声控灯电工电子技术课程设计.docx

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声控灯电工电子技术课程设计

创新产品设计报告书

题目：

声控灯开关

系（院）：

机械工程学院

专业班级：

机械092班

姓名：

邵彩宽

学号：

200906233

时间：

2010年7月8号

1概念设计

根据技术要求，此声控灯开关可由以下几个单元组成：

图1整体框图

2工作原理及结构设计

图2声光控制电路图

根据图2电路，原理如下：

由四个二极管组成的桥式整流电路将输入电路的220v50hz交流电压变换成脉动直流。

该脉动直流电压一路由R3和R1、C3分压并滤波后得到传感及逻辑控制电路所用的电压VCC；另一路接到晶闸管BT169的阳极。

当BT169的控制极（栅极）为高电平且输入的交流信号Vi=COS（wt+Φ）处于正半周期时，电流由D2→地→D4→灯流过而将灯点亮。

当Vi处于负半周期时，电流由灯→D3→地→D1而将灯点亮。

当BT169的控制极为低电平时，晶闸管截止，此时不会产生驱动灯的电流，此时灯是熄灭的。

由此可见，灯的亮灭是由晶闸管的控制极电平决定的。

因此，关键的问题是如何控制其栅极电平的高低。

有光时灯灭；无光无声时灯灭；无光有声时灯亮。

参见图2，对光敏电阻RW而言，当有光时，RW<2kΩ，此时HD14011的1脚亦即第一个与非门的一个输入端为低电平（地），所以3脚为高电平、4脚为低电平，10脚为高电平，11脚为低电平（后文设上述由左至右四个与非门的输出分别为A,B,C,D），则此时晶闸管截止，灯泡是暗的。

相反，如果无光时，RW>2MΩ，此时HD14011的1脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于2脚的状态，而2脚的状态将由噪声传感器来决定，当没有声音时，2脚为低电平，因此A为高电平，B为低电平，C为高电平，D为低电平，此时晶闸管截止，灯泡为暗。

当有声音产生时，在麦克两端产生一个交流信号，经过电容而将2脚置成高电平，此时A为低电平，B为高电平，C为低电平，D为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮，同时由于B点为高电平，可对电容C2充电，这样，当声音消失之后，由于C2和R7的存在，使C点维持在低电平直到C2放电结束，在此过程中，灯泡将会一直保持在亮的状态直至此过程结束。

3．电路图功能设计

3.1VCC值的确定

可由R3、R1的分压作用将家用电压经整流后所得电压Vo=220ｘ1.414=311V

输入电压的表达式为：

Vcc=R1*Vo/（R1+R3）算得Vcc=5V

3.2延时的确定

图3延时电路部分

由R7、C2组成延时电路，要求延时为1min，与非门工作高低电平为3.4V,0.3V

延时T计算公式：

t=R7C2ln（Vt+/Vt-）算得R7=1.1MΩC2=22uf

3.3与非门的高低电平的输入确定

NPN的参数为：

β=50Vce（sat）=0.3VVbe=0.7V

如果无光时，RW>2MΩ，与非门有一脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于另脚的状态，此脚的状态将由噪声传感器来决定。

当没有声音时：

灯不亮，要求第一个与非门的一脚为低电平，即使三极管工作在饱和区满足条件，且输出的电压为0.3V。

此时A为高电平，B为低电平，C为高电平，D为低电平，此时晶闸管截止，灯泡为暗。

由三极管的工作参数得：

Ibs=（Vcc-Vce）/R8β=0.2uA

Ib=（Vcc-Vbe）/R2=1.4uA在饱和工作区不满足Ic=βIb且Ib>Ibs

令Ib=10Ibs

由此可得R8=510KΩR2=3MΩ

当有声音时：

灯亮，要求第一个与非门的一脚为高电平，三极管工作在放大区且输出高电平3.4V。

在麦克两端产生一个交流信号，经过电容而将脚置成高电平，此时A为低电平，B为高电平，C为低电平，D为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮。

R=R6//R2算得R=35Ω

I=Ib+Vce/R算得I=20mA

满足声音传感器的额定电流I=20mA，电压1～12V。

图4等效图

3.4整流电路设计

整流电路有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，单相全波整流电路等

本系统选用单相桥式整流电路。

单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图5所示。

在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。

根据图5的电路图可知：

当负半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。

当正半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。

在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

单相桥式整流电路的波形图见图5。

图5单相桥式整流电路图及波形图

3.5电容滤波电路

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。

电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。

电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。

经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。

本系统设计在单相桥式整流电路直接接并联电容构成电容滤波电路，经过此电容滤波电路滤去整流输出电压的纹波。

电容滤波电路如图6所示

滤波原理：

若电路处于正半周，二

极管D2、D4导通，变压器次端电压v2

给电容器C充电。

此时C相当于并联在

v2上，所以输出波形同v2，是正弦形。

所以，在t1到t2时刻，二极管导

电，Ｃ充电，vC=vL按正弦规律变化；

t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数

曲线下降，放电时间常数为RLC。

图6电容滤波电路

图7电容滤波过程

当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时加长，导通角减小，见图7中的曲线；反之，RLC减少时，导通角增加。

显然当RL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图7中的曲线。

反之，当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大，电容滤波的效果也很好，见图7中的曲线。

3.6晶闸管的工作原理

晶闸管的工作原理分析：

晶闸管可用两个不同极性（P-N-P和N-P-N）晶体管来模拟，如图G1所示。

当晶闸管的栅极悬空时，BG1和BG2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻RL，当栅极输入一个正脉冲电压时BG2道通，使BG1的基极电位下降，BG1因此开始道通，BG1的道通使得BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使BG1和BG2进入饱和道通状态。

电路很快从截止状态进入道通状态，这时栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持道通状态不变。

如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于BG1和BG2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻RL的阻值使电路电流减少BG1和BG2的基电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从道通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。

在实际应用中，我们可通过一个开关来短路晶闸管的阳极和阴极从而达到晶闸管的关断。

等效图如下：

等效图

图8晶闸管的工作原理图

4.制作并调试

根据以下元器件，总原理图和后面的安装介绍进行安装：

元器件清单

序号

元器件名称

型号

位号

数量

1

与非门

74LS00

1

2

噪声传感器

CZN-15E

Mic

1

3

二极管

IN4007

D1～D5

5

4

光敏电阻

随光度变化

Rw

1

5

电阻

10KΩ

R1

1

6

电阻

3MΩ

R2

1

7

电阻

590KΩ

R3

1

8

电阻

18KΩ

R4

1

9

电阻

35Ω

R6

1

10

电阻

1MΩ

R7

1

11

电阻

510KΩ

R8

1

12

电阻

43KΩ

R9

1

13

电容

22uf

C2～C4

3

14

电容

0.1uf

C1

1

15

灯泡

220V/100W

1

16

晶闸管

SCRBT169

S1

1

根据上面各参数的计算，可得出实现此声控开关的原理总图如下：

图9总原理图

安装介绍：

1所需的基本工具：

电烙铁（焊枪）、烙铁架、松香、万用表、镊子、偏口钳、螺丝刀。

2焊接工艺要求:

1、在焊接之前要仔细的查看个元件的个数，以及用万能表测试个元件性能是否为良好的。

2、要清楚的识别元件种类和作用3、在撤离电烙铁的同时要保证电路板不要晃动以免产生虚焊。

4、在焊接三极管的时候要注意分清它的集电极、基础极和发射极。

5、在焊接中要服从后级向前级安装，先小后大的原则。

焊接工艺实训的体会：

在电焊的收音机的时候，学会电焊应该是我最大的收获，下面简单介绍以下焊接的体会，焊接最需要注意的是焊接的温度和时间，焊接时要使电烙铁的温度高于焊锡，但是不能太高，以烙铁接头的松香刚刚冒烟为好，焊接的时间不能太短。

3焊元件：

对着电路原理图和PCB图，在电路板上标记各个元件的位置。

元件都已进行测试好了，一一的把元件焊达指定的位置上。

焊前要把那层油墨除去，焊元件时要注意电烙铁的温度，锡的好坏，元件的脚不要过长。

4具体的流程如下：

（1）根据所学的知识，分析电路图的功能是否能实现。

（2）根据电路图购买电子元件。

（3）利用软件protel99画出电路原理图，完成后转成PCB图，合理的布局布线，可以容易质量高的焊好元件的前提下，尽可能的布成一层线路、面积小、线路美观。

（4）打印PCB图，印在铜板上，制作电路板。

（5）对元件进行测试，辨别好坏和管脚，把元件焊在电路板上。

（6）对制作好的电子产品进行试验检测，调试。

调试时要用到万用表测量各个点位上的电压值，先将光敏电阻的光档住，将AB分别接在电灯的开关上，用手轻拍声音传感器，这时灯应该亮。

若用光照射光敏电阻，再用手轻拍声音传感器，这时灯应该不亮。

说明光敏电阻完好，这时表示制作成功。

若调试不成功，要先将焊好的电路板对照电路图检查一遍。

不要有错焊、漏焊、短路等现象。

若没有上诉现象，用电压表测试个点的电压值，若与理论值出入太大则可能是元器件问题，可能被烧坏或内部短路等。

5总结

经过这次电子技术课程设计，我终于知道了在做这样的一个课程设计的时候，应该从什么地方着手，应该怎样构造自己的思路，怎样利用已学知识来实现自己的设计方案，并通过不断地查找资料来实现它的功能。

在此过程中，不但让我体会到设计的繁琐与艰辛，同时也让我更好地巩固了以前所学的知识。

这次我不但收获了努力的成果——“声控开关”，还从中充分感受到了“只要功夫深，铁杵磨成针”。

并坚信再难的困难我们也会努力去克服。

通过这次课程设计我相信这对于我在以后的发展中具有深远的影响。

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