和555内部的放电管放电，当C1放电至1/3Vcc触发电平时，555的3脚再次翻转，LED1熄灭，LED2重新点亮。
因此，红绿两只发光二极管就这样轮流导通与截止，闪烁不停。
改变R1和C1可以改变LED的频率。
1.2光敏百灵鸟电路及其应用
1.2.1光敏百灵鸟
光敏电阻RG1是利用光致导电的特性，它的阻值会随着照射光的强度而变化，当光照强时阻值小，光照弱时阻值大。
本电路就是利用这一光敏特性，如果手拿电板移动，扬声器就会随着移动时光照强弱的变化，来改变振荡器的充放电时间常数，从而改变振荡器的频率而发出不同的鸣叫声。
1.2.2原理图
光敏百灵鸟原理图
1.2.3原理
电路中，555和R1、RG1、C1等组成多谐振荡器，光敏电阻RG1是利用光致导电的特性，它的阻值会随照射光的强度而变化，当光照射时阻值小，光照弱时阻值大。
本电路利用这一光敏特性，来改变振荡器的充放电的时间的常数，从而改变多谐振荡器的频率，本电路的振荡频率为：
f=1.44（R1+RG1）C1，555输出的可变频率信号经过R2限流后，驱动三极管VT1带动扬声器发出多变的鸣叫声。
第二章元器件介绍以及测试
2.1电阻
2.1.1碳膜电阻
碳膜电阻器是膜式电阻器（FilmResistors）中的一种。
它是采用高温真空镀膜技术将碳紧密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成的。
其表面常涂以绿色保护漆。
碳膜的厚度决定阻值的大小，通常用控制膜的厚度和刻槽来控制电阻器。
碳膜电阻器常用符号RT作标志，R代表电阻器，T代表材料是碳膜。
碳膜阻值标示方法主要采用色标法，即用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差。
国外电阻大部分采用色标法。
黑-0、棕-1、红-2、橙-3、黄-4、绿-5、蓝-6、紫-7、灰-8、白-9、金-±5%、银-±10%、无色-±20%当电阻为四环时，最后一环必为金色或银色，前两位为有效数字，第三位为乘方数，第四位为偏差。
当电阻为五环时，最後一环与前面四环距离较大。
前三位为有效数字，第四位为乘方数，第五位为偏差。
碳膜电阻器具有以下特点:
①具有良好的稳定性，电压的改变对阻值的影响极小，且具有负温度系数。
②高频特性好，可制成高频电阻器和超高频电阻器。
③固有噪声电动势小，在1OHV/V以下。
④阻值范围宽，一般为2.1Ω-1OMΩ。
⑤额定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W、1OW等。
⑥精度高，通过对膜切割螺纹可调整阻值，制成精密电阻器。
⑦脉冲负荷稳定，对脉冲的适应性好。
⑧制作容易，生产成本低，价格便宜，但体积较大。
⑨应用范围非常广泛，适用于交流、直流和脉冲电路。
2.1.2光敏电阻
光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体和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）。
光敏电阻原理图
原理：
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。
在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。
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，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。
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—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，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，也加交流电压。
半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
主要参数:
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，纯粹是个电阻器件，使用时可加直流也可以加交流。
2.2电容
2.2.1陶瓷电容
用高介电常数的电容器陶瓷〈钛酸钡一氧化钛〉挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。
它又分高频瓷介和低频瓷介两种。
具有小的正电容温度系数的电容器，用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。
低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合〈包括高频在内〉。
这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。
分类：
它又分高频瓷介和低频瓷介两种。
具有小的正电容温度系数的电容器，用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。
低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合〈包括高频在内〉。
这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。
优缺点：
优点：
稳定，绝缘性好，耐高压
缺点：
容量比较小
2.2.2电解电容
电解电容是电容的一种，介质有电解液，涂层有极性，分正负，不可接错。
电容（Electriccapacity），由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。
电解电容器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，其容量范围较大，一般为1~1000μF，额定工作电压范围为6.3~450V。
电解电容的功能主要有：
①隔直流：
作用是阻止直流通过而让交流通过。
②旁路（去耦）：
为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。
③耦合：
作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。
④滤波：
将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。
⑤储能：
储存电能，用于必须要的时候释放。
原理：
电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。
铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。
由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。
电解电容器特点：
1.单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。
2.额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f（但不能和双电层电容比）。
3.价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。
制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。
电解电容的缺点：
介质损耗、容量误差较大（最大允许偏差为+100%、-20%），耐高温性较差，存放时间长容易失效。
2.3三极管
2.3.1三极管介绍
三极管的工作原理：
三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。
但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。
IC的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB,Δ表示变化量。
），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。
2.3.2中、小功率三极管的检测
A已知型号和管脚排列的三极管，可按下述方法来判断其性能好坏
（a）测量极间电阻。
将万用表置于R×100或R×1K挡，按照红、黑表笔的六种不同接法进行测试。
其中，发射结和集电结的正向电阻值比较低，其他四种接法测得的电阻值都很高，约为几百千欧至无穷大。
但不管是低阻还是高阻，硅材料三极管的极间电阻要比锗材料三极管的极间电阻大得多。
（b）三极管的穿透电流ICEO的数值近似等于管子的倍数β和集电结的反向电流ICBO的乘积。
ICBO随着环境温度的升高而增长很快，ICBO的增加必然造成ICEO的增大。
而ICEO的增大将直接影响管子工作的稳定性，所以在使用中应尽量选用ICEO小的管子。
通过用万用表电阻直接测量三极管e－c极之间的电阻方法，可间接估计ICEO的大小，具体方法如下：
万用表电阻的量程一般选用R×100或R×1K挡，对于PNP管，黑表管接e极，红表笔接c极，对于NPN型三极管，黑表笔接c极，红表笔接e极。
要求测得的电阻越大越好。
e－c间的阻值越大，说明管子的ICEO越小；反之，所测阻值越小，说明被测管的ICEO越大。
一般说来，中、小功率硅管、锗材料低频管，其阻值应分别在几百千欧、几十千欧及十几千欧以上，如果阻值很小或测试时万用表指针来回晃动，则表明ICEO很大，管子的性能不稳定。
（c）测量放大能力（β）。
目前有些型号的万用表具有测量三极管hFE的刻度线及其测试插座，可以很方便地测量三极管的放大倍数。
先将万用表功能开关拨至挡，量程开关拨到ADJ位置，把红、黑表笔短接，调整调零旋钮，使万用表指针指示为零，然后将量程开关拨到hFE位置，并使两短接的表笔分开，把被测三极管插入测试插座，即可从hFE刻度线上读出管子的放大倍数。
B检测判别电极
（a）判定基极。
用万用表R×100或R×1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。
当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。
这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b。
黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则可判定被测三极管为PNP型管；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管。
（b）判定集电极c和发射极e。
（以PNP为例）将万用表置于R×100或R×1K挡，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。
在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。
（c）判别高频管与低频管
高频管的截止频率大于3MHz，而低频管的截止频率则小于3MHz，一般情况下，二者是不能互换的。
（d）在路电压检测判断法
在实际应用中、小功率三极管多直接焊接在印刷电路板上，由于元件的安装密度大，拆卸比较麻烦，所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡，去测量被测三极管各引脚的电压值，来推断其工作是否正常，进而判断其好坏。
2.3.3大功率晶体三极管的检测
利用万用表检测中、小功率三极管的极性、管型及性能的各种方法，对检测大功率三极管来说基本上适用。
但是，由于大功率三极管的工作电流比较大，因而其PN结的面积也较大。
PN结较大，其反向饱和电流也必然增大。
所以，若像测量中、小功率三极管极间电阻那样，使用万用表的R×1k挡测量，必然测得的电阻值很小，好像极间短路一样，所以通常使用R×10或R×1挡检测大功率三极管。
2.4发光二极管
2.4.1发光二极管介绍
发光二极管简称为LED。
由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
发光二极管的特点是：
工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。
由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。
把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示0～9十个数目字。
发光二极管分类:
发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。
2.5光敏二极管
2.5.1光敏二极管介绍
光敏二极管也叫光电二极管。
光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。
无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。
当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。
当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。
这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。
因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。
常见的有2CU、2DU等系列。
光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。
通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。
当具有光敏特性的PN结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。
不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。
基本特性:
（1）光谱特性
（2）伏安特性（3）光照特性（4）温度特5）频率响应性
2.5.2光敏二极管的检测
检测光敏二极管，可用万用表Rx1k电阻档。
当没有光照射在光敏二极管时，它和普通的二极管一样，具有单向导电作用。
正向电阻为8-9kΩ，反向电阻大于5MΩ。
如果不知道光敏二极管的正负极，可用测量普通二极管正、负极的办法来确定，当测正向咆阻时，黑表笔接的就是光敏二极管的正极。
当光敏二极管处在反向连接时，即万用表红表笔接光敏二极管正极，黑表笔接光敏二极管负极，此时电阻应接近无穷大（无光照射时），当用光照射到光敏二极管上时，万用表的表针应大幅度问右偏转，当光很强时，表针会打到0刻度石边。
当测量带环极的光敏二极管时，环极和后极（正极）也相当一个光敏二极管，其性能也具有单向导电作用和见光后反向电阻大大下降。
区分环极和前极的办法是：
在反向连接情况下，让不太强的光照在光敏二极管上，阻值略小的是前极，阻值略大的是环极。
2.6555定时器
555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
图1为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。
555定时器含有两个电压比较器C1和C2、一个由“与非”门组成的基本RS触发器、一个放电晶体管T以及由三个5kΩ的电阻组成的分压器。
加在C1同相输入端的参考电压为
VCC，加在C2反相输入端的参考电压为
VCC。
它的各个引脚功能如下：
1脚：
GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地
2脚：
TR低触发端
3脚：
OUT（或Vo）输出端
4脚：
R是直接清零端。
当R端接低电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平
5脚：
CO（或VC）为控制电压端
6脚：
TH高触发端
7脚：
D放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电
8脚：
VCC（或VDD）外接电源VCC，一般用5V
第三章制作与调试
3.1焊接的好坏标准
1）焊点表面：
光滑，色泽柔和，没有砂眼，气孔、毛剌等缺陷
2）焊料轮廓：
印制电路板焊盘与引脚间应呈弯月面，润湿角15<θ<45
3）焊点间：
无桥接、拉丝等短路现象
4）焊料内部：
金属没有疏松现象，焊料与焊件接触界面上形成3μ～10μ的金属间化合物
3.2制作与调试
3.2.1检测
分别用万用电表测试所有元器件参数及辨别好坏。
3.2.2元件布局及连接走线
在网孔板上根据原理图布置好元器件的位置，插入集成电路时要注意芯片的管脚位置，要求连接线尽量走垂直线，尽量减少交叉点，电源线、喇叭及监控线接端口位置要合理。
3.2.3焊接
元件焊接时要依旧由低到高的顺序焊接，导线焊接时要预先镀锡，焊接时间不要太长，以免把元件烫坏，但也不要时间过短，以免造成虚焊。
3.2.4焊接完成图
双色闪光灯焊板正面双色闪光灯焊板背面
光敏百灵鸟焊板正面光敏百灵鸟焊板背面
3.2.5调试
双色闪光灯调试：
当自己检查过一遍后，接通电源，然后观察两个二极管的闪烁情况，如果没有看到两个二极管交替闪烁，说明出错。
自己要回过头来认真检查错误，只到达到预期的效果。
如果两个二极管交替闪烁，证明达到了实验设计要求。
光敏百灵鸟调试：
当用手或用其他不透光物体遮挡光敏电阻，随着光敏电阻所受光多少，蜂鸣器发出不同频率的声音，像鸟的叫声，即达到了设计要求。
第四章实训总结
通过这次双色闪光灯电路和光敏百灵鸟的设计，收获了很多。
在此次电路设计中，投入了最大的热情和精力，仔细研究电路图、认真选择元器件、实践焊接电路，每一个过程都是最好的锻炼机会，其过程中出现了不少的问题（如二极管不亮；焊接过程中电路出现了虚焊等）。
同学互助，设计电路，安装，焊接，调试，和指导老师一起分析电路的工作原理、验证电路的可行性。
事实也证明努力没有白费，认真严谨的实习态度带来了成功的喜悦！
像555定时器、三极管那样的常用电子器件还有很多。
经过一番自学，将要用到的555和三极管、蜂鸣器弄明白，对设计有了很大的帮助。
焊好后进行适当的调试，最终获得成功，完成之时，相当有成就感。
几天的课程设计就在忙碌中匆匆度过，对于这次的电子电路设计，总的来说基本完成了任务要求，从这次的课程设计当中也学会了许多的东西，在平时当中我们的设计比较简单，趋于理论化。
通过这次电路设计，掌握了设计一个电路的基本方法和基本步骤，实际解决了设计中出现的问题，增强了寻找问题，解决问题的能力。
此次电子设计的成功不仅更好地掌握了书本知识，培养了我们独立思考的能力！
总的来说，这次的课程设计不仅巩固了平时学的理论知识，而且学到了许多的上课学不到的知识，掌握基本的电子元器件的测量，焊接和调试，对专业知识有了进一步相当大的提高！
第五章参考文献
[1]于瑞芬传感器原理北京：
航空工业出版社，1995
[2]周政新电子设计自动化实践与训练北京：
中国民航出版社，1998
[3]张福学传感器应用及其电路精选北京：
电子工业出版社，2000
[4]张忠全电子技术基础：
实验与课程设计北京：
中国电力工业出版社1999
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